THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT DỌN RÁC BỀ MẶT...

i

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA XÂY DỰNG VÀ CƠ HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN CƠ TIN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT DỌN

RÁC BỀ MẶT SÔNG

GVHD: TH.S NGUYỄN VĂN ĐOÀN

SVTH: BÙI THỊ ÁNH QUỐC

MSSV: 07106054

SVTH: VÕ THÀNH LUẬN

MSSV: 07106045

SVTH: TRƢƠNG HỮU TOÀN

MSSV: 07106059

P.HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2012

ii

Bộ Giáo dục và Đào tạo

Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM

Khoa Xây Dựng & Cơ Học Ứng Dụng

Bộ môn Cơ Tin

---o0o---

Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

---o0o---

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên : Bùi Thị Ánh Quốc MSSV: 07106054

Võ Thành Luận MSSV: 07106045

Trƣơng Hữu Toàn MSSV: 07106059

Lớp 07106 Ngành Cơ tin kỹ thuật

1. TÊN ĐỒ ÁN:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT DỌN RÁC BỀ MẶT SÔNG

2. NHIỆM VỤ:

- Thiết kế và thi công mô hình Robot dọn rác dựa trên yêu cầu thực tế.

- Tính toán và kiểm tra bền những phần quan trọng của Robot.

- Thiế kế và thi công mạch điều khiển Robot.

- Xây dựng chƣơng trình giải thuật lập trình để điều khiển Robot.

Ngày giao nhiệm vụ đề tài: / /2011

Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 13/01/2012

Họ và tên giáo viên hƣớng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Đoàn

Họ và tên giáo viên phản biện: Th.S Dƣơng Đăng Danh

Nội dung và yêu cầu ĐATN đã thông qua Bộ môn.

Ngày … tháng … năm 2012

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN:

Ngƣời duyệt (chấm sơ bộ): .........................

Đơn vị: ........................................................

Ngày bảo vệ: ...............................................

Điểm tổng kết: ............................................

Nơi lƣu trữ dự án:…………………………

iii

LỜI NÓI ĐẦU

Sau thời gian gần năm năm học tập và nghiên cứu trên ghế giảng đƣờng.

Nhận đƣợc rất nhiều sự hƣớng dẫn và dạy dỗ tận tình của các thầy cô giáo về

chuyên môn lẫn đạo đức. Luận văn tốt nghiệp là sản phẩm có ý nghĩa nhất của bất

kì một sinh viên nào. Nó là sự kết tinh của tất cả những kiến thức mà sinh viên đã

lĩnh hội đƣợc trong quá trình học tập tại trƣờng cũng nhƣ những những kiến thức

tự học tập đƣợc của mỗi sinh viên.

Với thời đại khoa học công nghệ phát triển mạnh mẽ nhƣ ngày nay, thì con

ngƣời luôn có khuynh hƣớng kết hợp rất nhiều lĩnh vực công nghệ vào những sản

phẩm . Đặc biệt là sự kết hợp mạnh mẽ giữa cơ khí, tự động hóa, điện – điện tử, tin

học…nhằm đem lại hiệu quả thiết thực và cao nhất.

Chính vì vậy đề tài “ Thiết kế và thi công Robot dọn rác bề mặt sông ”.

Thứ nhất đề tài đƣợc xem là một trải nghiệm thực sự để nhóm có thể vận dụng

những gì đã học tập và nghiên cứu nhằm cho ra một sản phẩm thật sự hữu ích và

có giá trị sử dụng. Thứ hai việc chọn và thực hiện đề tài nhằm múc đích giải quyết

một vẫn đề nhức nhối là tình trạng ô nhiễm tại các con sông trên địa bàn Thành

Phố Hồ Chí Minh nói riêng cũng nhƣ cả nƣớc nói chung. Và đó cũng là lý do và

mục đích đề ra để nhóm thực hiện đề tài đạt đƣợc.

iv

LỜI CẢM ƠN

Trƣớc tiên,chúng em xin đƣợc gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc nhất đến

thầy Nguyễn Văn Đoàn- ngƣời đã hết sức tạo điều kiện và tận tình hƣớng dẫn,

góp ý, động viên chúng em trong suốt quá trình nghiên cứu thực hiện đồ án này.

Xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý thầy cô thuộc Khoa Xây Dựng & Cơ

Học Ứng Dụng trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP.HCM, những ngƣời đã trang

bị cho chúng em những kiến thức cơ bản, cũng nhƣ đã nhiệt tình hƣớng dẫn giúp

đỡ chúng em trong suốt khóa học vừa qua.

Và sau cùng xin đƣợc cảm ơn, chia sẻ niềm vui này với gia đình, ngƣời thân,

bạn bè cùng tập thể lớp Cơ Tin khóa 2007 -những ngƣời đã luôn ở bên, quan tâm

giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để chúng tôi đƣợc học tập, nghiên cứu và hoàn

thành đồ án tốt nghiệp này.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 01 năm 2012

NHÓM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Bùi Thị Ánh Quốc

Võ Thành Luận

Trƣơng Hữu Toàn

v

Nhận xét của giáo viên hƣớng dẫn

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………

TP.HCM, ngày tháng năm 2012

Th.S Nguyễn Văn Đoàn

vi

Nhận xét của giáo viên phản biện

………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………

TP.HCM, ngày tháng năm 2012

Th.S Dƣơng Đăng Danh

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đoàn

Bùi Thị Ánh Quốc Trang 1

Võ Thành Luận


MỤC LỤC

Chƣơng I: DẪN NHẬP ........................................................................................................... 3

I. ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................................ 3

II. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI ........................................................................................................ 3

III. MỤC TIÊU CỦA ĐỂ TÀI ........................................................................................... 4

IV. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI ...................................................................................................... 4

V. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU .................................................................................... 5

VI. PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ....................................... 5

Chƣơng II: CƠ SỞ LÝ LUẬN ............................................................................................... 6

I. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ........................................................... 6

1.1 Hiện trạng ô nhiễm môi trƣờng nƣớc do rác thải. ................................................ 6

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và hƣớng giải quyết. ...................................... 7

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TIẾP CẬN .............................................................................. 9

2.1Cơ sở tính toán Robot. ................................................................................................. 9

2.1.1 Các khái niệm về lực: ..................................................................................... 9

2.1.2 Thanh chịu xoắn: ......................................................................................... 10

2.1.3 Nguyên lý lực đẩy Archimedes (Tính độ nổi phao của Robot). .................. 14

2.1.4 Lý thuyết các phần tử của hệ động lực tàu. ................................................. 16

2.2 .......................................................................... Cơ sở lý thuyết điều khiển hệ thống.

18

2.2.1 Lý thuyết sóng RF chuẩn truyền UART. ..................................................... 18

2.2.2 Phương pháp điều khiển động cơ DC bằng PWM (Pulse Width

Modulation). ................................................................................................ 21

2.2.3 Chuyển đổi tín hiệu ADC – DAC đọc quá dòng và joystick tay bấm. ......... 22

Chƣơng III: NỘI DUNG ....................................................................................................... 23

I. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ROBOT ............................................................................ 23

1.2 Các phương án thiết kế. ................................................................................ 24

1.3 Nguyên lý hoạt động của Robot. .................................................................. 26

1.4 Tính toán cho Robot. .................................................................................... 27

2.3 Tính chọn trục chân vịt và kiểm tra bền. ..................................................... 31



Võ Thành Luận


III. ....................................................................THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

33

3.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển. .................................................. 33

3.1 Tay bấm điều khiển. ...................................................................................... 34

3.2 Mạch điều khiển trung tâm. ......................................................................... 35

3.3 Module sóng RF. ........................................................................................... 41

3.4 Động cơ DC và thiết bị đẩy ( chân vịt ) ........................................................ 41

3.5 Xây dựng toàn bộ giải thuật điều khiển hệ thống. ...................................... 43

Chƣơng IV: CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT ...................................................................... 51

I. Ống nhựa PVC Bình Minh. ...................................................................................... 51

II. Các chi tiết cơ khí. ....................................................................................................... 56

Chƣơng V: KẾT LUẬN ........................................................................................................ 61

I. NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC ...................................................................... 61

5.1 Về nghiên cứu lý thuyết: ............................................................... 61

5.2 Về thiết kế kết cấu khung Robot: .................................................. 61

5.3 Về thiết kế điều khiển: ................................................................... 61 II. NHỮNG KẾT QUẢ CHƢA ĐẠT ĐƢỢC VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC... 62

III. HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI................................................................. 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................... 63

PHỤ LỤC ............................................................................................................................... 64

Phần A: VI ĐIỀU KHIỂN .................................................................................................... 64

I. Tổng quan về họ vi điều khiển AVR ............................................................... 64

Thanh ghi DDRx ................................................................................................................ 67

PhầnB: MỘT SỐ CODE CHÍNH CỦA CHƢƠNG TRÌNH ............................................. 70



Võ Thành Luận


Chƣơng I: DẪN NHẬP

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong thời đại ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của Khoa học công

nghệ nói riêng và tất cả các ngành, các lĩnh vực nói chung. Song song với sự

phát triển đó thì vẫn đề ô nhiễm môi trƣờng vẫn đang là một điểm nhấn nguy

hiểm cho môi trƣờng sống của con ngƣời trên toàn thế giới. Sự ô nhiễm cho đến

thời điểm hiện tại thì không chỉ dừng lại cụ thể ở môi trƣờng sống nào mà có thể

nói là tất cả. Chính vì vậy việc bảo vệ và cải thiện môi trƣờng sống không chỉ

đơn thuần là mọi ngƣời tự ý thức về cách sống về suy nghĩ mà cụ thể là những

giải pháp, những gì mà thực tiễn để bắt tay vào làm sạch sự ô nhiễm đó. Cho nên

đề tài “ Thiết kế và thi công Robot dọn rác bề mặt sông “ của nhóm thực hiện

là những tân kỹ sƣ trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM ngoài việc ý

tƣởng và mong muốn góp phần cải tạo môi trƣờng ô nhiễm,đó còn là sự vận

dụng trải nghiệm những gì đã học đƣợc vào đề tài nhằm đạt đƣợc mục đích đề ra

sao cho hiệu quả nhất.

II. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI

Thông qua việc thực hiện đề tài “ Thiết kế và thi công Robot dọn rác bề

mặt sông “ này ngoài việc nhóm thực hiện có cơ hội vận dụng đƣợc những kiến

thức mà đã đƣợc đào tạo trong suốt quá trình học tập tại trƣờng, thì nhóm còn

đƣợc trƣợc tiếp làm ra một mô hình thực tế, trải nghiệm đƣợc rất nhiều điều thực

tiễn mà một ngƣời kỹ sƣ tƣơng lai rất cần khi ra trƣờng. Có cơ hội học tập và

nghiên cứu thêm những kiến thức về lĩnh vực điện – điện tử, công nghệ tự động,

lập trình…

Bƣớc đầu có đƣợc mô hình Robot vớt rác thực tế trên các con sông đang bị ô

nhiễm trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh.

Một phần ý tƣởng thực hiện đề tài còn mới mẻ nên có thể làm cơ sở để kế

thừa và cải tiến sau này nhằm hoàn thiện Robot.



Võ Thành Luận


III. MỤC TIÊU CỦA ĐỂ TÀI

- Trực tiếp tìm hiểu những sản phẩm có sẵn ngoài thị trƣờng để thiết kế mô

hình 3D, nghiên cứu và ứng dụng những công nghệ tự động, điện-điện tử

có sẵn vào việc điều khiển lập trình cho Robot.

- Sử dụng kiến thức môn hình họa vẽ kỹ thuật và kết hợp với phần mềm để

thiết kế mô hình Robot trên phần mềm ProEngineer Wildfire 5.0

- Áp dụng kiến thức cơ sở nghành: Cơ lý thuyết, nguyên lý – chi tiết máy,

sức bền vật liệu… vào việc tính toán thực tế. Ngoài ra còn tiềm hiểu về

kiến thức tự động hóa tính toán thiết kế tàu, chân vịt về lĩnh vực hàng hải

để áp dụng tính toán những vấn đề liên quan.

- Vận dụng kiến thức nghành liên quan nhƣ: Kỹ thuật điện-điện tử, vi điều

khiển, sử dụng phần mềm Orcad và Protues để thiết kế và mô phỏng

mạch điều khiển

- Thi công mạch điều khiển và mô hình Robot từ bản thiết kế.

- Xây dựng giải thuật chƣơng trình điều khiển. Lập trình điểu khiển Robot

sử dụng vi điều khiển ATmega8 với phần mềm Code VisionAVR 2.05

IV. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Do ý tƣởng thiết kế và thực hiện đề tài là Robot giọn rác bề mặt sông còn

khá mới mẻ và thời gian thực hiện đề tài tƣơng đối ngắn, cùng với việc thi công

chế tạo mô hình Robot, cũng nhƣ trình độ chuyên môn của nhóm thực hiện đề

tài có hạn và nhiều yếu tố khách quan khác… Chúng em đã cố gắng hết sức để

hoàn thành bản thuyết mình cũng nhƣ mô hình đồ án này, nhƣng chỉ giải quyết

đƣợc một số vấn đề chính đặt ra :

- Thiết kế, tính toán những phần quan trọng của Robot dọn rác:

Tính lực nổi của toàn bộ Robot theo nguyên lý lực đẩy Archimedes.

Từ yêu cầu thực tế, tính toán vận tốc làm việc của Robot từ đó tính chọn

động cơ và chân vịt phù hợp theo điều kiện sản xuất ngoài thị trƣờng.

Tính toán bền cho khung Robot.

Tính toán bền cho trục và khợp nối từ động cơ ra chân vịt

- Bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp của mô hình Robot.



