Luận Văn Thiết kế và chế tạo robot đo nhiệt độ điều khiển từ xa

Đồ án tốt nghiệp năm 2011
Đề tài: Thiết kế và chế tạo robot đo nhiệt độ điều khiển từ xa


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii
Chương I: TỔNG QUAN ROBOT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA . 2
1.1. Những khái niệm chung về robot 3
1.2 Ứng dụng robot trong thực tế . 4
1.3 Lý do chọn đề tài 7
1.4 Mục đích . 7
1.5 Yêu cầu . 7
Chương II: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU2.1. Phương
pháp nghiên cứu 8
2.1. Phương pháp nghiên cứu 9
2.2 Nội dung nghiên cứu . 11
2.2.1. Các phương án thiết kế. . 11
2.2.1.1 Phương án 1: . 11
2.2.1.2 Phương án 2: . 11
2.2.1.3 Phương án 3: . 12
2.2.2 Thiết kế chế tạo phần cơ khí . 13
2.2.2.1 Quá trình chế tạo robot 13
2.2.2.2 Chế tạo phần khung . 14
2.2.2.3 Chọn và gá động cơ . 14
2.2.2.4 Chế tạo bánh tự lựa 15
2.2.2.5 Chế tạo bánh xe . 15
2.2.3. Thiết kế, chế tạo phần điều khiển 16
2.2.3.1. Sơ lược về vô tuyến điện từ 16
2.2.3.2. Sơ lược về ATMEGA32 . 18
2.2.3.3. Mô tả chân linh kiện . 20
2.2.3.4. USART trong ATMEGA32 21
2.2.4 Sơ lược về PT2262 . 23
iii
2.2.5Sơ lược về PT2272 25
2.2.6.Modul Rf 27
2.2.7. Sơ lược về RS232 29
2.2.8. Sơ lược về Usb 2 com pl 2303 . 32
2.2.9. Sơ lược MODBUS 33
2.2.9.1. Phân loại . 33
2.2.9.2. Cơ chế giao tiếp 33
2.2.9.3 Chế độ truyền 35
2.2.10. Cảm biến nhiệt độ 36
2.2.10.1 Sơ lược về LM35 . 36
2.2.10.2 Sơ lược về Ds18b20 38
2.2.12. Động cơ bước 43
2.2.13 Thiết kế phần mạch 46
2.2.13.1 Mạch nguồn . 46
2.2.13.2 Mạch vi điều khiển 47
2.2.13.3 Thiết kế mạch giao tiếp 48
2.2.14. Thiết kế phần mềm 51
2.2.14.1 Giải thuật điều khiển robot 51
2.2.14.2. Giải thuật nhận và hiển thị camera 54
2.2.14.3. Chuẩn hóa giao thức . 55
2.2.14.4 Giải thuật đo nhiệt độ và gửi nhiệt độ về . 57
Chương III: THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ . 58
3.1.Thực nghiệm . 59
3.1.1 Kiểm tra mạch công suất. . 59
3.1.2 Kiểm tra module Rf và camera. 60
3.2.Cách tiến hành cho robot chạy thử . 61
3.3. Tháo lắp, vận chuyển 61
3.4Phân tích kết quả 62
Chương IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ SUẤT . 64
iv
4.1. Kết luận 65
4.1.1 Những kết quả đạt được 65
4.1.2 Những kết chưa quả đạt được . 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 66
PHỤ LỤC 67
v
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình1.1: Mô hình robot điều khiển từ xa . 3
Hình 1.2 Dragon Runner 4
Hình 1.3: Robot y học . 5
Hình1.4.Robot snakelike 6
Hình1.5.Robot Quince 6
Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát 9
Hình 2.2 Phương án 1 11
Hình 2.3 Phương án 2 12
Hình 2.4 Phương án 3 13
Hình 2.5 Khung robot 14
Hình 2.6 Cách gá động cơ . 14
Hình2.7 chế tạo bánh trước 15
Hình 2.8 Bánh xe của robot . 15
Hình 2.9: Quá trình lan truyền song ngang. . 16
Hình 2.10. Quá trình thu phát sóng của ăngten. . 17
Hình 2.11. Atemega 32. . 18
Hình 2.12. Sơ đồ chân atmega32. . 18
Hình 2.13. Sơ đồ cấu trúc bên trong atmega32 . 19
Hình 2.14. Sơ đồ khối USART. . 22
Hình 2.15. PT2262. . 23
Hình 2.16. Sơ đồ chân PT2262. 24
Hình 2.17. Khung dữ liệu của PT2262 . 24
Hình 2.18. Sơ đồ khối PT2262. . 25
2.2.5Sơ lược về PT2272 25
Hình 2.19. PT2272. . 26
Hình 2.20. Sơ đồ chân PT2272. 26
Hình 2.21. Modul hope –rf(RF_TR) 27
Hình 2.22. Kết nối VDK và Rf. . 28
Hình 2.23: Config hope_rf. 28
vi
2.2.7. Sơ lược về RS232 29
Hình 2.24.: Rs232 . 29
Hình2.25.Cổng com 29
Hình 2.26: pl 2303 . 32
Hình 2.27. Usb 2 com pl_2303 . 32
Hình 2.28. Sơ đồ nguyên lý mạch usb2 com pl 2303 . 33
Hình 2.29: Lm35. 36
Hình 2.30: Lm35. 37
Hình 2.31: Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt LM35. . 37
Hình 2.31 DS18B20 . 39
Hình 2. 32 Bảng nhiệt độ và giá trị chuyển đổi 40
