Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
1Giới thiệu về robot tự hành

1Giới thiệu về robot tự hành

Tải bản đầy đủ - 0trang

Đồ án hệ thống số

Bài tốn tìm đường của robot tự hành cũng khơng phảo là loại bài tốn đơn giản như

nhiều người nghĩ lúc ban đầu. Trong đồ án mơn học này, bài tốn tìm đường sẽ được

giải quyết ở mức độ khơng q phức tạp.



Hình 1.1 một số hình ảnh về robot tự hành

Dò đường (navigation) là một khoa học dẫn hướng robot tự hành di chuyển

trong không gian làm việc của nó. Trong vấn đề dò đường, bài tốn được quan tâm

nhiều nhất là tìm đường về đích mà khơng chạm vật cản trên đường đi. Có hai bài

tốn tìm đường cho robot: bài tốn cục bộ (local) và bài tốn tồn cục (global). Trong

bài tốn tồn cục, bản đồ mơi trường làm việc của robot hồn tồn biết trước, vấn đề

chính là tìm được đường đi cho robot trước khi nó xuất phát. Ở bài tốn cục bộ, môi

trường làm việc của robot chưa biết hoặc chỉ biết 1 phần, robot hoàn toàn phải nhờ

vào sự cảm nhận môi trường thông qua cảm biến gắn trên nó để dò đường. Bài tốn



Đồ án hệ thống số

tồn cục tỏ rõ lợi thế là ta biết trước đường đi tới đích hay khơng trước khi robot khởi

hành. Tuy vậy nó lại có hạn chết là đòi hỏi nhiều lệnh tính tốn và bộ nhớ, và đặc biệt

tình huống xấu có thể xảy ra nếu bản đồ mơi trường làm việc khơng được khai báo

chính xác, u cầu biết trước hồn tồn mơi trường làm việc cũng là một nhược điểm

của nó. Trong khi đó, robot tìm đường cục bô chỉ biết được thông tin xung quanh qua

sensor cảm nhận mơi trường gắn cùng. Vì thế, robot tìm đường cục bộ có thể khơng

hoản thành việc tới đích, khái niệm tối ưu khơng có ý nghĩa trong bài tốn này. Tuy

nhiên, dung lương bộ nhớ và khơi lượng tính toán lại thấp. Ngày nay, cách tiếp cận

giữa cục bộ và toàn cục đang ngày càng phổ biến, giúp robot tự hành tăng tính linh

hoạt và hiệu quả.

1.2.Mục tiêu

Mục tiêu của đề tài là thiết kế, thi công, điều khiển robot tự hành. Robot tự

hành có thể hoạt động ổn định, tự tìm đường đi tới đích xác định của mê cung, có thể

học nhanh chóng cách tìm đường đi khi thay đổi hình dạng mê cung, sử dụng thuật

tốn tìm kiếm theo hướng ưu tiên rẽ 1 hướng trước. Sử dụng kit vi xử lý để xử lý thuật

toán dò đường.

1.3.Nợi dung

Nội dung nghiên cứu:

Tìm hiểu về kit CPLD: CoolRuner-II Starter Board

Khảo sát phân tích tổng hợp: phân tích cách thức hoạt động của robot tự hành

theo thiết kế bộ phận dò tìm.

Tìm hiểu mạch thu phát hồng ngoại TCRT5000

Khảo sát tính khả thi của thuật tốn dò đường

Thực nghiệm: kiểm tra tính ổn định của robot, tối ưu code

Đánh giá kết quả đạt được



Đồ án hệ thống số

Chương 2: Các thành phần phần cứng và cấu trúc xe

2.1. Các thành phần phần cứng

2.1.1. Kit CPLD CoolRuner-II Starter Board



Hinh2.1 CoolRunner-II Starter Board

Tính năng:

Tần số cố định 8MHz dao động và một ổ cắm cho một Dao động tinh thể

Mở rộng kết nối cho 64 tín hiệu I / O (32 trên các kết nối Pmod và 32 trên song

song kết nối)

Một một dây DS28E01Q EEPROM

Một on-board cổng USB2 cho hội đồng quản trị điện, lập trình JTAG, và dữ

liệu chuyển



Đồ án hệ thống số

Cấu hình:

Mạch CollRunner-II của CPLD phải được cấu hình từ người sử dụng trước khi

nó có thể thực hiên bất kỳ chức năng nào. Tập tin có thể được tao ra từ sơ đò hoặc tập

tin mã nguồn HDL bằng cách sử dụng ISE

Phần mềm WebPack từ Xilinx, các file được cấu hình có thể được chuyển giao

cho mạch CoolRunner-II sử dụng cáp USB và phần mềm của Xilinx iMPACT hoặc

bằng cách sử dụng 1 cáp được lập trình bên ngồi.