Võ Thành Luận


- Thiết kế thi công Board mạch cũng chƣ hệ thống điều khiển Robot.

- Lập trình điều khiển Robot từ xa thông qua module RF sử dụng truyền

thôngtheo chuẩn UART, cũng nhƣ lập trình cho Board chính để kết nối dùng

vi điều khiển AT mega8 trên phần mềm Code VisionAVR 2.05

- Thi công chế tạo đƣợc mô hình Robot dọn rác bề mặt sông.

V. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu các tài liệu, sách báo, giáo trình có liên quan, các tài liệu chuyên

môn dùng trong việc tính toán cũng nhƣ điều khiển lập trình trên các trang Web

cũng nhƣ trên các diễn đàn mạng Internet.

Tìm hiểu các cơ cấu truyền động cũng nhƣ kiểu dáng canô mô hình để hỗ trợ

trong việc thiết kế Robot.

VI. PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU

Về phƣơng pháp nghiên cứu:

- Tìm hiểu, khảo sát, tham khảo tài liệu, diễn đàn về kiểu dáng thiết kế cũng

nhƣ cở sở tính toán chuyên nghành.

- Đề ra ý tƣởng chung và dùng phƣơng pháp loại trừ thống nhất kết cấu kiểu

dáng thiết kế và công việc thực hiện.

- Tiến hành chạy thực nghiệm đánh giá kết quả để so sánh mục tiêu đặt ra từ

đó rút ra tính khả thi của đồ án.

Về phƣơng tiện nghiên cứu:

- Thiết kế mô hình và tính toán độ bền khung Robot bằng phần mềm

ProEngineer Wildfire 5.0 và Visual Nastran

- Thiết kế Board mạch và lập trình điều khiển Robot bằng vi điều khiển

ATmega8 cùng với bộ thu phát tín hiệu RF bằng các phần mềm: Orcad,

Protues, Code VisionAVR 2.05 …



Võ Thành Luận


Chƣơng II: CƠ SỞ LÝ LUẬN

I. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1.1 Hiện trạng ô nhiễm môi trƣờng nƣớc do rác thải.

Rác thải ở Việt Nam đang là một hiện trạng đáng lo ngại. Cùng với sự phát

triển kinh tế, gia tăng dân số cộng với sự lãng phí tài nguyên trong thói quen

sinh hoạt của con ngƣời, rác thải có số lƣợng ngày một tăng, thành phần ngày

càng phức tạp và tiềm ẩn ngày càng nhiều nguy cơ độc hại với môi trƣờng và

sức khoẻ con ngƣời. Là một nƣớc đang đang phát triển, tốc độ tăng các rác thải

sinh hoạt ở cả thành phố và nông thôn, rác thải công nghiệp, y tế ở nƣớc ta còn

nhanh hơn nhiều các nƣớc khác, từ năm 2003 đến 2008 tăng gấp hai lần.

Tình hình trong thời gian gần đây đã trở nên bức xúc, đặc biệt ở 3 thành phố

lớn là Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh và Đà Nẵng. Ví dụ tại Hà Nội, khối lƣợng rác

thải sinh hoạt tăng trung bình 15%/năm, vởi tổng lƣợng ƣớc tính 5.000 tấn/ngày

đêm, và dự đoán chỉ sang năm (2012) có thể không còn chỗ để đổ rác. Thành

phố Hồ Chí Minh mỗi ngày có trên 7.000 tấn rác thải sinh hoạt, mỗi năm cần

235 tỷ đồng để xử lý.

Hình 1.1: Những bịch nilon rác thải trên một con kênh tại TP.HCM



Võ Thành Luận


Đặt biệc là các hồ nằm trong công trình công cộng hoặc dọc theo các con

đƣờng đều bị ảnh hƣởng bởi rác thải, mà nguyên nhân chính là do ý thức ngƣời

quá kém trong việc giữ vệ sinh chung, vì mục đích bảo vệ môi trƣờng.

Hình 1.2: Xả rác suống Hồ Hoàn Kiếm sau lễ hội phố hoa dịp đầu năm

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc và hƣớng giải quyết.

Trƣớc tình hình ô nhiễm trầm trọng môi trƣờng nƣớc do rác thải và sự trôi nổi dày

đặt của bèo, thực vật sống trôi nổi trên sông làm cản trở phƣơng tiện đƣờng thủy.

Cũng một phần công nghệ chế tạo không phức tạp và đƣợc khuyến khích nhƣ hiện

nay thì việc nghiên cứu chế tạo ra những sản phẩm giúp cải thiện cho việc ô nhiễm

do rác thải đang đƣợc đầu tƣ có mục đích và hiệu quả trong nƣớc ta hiện nay.

Hệ thống cắt, vớt rong. Rác thải trên kênh, rạch, song, hồ của Trung tâm

Nghiên cứu và phát triển công nghệ - Máy công nghiệp ( Trƣờng đại học

Công nghiệp TP Hồ Chí Minh )



Võ Thành Luận


Hình 1.3: Hệ thống máy ăn bèo hoạt động trên song

Hệ thống máy bao gồm một máy chính và một thiết bị phụ trợ. Hệ thống máy có

thể thực hiện đƣợc các chức năng nhƣ: cắt và vớt rong, cỏ dại dƣới mặt nƣớc ở độ

sâu tối đa 1,5 m cùng với chiều rộng 2,36 m; vớt lục bình, rác thả nổi trên mặt nƣớc

và lơ lửng ở độ sâu 0,5 m - bề rộng 4 m; chuyển tải vật sau khi cắt, vớt lên bờ hoặc

đƣa lên phƣơng tiện vận chuyển đƣa đi nơi khác chế biến. Hệ thống có thể đƣợc

ứng dụng trong hoạt động các công ty công ích của các đô thị, công ty khai thác

công trình thủy lợi.

Thiết bị tự động thu gom rác trên song do kỹ sƣ Hoàng Tử Cƣờng,

Tổng Công ty Cơ khí Giao thông vận tải Sài Gòn đã nghiên cứu và chế tạo.

Hình 1.4: Tàu vớt rác tự động trên sông, biển



Võ Thành Luận


Thiết bị này giống nhƣ một con tàu thông thƣờng nhƣng có hai thân riêng biệt,

dạng phao nổi, liên kết với nhau bởi phần khung sàn tàu cao hơn mặt nƣớc, đầu thân

tàu gắn với cánh tay gom rác. Vì vậy, khi tàu chuyển động sẽ tạo nên một dòng

chảy mang theo rác nổi vào thân tàu hứng. Rác sẽ đƣợc tự động gom vào giữa thân

tàu và đổ về thùng chứa mà không phải nhờ đến sức lực, thao tác của công nhân.

Tàu gồm các phần nhƣ: boong chính, thiết bị lái, truyền động lái, thiết bị neo, chằng

buộc, thiết bị cứu sinh, thiết bị cứu hỏa và các thiết bị tín hiệu..

Theo thiết kế, tàu vớt rác đƣợc sử dụng tại các sông, kênh, rạch và các hồ có

chiều sâu nƣớc từ 1,2m trở lên. Chiếc tàu này có kết cấu cơ bản kiểu 2 thân dạng

phao nổi, khi tàu chạy tạo dòng chảy ở giữa thiết bị. Tàu có 2 cánh hƣớng rác có độ

mở rộng 4m, khi tàu chạy, rác nổi đƣợc hƣớng vào luồng chảy giữa 2 thân phao.

Tại khoảng giữa của tàu có trang bị một lƣới chắn rác và gàu vớt rác. Khi rác vào

đầu gầu, công nhân chỉ việc ấn nút là gàu vớt rác tự động lật lên đổ rác vào thùng

đƣợc đặt trên mâm quay. Ngoài ra, tàu vớt rác còn đƣợc trang bị các thiết bị an toàn

bao gồm còi, đèn xoay, đèn làm việc và phao cứu sinh

Tuy nhiên mặc khuyết điểm cảu các máy vớt rác này là chỉ làm việc đƣợc ở

những con sông, kênh rạch có diện tích lớn. Trong khi đó thì tính chất những rác

nổi nhỏ luôn bị trôi dạt, gom lại thành khối và tấp và gần bờ, gần những chân bờ đá

trong các hồ địa hình chật hẹp giới hạn về không gian làm việc. Chính vì vậy

những giải pháp sang kiến nhƣ những Robot vớt rác có thể làm việc ở các địa hình

phức tạp trong các kênh, hồ Thành Phố là rất cần thiết và mang tính khả thi cao.

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TIẾP CẬN

2.1 Cơ sở tính toán Robot.

2.1.1 Các khái niệm về lực:

Ngoại lực: Là tác dụng của môi trƣờng bên ngoài hay của các vật thể khác lên

vật thể khảo sát. Ngoại lực bao gồm tải trọng và phản lực liên kết.

Nội lực: Dƣới tác dụng của ngoại lực, lực tƣơng tác giữa các phân tử của vật thể

sẽ thay đổi để chống lại sự dịch chuyển bên trong vật thể đó gọi là nội lực.

Tải trọng: Là các tác động dƣới dạng lực bên ngoài tác dụng lên vật thể gây ra

sự thay đổi trạng thái ứng suất, biến dạng…so với trạng thái cân bằng ban đầu.



Võ Thành Luận


Phản lực liên kết: Là những lực thụ động, phát sinh tại nơi tiếp giáp giữa vật thể

khảo sát và vật thể xung quanh khi có tác dụng của tải trọng.

Mômen xoắn: Là một đại lƣợng trong vật lý, thể hiện tác động gây ra sự quay

quanh một điểm hoặc một trục của một vật thể. Nó là khái niệm ở rộng cho chuyển

động quay từ khái niệm lực trong chuyển động thẳng.

Mômen xoắn còn đặc trƣng cho khả năng chịu tải tức thời của động cơ và đƣợc

truyền tới thiết bị đẩy là chân vịt của tàu thông qua hệ trục truyền động tạo lực đẩy.

Ứng suất: Tại một điểm trên mặt cắt là cƣờng độ của nội lực trên một đơn vị

diện tích tại điểm đó, nó gọi là đại lƣợng véc tơ. Có thể phân ứng suất p

thành hai

thành phần: một trên phƣơng pháp tuyến n của mặt cắt gọi là ứng suất pháp tuyến

ký hiệu , một nằm trong mặt cắt gọi là ứng suất tiếp tuyến ký hiệu . Ta có hệ

thức: 2 2 2p

Vậy ứng suất đặc trƣng cho mức độ chịu đựng của vật liệu tại một điểm. Nếu ứng

suất vƣợt quá một giới hạn nào đó thì vật liệu bị phá hoại, việc xác định ứng suất là

cơ sở đánh giá mức độ an toàn của vật liệu.

2.1.2 Thanh chịu xoắn:

Thanh chịu xoắn thuần túy khi trên mọi mặt cắt ngang chỉ tồn tại một thành

phần ứng lực 𝑀𝑧 .

Hình 1.5: Các trƣờng hợp thanh chịu xoắn thuần túy



Võ Thành Luận


Thanh chịu xoắn thƣờng đƣợc gọi đối với trục. Trục truyền lực, trục động cơ,

những dầm cầu đƣờng ô tô cũng có thể bị xoắn nếu tải trọng không đặt đúng tim

cầu.

Công thức tính ứng suất tiếp trên tiết diện:

( Theo tài liệu SỨC BỀN VẬT LIỆU, Lê Thanh Phong, Trường Đại học Sư phạm Kỹ

thuật TP Hồ Chí Minh)

Theo các giả thiết đã nêu, ta có thể xem: trên tiết diện ứng suất pháp bằng không,

chỉ tồn tại ứng suất tiếp vuông góc với bán kính tiết diện, là kết quả của biến dạng

trƣợt do các mặt cắt ngang xoay tƣơng đối với nhau quanh trục z . Xét phân tố tách

ra nhƣ hình 6.3a, giới hạn bởi hai mặt vuông góc với trục có tọa độ z và dzz .

Tiếp tục tách ra phân tố con (hình 6.3b) giới hạn bởi hai mặt trụ bán kính R ,

d và hai mặt cắt nhau bởi giao tuyến là trục z , hợp với nhau một góc d .

Trạng thái ứng suất tại mọi điểm của trục là trạng thái trƣợt thuần túy.

Hình 1.6: Phân tích biến dạng thanh chịu xoắn

Tiết diện bên trái, ở tọa độ z, có góc xoay .

Tiết diện bên phải, ở tọa độ dzz , sẽ có góc xoay d .

Hiệu số d , là góc xoay tƣơng đối của hai tiết diện cách nhau một đoạn dz, đƣợc

gọi là góc xoắn của đoạn trục có chiều dài dz. Bán kính của tiết diện bên phải

cũng có góc xoay tƣơng đối d so với bán kính tƣơng ứng của tiết diện bên trái.

là biến dạng góc vuông của phân tố hay còn gọi là góc trƣợt, ta có:

dz

d

dz

AA1 (a).



Võ Thành Luận


Trị số là góc xoay tƣơng đối giữa hai mặt cắt cách nhau một đơn vị chiều dài

gọi là góc xoắn tỷ đối của thanh - là hằng số trên tiết diện, và là hàm số theo tọa

độ z, thứ nguyên [Rad]/[chiều dài]:

dz

d (6.1).

Theo định luật Hooke về trƣợt: GG (b).

Theo định nghĩa: tổng mômen đối với trục z của các ứng suất tiếp trên toàn tiết

diện F chính là mômen xắn z

M : F

2

F

zdFGdFM

(c).

Tích G là hằng số trên tiết diện, F

dF2 là mômen quán tính cực J của tiết diện

đối với tâm nên J.GMz hay:

J

MG

z (6.2).

Thay (6.2) vào (b) ta nhận đƣợc công thức tính ứng suất tiếp trên tiết diện:

J

Mz (6.3).