Hình 2.33 Mô tả quá trình tạo xung reset . 40
Hình 2.34: Camera. . 42
Hình 2.35: Bộ kết nối máy tính. . 42
Hình 2.36Cấu tạo động cơ bước 43
Hình 2.38: Sơ đồ mạch nguồn 5v vi điều khiển 46
Hình 2.39: Sơ đồ mạch nguồn 9v và 12v. . 46
Hình 2.40: Sơ đồ mạch Atmega32. . 48
Hình 2.41: Mạch giao tiếp hope_rf và atmega32 49
Hình 2.42: Sơ đồ mạch opto cách ly. . 50
Hình 2.43: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ. 50
Hình 2.44: Mạch uln 2803 . 50
Hình 2.45: Role 12V 51
Hình 3.1 Ăcquy . 59
Hình 3.2 Đồng hồ đo . 59
Hình 3.3 Mạch công suất . 60
Hình 3.4 Ảnh thu được ở khoảng cách 15m . 60
Hình 3.5 Ảnh thu được ở khoảng cách khoảng 30m 61
Hình 3.6 Hình ảnh robot đang đo nhiệt độ . 61
Hình 3.7 Quá trình tháo lắp robot 62
Hình 3.8 Tổng quan robot sau khi hoàn thành 62
1
LỜI MỞ ĐẦU
Chúng ta không còn nghi ngờ gì nữa! Ngày nay, với những ứng dụng của khoa
học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang một ngày thay đổi, văn minh
và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị
với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu
tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao.
Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp ứng
được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công–nông-lâm-ngư nghiệp cho
đến các nhu cầu cần thiết trong họat động đời sống hằng ngày.
Nền công nghiệp điện tử và các sản phẩm của nó là nền tảng cơ bản nhất cho
việc ra đời của máy tính và sâu xa hơn chính là nên sản xuất hiện đại ngày nay. Các
sản phẩm của công nghiệp điện tử đã đi sâu vào đời sống của mỗi quốc gia, vùng
lãnh thổ và mỗi con người chúng ta. Công nghiệp điện tử là lĩnh vực không thể
thiếu đối với tất cả các khía cạnh trong cuộc sống hiện đại nhân loại ngày nay.
Một trong những ứng dụng rất quan trọng của công nghệ điện tử là kỹ thuật
điều khiển từ xa. Nó đãgóp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị từ xa.
Là sinh viên chuyên ngành cơ điện tử của khoa cơ khí, trường đại học Nha
Trang, em luôn khát khao được tìm hiểu những lĩnh vực mới mẻ như công nghệ
truyền không giây. Với đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế và chế tạo robot đo nhiệt độ
điều khiển từ xa” em đã phần nào hiểu biết về lĩnh vực này.
Trong quá trình làm việc em đã rất cố gắng hoàn thành công việc, nhưng do thời
gian có hạn và kinh nghiệm còn non kém nên không tránh khõi nhiều thiếu sót. Rất
mong được sự góp ý tận tình của các thầy và các bạn.


Chương I
TỔNG QUAN ROBOT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
3
1.1. Những khái niệm chung về robot
Ngày nay, người ta vẫn còn đang tranh cãi về vấn đề: “Một loại máy như thế nào
thì đủ tiêu chuẩn để được gọi là một robot? Một cách gần chính xác, rôbốt phải có
một vài (không nhất thiết phải đầy đủ) các đặc điểm sau đây:
-Không phải là tự nhiên, tức là do con người sáng tạo ra.
- Có khả năng nhận biết môi trường xung quanh.
-Có thể tương tác với những vật thể trong môi trường.
-Có sự thông minh, có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi trường và
được điều khiển một cách tự động theo những trình tự đã được lập trình trước.
-Có khảnăng điều khiển đuợc bằng các lệnh để có thể thay đổi tùy theo yêu cầu
của người sử dụng.
-Có thể di chuyển quay hoặc tịnh tiến theo một hay nhiều chiều.
-Có sự khéo léo trong vận động.
Theo những kỹ sư robot hình dáng bên ngoài của máy móc không quan trọng
bằng việc hoạt động của nó được điều khiển như cách nào. Hệ thống điều khiển
càng có tác dụng bao nhiêu, máy móc càng có khả năng được gọi là rôbốt bấy
nhiêu. Một đặc điểm tiêu biểu để phân biệt robot nữa đó là khả năng đưa ra các lựa
chọn. Càng có khả năng đưa ra nhiều lựa chọn để giải quyết một vấn đề bao nhiêu,
robot càng được đánh giá cao.
