gia thiet bi ve sinh chinh hang, doc truyen truyện tranh cười Việt Nam doc truyen ma kinh di truyen tinh yeu lãng mạn, tin tuc online và thiet bi nha ve sinh Việt Nam - Voi hoa sen

Với robot đơn giản, ngõ vào thường là mức logic lấy từ cảm biến quang (quang trở, quang diode), nút ấn hoặc công tắc hành trình. Từ đó mạch vi điều khiển xử lý các tín hiệu này để xuất ngõ ra (thường là động cơ DC) chophù hợp.

Cảm biến quang phải được che chắn cẩn thận để hạn chế ảnh hưởng từ cácnguồn ánh sáng bên ngoài.

Mạch sử dụng vi điều khiển PIC16F877A của Microchip. Mạch nhận tín hiệu từ ngõ vào, xử lý và xuất ngõ ra qua một mạch cách ly bằng opto ra mạch công suất.

Một số mạch thông dụng:

Đây là phần chính của tài liệu này. Ngôn ngữ lập trình được sử dụng là C, với trình biên dịch CCS cho vi điều khiển PIC của Microchip.

Kiến thức ban đầu: Lập trình C căn bản

 Tài liệu CCS tiếng Việt.

Đây là các tài liệu cần đọc qua trước khi vào lập trình cho PIC để có thể biết các hàm nhận tín hiệu ngõ vào, xuất tín hiệu ngõ ra, ngắt, timer, counter, PWM,…

Các hàm quan trọng sẽ được nhắc lại ở phần 2.

Chương trình giúp robot chạy theo vạch trắng trên nền màu sậm.

 8 cảm biến quang dò đường

 Mạch công suất điều khiển 2 động cơ

 Mạch vi điều khiển:

          o PORTD: nối với tín hiệu ra của 8 cảm biến

          o Động cơ trái:

                           Chân C0: điều khiển chiều (DIR_LEFT)

                           Chân C1: điều khiển cho phép chạy (EN_LEFT)

          o Động cơ phải:

                           Chân C3: điều khiển chiều (DIR_RIGHT)

                           Chân C2: điều khiển cho phép chạy (EN_RIGHT)

(Các ngõ vào và ngõ ra có thế nối với bất cứ PORT và chân nào của vi điều khiển)

Tương tự đối với các động cơ điều khiển các cơ cấu.

Mục đích của việc dò đường là hướng cho robot đi theo 1 vạch thẳng màu trắng trên một nền màu đậm (đen, xanh,…)

Cảm biến được đặt ở giữa robot.

            o Khi cảm biến số 3,4 nằm trên vạch trắng (mức 1): robot chạy thẳng

            o Khi robot lệch sang trái: quay phải để điều chỉnh robot về đúng vạch

            o Khi robot lệch sang phải: quay trái để điều chỉnh robot về đúng vạch

Đối với điều khiển tốc độ động cơ DC trong robot, phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation) hay được gọi tắt là điều xung, băm xung hoặc PWM.

Nguyên lý của phương pháp này là bật tắt nhanh nguồn điện cấp vào động cơ tạo ra một tín hiệu xung. Khi việc bật tắt ở tần số đủ lớn (thường sử dụng từ 1kHz đến 20kHz), động cơ sẽ chạy với 1 tốc độ ổn định nhờ moment quay.

Thời gian cấp nguồn cho động cơ là T-on, thời gian tắt nguồn động cơ là T-off. Việc thay đổi thời gian T-on và T-off làm thay đổi điện áp hiệu dụng cấp cho động cơ. Đối với động cơ DC, tốc độ động cơ tương đối tỉ lệ thuận với điện áp cấp cho động cơ. Vì vậy, bằng cách thay đổi độ rộng của xung, ta đã thay đổi được tốc độ của động cơ DC.

Đại lượng biểu diễn mối quan hệ giữa T-on và T-off được gọi là duty cycle:

duty_cycle = Ton / ( Ton + Toff )

Ví dụ: Ta cấp nguồn động cơ trong 0.8ms, sau đó tắt 0.2ms.