Biểu đồ ứng suất tiếp trên tiết diện:

Ứng suất tiếp trên tiết diện có phƣơng vuông góc với bán kính, có chiều của

mômen xoắn z

M và có trị số phụ thuộc bậc nhất với khoảng cách từ tâm đến

điểm tính ứng suất (xem hình 6.4).

W

M

2

d.

J

Mzztd

max (6.4).

2/d

JJ

W

max

đƣợc gọi là mômen chống xoắn, là đặc trƣng hình học của

tiết diện, có thứ nguyên 3daøichieàu .



Võ Thành Luận


Hình 1.7: Biểu đồ phân bố ứng suất trên tiết diện

của thanh chịu xoắn thuần túy

Với tiết diện tròn đặc (hình 6.4a):

32

4

dJ

3

3

2,0

16

dd

W

.

Tiết diện hình vành khăn (hình 6.4b):

44

44

323232

dDdD

J

4

4344 12,0

32

2

D

dDdD

DW

.

Ứng suất tiếp đối ứng nhƣ hình 6.4c

Điều kiện bền – ba bài toán cơ bản:

Phân tố vật thể trong trục chịu xoắn ở trạng thái ứng suất trƣợt thuần túy, phân tố

nguy hiểm là những phân tố ở sát mặt ngoài của trục có max

.

Điều kiện bền đƣợc viết:

max

ztd

maxmax

W

Mmax (6.5).

Trị số cho phép của ứng suất tiếp đƣợc xác định từ thí nghiệm xoắn:

n

0

; 0

là ứng suất nguy hiểm và n là hệ số an toàn.

Trong trƣờng hợp chỉ có thí nghiệm kéo-nén thì ứng suất tiếp cho phép lấy theo

thuyết bền:



Võ Thành Luận


Theo thuyết bền thứ ba (thuyết bền ứng suất tiếp): 2

.

Theo thuyết bền thứ tƣ (thuyết bền thế năng biến dạng đàn hồi hình dáng): 3

.

Từ điều kiện bền ta cũng có ba bài toán cơ bản:

Kiểm tra bền:

Ta kiểm tra xem ứng suất trong trục có thỏa điều kiện bền hay không?

%5

W

M

max

z

max

.

Chọn kích thước mặt cắt ngang:

Đây là bài toán thiết kế, ta phải định kích thƣớc mặt cắt ngang của trục sao cho đảm

bảo điều kiện bền. Từ (6.5) ta có:

%5

MW

z

. Nếu chọn ở trạng thái giới hạn thì:

%5

zM

W , từ đó ta có thể

xác định đƣợc kích thƣớc mặt cắt ngang của trục.

Định tải trọng cho phép:

Từ (6.5) ta dễ dàng xác định đƣợc nội lực lớn nhất có thể đạt đƣợc của thanh là:

%5WMz

, hay ở trạng thái giới hạn: %5 WMz

Có z

M ta có thể tìm đƣợc trị số cho phép của tải trọng tác dụng lên công trình hay

chi tiết máy.

2.1.3 Nguyên lý lực đẩy Archimedes (Tính độ nổi phao của Robot).

Lực đẩy Archimedes (hay lực đẩy Ácsimét) là lực tác động bởi một chất lƣu

(chất lỏng hay chất khí) lên một vật thể nhúng trong nó, khi cả hệ thống nằm trong

một trƣờng lực (nhƣ trọng trƣờng hay lực quán tính). Lực này có cùng độ lớn và

ngƣợc hƣớng của tổng lực mà trƣờng lực tác dụng lên phần chất lƣu có thể

tích bằng thể tích vật thể chiếm chỗ trong chất này.

http://vi.wikipedia.org/wiki/L%E1%BB%B1c

http://vi.wikipedia.org/wiki/Ch%E1%BA%A5t_l%C6%B0u

http://vi.wikipedia.org/wiki/Tr%C6%B0%E1%BB%9Dng_l%E1%BB%B1c

http://vi.wikipedia.org/wiki/L%E1%BB%B1c

http://vi.wikipedia.org/wiki/Th%E1%BB%83_t%C3%ADch





Võ Thành Luận


Hình 1.8: Phân tích tác dụng các lực đẩy Archimedes

Lực này đƣợc đặt tên theo Ácsimét, nhà bác học ngƣờiHy Lạp đã khám phá ra

nó. Lực đẩy Ácsimét giúp thuyền và khí cầu nổi lên, là cơ chế hoạt động của sự

chìm nổi của tàu ngầm hay cá, và đóng vai trò trong sự đối lƣu của chất lƣu.

Nếu thả một vật ở trong lòng chất lỏng thì:

𝐹𝐴 < 𝑃 Vật chìm xuống

𝐹𝐴 > 𝑃 Vật nổi lên

𝐹𝐴 = 𝑃 Vật lơ lửng trong chất lỏng

Công thức tính lực đẩy Archimedes:

Độ lớn của lực đẩy Archimedes bằng tích của trọng lƣợng riêng của chất

lỏng và thể tích bị vật chiếm chỗ:

𝐹𝐴 = 𝑑.𝑉

Trong đó:

𝐹𝐴 là lực đẩy Archimedes

𝑑 là trọng lƣợng riêng của chất lỏng

𝑉 là thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ

http://vi.wikipedia.org/wiki/%C3%81csim%C3%A9t

http://vi.wikipedia.org/wiki/Hy_L%E1%BA%A1p

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Thuy%E1%BB%81n&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/Kh%C3%AD_c%E1%BA%A7u

http://vi.wikipedia.org/wiki/T%C3%A0u_ng%E1%BA%A7m

http://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1

http://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90%E1%BB%91i_l%C6%B0u

http://vi.wikipedia.org/wiki/Tr%E1%BB%8Dng_l%C6%B0%E1%BB%A3ng_ri%C3%AAng

http://vi.wikipedia.org/wiki/Ch%E1%BA%A5t_l%E1%BB%8Fng


http://vi.wikipedia.org/wiki/V%E1%BA%ADt



Võ Thành Luận


2.1.4 Lý thuyết các phần tử của hệ động lực tàu.

Sức cản tàu:

Sức cản tàu là tổng hợp tất cả các ngoại lực tác dụng lên tàu làm giảm khả

năng chuyển động của tàu. Ngoại lực tác dụng lên tàu gồm nhiều thành phần: sức

cản song, sức cản ma sát, sức cản áp suất…Để tàu chuyển động đƣợc thì lực tạo ra

do thiết bị đẩy của tàu phải thắng đƣợc ngoại lực. Việc tính sức cản tàu là hết sức

cần thiết và quan trọng trong việc thiết kế tính toán tàu, chọn động cơ và thiết kế

chọn chân vịt phù hợp.

Tính sức cản theo phƣơng pháp giải quân:

Sử dụng để tính công suất kéo của tàu trong quá trình thiết kế sơ bộ. Công

thức tính nhƣ sau:

𝑁𝑜 =𝑉𝑠

3 .𝐷23

𝐶0

Trong đó : 𝑁𝑜 : Công suất kéo cần thiết của tàu

𝑉𝑠 : Vận tốc tàu (hl/h)

D : lƣợng chiếm nƣớc của tàu

𝐶𝑜 : Hệ số hải quân

Hệ số hải quân xác định từ tàu mẫu hoặc theo bản. Phƣơng pháp này cho kết quả tốt

khi lựa chon tàu mẫu có hình dáng gần giống tàu thiết kế.

Tính sức cản theo phƣơng pháp Papmel:

Sử dụng cho các tàu có các thông số cơ bản nhƣ sau:

𝛿 = 0.35 ÷ 0.8

𝐿

𝐵= 4 ÷ 11

𝐵

𝑇= 1.5 ÷ 3.5

𝐹𝑟 < 0.9

Công thức tính:

𝑁0 =𝐷𝑥

𝐿. 𝜆 𝜓

𝑉𝑠3

𝐶𝑝



Võ Thành Luận


Trong đó:

D: Lƣợng chiếm nƣớc của tàu (𝑚3)

L: Chiều dài thiết kế của tàu (m)

𝑥: Hệ số phụ thuộc vào số trục chân vịt

𝑥 = 1 khi tàu có một trục chân vịt

𝑥 = 1.05 khi tàu có hai trục chân vịt

𝑥 = 1.075 khi tàu có ba trục chân vịt

𝑥 = 1.1 khi tàu có bốn trục chân vịt

Hệ số 𝜆 đƣợc tính theo công thức:

𝜆 = 0.7 + 0.3𝐿

100

𝐿 ≥ 100 thì 𝜆 = 1

𝜓 =𝐵

𝐿𝛿 Hệ số thon của tàu

Với B là chiều rộng của tàu, L là chiều dài tàu, 𝛿 là hệ số béo thể tích của tàu

𝐶𝑝 là hệ số xác định từ đồ thị Papmel trong đó hệ số 𝑉𝑠′ đƣợc xác định nhƣ sau

𝑉𝑠′ = 𝑉𝑠

𝜓

𝐿

Sức cản toàn bộ của tàu đƣợc xác định nhƣ sau:

𝑅 = 75𝑁0

𝑣 (kG)

Với v (m/s), 𝑁0 (cv)

Tính sức cản theo phƣơng pháp Zvonkov:

Theo các số liệu của Zvonkov, lực cản tàu sông có thể tính theo công thức:

𝑅 = 𝜉𝑟Ω. 𝑣1.825 + 𝛿. 𝜉. 𝑆. 𝑣1.7+4𝐹𝑟

Trong đó:

𝜉𝑟 : Hệ số lực cản ma sát

𝜉𝑟 = 0.17 đối với tàu vỏ thép

𝜉𝑟 = 0.23 ÷ 0.25 đối với tàu võ gỗ

S diện tích sƣờn giữa (𝑚2)

Ω diện tích mặt ƣớt (𝑚2) đƣợc tính bằng Ω = V2

3 3.3 +L

2.09.V13



Võ Thành Luận


V: Thể tích chiếm nƣớc của tàu (𝑚3)

L: Chiều dài mặt ƣớt của tàu (𝑚)

𝛿 :Hệ số béo thể tích của tàu

v: Vận tốc tàu

Fr: Hệ số Fruode của tàu đƣợc tính theo công thức:

𝐹𝑟 =𝑣

𝑔 .𝐿

V: Vận tốc tàu (m/s)

L: Chiều dài tàu (m)

𝜉 =17.7.𝑚 .𝛿2.5

𝐿

6𝐵

3+2

: Hệ số lực cản dƣ

m=1.0 đối với tàu có thiết bị đẩy là chân vịt

m=1.2 đối với tàu có thiết bị đẩy là chân vịt đạo lƣu

Công suất động cơ (máy chính):

Sau khi tính toán đƣợc lực cản của tàu có thể tính sơ bộ công suất máy chính theo

công thức: 𝑁0 =𝑅.𝑣

75

R: Sức cản toàn phần của tàu

v: Vận tốc tàu

Tuy nhiên công thức trên chỉ có ý nghĩa trong thiết kế sơ bộ tàu, trong các giai

đoạn thiết kế tiếp theo ta phải tính tƣơng đối chính xác công suất máy để chọn đƣợc

máy phù hợp với chế độ làm việc của tàu, tạo đƣợc hiệu suất đẩy cao nhất và tƣơng

thích với chân vịt.

2.2 Cơ sở lý thuyết điều khiển hệ thống.

2.2.1 Lý thuyết sóng RF chuẩn truyền UART.

Tần số vô tuyến (RF) là dải tần số nằm trong khoảng 3 kHz tới 300 GHz, tƣơng

ứng với tần số của các sóng vô tuyến và các dòng điện xoay chiều mang tín hiệu vô

tuyến. RF thƣờng đƣợc xem là dao động điện chứ không phải là dao động cơ khí, dù

các hệ thống RF cơ khí vẫn tồn tại.

http://vi.wikipedia.org/wiki/KHz

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Gigahertz&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%A7n_s%E1%BB%91

http://vi.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3ng_v%C3%B4_tuy%E1%BA%BFn

http://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90i%E1%BB%87n_xoay_chi%E1%BB%81u



Võ Thành Luận


Hình 1.9: Module RF sử dụngtruyền thông UART

Thuật ngữ USART trong tiếng anh là viết tắt của cụm từ: Universal

Synchronous & Asynchronous serial Reveiver and Transmitter, nghĩa là bộ truyền

nhận nối tiếp đồng bộ và không đồng bộ. USART hay UART cần phải kết hợp với

một thiết bị chuyển đổi mức điện áp để tạo ra một chuẩn giao tiếp nào đó. Ví dụ,

chuẩn RS232 (hay COM) trên các máy tính cá nhân là sự kết hợp của chip UART

và chip chuyển đổi mức điện áp. Tín hiệu từ chip UART thƣờng theo mức TTL:

mức logic high là 5, mức low là 0V. Trong khi đó, tín hiệu theo chuẩn RS232 trên

máy tính cá nhân thƣờng là -12V cho mức logic high và +12 cho mức low.



Võ Thành Luận


Hình 1.10: Tín hiệu tƣơng đƣơng của UART và RS232.

Baud rate (tốc độ Baud): tốc độ baud là số bit truyền trong 1 giây.

Frame (khung truyền): Khung truyền bao gồm các quy định về số bit trong mỗi lần

truyền, các bit “báo” nhƣ bit Start và bit Stop, các bit kiểm tra nhƣ Parity, ngoài ra

số lƣợng các bit trong một data cũng đƣợc quy định bởi khung truyền.

Start bit: start là bit đầu tiên đƣợc truyền trong một frame truyền, bit này có chức

năng báo cho thiết bị nhận biết rằng có một gói dữ liệu sắp đƣợc truyền tới.

Data: data hay dữ liệu cần truyền là thông tin chính mà chúng ta cần gởi và nhận.