Sau khi cấu hình, CPLD giữ lại trạng thái của nó vơ thời hạn. Mạch

CoolRunner-II đươc hỡ trợ trên hầu hết các cấu hình CPLD có trước. Một cấu hình

mới có thể được nạp bất cứ lúc nào và ngay sau khi cấu hình được tải thì nó định

nghĩa hành vi của CPLD

Nguồn cung cấp:

Mạch CoolRunner-II có thể được cấp nguồn từ cổng USB tách rời của nó hoặc

từ 1 ngồn cấp bên ngồi gắn vào kết nói JB3, jumper JB2 sử dụng mạch nguồn USB

hoặc nguồn bên ngồi.

Nguồn bên ngồi được định tuyến thơng qua 1 điều Maxim LT3028 để sản xuất

nguồn cung cấp điện áp (3.3V i/o và 1.8V cho lõi) theo yêu cầu của các CPLD. Bất cứ

khi nào mạch nguồn được sử dụng sẽ có đền LED báo.

Mạch CoolRunner-II được thiết kế từ mạch 4 lớp với các lớp bên trong dành

riêng cho VCC và GND.

Xung Clocks.

Bao gồm 1 bộ dao động tần số cố định 8MHz, được gán tên PCLK trong các sơ

đồ mạch và được kết nối với pin GCLK2 của CPLD (P38) để nó có thể được chuyển

đến chia đồng hồ nội bộ. Kích thước ổ cắm bằng 1 nửa kích thước theo chuẩn DIP.

Dao động cũng được cung cấp tại điểm IC3.

Chức năng I/O:



Đồ án hệ thống số

Mạch cung cấp 2 nút bấm và hai thiết bị chuyển mạch trượt đầu vào và 4 led

màu đỏ và 4 chữ hiển thị cho kết quả đầu ra,



Hình 2.2 Kết nối I/O

Các nút bấm hoạt động ở mức tích cực thấp, các thiết bị chuyển mạch gồm các

trở kháng ngắn mạch bảo vệ. Các led hoạt động ở mức cao và màn hình hiển thị bảy

đoạn sử dụng tách riêng-tranzitor hoạt động mức cao.Ba led bổ sung cho nguồn USB

(led4), bảng điện (led5), và USB trạng thái (led6).

Kết nối mở rộng:

Mạch cung cấp 4 modun thiết bị ngoại vi kết nối 12-pin mỗi kết nối cung cấp 2

VDD và GND, 8 tín hiệu đặc biệt từ CPLD. Mỡi kết nối có thể chứa 12-pin duy nhất

hoặc 6-pin Pmods. Một số 6-pin Pmods có thể đính kèm các kết nối kể cả loa, bảng



Đồ án hệ thống số

cầu H, bảng cảm biến, … Mạch còn cung cấp 1 kết nối 40-pin mở rộng bao gồm ba

cung cấp năng lượng tín hiệu và 37 I/O cho tín hiệu.

Thiết lập:

Thiết kế được lập trình sẵn vào CPLD có một số chức năng có thể được nhìn

thấy khi thích hợp modun ngoại vi được chèn vào các cổng có liên quan. Trong thiết

kế mẫu, Pmod chuyển đổi đi vào cổng J8, 2 Pmod đi vào J7 và Pmod 7 đoạn vào J5 và

J6. Tất nhiên thiết kế có thể thay đổi đươc các cổng khác nhau.

CPLD thực hiện cả hai cũng như truy cấp 1 bộ giải mã bàn phím PS/2. Màn

hình hiển thị các thiết bị chuyển mạch giữa hai dựa trên giá trị của SW4, SW1,2, và 3

không được sử dụng trong thiết kế. BTN0 là hệ thống thiết lập lai cho việc thết kế.

