Luận Văn Xây dựng mô hình mạng không dây điều khiển hệ thống robot tự động vận chuyển hàng hóa

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
Luận văn này nhằm mục tiêu thiết kế và xây dựng một hệ thống robot tự động vận chuyển hàng hóa có một trạm điều khiển trung tâm làm nhiệm vụ phân phối đường chạy, cập nhật vị trí các robot slave và xử lý các trường hợp xung đột làn đường. Việc lựa chọn đề tài này nhằm các mục đích sau:
Mục đích thứ nhất là ứng dụng các kiến thức đã học vào thực tế.
Mục đích thứ hai là đáp ứng nhu cầu từ thực tế cần một hệ thống robot vận chuyển hàng hóa tự động trong các kho hàng nhằm giải phóng sức lao động của con người.
Trong khuôn khổ một luận văn tốt nghiệp đại học, ở đây ta chỉ xây dựng một mô hình hệ thống thử nghiệm, nghĩa là giải thuật chương trình trên mô hình có thể áp dụng trực tiếp vào hệ thống vận hành thật sự với một số các ràng buộc về phần điện.
Mô hình trong luận văn được thiết kế gồm hai robot slave di chuyển trên sàn làm việc theo phương pháp dò line được điều khiển bởi vi điều khiển ARM Cortex M3 LM3S5R31 và một master làm trạm điều hành trung tâm sử dụng vi điều khiển ARM Cortex M4 LM4F232 của hãng Texas Instrument. Master và các robot slave sẽ giao tiếp với nhau thông qua sóng RF sử dụng module eZ430-RF2500 theo giao thức được quy định.
Luận văn đã thực hiện được mô hình hệ thống khá ổn định. Trong đó các robot slave đã vận chuyển các gói hàng đúng theo mong muốn của người vận hành và có khả năng tránh va chạm ở các giao lộ. Chương trình trên máy tính thể hiện chính xác vị trí robot ở lần cập nhật vị trí cuối cùng trên sàn làm việc. Giao thức mạng được thiết lập cho phép master có thể kiểm soát sự tồn tại của các slave trong mạng, từ đó sẽ có các quyết định phân phối làn đường hợp lý. Giao thức mạng tạo ra các địa chỉ ứng với từng đối tượng trong mạng cho phép master và slave giao tiếp với nhau nhanh chóng và chính xác.
Tuy còn một số hạn chế nhưng đề tài đã tạo được một mô hình hệ thống vận chuyển hàng hóa tự động khá ổn định và có nhiều khả năng ứng dụng nếu được tiếp tục phát triển.
iv
MỤC LỤC
Trang bìa i
Nhiệm vụ luận văn tốt nghiệp
Lời cảm ơn ii
Tóm tắt Luận văn iii
Mục lục iv
Danh sách hình ảnh vii
Danh sách bảng biểu x
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1
1.1 Sơ lược về robot: 1
1.2 Robot tự hành: 2
1.2.1 Robot tự hành theo đường lập trình sẵn: 3
1.2.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới: .3
1.2.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam: .4
CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN .5
2.1 Các vấn đề cần giải quyết .5
2.2 Hướng giải quyết đề nghị .5
2.3 Phạm vi của luận văn 6
2.4 Sơ đồ tổng quát mô tả các module sử dụng trong luận văn 6
CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8
3.1 Giới thiệu về Module TI eZ430-RF2500: 8
3.1.1 Giới thiệu về Module RF Transceiver CC2500: 8
3.1.2 Một vài thông số nổi bật của Module RF Transceiver CC2500: .9
3.1.3 Giới thiệu về Module TI eZ430-RF2500: 9
3.1.4 Giới thiệu về MCU TI MSP430F2274: .10
3.2 Giới thiệu PIF 5R31 Development Kit: 11
3.2.1 Giới thiệu MCU TI Stellaris LM3S5R31: .12
3.2.2 Module System Timer: .13
3.2.3 Module General Timer: 14
3.2.4 Module Pulse Width Modulator (PWM): 15
v
3.2.5 Module Quadrature Encoder Interface (QEI): .16
3.2.6 Module Universal Asynchronous Receivers/Transmitters (UARTs): .17
3.2.7 Module Analog-to-Digital Converter (ADC): .18
3.3 Giới thiệu TI EKS-LM4F232 Evaluation Kit: 19
3.3.1 Giới thiệu MCU TI Stellaris LM4F232: 21
3.3.2 Module General Timer (GPTM): .23
3.3.3 Module Universal Asynchronous Receivers/Transmitters (UARTs): .24
3.4 Giới thiệu Module RFID: .25
3.4.1 Khái niệm RFID: 25
3.4.2 Các phương thức truyền thông của công nghệ RFID: .25
3.4.3 Các thành phần của một hệ thống RFID: .26
3.4.4 Giới thiệu các thành phần RFID sử dụng trong luận văn: .26
3.5 Động cơ DC Servo: 27
3.5.1 Giới thiệu: 27
3.5.2 Điều khiển động cơ DC servo: .28
3.5.3 Thuật toán PID: 28
3.5.4 Mạch cầu H: .32
3.6 Điều khiển robot bám theo line: .35
3.6.1 Nguyên tắc phân biệt line đen và trắng: .35
3.6.2 Nguyên tắc điều khiển robot bám theo line: 37
3.6.3 Áp dụng thuật toán PID vào dò line: 39
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG .40
4.1 Mạch điện tử: 40
4.1.1 Mạch dò line: .40
4.1.2 Mạch cầu H: .42
4.1.3 Mạch Stamp slave: .44
4.2 Thiết kế và thi công cơ khí: 46
4.2.1 Thiết kế và thi công sàn làm việc của robot: 46
4.2.2 Thi công mô hình robot: .50
4.3 Xây dựng giải thuật giao tiếp trong mạng không dây: .51
4.3.1 Các quy tắc giao tiếp trong mạng: .51
vi
4.3.2 Cấu trúc frame truyền trong mạng: 51
4.4 Giải thuật chương trình vi điều khiển: 53
4.4.1 Giải thuật chương trình MCU trên module eZ430-RF2500: .53
4.4.2 Giải thuật chương trình trên vi điều khiển của Master: .57
4.4.3 Giải thuật chương trình trên vi điều khiển của Slave: 62
4.5 Chương trình trên máy tính: .76
4.5.1 Chương trình viết bằng ngôn ngữ C#: .77
4.5.2 Chương trình viết bằng ngôn ngữ Python 2.7.3: 78
CHƯƠNG 5 VẬN HÀNH VÀ KẾT QUẢ .79
5.1 Vận hành: 79
5.2 Kết quả: 82
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN 83
6.1 Những kết quả đạt được: 83
6.2 Khả năng ứng dụng: .83
6.3 Những hạn chế còn tồn tại và hướng giải quyết: 83
6.4 Hướng phát triển của đề tài: .85
TÀI LIỆU THAM KHẢO: 86
PHỤ LỤC .87