Parity bit: parity là bit dùng kiểm tra dữ liệu truyền đúng không (một cách tƣơng

đối). Có 2 loại parity là parity chẵn (even parity) và parity lẻ (odd parity). Parity

chẵn nghĩa là số lƣợng số 1 trong dữ liệu bao gồm bit parity luôn là số chẵn. Ngƣợc

lại tổng số lƣợng các số 1 trong parity lẻ luôn là số lẻ.

Stop bits: stop bits là một hoặc các bit báo cho thiết bị nhận rằng một gói dữ liệu đã

đƣợc gởi xong. Sau khi nhận đƣợc stop bits, thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra

khung truyền để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu. Stop bits là các bits bắt buộc

xuất hiện trong khung truyền.



Võ Thành Luận


2.2.2 Phƣơng pháp điều khiển động cơ DC bằng PWM (Pulse Width

Modulation).

PWM là phƣơng pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phƣơng

pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay

đổi của điện áp ra.

Hình 1.11: Tín hiệu xung trong PWM

Quan sát ở hình trên ta thấy 2 tín hiệu xung S1 một S2 có cùng chu kỳ T (1ms)

tuy nhiên khoảng Ton (khoảng thời gian mức High trong 1chu kỳ) thì khác nhau

nhƣ vậy tỉ số Ton/Toff của 2 tín hiệu cũng khác nhau, việc điều chỉnh tỉ số này gọi

là điều rộng xung. Áp dụng trong điều khiển vận tốc động cơ DC, Ton là thời gian

cấp nguồn và Toff là thời gian ngừng cấp nguồn cho động cơ, khi thay đổi tỉ số

Ton/Toff (cũng có nghĩa thay đổi điện áp trung bình cấp cho động cơ) vận tốc động

cơ cũng thay đổi theo.

Hình 1.12: Điện áp trung bình(AVG VOLTS) trong phƣơng pháp PWM



Võ Thành Luận


Bằng cách “kéo dãn” hay “thu hẹp” khoảng Ton (không thay đổi chu kỳ T) là

có thể điều khiển đƣợc vận tốc động cơ. Tuy nhiên cần chú ý rằng quan hệ giữa vận

tốc động cơ và tỉ số độ rộng xung không tuyến tính. Phƣơng pháp PWM không

những chỉ đƣợc áp dụng trong điều khiển vận tốc động cơ mà còn có rất nhiều ứng

dụng khác nhƣ điều khiển nhiệt độ, độ sáng...

2.2.3 Chuyển đổi tín hiệu ADC – DAC đọc quá dòng và joystick tay

bấm.

Bộ chuyển đổi ADC là bộ chuyển đổi tín hiệu ở dạng tƣơng tự sang dạng số để

có thể làm việc đƣợc với CPU. Quá trình lấy mẫu đổi một tín hiệu liên tục thời gian

thành tín hiệu rời rạc thời gian (tín hiệu số). Có hai nhiệm vụ chính trong khi lấy

mẫu:

Lấy mẫu tín hiệu tƣơng tự tại các thời điểm khác nhau và cách đều nhau,

đây là quá trình rời rạc hóa tín hiệu về mặt thời gian

Lƣợng tử hóa và mã hóa tín hiệu: Lƣợng tử hóa là quá trình làm tròn số

thực hiện theo nguyên tắc so sánh, tín hiệu cần chuyển đổi đƣợc so sánh

với một đơn vị chuẩn.Còn mã hóa là quá trình sắp xếp lại kết quả đã

lƣợng tử theo một quy luật nhất định tùy thuộc vào loại mã hóa yêu cầu ở

đầu ra bộ biến đổi.

Các phƣơng pháp chuyển đổi ADC

Chuyển đổi song song: Tín hiệu đƣợc chuyển đổi cùng lúc đƣợc so sánh

với nhiều giá trị chuẩn, vì vậy các bit đƣợc xác định đồng thời và đƣa

đến đầu ra.

Chuyển đổi nối tiếp theo mã đếm: Quá trình so sánh đƣợc thực hiện từng

bƣớc theo quy luật mã đếm. Kết quả chuyển đổi đƣợc xác định bằng

cách đếm số lƣợng giá trị tín hiệu cần chuyển đổi.

Chuyển đồi nối tiếp theo mã nhị phân: Quá trình so sánh đƣợc thực hiện

từng bƣớc theo quy luật của mã nhị phân. Các đơn vị chuẩn dùng để so

sánh lấy các giá trị giảm dần theo mã nhị phân, do đó các bit đƣợc xác

định lần lƣợt từ bit MSB đến bit LSB.



Võ Thành Luận


Chƣơng III: NỘI DUNG

I. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ROBOT

Yêu cầu thực tế ban đầu:

- Khối lƣợng rác Robot vớt đƣợc trong một giờ: 50 (𝑚3 𝑕 )

- Thể tích lồng chƣa rác: 𝑉 = 0.045 (𝑚3)

1.1 Sơ đồ khối ý tƣởng.

LỒNG CHỨA RÁC

PHAOĐỘNG

CƠPHAO

BỘ ĐIỀU

KHIỂN

Hình 1.13: Sơ đồ khối ý tƣởng thiết kế



Võ Thành Luận


Robot gồm hai trục phao chính đặt cố định hai bên, điều khiển Robot duy chuyển

vớt rác bằng một động cơ chính giữa và cơ cấu bể lái. Lồng chứa rác đặt chính giữa

lệch phía trên để vớt rác và giữ rác

1.2 Các phƣơng án thiết kế.

Phƣơng án thứ nhất:

Phƣơng án thứ nhất Robot đƣợc thiết kế theo sơ đồ khối ý tƣởng ban đầu nêu

ra. Kế cấu khung gồm hai phao chính đặt lệch phía dƣới lồng chứa rác. Toàn bộ

Robot đƣợc điều khiển để vớt rác bởi một động cơ chính với cơ cấu bánh lái đặt

chính giữa.

Khuyết điểm:

- Phao chính đặt hơi lệch phía sau lồng chứa rác làm mất ổn định về kết cấu

khung Robot khi trên bờ, cũng nhƣ hoạt động dƣới nƣớc.

- Robot duy chuyển bằng cơ cấu bánh lái thông qua lực đẩy của chân vịt

không linh hoạt khi vớt rác.

- Việc thiết kế, thi công cơ cấu bánh lái mất thời gian, giá thành mua vật liệu

cao nên không phù hợp và không cần thiết.

- Một động cơ chính đòi hỏi công suất, tốc độ lớn nên khó tìm đƣợc động cơ

thích hợp…



Võ Thành Luận


Phƣơng án thứ hai:

Sơ đồ khối phƣơng án thứ hai:

LỒNG CHỨA

RÁCPHAOPHAO

ĐỘNG

CƠ

BỘ ĐIỀU

KHIỂN

ĐỘNG

CƠ

Hình 1.14: Sơ đồ khối phƣơng án thiết kế lần thứ hai

Phƣơng án hai thiết kế hiệu quả hơn và mang tính linh hoạt khi điều khiển Robot

vớt rác.

Ƣu điểm:

- Hai động cơ bố trí rộng về hai bên làm nhiệm vụ bẻ lái trực tiếp giúp việc

điều khiển Robot dễ dàng.

- Hai trục phao chính đƣợc đƣa lên phía trƣớc tạo đƣờng ray trƣợt kết nối với

lồng chứa rác.



Võ Thành Luận


- Toàn bộ Robot thiết kế với những sản phẩm ống nhựa PVC bán sẵn trên thị

trƣờng nên việc thi công ít mất thời gian gia công.

- Bảo đảm đƣợc tính chống nƣớc, nhằm tạo lực nổi phù hợp cho Robot khi

làm việc dƣới nƣớc.

Nhƣ vậy dựa vào kết quả phân tích về các ƣu điểm cũng nhƣ thuận lợi,

hiệu quả thì phƣơng án thứ hai đƣợc chọn để thi công Robot.

Hình 1.15: Mô hình 3D Robot thiết kế theo phƣơng án thứ hai

1.3 Nguyên lý hoạt động của Robot.

Robot hoạt động dựa trên việc điều khiển trực tiếp bằng tay bấm, thông qua việc

truyền nhận tín hiệu bằng module thu - phát sóng RF theo chuẩn truyền thông

UART phạm vi hoạt động 200m. Sau khi nhận tín hiệu từ bộ phát trên tay bấm thì

board mạch trung tâm sẽ xử lý tín hiệu và xuất kết quả để điều khiển cơ cấu chấp

hành, gồm hai động cơ chính cùng với thiết bị đẩy là chân vịt đƣợc liên kết với nhau

nhờ hai khớp nối trục đàn hồi. Cơ cấu chấp hành giúp cho Robot duy chuyển Up –

Down – Left – Right thông qua chân vịt tạo lực đẩy để Robot thực hiện công việc

vớt rác.



Võ Thành Luận


II. Tính toán cho Robot.

2.1 Tính toán đánh giá về độ nổi của Robot.

Áp dụng theo nguyên lý về lực đẩy Acsimet trong trƣờng hợp để một vật có

thể nổi trong môi trƣờng nƣớc thì phải thỏa nãm điều kiện là: Trọng lƣợng của

vật phải nhỏ hơn lực đẩy Acsimet

Ta có biểu thức: 𝐹𝐴 > 𝑃

⟺ 𝑑 × 𝑉 > 𝑚 × 𝑔 (*)

Với m =21 (Kg): Tổng khổi lƣợng của Robot

g = 9.81 (𝑚 𝑠2) : Gia tốc trọng trƣờng

d: Trọng lƣợng riêng của nƣớc

V: Thể tích phần chất lỏng bị chiếm chỗ

Thế vào phƣơng trình (*) ta đƣợc :

𝑉 >𝑚×𝑔

𝑑=

21 ×9.81

9810= 0.021 (𝑚3)

Nhƣ vậy thể tích Robot sau khi thiết kế phải lớn hơn 0.21 (𝑚3) thì mới đảm

bảo độ nổi của Robot.

Tính tổng thể tích thực của Robot:

Tổng thể tích của Robot đƣợc tính tay gần đúng bằng cách cộng tất cả các khối trụ

ống lại.

Ta có: 𝑉𝑅𝑜𝑏𝑜𝑡 = 2.𝑉1 + 2.𝑉2 + 3.𝑉3 + 𝑉4 + 2.𝑉5

Với: 𝑉1: Thể tích phao chính của Robot

𝑉2: Thể tích phần ống chƣa động cơ

𝑉3: Thể tích phần ống nối ngang kết cấu khung

𝑉4 : Thể tích phần lồng chƣa rác

𝑉5 : Thể tích bình Acquy

Trong đó:

𝑉1 = 2.𝜋. 572 . 800

𝑉2 = 2.𝜋. 572 . 348

𝑉3 = 3.𝜋. 202 . 370



Võ Thành Luận


𝑉4 = 600 × 25 × 30 − 595 × 24.5 × 33.5 = 38346 (𝑚𝑚3)

𝑉5 = 151 × 65 × 101 = 991315 (𝑚𝑚3)

⟹ 𝑉𝑅𝑜𝑏𝑜𝑡 = 2.𝜋. 572 800 + 348 + 3.𝜋. 202. 370 + 38346 + 991315

= 0.03 (𝑚3)

Vậy 𝑉𝑅𝑜𝑏𝑜𝑡 > 𝑉 = 0.02 Thể tích chiếm nƣớc của Robot. Nhƣ vậy Robot

đảm bảo đủ điều kiện nổi so với thiết kế.

2.2 Tính toán vận tốc làm việc của Robot, số vòng quay chân vịt và chọn

công suát động cơ.

Các thông số đầu vào:

Yêu cầu đặt ra của Robot: Vớt đƣợc 50 (𝑚3 𝑕)

Thể tích thực của lồng chứa rác 𝑉 = 𝑎 × 𝑏 × 𝑕 = 0.045 ( 𝑚3)

Vận tốc làm việc của Robot:

Ta có:

𝑄 = 𝑆 × 𝑣

Với 𝑄: Lƣu lƣợng rác vớt đƣợc

S: Diện tích mặt cắt ngang của lồng chứa rác

𝑣 : Vận tốc làm việc của Robot

𝑆 = 𝑎 × 𝑏 = 0.25 × 0.3 = 0.075 (𝑚2)

𝑄 = 50 𝑚3 𝑠

⟹ Vận tốc làm việc 𝑣 =𝑄

𝑆=

50

0.075≈ 700 𝑚 𝑕

Vì tính chất mật độ phân bố rác ở các tuyến sông dày trên mặt sông,

nƣớc nên hệ số rỗng diện tích mặt phân bố ta dựa vào thực tế khảo sát là:

𝑒 = 0.1

⟹ Vận tốc làm việc Robot khi vớt rác 𝑣 =700

0.1= 7000 𝑚 𝑕

= 7 𝑘 𝑕

Số vòng quay chân vịt và công suất động cơ:

Nhƣ đã biết, tàu thuỷ là một công trình kỹ thuật phức tạp làm việc trong

điều kiện khắc nghiệt,bao gồm ba bộ phận chính là động cơ, vỏ tàu và chân

vịt, thƣờng đƣợc gọi tên chung là liên hợp tàu, trong đó chân vịt là bộ phận



Võ Thành Luận


trung gian quan trọng có nhiệm vụ tiếp nhận công suất động cơ phát ra,tạo

thành lực đẩy P, khắc phục sức cản môi trƣờng R để đẩy tàu chuyển động

với tốc độ xác định V. Về mặt lý thuyết, quá trình làm việc độc lập của chân

vịt tàu trong nƣớc tự do sẽ đƣợc thể hiện trên,đƣờng đặc tính hoạt động

𝐾𝑇 ,𝐾𝑄 , 𝜂𝑝 = 𝑓 𝐽 , tức là đồ thị thể hiện quan hệ giữa các thông số kỹ thuật

của chân vịt nhƣ hệ số lực đẩy 𝐾𝑇, hệ số mômen 𝐾𝑄, hiệu suất 𝜂𝑝 và hệ số

tiến J của chân vịt (hình 1.13), với các thông số nói trên đƣợc xác định theo

các công thức đã biết trong các tài liệu lý thuyết tàu.