2.1.2. Thu phát hồng ngoại TCRT5000



Hình 2.3. Thu phát hồng ngoại TCRT-5000

TCRT5000 và TCRT500L là cảm biến phản xạ trong đó bao gồm một emitter

hồng ngoại và phototransistor trong một gói pha chì chặn ánh sáng nhìn thấy. các gói

bao gồm hai đoạn gắn kết.



Đồ án hệ thống số

Được sử dụng trong các trường hợp: Cảm biến vị trí phát hiện bộ mã hóa trục

vật liệu phản chiếu như giấy, IBM thẻ, băng từ ... bất cứ nơi nào khơng gian được giới

hạn



Hình 2.4. Sơ đồ modun TCRC-5000

Thơng số đầu vào: IC<=1mA, nguồn VDD=5V

Nguyên lý hoạt động: khi có nguồn cung, led phát, nếu led thu nhận được tín

hiệu thì tranzitor thơng bão hòa, tín hiều ở đầu ra ở mức 1. Khi led thu khơng nhận

được tín hiệu thì tín hiệu đầu ra ở mức 0.



Đồ án hệ thống số

Hình 2.5 Sơ đồ so sánh sử dụng LM324

Tín hiệu nhận được từ modun thu phát được truyền tới bộ so sánh. Tại đây

được so sánh với 1 giá trị nhất định (với khoảng cách xác định) để biết được hướng đó

đi được hay khơng. Nếu đầu ra ở mức cao tức là hướng đó đi được, nếu ở mức thấp

tức là hướng đó được xác định là đường cụt.

2.1.3. Cầu H L293D

L293D là IC cầu H điều khiển động cơ

L293D gồm 4 kênh điều khiển có thể điều khiển 2 động cơ DC hoặc 1 động cơ

bước 4 pha (5 dây). Để điều khiển động cơ DC, bạn sẽ sử dụng 2 kênh của L293D cho

1 động cơ.

L293D đã được tích hợp sẵn đi ốt bảo vệ vi điều khiển chống lại dòng cảm ứng

khi động cơ khởi động hoặc tắt. Vì vậy, bạn chỉ cần gắn motor vào L293D và các chân

của vi điều khiển tương ứng, là có thể làm cho động cơ chạy ngay. Dòng L293 có 2

loại: L293B/E và L293D, dòng L293B có khả năng chịu tải cao hơn (1A so với

600mA của L293D) nhưng khơng có đi ốt bảo vệ vi điều khiển.

Với mỗi motor, bạn cần 3 chân từ vi điều khiển kết nối với L293D, trong đó có

1 chân điều khiển tốc độ đông cơ dùng xung PWM, 2 chân còn lại là logic 0 hoặc 1

dùng điều chỉnh chiều quay của motor.

Tín hiệu điều khiển được xử lý độc lập với nhau với từng đầu ra. Ví dụ: bạn có

thể điều khiển 2 động cơ DC chạy với tốc độ khác nhau, hướng khác nhau, 1 động cơ

dừng còn 1 động cơ chạy...

Mỗi kênh của L293D chịu được tải 600mA và dòng đỉnh là 1A.

Để sử dụng các động cơ công suất cao hơn, bạn chỉ việc gắn song song 2 hoặc

nhiều L293 lại với nhau. Với 2 IC L293, bạn sẽ có tải chịu được là 1.2A và tải đỉnh là

2A.

Ngồi ra, L293D có chức năng tự động ngắt khi bị nóng quá mức nhằm bảo vệ

IC.

Lưu ý: tuyệt đối không bao giờ làm chập mạch các ngõ ra motor của L293D,

nếu không bạn sẽ làm cháy một bên cầu H ngay lập tức.



Đồ án hệ thống số



Hình 2.6. Sơ đồ chân L293D



Hình 2.7. Sơ đồ L293D nối với 2 motor



Đồ án hệ thống số

2.1.4. Module RF 4 kênh



Hình 2.8. Module RF 4 kênh.

PT2262 có 2 loại chính : loại có 8 địa chỉ mã hóa , 4 địa chỉ dữ liệu và loại có 6

địa chỉ mã hóa và 6 địa chỉ dữ liệu. Mã hóa 12 bit 1 khung A0-->A7, D0-->D3.

