Mô tả tìm hiểu về bộ vi điều khiển nói chung và Arduino nói riêng, cách thức ứng dụng chế tạo xe điều khiển, xe tự hành

1. 1/29
Huế, 05-2018
NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO ROBOT BẰNG MẠCH
ĐIỀU KHIỂN LOGIC LẬP TRÌNH ĐƯỢC
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH THỪA THIÊN HUẾ
TRƯỜNG CAO ĐẲNG SƯ PHẠM
------
Đề tài:
Chủ nhiệm đề tài Thành viên tham gia
Th.S LÊ GIA HÒA Th.S NGUYỄN THÀNH CÔNG
MS: 416030318

2. NỘI DUNG
Mở đầu
Mạch điều khiển logic lập trình được
Nghiên cứu chế tạo robot
Kết quả và hướng phát triển
1
2
4
3

3.  Lý do chọn đề tài
– Nghiên cứu lĩnh vực “CM Công nghiệp 4.0” để thay đổi chương trình
và nội dung đào tạo
• Internet of things (IoT)
• Robotic
– Bản thân đã có nghiên cứu trước, nghiên cứu nâng cao để áp dụng
trong công việc
 Phương pháp nghiên cứu
– Tìm hiểu mạch PLC, Arduino Uno và thiết bị ngoại vi
– Kết hợp các kỹ thuật như:
• Phương pháp điều xung PWM
• Phương pháp đảo chiều động cơ (mạch cầu H)
• Phương pháp điều khiển bằng sóng vô tuyến
• Phương pháp đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm
• ….
- Nghiên cứu các hình mẫu để giải quyết nhu cầu
Mở đầu

4. 4/29
Mạch điều khiển logic lập trình được (PLC)
 Là một máy vi tính nhỏ chứa tất cả trên 1 chip (SoC)
Chứa đựng vi xử lý, bộ nhớ và ngõ vào, ngõ ra
 Giao tiếp bên ngoài qia cổng nối tiếp, ADC, DAC, Bluetooth, Wi-Fi …
 Lập trình được
 Có chi phí nhỏ và giá thấp
 Thông thường được nhúng bên trong thiết bị để kiểm soát

5. 5/29
Bộ vi điều khiển
 Máy tính chỉ trên 1 chip tích hợp
Processor (CPU)
Memory (RAM / ROM / Flash)
I/O ports (USB, I2C, SPI, ADC)
 Các họ microcontroller thông dụng
Intel: 4004, 8008 v.v..
Atmel: AT và AVR
Microchip: PIC
ARM: nhiều hãng sản xuất
 Ứng dụng
Điện thoại di động
Đồ chơi
Thiết bị gia dụng
Xe hơi
Máy ảnh, máy quay phim
…

6. 6/29
Arduino => Bộ vi điều khiển
 Nền tảng phần cứng mở
 Môi trường nền tảng mã nguồn mở
Dễ dàng học ngôn ngữ và thư viện
Môi trường phần mềm phát triển tích hợp
Chạy trên nền tảng Windows / Mac / Linux
 Có thể lập trình cho bộ vi điều khiển để đk thiết bị cơ điện
…
 Có thể kết nối tín hiệu kỹ thuật số và tương tự
Cảm biến (contac, siêu âm, độ ẩm, ánh sáng…)
Thiết bị truyền động (Motor 1 chiều, motor servo, motor bước…)
 Lý do chọn mạch Arduino Uno
Có nền tảng dễ dùng
Dễ lập trình (Arduino C là phiên bản rút gọn của C++)
Giao tiếp chuẩn USB
Hỗ trợ nhiều bảng mạch thiết bị ngoại vi
Giá rẻ

7. 7/29
Arduino - Uno
 Đặc tính về điện của các ngõ vào ra
Điện áp sử dụng: 7-12 V (USB, DC plug, or Vin)
Dòng xuất cực đại cho 1 chân: 40 mA
 Các cổng I/O
14 Digital I/O bits
• 2 = serial TxD/RxD
4 LEDs
6 ngõ ra “Analog”
• Điều chế pulse-width
• Có thể chọn digital hoặc PWM
• Giải pháp 8-bit
6 ngõ vào Analog
• Giải pháp lên đến 10-bit