( Tham khảo tài liệu TS Trần Gia Thái – Khoa Kỹ thuật tàu thủy - Đại

học Thuỷ sản, Nghiên Cứu Xác Định Đường Đặt Tính Chân Vịt Trong Điều

Kiện Khai Thác Thực Tế ).

Hình 1.16: Hệ số lực đẩy, Mômem quay của chân vịt

Ta có:

𝐽 =𝑉𝑝

𝑛 .𝐷

Với: 𝐽: Hệ số tiến

𝑉𝑝 : Vận tốc tiến của tàu ( Vận tốc làm việc của Robot ) (𝑚 𝑠 )

𝑛 : Số vòng quay của chân vịt (𝑠−1)



Võ Thành Luận


𝐷 : Đƣờng kính chân vịt (𝑚)

( Theo đường đặt tín chân vịt hình H1.11 trang 141 sách Động Lực Học Tàu

Thủy, Trần Công Nghị )

Trong phạm vi 0 < 𝐽 < 𝐽1 chận vịt tàu làm nhiệm vụ cảu máy đẩy tàu, tạo

lực đẩy lớn hơn 0, đƣa tàu về phía trƣớc. Khi vƣợt qua 𝐽2 chân vịt tàu sẽ làm

nhiệm vụ nhƣ tua bin tạo momen quay.

Ta chọn giá trị: 𝐽=0.5

𝐾𝑄 = 0.6

⟹ 𝑛 =𝑉𝑝

𝐽 .𝐷=

2

0.5×0.1= 40 ( 𝑣ò𝑛𝑔 𝑔𝑖â𝑦 )

= 2400 ( 𝑣ò𝑛𝑔 𝑝𝑕ú𝑡 )

Với: 𝑉𝑝 = 𝑉 = 7000 𝑚 𝑕 ≈ 2 (𝑚 𝑠 )

𝐷 = 10 (𝑚)

Công suất cần thiết để đẩy chân vịt:

𝑃 =2.𝜋

75.𝐾𝑄 .𝜌.𝑛3.𝐷5

=2.𝜋

75× 0.6 × 1000 × 403 × 0.15 = 32 ( 𝑊 )

Do thiết kế Robot hoạt động với hai động cơ đặt hai bên phao chính, nên chọn

mỗi động cơ là 16 ( 𝑊 ).

Thời gian công suất bình Acquy đáp ứng tối đa khi Robot làm việc

Ta có: Công suất của hai bình Acquy : 𝑃1 = 2 × 12 × 7.3 ≈ 173 ( 𝑊 )

Công suất của động cơ 𝑃2 = 32 ( 𝑊 )

Thời gian 𝑡 =173

32= 5.4 (𝑕)

Nhƣ vậy thời gian Robot có thể hoạt động đƣợc là khoảng 5 (𝑕)



Võ Thành Luận


2.3 Tính chọn trục chân vịt và kiểm tra bền.

Hình 1.17:Trục chân vịt trong thiết kế và lắp ráp

Robot vớt rác làm việc với vận tốc không lớn và dƣới môi trƣờng nƣớc sẽ khử

đƣợc những rung động do lực chân vịt và động cơ gây ra. Đồng thời hai gối đỡ là

vòng bi với phớt loại nhỏ. Nên để đơn giản hóa ta sẽ không xét vào khi tính toán.

Nhƣ vậy chỉ giải quyết bài toán thanh chịu xoắn thuần túy, và mô hình hóa lại trục

nối chân vịt ta có:

Hình 1.18: Mô hình hóa trục nối chân vịt



Võ Thành Luận


Tính đƣờng kính d của truc:

Dựa vào vật liệu thƣờng xuyên đƣợc chọn để làm trục phục vụ cho nghành tàu thủy

nên ta sử dụng trục inox SUS 201 – ASTMA666.

Có các thông số sau: 𝜍𝑏 = 260 𝑁 𝑚𝑚2

𝜍𝑐𝑕 = 𝜍 = 655 (𝑁 𝑚𝑚2 )

Độ cứng HB 217

𝜏 = 𝜍

2= 327.5 (𝑁.𝑚𝑚)

Theo điều kiện bền 𝜏𝑚𝑎𝑥 =𝑀𝑧

𝑊𝜌≤ 𝜏 (∗)

Với : Momen chống xoắn 𝑊𝜌 = 0.2 × 𝑑3

Momem xoắn lớn nhất 9.55 × 106.𝑃

𝑛= 61 (𝑁.𝑚𝑚)

Tiết diện là trụ, tròn đặt…Nên

Hình 1.19: Biểu đồ Momen xoắn trục nối chân

vịt



Võ Thành Luận


∗ ⟺ 𝑀𝑧

0.2× 𝑑3 ≤ 𝜏

⟺ 𝑑 ≥ 61. 103

0.2 × 327.5= 9.75 𝑚𝑚

3

Vậy chọn trục động cơ có đƣờng kính d=10 (mm).

III. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

3.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển.

Joysticks

Vi điều

khiển

Pin 9V

ẮC QUY

Vi điều

khiển

ĐỘNG CƠ

Phát RF Thu RF

: Đƣờng năng lƣợng

: Đƣờng tín hiệu

MẠCH CẦU H

Hình 1.20: Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống Robot



Võ Thành Luận


Hệ thống nhìn chung sẽ có hai khối thành phần chính:

- Khối điều khiển: Gồm các thành phần nhƣ pin 9 Volt cung cấp năng lƣợng,

các tay joystick điều khiển 4 kênh Up - Down - Left - Right, vi điều khiển và bộ

phát tín hiệu bằng sóng RF.

- Khối mô hình Robot vớt rác với bộ thu RF, vi điều khiển ATMega8, Module

mạch cầu H và động cơ DC, và bình ắc quy 12v-7.2 Ah làm nguồn nuôi chung.

I. Tay bấm điều khiển.

Hình 1.21: Sơ đồ khối tay bấm điều khiển

Nhiệm vụ của tay điều khiển là phát tín hiệu điều khiển trên 4 kênh chính yếu

là Up - Down - Left – Right đến board trung tâm để điều khiển Robot làm việc theo

ý muốn.

Về vấn đề chuẩn giao tiếp, nhóm đã chọn truyền thông UART thay vì sử dụng

kỹ thuật vô tuyến trải phổ (Spread Spectrum) tần số FM 2.4GHz vốn thông dụng

trong lĩnh vực mô hình điêu khiển này vì những lý do về kinh phí, kinh nghiệm sử

dụng, khả năng ứng dụng, mở rộng và phát triển sau này của đề tài. Nhóm đã xây



Võ Thành Luận


dựng mã điều khiển dựa trên truyền thông UART, số kênh điều khiển và tín hiệu

điều khiển sẽ dễ dàng thay đổi mà không cần can thiệp nhiều vào phần cứng cũng

nhƣ phần mềm.

3.2 Mạch điều khiển trung tâm.

Mạch điều khiển trung tâm dùng vi điều khiển AT mega8 và hai module công

suất mạch cầu H dùng IC kích FET chuyên dụng IR2184.

Các nhiệm vụ của mạch trung tâm:

- Nhận tín hiệu sóng RF của tay bấm điều khiển.

- Chƣơng trình thực thi xử lý tín hiệu sau đó xuất tín hiệu điều khiển tƣơng

ứng ra cơ cấu chấp hành là 2 động cơ chính.

- Đồng thời trả lại tín hiệu về bộ tay bấm điều khiển sau khi xử lý mà có sự cố

nhƣ: Hết bình ác quy làm cho điện áp không đủ, chân vịt bị kẹt dẫn đến quá

dòng có thể cháy động cơ hoặc board.



Võ Thành Luận


Hìn

h 1

.19

: S

ơ đ

ồ n

gu

yên

lý m

ạch

tru

ng t

âm



Võ Thành Luận


Hình 1.22: Sơ đồ mạch in board trung tâm đƣợc thiết

kế trên phần mềm Orcad



Võ Thành Luận


Hình 1.23: Board điều khiển trung tâm thực tế trên Robot

Board công suất cầuH điều khiển động cơ DC

Module cầu H dùng IC kích FET chuyên dụng IR2184, FET sử dụng IRF3205

nên cho dòng cao. Module này đƣợc thiết kế dành cho các ứng dụng điều khiển tốc

độ và vị trí dùng DC Motor (motion control).



Võ Thành Luận


Hìn

h 1

.24

: S

ơ đ

ồ n

gu

yên

lý b

oard

côn

g

suất

cầu

H



Võ Thành Luận


Hình 1.25: Board cầuH dùng IC kích FET chuyên dụng IR2184

Đặt tính kỹ thuật cảu board:

- Dòng liên tục 10A.

- Dòng đỉnh 30A (200 ms).

- Điện áp cấp từ +24V.

- Có Led báo nguồn cho mạch.

- Có Led báo chiều động cơ.

- Bảo vệ ngắn mạch.

- Board đƣợc thiết kế nhỏ gọn.

- Dùng ic kích FET chuyên dụng IR2184.



Võ Thành Luận


3.3 Module sóng RF.

Module thu phát RF tần số 915MHz, dùng truyền thông UART 8-bit, tốc độ

truyền lên đến 19200bps, có khả năng liên lạc tốt trong phạm vi 200m.

Hình 1.26: Module RF sử dụngtruyền thông UART

Bản mô tả các chân kết nối của module RF

3.4 Động cơ DC và thiết bị đẩy ( chân vịt )

Trên thị trƣờng có rất nhiều loại động cơ DC với công suất và số vòng quay

khác nhau. Dựa vào kết quả tính toán sơ bộ và điều kiện sản xuất thực tế ngoài tjị

trƣờng, ở đây sử dụng động cơ của máy khoan DC cầm tay dùng pin của hãng

RYOBI, với công suất và Momem xoắn khởi động lớn nhằm đáp ứng đƣợc vận tốc

cần thiết của Robot thông qua thiết bị đẩy là bộ chân vịt.



Võ Thành Luận


Hình 1.27: Bản thông số động cơ máy khoa DC đƣợc sử dụng chế lại

Hình 1.28: Chân vịt AS-6717-3 của cano mô hình

Thông số:

- Mã AS-6717-3 loại ba cánh quạt

- Chất liệu: Nhôm hợp kim, bề mặt đƣợc đánh bóng.

- Đƣờng kính D=100 mm



Võ Thành Luận


- Đƣờng kính trục chân vịt d=5 mm

Bình Acquy đƣợc sử dụng trong Robot.

3.5 Xây dựng toàn bộ giải thuật điều khiển hệ thống.

Chƣơng trình điều khiển:

Giới thiệu:

- Phần điều khiển chính dùng vi điều khiển Atmega 8 của Atmel. Code đƣợc

viết trên nền tảng là ngôn ngữ C++. Và công cụ hổ trợ viết software là

Codevision 2.05.

- Phần lập trình điều khiển đƣợc chia làm 2 phần: phần trên remote điều khiển

và một phần thuộc robot.

- Tín hiệu đƣợc truyền không dây và điều khiển bằng tín hiệu

analog(Joysticks) nên việc truyền dữ liệu đòi hỏi phải ở tốc độ cao và dữ liệu

truyền đi luôn là một gói dữ liệu.

- Truyền nhận dữ liệu không dây theo chuẩn RS232 nên dữ liệu truyền dƣới

dạng song công.



Võ Thành Luận


+ Trên tay bấm điều khiển: Có nhiệm vụ đọc tín hiệu từ Joysticks điều khiển

sau đó xử lý dữ liệu và phát ra sóng RF đồng thời nhận các tín hiệu phản hồi từ

robot nhƣ quá dòng hay pin yếu…

+ Trên robot: Nhận tín hiệu từ remote, phân tích dữ liệu, xuất tín hiệu điều

khiển robot. Đồng thời đọc các tín hiệu nhƣ quá công suất hay pin yếu để phát

tín hiệu cảnh báo về cho remote cho ngƣời điều khiển kịp thời xử lý.

Lƣu đồ giải thuật điều khiển từ phần:

Lƣu đồ giải thuật đọc tín hiệu từ Joystick sao đó chuyển hóa dữ

liệu thành dạng chuỗi và chuyền dữ liệu UART.



Võ Thành Luận


Bắt đầu

Khởi tạo các tính năng

(I/O,UART,ADC)

Đọc ADC

Kiểm tra sự thay

đổi giá trị ADC

Không thay đổi

Phím nào đƣợc

nhấn

Thay đổi

Kết thúc

Truyền gói dữ liệu

dạng axxxbyyyc

Xxx : giá trị adc joysticks

Yyy: giá trị adc joysticks

Hình 1.29: Sơ đồ khối giải thuật đọc tín hiệu từ Joystick.



Võ Thành Luận


Lƣu đồ giải thuật kiểm tra bình ác quy yếu trên Robot.

Khi nhận đƣợc ký tự “y” từ robot truyền về chứng tỏ Robot hiện tại đang yếu pin

và led 1 sáng lên báo hiệu pin trên robot.

Nhận data

Nhận đƣợc chử

“y”

Không đúng

Báo đèn đỏ 1

Đúng chử “y”

Kết thúc

Hình 1.30: Sơ đồ khối giải thuật kiểm tra yếu bình ác quy trên Robot



Võ Thành Luận


Lƣu đồ giải thuật kiểm tra pin yếu trên Remote.