Như vậy: T-on = 0.8ms; T-off = 1ms. Tần số PWM là:

f = 1 / ( Ton + Toff ) = 1 / ( 0.8ms + 0.2ms ) = 1/1ms = 1KHz

duty_cycle = Ton / ( Ton + Toff ) = 0.8 / ( 0.8 + 0.2 ) = 0.8 = 80%

Vì tốc độ động cơ DC tỉ lệ với duty cycle nên tốc độ động cơ đạt tương đương 80% tốc độ tối đa.

Điều xung PWM một cách đơn giản là đưa 1 chân nào đó của vi điều khiển lên mức 1, sau đó đưa xuống mức 0. Công việc này được lặp đi lặp lại liên tục sẽ tạo ra xung, và tốc độ của động cơ sẽ tương ứng với duty cycle.

Ví dụ: Điều xung trên chân A0 :

Tuy nhiên, nếu thực hiện bằng cách này thì vi điều khiển sẽ luôn dành thời gian cho việc điều xung PWM. Do đó, các công việc khác như nhận tín hiệu từ cảm biến, điều khiển các cơ cấu sẽ bị ảnh hưởng.

Để giải quyết vấn đề việc điều xung PWM bằng phần mềm chiếm phần lớn thời gian hoạt động của vi điều khiển, PIC16F877A có hỗ trợ 2 kênh điều xung bằng phần cứng ở 2 chân C1 (CCP2) và C2(CCP1) sử dụng TIMER2. Nghĩa là, khi ta khai báo điều xung PWM ở một tần số và duty cycle nào đó thì vi điều khiển sẽ thực hiện công việc xuất xung một cách liên tục và tự động cho đến khi ta thay đổi các giá trị đã khai báo. Khi đó, ta có thể làm các công việc khác một cách dễ dàng mà không phải mất thời gian cho việc duy trì xung PWM.

Ghi chú: Chỉ đề cập đến các đối số của các hàm được phục vụ cho việc điều xung PWM.

       mode: T2_DIV_BY_1, T2_DIV_BY_4, T2_DIV_BY_16

          period: 0-255

          postscale: 1

       Tần số điều xung PWM:

f = fosc / [ 4*mode*(period+1) ]

      mode:

         CCP_PWM: chọn chế độ PWM.

         CCP_OFF: tắt chế độ PWM.

 Nếu value là giá trị kiểu int 8bit:

duty_cycle = value / ( period+1 )

  Nếu value là giá trị long int 16bit:

 Nếu không cần điều xung quá “mịn” thì nên điều xung ở giá trị value 8bit cho đơn giản.

Ví dụ: Ta muốn điều xung PWM với tần số 10kHz với tần số thạch anh (fosc) sử dụng là 20MHz (value 8bit).

Với mode = [1,4,16] và period = 0-255 ta có thể chọn:

       o mode = 4;   period = 124

       o mode = 16; period = 32

Để cho việc điều xung được “mịn” (chọn được nhiều giá trị duty cycle) ta chọn mode = 4 và period = 124.

       o value = 30 =>  duty_cycle = 30 / ( 124+1 ) = 0.32 = 32%

       o value = 63 =>  duty_cycle = 63 / ( 124+1 ) = 0.504 = 50.4%

       o value = 113 =>  duty_cycle = 113 / ( 124+1 ) = 0.904 = 90.4%

Sử dụng CCP1 và CCP2 cho động cơ trái và động cơ phải, ta có thể điều khiển được tốc độ của 2 động cơ phù hợp trạng thái lệch khỏi vạch trắng của robot.

Để việc lập trình được dễ dàng, ta nên tạo các chương trình con xử lý tốc độ. Sau đây là chương trình tham khảo của hàm speed.