Hình1.1: Mô hình robot điều khiển từ xa
4
1.2 Ứng dụng robot trong thực tế
Từ ngàn xưa con người đã biết sử dụng những dụng cụ thô sơ nhưng rất sáng tạo
để phục vụ cho đời sống sản xuất như: dùng cày kéo kết hợp với sức lực vật nuôi
trâu bò, hay kết hợp với chính sức lao động của bản thân để tạo ra của cải vật chất .
Nhưng từ sau cuộc cách mạng khoa học kỉ thuật nó đã thay đổi hoàn toàn bộ
mặt thế giới.Nền công nghiệp phát triển mạnh mẽ và những sản phẩm mà nó mang
lại ngày càng to lớn. Máy móc dần thay thế con người ở những khâu có tính chu kỳ,
lặp đi lặp lại, giải phóng sức lao động của con người mà năng suất lao động càng
cao. Nhưng mức độ tự động hóa còn thấp, thiết bị thô sơ, máy móc cồng kền, đó là
những động cơ chạy bằng hơi nước hay hững chiếc máy tính to bằng tòa nhà .
Ngày nay nới sự phát triển như vũ bão của kỉ thuật điện tử máy móc ngày càng
tinh vi hơn đọ chính xac cao, năng suất mang lại càng lớn. Con người có thể đi sâu
vào lòng đất, hay đi đến những vùng xa lạ của trái đất để thám hiểm nhưng họ
không trực tiếp bước trên đôi chân của mình. Với sự hỗ trợ của máy tính và robot
họ chỉ cần những động tác đơn giản những cái click chuột là có thể quan sát được cả
thế giới bên ngoài qua màn ảnh nhỏ.
Tùy thuộc vào chức năng mà robot có cấu tạo phù hợp nhất. Robot có thể thay
thế hoàn toàn con người ở những khâu mang tính chu kỳ cần độ chính xác cao đòi
hỏi phức tạp với khả năng làm việc không biết mệt mỏi hay ở trong những môi
trường nguy hiểm : áp suất cao, phóng xạ, độc hại
Công nghệ không dây được ứng dụng cho phép tạo ra những mô hình Robot nhỏ
gọn, thông minh, linh hoạt trên mọi địa hình. Bằng cách gắn thêm camera quan sát
từ xa, người ta có thể điều khiển chúng theo ý muốn, tạo hiệu quả công việc như
mong muốn.
Để tăng cườnghiệu quả chiến đấu, quân đội Mỹ đã cho triển khai nhiều loại
robot tối tân nhằm hỗ trợ các binh sĩ trên chiến trường.
Hình 1.2 Dragon Runner
5
Dragon Runner là một robot dò thám kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ và rất cơ
động. Với kích thước dài khoảng 38cm, rộng hơn 27cm, cao 13cm, nó là một trinh
sát cừ khôi với phạm vi hoạt động và quan sát ở tầm thấp. Robot này đã được Hải
quân Mỹ triển khai trong chiến trường Iraq. Được thiết kế với độ bền rất cao,
Dragon Runner có thể chịu đựng được hầu hết những tác động vật lý khắc nghiệt
nhất nếu bị phát hiện (như bị ném vào tường, rơi từ trên cao xuống ).
Robot này được trang bị một camera nhỏ, một máy thu âm, một đèn hồng ngoại
(để hoạt động ban đêm) và những bộ cảm biến hồng ngoại (để tránh chướng ngại
vật). Trong thời đại công nghệ càng ngày càng được thu nhỏ hiện nay thì Dragon
Runner càng chứng tỏ ưu điểm và khả năng cừ khôi của mình.
Một trong những hiệu quả mà công nghệ không dây đem lại là cho phép con
người có thể ngồi ở một nơi rất xa nhưng vẫn có thể điều khiển được những công
việc mà vẫn đạt hiệu quả cao, đảm bảo an toàn cho người vận hành. Mà đặc biệt là
những công việc nguy hiểm, môi trường khắc nghiệt, có ảnh hưởng lớn về sức khỏe
cũng như tính mạng con người. Vì vậy robot được ứng dụng ngày càng rộng rãi hơn
trong các lĩnh vực y tế, quốc phòng, robot bán hàng tự động hay robot chăm sóc
người tàn tật ở một số nước tiên tiến .


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.Nguyễn Văn Định, Bài giảng môn học thực hành vi điều khiển, Đại học Nha
Trang
2. Trần Văn Hùng, Truyền động điện và điện tử công suất, Đại học Nha Trang.
3. Trần Văn Hùng, Thiết kế board giao tiếp, Đại học Nha Trang.
4.Hoàng minh Sơn, Mạng truyền thông công nghiệp, Đại học bách khoa Hà Nội.
5.Ngô Diên Tập , Kỹ thuật vi điều Khiển AVR, Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ
Thuật.
7. Đỗ Xuân Thụ, Kỷ thuật điện tử, NXB Giáo Dục
8. www.Alldatasheet.com
9.www.atmel.com
10.www.cdtvn.net
11.www.dientuvietnam.net
12. www.wikipedia.com