Tín hiệu điện áp của Pin trên tay bấm sẽ đƣợc đọc liên tục nếu Pin đạt ngƣỡng thấp

chứng tỏ Pin đã yếu và đèn Led đỏ 2 sáng lên báo hiệu Pin yếu.

Kiểm tra pin

Đọc ADC

Pin tốt

Báo đèn đỏ 2

Pin yếu

Kết thúc

Hình 1.31: Sơ đồ khối giải thuật kiểm tra yếu pin trên remote



Võ Thành Luận


Lƣu đồ giải thuật kiểm tra pin yếu trên Board trung tâm.

Kiểm tra pin

Kiểm tra pin

(ADC)

Truyền chử “y”

Pin yếu

Pin tốt

Kết thúc

Delay 5s

Hình 1.32: Sơ đồ khối giải thuật kiểm tra yếu pin trên Board trung tâm



Võ Thành Luận


Lƣu đồ giải thuật kiểm tra và xử lý khi Robot bị mất sóng RF.

Khi tín hiệu đƣợc nhận chứng tỏ sóng vẫn còn. Nhƣng nếu trong 3s liên tiếp mà tín

hiệu không đƣợc nhận từ tay bấm thì lập tức robot sẽ dừng lại.

Khi bị mất sóng RF

Kiểm tra liên tục

UART

Kiểm tra dữ liệu

Kiểm tra trong 3s

liên tiếpXử lý dataCó data

Cho dừng robot

Không có data (mất sóng)

Kết thúc

Hình 1.33: Sơ đồ khối giải thuật kiểm tra và xử lý khi Robot bị mất sóng



Võ Thành Luận


Lƣu đồ giải thuật xử lý dữ liệu và điều khiển Robot.

Bắt đầu

Khởi tạo các tính

năng (I/O, UART,

pwm)

Kiểm tra UART

Nhận dữ liệu Không có dữ liệu

Kiểm tra dữ liệu dạng chuổi

(axxxbyyyc)

Kết thúc

Tắt động cơ

Phân tích dử liệu

Xuất tín hiệu pwm

điều khiển(xxx tốc

độ DC trái,yyy tốc

độ DC phải)

Hình 1.34: Sơ đồ khối giải thuật xử lý dữ liệu để điều khiển Robot



Võ Thành Luận


Chƣơng IV: CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT

Mô hình Robot đƣợc thiết kế bằng phần mềm ProEngineer Wildfire 5.0 theo

phƣơng án tối ƣu thứ hai đã phân tích ở trên. Sử dụng đa phần là sản phẩm ống

nhựa PVC nên việc thi công dễ đang thuận tiện nhƣng vẫn đảm bảo độ bền kết cấu

khung Robot.

Những phụ kiện đƣợc sử dụng trong thiết kế và thi công Robot:

I. Ống nhựa PVC Bình Minh.

Thông tin chung về ống nhựa PVC:

- Lĩnh vực áp dụng:

Thích hợp dùng cho hệ thống dẫn nƣớc trong các ứng dụng:

Phân phối nƣớc uống.

Hệ thống tƣới tiêu và dẫn nƣớc trong công nghiệp.

Hệ thống cấp thoát nƣớc thải, thoát nƣớc mƣa.

- Tính chất vật lý:

Tỷ trong 1.4 𝑔 𝑐𝑚3

Độ bền kéo đứt tối thiều 50 Mpa

Hệ số giãn nở nhiệt 0.08 𝑚𝑚 𝑚.𝐶𝑜

Điện trở suất bề mặt 1013 Ω

Nhiệt độ làm việc cho phép 0 ÷ 45 𝐶𝑜

- Tính chất hóa học:

Chịu đƣợc các loại dung dịch axit, dụng dịch kiềm.

Không chịu đƣợc các axit đậm đặc có tính oxy hóa

Các loại dung môi hợp chất thơm

- Áp suất làm việc:

Áp suất làm việc là áp suất tồi đa cho phép, đối với nhiệt độ của nƣớc lên tới

450.𝐶 đƣợc tính theo công thức. 𝑃𝑙𝑣 = 𝐾.𝑃𝑁

Với 𝑃𝑙𝑣 Áp suất làm việc

K: Hệ số giảm áp đồi với nhiệt độ của nƣớc, K đƣợc xách định theo

bảng dƣới.



Võ Thành Luận


.𝑃𝑁 Áp suất dạnh nghĩa

Bảng 1a: K đối với ống PVC cứng.

Khởi thủy dán:

Hình 1.35: Thông số kỹ thuật khởi thủy dán

Khởi thủy dán giúp tạo khớp nối rẽ nhánh vuông góc. Đảm bảo sự cứng vững và

liên kết chặt chẽ khi Robot làm việc.



Võ Thành Luận


Co 900 :

Tên sản

phẩm

Kích

thƣớc

danh

nghĩa

Các kích thƣớc

Dmin Zmin Hmin

21D - Inch 16 27 11 41

27D - Inch 20 33 14 49

34D - Inch 25 40 17 57

Hình 1.36: Thông số kỹ thuật khớp co 𝟗𝟎𝟎

Nắp khóa bích:



Võ Thành Luận


Tên sản phẩm Kích

thƣớc

danh

nghĩa

Các kích thƣớc

Dmin Zmin Lmin

21D - Inch 16 27 2 35

27D - Inch 20 33 3 41

34D - Inch 25 40 4 47

42D - Inch 32 49 5 52

49D - Inch 40 56 5 64

60D - Inch 50 69 7 74

90D - Inch 0 - - -

114D - Inch 100 127 7 100

Hình 1.37: Thông số kỹ thuật nắp khóa bích

Co 450

Tên sản phẩm Kích

thƣớc

danh

nghĩa

Các kích thƣớc

Dmin Zmin Hmin

21D - Inch 16 27 5 35

27D - Inch 20 33 6 41

34D - Inch 25 40 7 47



Võ Thành Luận


42D - Inch 32 49 9 53

49D - Inch 40 56 10 65

60D - Inch 50 69 13 76

60M - Inch 50 66 13 38

75TC - Mét 75 81 38 81

90D - Inch 80 103 19 83

90M - Inch 80 96 19 59

110D - Mét 110 121 23 107

110M - Mét 110 121 23 107

114D - Inch 100 127 24 108

114M - Inch 100 123 24 74

140D - Mét 140 155 29 133

140M - Inch 100 - - -

160D - Mét 160 177 33 165

160M - Mét 160 175 34 114

168TC - Inch 150 187 35 167

Hình 1.38: Thông số kỹ thuật co 𝟒𝟓𝟎

Co 3 nhánh 900 :

Tên sản phẩm Kích Các kích thƣớc



Võ Thành Luận


thƣớc

danh

nghĩa

Dmin Zmin Hmin

21D - Inch 16 27 11 41

27D - Inch 20 33 14 49

34D - Inch 25 40 17 57

Hình 1.39: Thông số kỹ thuật co 3 nhánh 𝟗𝟎𝟎

Ống nhựa uPVC hệ mét – Tiêu chuẩn ISO 4422:1990 / TCVN

6151:1996

Ống có khớp nối dán keo

Ống có khớp nối gioăng cao su

Hình 1.40: Thông số ống nhựa uPVC

II. Các chi tiết cơ khí.

Khớp mềm đàn hồi nối trục ( shaft couplings )

Sử dụng khớp nối trục đàn hồi giữa trục động cơ và trục chân vịt một phần

tạo truyền động đến chân vịt, một phần để khắc phục sự lệch tâm giữa hai trục.

Vì là khớp mềm đàn hồi nên sự sai số lệch tâm nhỏ sẽ không ảnh hƣởng đến quá

trình truyền động, không ảnh hƣởng đến vận tốc truyền.

http://www.binhminhplastic.com/images_sp/mc_o3.jpg

http://www.binhminhplastic.com/images_sp/mc_o2.jpg



Võ Thành Luận


Hình 1.41: Thông số khớp nối trục đàn hồi

Phốt chặn:



Võ Thành Luận


Hình 1.42: Thông số phốt chặn của hãng SKF

Sử dụng phốt chặn tại đầu trục chân vịt vào động cơ nhằm cách ly nƣớc với hộp

chứa động cơ, đồng thời vẫn đảm bảo đƣợc tốc độ quay của trục chân vịt giảm rất ít

so với ban đầu.

Mô hình 3D Robot thiết kế hoàn thiện trên phần mềm.

Việc chế tạo thi công mô hình một phần để minh họa cho phần thiết kế, mặt khác

mang ý nghĩa thực tiễn rất cao đối với một sinh viên học nghành kỹ thuật:

Có khả năng thực hành làm việc từ ý tƣởng đến sản phẩm thực tế.

Nâng cao khả năng nghiên cứu học hỏi để hoàn thiện ý tƣởng trọn vẹn.

Giúp sinh viên thực tế từ cách thiết kế, tính toán đến việc chọn mua vật liệu,

linh kiện…Tất cả đều tự sinh viên trải nghiệm thực tế.

Làm cơ sở để có thể những nhóm thực hiện đề tài sau này nghiên cứu phát

triền hoàn thiện ý tƣởng một cách hiệu quả nhất.

Đặt biệt là cho ra thực tế một sản phẩn hoạt động đúng mục đích yêu cẩu của

ý tƣởng. Một sản phẩm có tính thực tiễn rất cao với yêu cầu và hƣớng giải

quyết hiện tại về vấn đề ô nhiễm môi trƣờng nƣớc do rác thải sinh hoạt.



Võ Thành Luận


Hình 1.43: Mô hình 3D của bản thiết kế Robot vớt rác

Robot thi công hoàn thiện trên thực tế.

Hình 1.44: Robot vớt rác thi công hoàn thiện



Võ Thành Luận


Hình 1.45: Robot vớt rác khi thực tế dƣới nƣớc



Võ Thành Luận


Chƣơng V: KẾT LUẬN

I. NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC

Với các mục tiêu đề tài đã đặt ra, qua quá trình thực hiện, nhóm thực hiện đề tài đã

đạt đƣợc những kết quả nhƣ sau:

5.1 Về nghiên cứu lý thuyết:

Đã có tìm hiểu và lên kế hoạch ý tƣởng cho việc thiết kế Robot, tìm hiểu

nguyên lý điều khiển, lý thuyết tổng quan về các phần tử của hệ động lực tàu giúp

cho việc thiết kế phần phao và tính toán lực đẩy chọn động cơ chính.

II. 5.2 Về thiết kế kết cấu khung Robot:

- Thiết kế hoàn chỉnh mô hình 3D của Robot bằng phần mềm ProEngineer

Wildfire 5.0

- Tìm hiểu và tận dụng những vật liệu có bán sẵn trong thị trƣờng trong phần

thiết kế để tiện trong việc thi công Robot.

- Tính toán sức cản nƣớc của Robot và chọn động cơ cũng nhƣ thiết bị đẩy

(chân vịt) phù hợp từ đó có đƣợc vận tốc tối ƣu nhất để Robot làm việc đƣợc.

- Kết cấu Robot đơn giản để giảm thiểu khối lƣợng nhằm hoạt động linh hoạt,

mà vẫn đảm bảo đƣợc độ bền, kết cấu cứng vững và mang tính thẩm mỹ.

5.3 Về thiết kế điều khiển:

- Mạch điều khiển đƣợc thiết kế và mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng

Orcad và Protues.

- Chƣơng trình điều khiển đƣợc lập trình trên phần mềm Code VisionAVR với

gải thuật hợp lý, linh hoạt, dễ sử dụng thông qua tay bấm điều khiển. Robot

có thể duy chuyển theo hƣớng : Up – Down – Left – Right. Đồng thời tín

hiệu điều khiển có nhận biết đƣợc khi Robot hết bình, quá tải, mất sóng RF

để ngƣời điều khiển có biện pháp khắc phục tức thời.

- Bộ điều khiển từ xa dùng truyền thông theo chuẩn UART với mã điều khiển

mở, dễ thay đổi, có khả năng mở rộng và phát triển tốt lên các ứng dụng điều

khiển – giám sát có yêu cầu cao hơn.



Võ Thành Luận


II. NHỮNG KẾT QUẢ CHƢA ĐẠT ĐƢỢC VÀ BIỆN PHÁP KHẮC

PHỤC

Bên cạnh những kết quả đạt đƣợc, đề tài vẫn còn những thiếu sót, hạn chế

cần phải khắc phục:

- Tổng khối lƣợng Robot 21Kg nhìn chung vẫn còn khá nặng, cần đƣợc giảm

xuống từ 1 ÷ 2.5 Kg để giản bớt sức cản của Robot khi làm việc dƣới nƣớc

và hoạt động linh hoạt hơn trong khi vớt rác. Có thể tối ƣu hóa kích cỡ phần

phao bằng ống có đƣờng kính nhỏ hơn mà vẫn đảm bảo độ nổi an toàn.

- Cải thiện việc thiết kế và gia côgn phần gá đặt động cơ với trục chân vịt

nhằm giảm độ lệch tâm. Giúp chân vịt đạt đƣợc vận tốc tối đa, hạn chế rung

động của trục chân vịt dẫn đến làm hƣ phốt chặn ngoài từ đó nƣớc sẽ vào

hộp chứa động cơ gây cháy.

- Phạm vi thu nhận tín hiệu RF còn hạn chế trong phạm vi 200m nên để đáp

ứng tốt các ứng dụng cải tiến sau này cần thay thế Module có tần số đáp ứng

, phạm vi hoạt động xa hơn.

- Lồng chƣa rác chƣa thực sự đạt hểu quả cao trong việc giữ rác khi Rbot làm

việc. Cần cải tiến cơ cấu giữ rác trong lồng chứa nhƣng vẫn đảm bảo không

ảnh hƣởng đến sự linh hoạt của Robot lúc làm việc.

III. HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

- Tích hợp thêm bộ phận la bàn điện tử để việc điều khiển Robot vớt rác đƣợc

thuận tiện và hƣớng duy chuyển chính xác hơn.

- Do tính chất làm việc Robot là ở ngoài trƣời nên việc ứng dụng nguồn năng

lƣợng pin mặt trời hết sức cần thiết.

- Có thể lắp camera ứng dụng công nghệ sử lý ảnh. Để Robot tự nhận biết địa

điểm có rác ô nhiễm mà thực hiện vớt rác một cách tự động.

Hiện nay vấn đề ô nhiễm do rác thải sinh hoạt rất đáng lo ngại ở nƣớc ta. Đặt biệt là

ở các thành phố lớn nhƣ Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng...Thì việc nghiên cứu và

phát triển thêm và cho ra đời những sản phẩm Robot vớt rác là hết sức thực tiễn và

cần thiết.



Võ Thành Luận


TÀI LIỆU THAM KHẢO Danh mục tài liệu sách:

[1] Trần Công Nghị, Lý thuyết tàu – Động lực học tàu thủy, TP Hồ Chí Minh,

1/2004, Đại học Giao thông vận tải TP Hồ Chí Minh.

[2] Trần Công Nghị, Hướng dẫn thiết kế tàu vận tải biển, NXB Đại học Quốc

gia TP Hồ Chí Minh.

[3] PGS.TS. Lê Hồng Bang (Chủ biên), KS. Nguyễ Tiến Lai, Thiết bị đẩy tàu

thủy, NXB Giao thông vận tải.

[4] Lê Thanh Phong, Sức Bền Vật Liệu, Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí

Minh 2007

[5] Thomson, Embedded C Programming and the Atmel AVR

Danh mục tài liệu Web:

[1] http://vietnamnet.vn/vn/khoa-hoc/28422/giai-phap-moi-cho-rac-thai-o-viet-

nam.html (20/11/2011)

[2] http://www.tools.gr.jp/webshop/ryobi/BD-123.html (25/11/2011)

[3] http://www.khoahoc.com.vn/doisong/ung-dung/11222_Thiet-bi-tu-dong-thu-

gom-rac-tren-song.aspx (27/11/2011)

[4] http://www.jfmodels.com/goods.php?id=35 (10/12/2012)

[5] http://www.hocavr.com/index.php (12/12/2012)

[6] http://www.clbmohinh.com/forum/default.aspx (20/12/2012)

[7] http://www.votauthuy.org/portal (20/12/2012)

[8] http://forum.vinamech.com/forum.php (25/12/2012)

http://www.skf.com/portal/skf/home/products?maincatalogue=1&lang=en&n

ewlink=4_1_11 (25/10/2012)

http://vietnamnet.vn/vn/khoa-hoc/28422/giai-phap-moi-cho-rac-thai-o-viet-nam.html

http://vietnamnet.vn/vn/khoa-hoc/28422/giai-phap-moi-cho-rac-thai-o-viet-nam.html

http://www.tools.gr.jp/webshop/ryobi/BD-123.html

http://www.khoahoc.com.vn/doisong/ung-dung/11222_Thiet-bi-tu-dong-thu-gom-rac-tren-song.aspx

http://www.khoahoc.com.vn/doisong/ung-dung/11222_Thiet-bi-tu-dong-thu-gom-rac-tren-song.aspx

http://www.jfmodels.com/goods.php?id=35

http://www.hocavr.com/index.php

http://www.clbmohinh.com/forum/default.aspx

http://www.votauthuy.org/portal

http://forum.vinamech.com/forum.php

http://www.skf.com/portal/skf/home/products?maincatalogue=1&lang=en&newlink=4_1_11





Võ Thành Luận


PHỤ LỤC

Phần A: VI ĐIỀU KHIỂN

I. Tổng quan về họ vi điều khiển AVR

Vi điều khiển AVR do hãng Atmel sản xuất đƣợc giới thiệu lần đầu năm 1996.

AVR có rất nhiều dòng khác nhau bao gồm dòng Tiny AVR (nhƣ ATtiny13,

ATtiny22…) có kích thƣớc bộ nhớ nhỏ, ít bộ phận ngoại vi, rồi đến dòng AVR

(chẳng hạn AT90S8535, AT90S8515,…) có kích thƣớc bộ nhớ vào loại trung bình

và mạnh hơn là dòng Mega (nhƣ ATmega32, ATmega128,…) với bộ nhớ có kích

thƣớc vài Kbyte đến vài trăm Kb cùng với các bộ ngoại vi đa dạng đƣợc tích hợp

trên chip, cũng có dòng tích hợp cả bộ LCD trên chip (dòng LCD AVR). AVR là họ

vi điều khiển 8 bit theo công nghệ mới, với những tính năng rất mạnh đƣợc tích hợp

trong chip theo công nghệ RISC, nó mạnh ngang hàng với các họ vi điều khiển 8 bit

khác nhƣ PIC, PSOC. Do ra đời muộn hơn nên họ vi điều khiển AVR có nhiều tính

năng mới đáp ứng tối đa nhu cầu của ngƣời sử dụng, so với họ 8051 ,89xx sẽ có độ

ổn định, khả năng tích hợp, sự mềm dẻo trong việc lập trình và rất tiện lợi. Tốc độ

của dòng Mega cũng cao hơn so với các dòng khác. Sự khác nhau cơ bản giữa các

dòng chính là cấu trúc ngoại vi, còn nhân thì vẫn nhƣ nhau. Gần nhƣ chúng ta

không cần mắc thêm bất kỳ linh kiện phụ nào khi sử dụng AVR ,thậm chí không

cần nguồn tạo xung clock cho chíp (thƣờng là khối thạch anh) . Thiết bị lập trình

(mạch nạp) cho AVR rất đơn giản ,có loại mạch nạp chỉ cần vài điện trở là có thể

làm đƣợc ,một số AVR còn hỗ trợ lập trình On-Chip bằng bootloader không cần

mạch nạp…Bên cạnh lập trình bằng ASM ,cấu trúc AVR đƣợc thiết kế tƣơng thích

với C .

Các tính năng mới của họ AVR :

- Giao diện SPI đồng bộ ,giao tiếp I2C ,USART

- Có thể sử dụng xung clock lên đến 16MHz ,hoặc sử dụng xung clock nội lên

đến 8MHz

- Bộ nhớ flash có thể lập trình lại rất nhiều lần và dung lƣợng lớn ,có

SRAM(Ram tĩnh)lớn và đặc biệt có bộ nhớ lƣu trữ đƣợc EEPROM .



Võ Thành Luận


- Nhiều ngõ vào ra (I/O PORT) 2 hƣớng (bi-directional) .8 bits và 16 bits

Timer/Counter tích hợp PWM .

- Chức năng Analog comparator

- Các bộ chuyển đổi Analog- Digital phân giải 10 bits nhiều kênh .

Hình A.1:Sơ đồ chân của ATMega8

ATMega8 là một con Vi Điều Khiển thuộc dòng Mega AVR của hãng ATMEL.

Dòng Vi Điều Khiển này có tính năng nổi trội nhƣ:

Rất tiết kiệm năng lƣợng, hiệu suất cao

CPU có kiến trúc RISC, có 130 lệnh, hầu hết chúng thực hiện chỉ trong một

chu kỳ xung clock.

32 thanh ghi đa dụng

Tốc độ tối đa lên đến 16MIPS với thạch anh 16MHz

Bộ nhớ phân đoạn, có độ bền cao không dễ bay hơi

Có 8KB bộ nhớ Flash lập trình ISP

512Bytes EEPROM

1KB SRAM



Võ Thành Luận


Chu kỳ ghi/xóa 10.000 lần cho bộ nhớ Flash ROM, và 100.000 cho

EEPROM

Dữ liệu không bị mất sau 20 năm (ở 850C) và 100 năm (ở 250C)

Có tính năng bảo mật

Tính năng ngoại vi

2 bộ Timer/Counter 8 bit, 1 bộ so sánh

1 bộ Timer/Counter 16 bit

Bộ đếm Thời gian thực với dao động riêng

3 kênh PWM

6 kênh ADC 10 bits cho kiểu vỏ PDIP, và 8 kênh ADC 10 bít cho kiểu vỏ

TQFP

Giao tiếp nối tiếp TWI

Lập trình nối tiếp USART, giao tiếp nối tiếp SPI master/slave

Bộ so sánh Analog on-chip

Tính năng đặc biệt của ATMega8

Hiệu chuẩn bộ dao động RC nội

Bộ nguồn ngắt bên ngoài và bên trong

Năm chế độ Sleep: Idle, giảm nhiễu ADC, tiết kiệm năng lƣợng, Power-

down, và chế độ chờ (stand by)

Đóng gói & I/O

23 ngõ vào/ra khả trình

Đƣợc đóng gói trong 28 chân kiểu vỏ PDIP

Điện áp hoạt động

2,7 - 5.5V (ATmega8L)

4.5 - 5.5V (ATmega8)

Tần số hoạt động – 0 - 8 MHz (ATmega8L)

– 0 - 16 MHz (ATmega8)

II. Cấu truc Port xuất nhập.

Hình A.2: Cấu trúc chân của AVR



Võ Thành Luận


ATMega8 có 3 Port xuất nhập: PortB (có 8 bits), PortC (7 bits), PortD (có 8 Bits).

Mỗi một cổng của Vi điều khiển đƣợc liên kết với 3 thanh ghi: PORTx, DDRx,

PINx. 3 thanh ghi này sẽ phối hợp với nhau để điều khiển hoạt động của cổng thành

lối vào sử dụng Pull-up…

Cấu trúc chân của AVR có thể phân biệt rõ chức năng (vào/ra), trạng thái (0/1) từ

đó ta có 4 kiểu vào ra cho một chân của AVR. Khác với 89xx là chỉ có 2 trạng thái

duy nhất (0 1) . Đặc biệt nguồn từ chân của AVR đủ khoẻ để điều khiển Led trực

tiếp (dòng khoảng hàng chục mA) còn 89xx chỉ là vài uA .

Để điều khiển các chân này chúng ta có 2 thanh ghi:

PORTx :giá trị tại từng chân (0 – 1) có thể truy cập tới từng bit PORTx.n

DDRx : thanh ghi chỉ trạng thái của từng chân , vào hoặc là ra .

Thanh ghi DDRx

Đây là thanh ghi 8 bits (có thể đọc ghi) có chứ năng điều khiển hƣớng của cổng

(là lối vào hay lối ra). Khi một bit của thanh ghi này đƣợc set lên 1 thì chân tƣơng

ứng với nó đƣợc cấu hình thành ngõ ra. Ngƣợc lại nếu của thanh ghi DDRx là 0 thì

chân tƣơng ứng của nó đƣợc thiết lập thành ngõ vào. Lấy ví dụ: Khi ta set tất cả 8

bit của thanh ghi DDRD đều là 1, thì 8 chân tƣơng ứng của PORTD là PORTD.0,

PORTD.1, …, PORTD.7 đƣợc thiết lập là ngõ ra.

Hình A.3: Thanh ghi DDRD



Võ Thành Luận


Thanh ghi Protx

PORTx là thanh ghi 8 bit có thể đọc ghi. Đây là thanh ghi dữ liệu của PORTx.

Nếu thânh ghi DDRx thiết lập cổng là lối ra, khi đó giá trị của thanh ghi PORTx

cũng là giá trị của các chân tƣơng ứng của PORTx, nói cách khác, khi ta ghi một giá

trị logic lên bit 1 của thanh ghi này thì chân tƣơng ứng của bit đó cũng có cùng mức

logic. Khi thanh ghi DDRx thiết lập cổng thành lối vào thì thanh ghi PORTx đóng

vai trò nhƣ một thanh ghi điều khiển cổng. Cụ thể, nếu một bit của thanh ghi này

đƣợc ghi thành 1 thì điện trở treo (pull-up resistor) ở chân tƣơng ứng với nó sẽ đƣợc

kích hoạt, ngƣợc lại nếu bit đƣợc ghi thành 0 thì điện trở treo ở chân tƣơng ứng sẽ

không đƣợc kích hoạt, cổng ở trạng thái tổng trở cao.

Hình A.4: Thanh ghi PORTD

Hình A.5: Cấu hình chân của ATMega8



Võ Thành Luận


Hình A.6: Cấu trúc bên trong của một cổng vào ra cơ bản



Võ Thành Luận


PhầnB: MỘT SỐ CODE CHÍNH CỦA CHƢƠNG

TRÌNH

CODE ĐIỀU KHIỂN TRÊN ROBOT

Phần định nghĩa:

#include <Adc_Int.h>

#include <define.h>

#include <delay.h>

#include <init.h>

#include <init_slave.h>

#include <Int_Clock.h>

#include <Int1.h>

#include <math.h>

#include <mega8.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <task_100ms.h>


#include <task_1s.h>

#include <uarts.h>

#include <variables.h>

Phần code khởi tạo biến

// Bit Flag task Timer

static bit Flag_10ms,Flag_100ms,Flag_1s;

// Bien dem ngat timer

static unsigned int Count_10ms,Count_100ms,Count_1s;

unsigned char temp_L,temp_H,temp_H_L,temp_H_R;

char Str_L[5]="128",Str_R[5]="128";

unsigned char over_time;

int Pwm_Temp_L,Pwm_Temp_R;



Võ Thành Luận


Khởi tạo ADC:

#define FIRST_ADC_INPUT 0

#define LAST_ADC_INPUT 2

unsigned int adc_data[LAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT+1];

#define ADC_VREF_TYPE 0x00

// ADC interrupt service routine

// with auto input scanning

interrupt [ADC_INT] void adc_isr(void)

{

static unsigned char input_index=0;

// Read the AD conversion result

adc_data[input_index]=ADCW;

// Select next ADC input

if (++input_index > (LAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT))

input_index=0;

ADMUX=(FIRST_ADC_INPUT | (ADC_VREF_TYPE &

0xff))+input_index;

// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage

delay_us(10);

// Start the AD conversion

ADCSRA|=0x40;

}

Phần khởi tạo chip

// Declare your local variables here

// Input/Output Ports initialization

// Port B initialization

// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=Out Func1=Out

Func0=In



Võ Thành Luận


// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=0 State1=0

State0=T

PORTB=0x01;

DDRB=0x0F;

// Port C initialization

// Func6=In Func5=Out Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In

// State6=T State5=1 State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T

PORTC=0x20;

DDRC=0x20;

// Port D initialization

// Func7=Out Func6=Out Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In

Func0=In

// State7=0 State6=0 State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T

State0=T

PORTD=0x00;

DDRD=0xF0;

// Timer/Counter 0 initialization

// Clock source: System Clock

// Clock value: Timer 0 Stopped

TCCR0=0x02;

TCNT0=0x00;



// Clock value: 1000.000 kHz

// Mode: Ph. correct PWM top=0x00FF

// OC1A output: Non-Inv.