        Tốc độ: -100 đến 100 (chạy ngược 100% đến chạy thuận 100%)

        Ví dụ: speed(80,60) => động cơ trái chạy 80%, phải 60%

 }

    /* Right motor */

   if( right_motor_speed >= 0 )

   {

      right_pwm_value = 1.25*right_motor_speed;   // (125*left_motor_speed/100)

      right_motor_forward(right_pwm_value);

   }

   else

   {

      right_motor_speed = -right_motor_speed;

      right_pwm_value = 1.25*right_motor_speed;  // (125*left_motor_speed/100)

      right_motor_reverse(right_pwm_value);

   }

}

Trong quá trình di chuyển của robot, sẽ có các vạch ngang màu trắng. Nhờ các vạch ngang này, robot biết được mình đang đi đến đâu và sẽ thực hiện công việc gì tiếp theo (quay trái, quay phải, nâng hạ trục, gắp nhả quà,…)

 Một cách đơn giản, khi robot đến vạch trắng, tất cả 8 cảm biến sẽ lên mức 1 ứng với giá trị đọc được của cảm biến là 0b11111111 hay 0xFF. Ta dùng một biến đếm để biết thứ tự của vạch ngang đang gặp và thực hiện công việc mong muốn.

 Tuy nhiên, vì nhiều lý do khác nhau (nhiễu do ánh sáng bên ngoài, các cảm biến có độ nhạy không đều nhau hoặc robot tiếp cận với vạch ngang không theo phương vuông góc), một vài cảm biến khi tiếp xúc với màu trắng nhưng không nhận biết (vẫn giữ trạng thái mức 0 – màu sậm). Điều này gây khó khăn cho việc nhận biết vạch ngang. Vì vậy, khi 4/8 cảm biến ở mức 1, ta nhận đó là một vạch ngang để khắc phục các ảnh hưởng này.

   if ((temp_sensor&0x01)==0x01) led_in_line++;

      if (led_in_line==4) break;

      temp_sensor=temp_sensor>>1;

   }

   if (led_in_line==4)

      return 1;

   else

      return 0;

}

 Do chương trình nhận vạch ngang được gọi liên tục để kiểm tra có vạch ngang xuất hiện hay không nên sẽ dẫn đến tình trạng khi robot đến vạch ngang, biến đếm số vạch tăng thêm 1. Sau đó, khi robot chưa kịp chạy qua vạch ngang mà hàm kiểm tra được gọi dẫn đến việc biến đếm tăng liên tục.

Việc này khiến cho robot thực hiện sai công việc.

Hướng giải quyết tình huống này như sau:

       o Khi robot gặp vạch ngang: chạy thẳng

       o Khi hết vạch ngang: biến đếm số vạch tăng thêm 1

       o Thực hiện công việc tương ứng

Trường hợp robot lệch ra khỏi vạch (quay quá mạnh hoặc bị va chạm), giá trị cảm biến đọc được là 0x00, như vậy robot sẽ bị mất phương hướng.

Để giải quyết trường hợp này, ta đặt một biến trạng thái là biến toàn cục.

Gọi biến này là line_status:

       o Line_status=0: giữa vạch;

       o Line_status=1: lệch trái;

       o Line_status=2: lệch phải;

Khi đọc giá trị cảm biến để dò đường , ta gán luôn giá trị cho biến này. Như vậy khi robot lệch hẳn ra khỏi vạch, ta vẫn biết được trạng thái trước đó để biết quay trái hoặc quay phải để hướng robot di chuyển về

phía line.

case 0b00000110: turn_left(); line_status=1; break;

case 0b00000011: turn_left(); line_status=1; break;

case 0b00000001: turn_left(); line_status=1; break;

case 0b00110000: turn_right(); line_status=2 ;break;

case 0b01100000: turn_right(); line_status=2 ;break;

case 0b11000000: turn_right(); line_status=2 ;break;

case 0b10000000: turn_right(); line_status=2 ;break;

}

Trong Robot, ta thường sử dụng incremental encoder (encoder tương đối) hay còn gọi là rotary encoder. Mục đích của việc sử dụng encoder trong robot là đếm số vòng quay để tính số vòng quay của động cơ (bánh xe), từ đó suy ra quãng đường di chuyển và tốc độ của robot.

Để nhận xung từ encoder, ta có thể sử dụng ngắt ngoài, ngắt timer hoặc đơn giản là tham dò mức logic của các chân vi điều khiển một cách liên tục. Phần sau đây giới thiệu cách nhận và đếm xung của PIC16F877A dùng ngắt ngoài B0 (nối với kênh A của encoder) và chân B1 (nối với kênh B của encoder). Ta có thể làm tương tự đối với các cách nhận xung khác.