Các linh kiện PT2262 đưa vào việt Nam chỉ có loại PT2262 với 8 địa chỉ mã hóa và 4

địa chỉ dữ liệu. Tương tự với PT2262 có 2 kiểu thì PT2272 cũng có 2 kiểu:







PT2272 có 8 địa chỉ giải mã và 4 dữ liệu đầu ra thường



được kí hiệu: T2272 - L4





PT2272 có 6 địa chỉ giải mã và 6 giữ liệu ra: kí



hiệu PT2272 - L6 .

PT2262 có " 3 mũ 12 " mã hóa tức là có thể mã hóa 531441 mã mới có thể trùng lặp

lại. So với thằng anh HT12E ra đời trước nó thì nó trội hơn hẳn về cái khoản mật mã

này. Cách mã hóa PT2262 có thể làm được bằng cách nối ngắn mạch các chân "mã

hóa địa chỉ " lên dương nguồn (mã hóa +) và xuống âm nguồn (mã hóa -) . Dữ liệu +

mã hóa được truyền trên một khung 12 bit gồm 8 bit đầu là mã hóa (A0-->A7 ) và 4

dữ liệu . Bởi vậy bạn có thể truyền được song song 4 bit dữ liệu 0 hoặc 1. Nếu để

truyền dữ liệu thì nên để mặc định cho 4 chân dữ liệu này là 0 hoặc là 1 bằng cách nối



Đồ án hệ thống số

thêm điện trở " kéo lên " hoặc " đưa xuống GND) để tránh nhiễu.

PT2262 dùng dao động ngoài: đơn giản là chỉ cần lắp thêm 1 điện trở dao động vào

chân 15 và chân 16 của PT 2262.

+ Tín hiệu encoder được đưa ra ở chân 17 của PT2262, chân này thường ở mức

1 khi tín hiệu nghỉ và mức 0 khi tín hiệu hoạt động. Tín hiệu đưa ra gồm : sóng mang

dao động < 700KHz + địa chỉ mã hóa + dữ liệu.

+ Tần số Sóng mang dao động được quyết định bởi R chân 15 và 16 và được

tính bằng : f = R/12 . Ví dụ : mắc điện trở 470k vào chân 15 và 16 đầu ra chân 17 sẽ

có 470/12 = khoảng 39Khz ( cái này có thể làm điều khiển hoặc truyền dữ liệu bằng

hồng ngoại với con PT2262 đấy nhé. ). (PT2262 có điện áp rộng : Có thể làm việc

được từ 2,5V đến 15 V . Trong datasheet của nó là từ 4 V nhưng qua thời gian rất dài

làm việc và nghiên cứu con này có thể khẳng định được về điện áp của nó làm việc rất

thấp. --- " đã từng chế tạo và xuất xưởng gần 1 vạn mạch sử dụng cặp PT2262

và PT2272 để làm điều khiển ".

PT2272 là con giải mã của PT2262 nó cũng có 8 địa chỉ giải mã tương ứng + 4

dữ liệu ra + 1 chân báo hiệu mã đúng VT ( chân 17 ). Cách giải mã như sau : Chân 15

và 16 cũng cần một điện trở để làm dao động giải mã . Trong dải hồng ngoại hoặc

dưới 100KHz có thể dùng R rất lớn hoặc không cần. Nhưng từ khoảng 100KHz dao

động trở lên --- thì bắt buộc phải dùng R để tạo dao động cho PT2272.

Giá trị R của PT2272 sẽ bằng khoảng : ( Giá trị R của PT2262) chia cho 10

---> ví dụ : PT2262 mắc điện trở 4,7 megaom thì PT2272 sẽ mắc 470k

Giải mã : các chân mã hóa của PT2262 ( chân 1 đến chân 8 ),nối thế nào thì các chân

giải mã của PT2272cũng phải nối tương tự như vậy. Chân nào nối dương, chân nào

nối âm, chân nào bỏ trống ...v.v thì chân ( 1 đến 8 )của PT2272 hãy làm như thế . Khi

truyền một mã đúng và giải mã đúng thì chân 17 của PT2272 sẽ có điện áp cao đưa ra,

báo hiệu là đã đúng mã hóa. 4 chân dữ liệu có thể truyền song song, nối tiếp rất động

lập.

Tóm lại bạn xài cặp này bạn có thể làm mạch RF rồi lấy data ở ngõ ra pt2262 và trả lại



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

1Giới thiệu về robot tự hành

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×