ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ Thiết KếĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG RÔBÔT BẰNG ĐỘNG CƠ BƯỚC, thuyết minh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG RÔBÔT BẰNG ĐỘNG CƠ BƯỚC
Chương I:
Mở đầu
I. Đặt vấn đề
II. Mục đích thiết kế
-Phát huy thành quả ứng dụng của vi điều khiển tạo ra những sản phẩm tiên tiến có độ tích hợp cao về công nghệ.
-Việc thực hiện đề tài này giúp em tiếp cận với thực tế, phát huy nhung kiến thức đó học trong mụn vi xử lý.
- Qua đây có thêm nhiều kinh nghiệm giúp ích sau khi ra trường có thể hũa nhập với cụng nghệ tiờn tiến trờn xa hội.
III. Nội dung đề tài
1. Đề tài
Điều khiển chuyển động của rôbồt bằng động cơ bước.
2.Chức năng của hệ thống
- Chuyển động động cơ bước theo ý muốn của người lập trỡnh .
+ Chuyển động thẳng: tiến, lùi.
+ Chuyển động quay trái, phải.
+ Điều khiển được tốc độ chuyển động của động cơ.
+ Điều khiển động cơ bước theo đường đi bất kỡ ( bằng cảm ứng quang).
CHƯƠNG II
THIẾT KẾ
I.Nhiệm vụ thiết kế
- Thiết kế điều khiển chuyển động rôbôt bằng động cơ bước. Vậy ta làm các bước sau:
+Mạch điều khiển động cơ
+Thiết kế mụ hỡnh động cơ
+Viết chương trình điều khiển
II.Sơ đồ khối của hệ thống
1.Khối điều khiển
Để điều khiển chuyển động của động cơ theo ý muốn cần phải cú trỡnh dịch chính xác với chuyển động của động cơ, và một nguồn dũng phự hợp đảm bảo cho động cơ hoạt động. Có rất nhiều cách làm phục vụ mục đích này. Với việc điều khiển động cơ chỉ cần dũng qua cuộn dõy cỡ 500 mA, cú thể dựng dóy IC loại dóy Darlington cụllờctơ hở :
+ULN2003, ULN2803
+DS2003( national semiconductor 2003) ,MC1413(motorola).
Tuy nhiên những cách làm trên chỉ sử dụng cho những động cơ nhỏ, trên thực tế chúng tôi dùng IC opto coupler và IC tip 122 có cấu tạo dùng mạch mắc theo kiểu Darlington .
a.Một số đăc tính kĩ thuật của tip 122
.....................................
Nhưng trên thực tế ta măc tip 122 với opto coupler để dũng vào cực bazơ nhỏ hơn 120 mA thỡ ta sẽ mắc đầu vào với 1 điện trở R= 10k.
b.1 số đặc tính kĩ thuật của opto coupler
Khi điều khiển động cơ chuyển động trên mặt đất ta phải dùng một động cơ có công suất lớn với mức điện áp là 12V. Mặt khác tín hiệu ra là một là 5V, điều đó phải kớch ỏp và dũng qua động cơ. Có rất nhiều cách khác nhau, và một trong những cách hay chính là dùng opto coupler như một khoá chuyển từ 5V sang 12V và đưa trực tiếp nguồn dũng từ nguồn sang động cơ.Với cấu tạo:
IC ULN2003 cho dũng vào cuộn dõy I<500 mA.
b. Thiết kế mạch tạo chuyển động dùng ULN2003 :
Nối hai IC ULN2003 với :
+ Đầu vào các chân từ 1-4 của 2 IC lần lượt với đầu ra tương ứng 4 bit thấp và cao của 89C51.
+ Đầu ra nối với các chân A, B, C, D của 2 động cơ bước.
Sơ đồ nối chân cụ thể giống như hỡnh vẽ tổng quan của mạch điều khiển động cơ sẽ nói tới sau.
c. Giới thiệu sơ lược về IC 89C51
-IC điều khiển 89C51tương thích với họ MSC51 có đặc điểm sau :
+ 4K Bytes Flash rom
+ 128 Bytes Ram
+ 4 port 8 bit
+ 2 bộ định thời 16 bit
+ Cú port nối tiếp
+ Có thể mở rộng bộ nhớ chương trỡnh ngoài 64 K Byte
+ Bộ xử lý bit
- ...............................
2.Hoạt động của rôbôt
a.Hoạt động về mặt định tính
+Chuyển động tịnh tiến:
Khi nguồn 5V cung cấp vào toàn mạch và động cơ, tín hiệu thay đổi liên tục sẽ được xuất ra ở cổng P0 đưa vào đầu vào của 4 chân đầu của ULN2003, tín hiệu ra được đưa lần lượt ra 2 động cơ làm cho 2 động cơ chạy cùng lúc với vận tốc như nhau, điều đó sẽ gây ra chuyển động tịnh tiến của rôbôt.