8. 8/29
Arduino - Uno
 The ATmega328P Microcontroller
Sử dụng cho mạch Arduino UNO
Kiến trúc AVR 8-bit RISC
Xung nhịp 20 MHz
Bộ nhớ 32kB flash
• 30 kB sử dụng cho code
• 2 kB sử dụng bootloader
2 kB RAM
Lập trình 23 kênh I/O
6 ngõ vào 10-bit ADC
3 timers/counters
6 ngõ ra hỗ trợ PWM

9. 9/29
Giao diện chương trình
Includes
Globals
void setup()
void loop()

10. 10/29
Các sản phẩm Arduino
 Có nhiều phiên bản khác nhau tùy thuộc:
Số kênh I/O
Kích thước
Vi xử lý
 Uno
 Leonardo
 Due
 Micro / Mini / Nano
 LilyPad
 Esplora
 Mega

11. 11/29
Các bảng mạch gắn thêm (Shields)
<Color LCD shield><GPS shield> <Bluetooth module>

12. 12/29
Các cảm biến gắn thêm (Sensors)
<Gas > <Độ ẩm và nhiệt độ>
<Quét vân tay>
<Đo phóng xạ>

13. 13/29
Nghiên cứu chế tạo robot
 Robot là một loại máy có thể thực hiện những công
việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy
tính hoặc các mạch PLC.
 Phân loại Robot theo thế hệ
 Robot hoạt động nhờ người điều khiển trực tiếp
 Robot hoạt động theo chu trình cố định.- robot lắp đặt.
 Robot hoạt động theo chu trình thay đổi được.
 Robot điều khiển bằng chương trình số.
 Robot thông minh
 Các bước chính để xây dựng robot trong đề tài
 Thiết kế hệ thống cơ khí, hệ thống điện để truyền động
 Thiết kế cơ chế nhận lệnh: điều khiển trực tiếp, thông minh
 Lập trình
 Hiệu chỉnh

14. 14/29
Nghiên cứu chế tạo robot
 Linh kiện cần thiết

15. 15/29
Sơ đồ nối dây

16. 16/29
Nghiên cứu chế tạo robot
 Xe 4 bánh điều khiển qua bluetooth
/

17. 17/29
Nghiên cứu chế tạo robot
 Xe 3 bánh tự hành tránh vật cản 1 cảm biến xoay
/

18. 18/29
Xe 3 bánh tự hành tránh vật cản 1 cảm biến

19. 19/29
Xe 3 bánh tự hành tránh vật cản 1 cảm biến xoay

20. 20/29
Kết luận và hướng phát triển
 Đề tài đã đạt được một số kết quả sau:
Nghiên cứu mạch PLC, Arduino Uno bao gồm kiến trúc phần cứng
và ngôn ngữ lập trình của nó.
Nghiên cứu thiết bị ghép nối với mạch Arduino Uno bao gồm: DC
motor, Servo motor, Cảm biến siêu âm, Bluetooth, mạch điều
khiển động cơ L298, L293D.
Nghiên cứu lý thuyết về robot, đã xây dựng robot là xe điều khiển
thông qua bluetooth và xe tự hành tránh vật cản sử dụng vi điều
khiển Arduino Uno.
Trên cơ sở mạch Arduino có thể triển khai 1 hệ thống mới
 Hướng phát triển tiếp theo của đề tài:
Nghiên cứu và lập trình module Arduino ESP8266 bằng Arduino
IDE, sử dụng theo hướng IoT.
Nghiên cứu thêm các kỹ thuật lập trình.
Nghiên cứu thêm các thiết bị cảm biến, thiết bị ngoại vi khác mà
đề tài chưa sử dụng.

21. 21/29
Tài liệu tham khảo
[1] Michael McRoberts (2010), Beginning Arduino
[2] Michael Margolis (2010), Arduino cookbook
[3] John-David Warren, Josh Adams, Harald Molle. (2012),
Arduino-Robotics
[4] https://www.arduino.cc/
[5] http://arduino.vn/reference
[6] https://vi.wikipedia.org/wiki/Arduino.
[7] http://fritzing.org