Võ Thành Luận


// OC1B output: Non-Inv.

// Noise Canceler: Off

// Input Capture on Falling Edge

// Timer1 Overflow Interrupt: Off

// Input Capture Interrupt: Off

// Compare A Match Interrupt: Off

// Compare B Match Interrupt: Off

TCCR1A=0xA1;

TCCR1B=0x02;

TCNT1H=0x00;

TCNT1L=0x00;

ICR1H=0x00;

ICR1L=0x00;

OCR1AH=0x00;

OCR1AL=0x00;

OCR1BH=0x00;

OCR1BL=0x00;



// Clock value: Timer2 Stopped

// Mode: Normal top=0xFF

// OC2 output: Disconnected

ASSR=0x00;

TCCR2=0x00;

TCNT2=0x00;

OCR2=0x00;

// External Interrupt(s) initialization

// INT0: Off



Võ Thành Luận


// INT1: Off

MCUCR=0x00;

// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization

TIMSK=0x01;

// USART initialization

// Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity

// USART Receiver: On

// USART Transmitter: On

// USART Mode: Asynchronous

// USART Baud Rate: 9600

UCSRA=0x00;

UCSRB=0xD8;

UCSRC=0x86;

UBRRH=0x00;

UBRRL=0x33;

// Analog Comparator initialization

// Analog Comparator: Off

// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off

ACSR=0x80;

SFIOR=0x00;

// ADC initialization

// ADC Clock frequency: 125.000 kHz

// ADC Voltage Reference: Int., cap. on AREF

ADMUX=FIRST_ADC_INPUT | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);

ADCSRA=0xCE;

// SPI initialization



Võ Thành Luận


// SPI disabled

SPCR=0x00;

// TWI initialization

// TWI disabled

TWCR=0x00;

// Global enable interrupts

#asm("sei")

Code chƣơng trình chính.

void main(void)

{

init();

#asm("sei")

delay_ms(500);

//------------------------------------------------------------

while (1)

{

if(Flag_10ms==En) {Flag_10ms=Dis;Task_10ms();}

if(Flag_100ms==En){Flag_100ms=Dis;Task_100ms();}

if(Flag_1s==En) {Flag_1s=Dis;Task_1s();}

}

}

Code tạo các sự kiện báp cờ 10ms,100ms,1s

interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void)

{

TCNT0=200; // ok 160

Count_10ms++;



Võ Thành Luận


// Set Flag Task 10ms

if(Count_10ms==100){Flag_10ms=En;Count_10ms=0;Count_100ms++;}

// Set Flag Task 100ms

if(Count_100ms==10){Flag_100ms=En;Count_100ms=0;Count_1s++;}

// Set Flag Task 1s

if(Count_1s==10) {Flag_1s=En;Count_1s=0; }

}

Phần code nhận dữ liệu:

// USART Receiver buffer

#define RX_BUFFER_SIZE 8

char rx_buffer[RX_BUFFER_SIZE];

#if RX_BUFFER_SIZE <= 256

unsigned char rx_wr_index,rx_rd_index,rx_counter;

#else

unsigned int rx_wr_index,rx_rd_index,rx_counter;

#endif

// This flag is set on USART Receiver buffer overflow

// USART Receiver interrupt service routine

interrupt [USART_RXC] void usart_rx_isr(void)

{

char status,data;

status=UCSRA;

data=UDR;

if ((status & (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR |

DATA_OVERRUN))==0)



Võ Thành Luận


{

switch (data)

{

case 'a':

strcpyf(rx_buffer,"\0");

rx_wr_index=0;

over_time=0;

break;

case 'b':

strlcpy(Str_R,rx_buffer,rx_wr_index);


rx_wr_index=0;

break;

case 'c':

strlcpy(Str_L,rx_buffer,rx_wr_index);


rx_wr_index=0;

break;

default:

rx_buffer[rx_wr_index]=data;

rx_wr_index++;

break;

}

}

}

#ifndef _DEBUG_TERMINAL_IO_

// Get a character from the USART Receiver buffer

#define _ALTERNATE_GETCHAR_



Võ Thành Luận


#pragma used+

char getchar(void)

{

char data;

while (rx_counter==0);

data=rx_buffer[rx_rd_index++];

#if RX_BUFFER_SIZE != 256

if (rx_rd_index == RX_BUFFER_SIZE) rx_rd_index=0;

#endif

#asm("cli")

--rx_counter;

#asm("sei")

return data;

}

#pragma used-

#endif

// USART Transmitter buffer

#define TX_BUFFER_SIZE 8

char tx_buffer[TX_BUFFER_SIZE];

#if TX_BUFFER_SIZE <= 256

unsigned char tx_wr_index,tx_rd_index,tx_counter;

#else

unsigned int tx_wr_index,tx_rd_index,tx_counter;

#endif

// USART Transmitter interrupt service routine

interrupt [USART_TXC] void usart_tx_isr(void)

{



Võ Thành Luận


if (tx_counter)

{

--tx_counter;

UDR=tx_buffer[tx_rd_index++];

#if TX_BUFFER_SIZE != 256

if (tx_rd_index == TX_BUFFER_SIZE) tx_rd_index=0;

#endif

}

}

#ifndef _DEBUG_TERMINAL_IO_

// Write a character to the USART Transmitter buffer

#define _ALTERNATE_PUTCHAR_

#pragma used+

void putchar(char c)

{

while (tx_counter == TX_BUFFER_SIZE);

#asm("cli")

if (tx_counter || ((UCSRA & DATA_REGISTER_EMPTY)==0))

{

tx_buffer[tx_wr_index++]=c;

#if TX_BUFFER_SIZE != 256

if (tx_wr_index == TX_BUFFER_SIZE) tx_wr_index=0;

#endif

++tx_counter;

}

else

UDR=c;

#asm("sei")

}



Võ Thành Luận


#pragma used-

#endif

// Standard Input/Output functions

#include <stdio.h>

Task 10ms:

void Task_10ms(void)

{

temp_L=atoi(Str_L);

temp_H=atoi(Str_R);

if(temp_H>125) {temp_H_L=temp_H-125;temp_H_R=0;}

else {temp_H_R=126-temp_H;temp_H_L=0;}

if (temp_L<126) {Dir_L=0;Dir_R=0;temp_L=126-temp_L;}

else {Dir_L=1;Dir_R=1;temp_L=temp_L-125;}

if (temp_L>127)temp_L=127;

Pwm_Temp_L=(2*(temp_L-1))-temp_H_L;

Pwm_Temp_R=(2*(temp_L-1))-temp_H_R;

if(Pwm_Temp_L<0)Pwm_Temp_L=0;

if(Pwm_Temp_R<0)Pwm_Temp_R=0;

Pwm_L =(unsigned char)(Pwm_Temp_L);

Pwm_R =(unsigned char)(Pwm_Temp_R);

}

Task 100ms:


{

over_time++;

if(over_time==10)

{strcpyf(Str_L,"128");strcpyf(Str_R,"128");over_time=15;}

}



Võ Thành Luận


Task 1s:

void Task_1s(void)

{

if(Adc_Batt<820) putchar('y');

}

PHẦN CODE LẬP TRINH CHO TAY BẤM ĐIỀU KHIỂN

Phần định nghĩa

#include <Adc_Int.h>

#include <define.h>

#include <delay.h>

#include <init.h>

#include <init_slave.h>

#include <Int_Clock.h>

#include <Int1.h>

#include <math.h>

#include <mega8.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>



#include <task_1s.h>

#include <uarts.h>

#include <variables.h>

Phần code khởi tạo biến

// Bit Over_Load

static bit Batt_Low=0;



Võ Thành Luận


// Bit Flag task Timer

static bit Flag_10ms,Flag_100ms,Flag_1s;

// Bien dem ngat timer

static unsigned int Count_10ms,Count_100ms,Count_1s;

static unsigned char Pwm_L,Pwm_R;

char str[5],strput[15];

Khởi tạo ADC:

#define FIRST_ADC_INPUT 0

#define LAST_ADC_INPUT 2

unsigned int adc_data[LAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT+1];

#define ADC_VREF_TYPE 0x00

// ADC interrupt service routine

// with auto input scanning

interrupt [ADC_INT] void adc_isr(void)

{

static unsigned char input_index=0;

// Read the AD conversion result

adc_data[input_index]=ADCW;

// Select next ADC input

if (++input_index > (LAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT))

input_index=0;

ADMUX=(FIRST_ADC_INPUT | (ADC_VREF_TYPE &

0xff))+input_index;

// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage

delay_us(10);

// Start the AD conversion

ADCSRA|=0x40;

}

Phần khởi tạo chip



Võ Thành Luận


void init(void)

{

// Declare your local variables here

// Input/Output Ports initialization

// Port B initialization

// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=Out Func1=Out

Func0=In

// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=0 State1=0

State0=T

PORTB=0x01;

DDRB=0x0F;

// Port C initialization

// Func6=In Func5=Out Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In

// State6=T State5=1 State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T

PORTC=0x20;

DDRC=0x20;

// Port D initialization

// Func7=Out Func6=Out Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In

Func0=In

// State7=0 State6=0 State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T

State0=T

PORTD=0x00;

DDRD=0xF0;



// Clock value: Timer 0 Stopped

TCCR0=0x02;



Võ Thành Luận


TCNT0=0x00;



// Clock value: 1000.000 kHz

// Mode: Ph. correct PWM top=0x00FF

// OC1A output: Non-Inv.

// OC1B output: Non-Inv.

// Noise Canceler: Off

// Input Capture on Falling Edge

// Timer1 Overflow Interrupt: Off

// Input Capture Interrupt: Off

// Compare A Match Interrupt: Off

// Compare B Match Interrupt: Off

TCCR1A=0xA1;

TCCR1B=0x02;

TCNT1H=0x00;

TCNT1L=0x00;

ICR1H=0x00;

ICR1L=0x00;

OCR1AH=0x00;

OCR1AL=0x00;

OCR1BH=0x00;

OCR1BL=0x00;



// Clock value: Timer2 Stopped

// Mode: Normal top=0xFF

// OC2 output: Disconnected



Võ Thành Luận


ASSR=0x00;

TCCR2=0x00;

TCNT2=0x00;

OCR2=0x00;

// External Interrupt(s) initialization

// INT0: Off

// INT1: Off

MCUCR=0x00;

// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization

TIMSK=0x01;

// USART initialization

// Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity

// USART Receiver: On

// USART Transmitter: On

// USART Mode: Asynchronous

// USART Baud Rate: 9600

UCSRA=0x00;

UCSRB=0xD8;

UCSRC=0x86;

UBRRH=0x00;

UBRRL=0x33;

// Analog Comparator initialization

// Analog Comparator: Off

// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off

ACSR=0x80;

SFIOR=0x00;



Võ Thành Luận


// ADC initialization

// ADC Clock frequency: 125.000 kHz

// ADC Voltage Reference: Int., cap. on AREF

ADMUX=FIRST_ADC_INPUT | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);

ADCSRA=0xCE;

// SPI initialization

// SPI disabled

SPCR=0x00;

// TWI initialization

// TWI disabled

TWCR=0x00;


#asm("sei")


};

Phần code nhận dữ liệu:

// USART Receiver buffer

#define RX_BUFFER_SIZE 8

char rx_buffer[RX_BUFFER_SIZE];

#if RX_BUFFER_SIZE <= 256

unsigned char rx_rd_index,rx_counter;

#else

unsigned int rx_wr_index,rx_rd_index,rx_counter;

#endif



Võ Thành Luận


// This flag is set on USART Receiver buffer overflow

// USART Receiver interrupt service routine

interrupt [USART_RXC] void usart_rx_isr(void)

{

char status,data;

status=UCSRA;

data=UDR;

if ((status & (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR |

DATA_OVERRUN))==0)

{

switch (data)

{

case 'y':

Led_R2=1;

break;

}

}

}

Task 100ms:


{

// Place your code here

Pwm_L=Adc_L/4;

Pwm_R=Adc_R/4;



Võ Thành Luận


strcpyf(strput,"a");

itoa(Pwm_L,str);

strcat(strput,str);

strcatf(strput,"b");

strcpyf(str,"\0");

itoa(Pwm_R,str);

strcat(strput,str);

strcatf(strput,"c");

puts(strput);

putchar('\n\r');

strcpyf(str,"\0");

strcpyf(strput,"\0");

}

Task 1s:

void Task_1s(void)

{

if(Adc_Batt<820) ; cho led chop tat

}

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT DỌN RÁC BỀ MẶT...

Documents

Transcript of THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT DỌN RÁC BỀ MẶT...