+Chuyển động quay:
Sau khi đi đươc quóng đường, chúng ta muốn động cơ chuyển hướng. Để thực hiện được ta sẽ thôi không xuất tớn hiệu ở 4 bít đầu, hay sau, tuỳ theo hướng quay. Lúc đó một động cơ sẽ không cũn tớn hiệu vào và sẽ khụng quay. Lỳc này do sức nặng của bỏnh đủ làm cho động cơ là một trục quay để bánh cũn lại quay quanh chỳng. Điều đó cũng dẫn đến chuyển động quay của rôbôt.
Giải pháp trên rất hiệu quả nhưng chúng cũng có thể thực hiện chuyển động quay của rôbôt bằng cách cho 2 động cơ chuyển động ngược chiều nhau, dẫn đến chuyển động quay như ý muốn.
b.Hoạt động của động cơ về mặt định lượng
Tuỳ thuộc vào .......... chạy cho trễ( delay) bao nhiờu thỡ tốc độ động cơ sẽ thay đổi bấy nhiêu. Tốc độ v của động cơ tỷ nghịch với hàm trễ .
Giả sử ở với một hàm delay nào đó tốc độ động cơ là vo(khi tính cả lực ma sát), muốn chuyển thành tốc độ v1 trong giới hạn cho phộp thỡ ta chỉ cần tăng hoặc giảm tỉ lệ nghịch hàm delay với tốc độ động cơ.
Theo tớnh toỏn thực tế thỡ rụbốt cú thể chạy được với hàm delay có độ trễ là AF.AF đến 5f.5f.
V.Thiết kế mạch chạy theo đường đi tuỳ ý
1.Đặt vấn đề
Khi có mạch điều khiển động cơ như trên, chúng em lại muốn phát triển thêm về việc điều khiển rôbốt.Rôbốt chuyển động theo một đường đi nhất định của người lập trỡnh thỡ khụng thể linh hoat trong mọi tỡnh huống.Vỡ vậy, chỳng em muốn điều khiển rôbôt theo đường đi vạch ra trên mặt đất, cụ thể ở đây là dải đen sẽ tiếp tục khai thác ở ngay sau.
2. Thiết kế mạch
Trờn nhưng kinh kiện đó cú sẵn trong cuộc sống, bằng tỡm tũi nhúm đó quyết định dùng một linh kiện đơn giản đó chính la quang trở. Băng sự phụ thuộc của điện trở vào quang nhóm đó thiết kế ra mạch để ngăt ngoài vi điều khiển đồng thời chuyển những chương trỡnh chạy phự hợp của động cơ ứng với các ngắt đó hay nói cách khác là xử lý cho đúng những vấn đề trên đường đi của rôbốt.
2.1 Sơ đồ mạch
...................................................
2.2 Ghép nối và hoạt động của mạch trên đường đi
a.Ghộp nối:
Các chân 2,3 của mạch trên được nối với các chân ngắt của động cơ, cụ thể là chân 2 được nối với chân 12, chân 3 nối với chân 13 của 89C51.
b.Hoạt động của mạch
Cơ sở: khi chiếu một nguồn sáng vào quang trở các mức điện trở sẽ thay đổi. Vỡ võy dựa vào cỏc mức điện trở thay đổi ta co thể mắc 1 chân quang trở với õm nguồn và một chõn qua trở (r) như hỡnh vẽ.
Khi cấp nguồn 5v cho mạch do quang trở nối tiếp với R nên ta có thể tinh được áp chân lên quan trở băng công thức
Vqt= 5.Rqt/(Rt+ R)
Để cho mức điện áp trên giữa khi cảm nhận màu đen và màu trắng là lớn và điện áp ở mức 0 phải nhỏ hơn một khá nhiều, đồng thời điện áp ở mức 1 không quá bé ta sẽ tính được R
Trên thực tế chúng ta đo được mức điện áp trên quang trở ở mức màu trắng là 4k và mức màu đen là 40k. Chúng ta tính toán và chon trở R=70k.
Tín hiệu này được khuyếch đại bởi tranzitor C828 như hỡnh vẽ. Lỳc đó ta có mạch đầu ra ở cực C của tranzitor đạt mức 0 và 1 như yêu cầu.
Một tín hiệu được qua cổng not đưa sang chân 12, cũn lại thỡ đưa sang chân 13 để thực hiện chương trỡnh ngăt như lập trinh.
Như hướng dẫn chi tiết trong lập trỡnh đó làm cho động cơ chuyển động theo vạch đen một cách chuẩn xác.
