Hướng dẫn thiết kế mạch điều khiển cho ROBOCON

[minhphuong889300]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Hướng dẫn thiết kế mạch điều khiển cho ROBOCON

Vì ROBOCON là một trò chơi dành cho hầu hết các bạn sinh viên. Do đó mức độ kỹ thuật cũng không đòi hỏi quá cao. Mặc dù chúng ta có thể áp dụng các kỹ thuật cao cấp, nhưng nhiều khi kỹ thuật cao chưa phải đã là hiệu quả nhất. Vì vậy các bạn hãy làm ổn định những kỹ thuật cơ bản, trước khi áp dụng những kỹ thuật cao hơn, và nhớ xem xét về độ phức tạp và ổn định của thiết kế. Vì như chúng ta đã biết, cuộc thi robocon chỉ có 3 phút để chứng tỏ mình,chỉ cần 1 lần hoạt động sai là tất cả đều gọi là thất bại, ở phần này, tôi sẽ giới thiệu với các bạn các kỹ thuật đơn giản nhất.

Để dễ dàng cho các bạn mới bắt đầu, tôi sẽ cung cấp các kiến thức cơ bản để thiết kế mạch điều khiển robocon, và giải pháp thực hiện. Sau đó sẽ nêu ra ý tưởng về giải thuật điều khiển để các bạn tự phát triển. Chúc các bạn thành công . Let’s go  !

1. Sơ đồ khối mạch điều khiển robot

Chúng ta sẽ lần lượt đi qua từng khối

2. Mạch điều khiển công suất

Mạch điều khiển robocon nói riêng và robot nói chung khác mạch điện tử thông thường ở mạch công suất,vì mạch đk phải kéo (drive) các thiết bị công suất (Động cơ, Khí nén, Relay,…) trong khi mạch VĐK chỉ có thể cung cấp được từ 1-25mA, Áp 3-5V. Trong khi các thiết bị công suất cần điện áp 6-24V (các cuộc thi robot giới hạn không quá 24V),và dòng cỡ Amp.

Ý tưởng thiết kế như sau :

Phần màu xám là các kỹ thuật cao cấp có thể áp dụng như cảm biến nhiệt, cảm biến dòng,cảm biến vị trí... dành cho những ai đã làm nhiều về đk động cơ, cơ bản thì có thể bỏ qua.

Thiết kế :

Tùy vào thiết bị khuếch đại dòng ta sẽ thiết kế mạch kích tương ứng :

Thiết bị khuếch đại đơn giản nhất có thể là Relay, hoặc là BJT,FET,iGBT, hoặc sử dụng Chip tích hợp...

Kỹ thuật sử dụng relay khá đơn giản, các bạn tự tìm hiểu. Theo mình kỹ thuật sử dụng FET có nhiều ưu điểm vì vậy nên mình vẫn xài FET cho hầu hết các ứng dụng điều khiển động cơ, nhiều bạn kết hợp FET và relay để vừa tận dụng được hiệu quả của FET, vừa đơn giản vì có relay. Nhưng kỹ thuật này theo mình không hoàn thiện và chỉ mang tính tạm thời.
Mình giới thiệu một số mạch công suất thông dụng cho robocon

mạch sử dụng Relay+FET. Relay để đảo chiều động cơ. FET để điều chỉnh tốc độ động cơ. Chân P3.3 điều khiển hướng động cơ. Chân P1.3 điều khiển tốc độ động cơ. Mạch sử dụng opto cách ly để chống nhiễu.

Mạch cầu H sử dụng FET kênh N và P ghép bổ phụ. Chú ý, không được để 2 chân kích cùng bên (trái hoặc phải) củng dẫn ,sẽ làm cháy mạch,vì có dòng nối tắt từ 24VDC xuống GND.

[TABLE]
[TR]
[TD="align: center"] P1.4[/TD]
[TD="width: 36, bgcolor: #cccccc, align: center"] P1.5[/TD]
[TD="width: 36, bgcolor: #cccccc, align: center"] P3.4[/TD]
[TD="width: 40, bgcolor: #cccccc, align: center"] P3.5[/TD]
[TD="width: 181, bgcolor: #cccccc"] Chức năng[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD="width: 41"] 1[/TD]
[TD="width: 36"] 0[/TD]
[TD="width: 36"] 0[/TD]
[TD="width: 40"] 1[/TD]
[TD="width: 181"] Quay trái[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD="width: 41"] 0[/TD]
[TD="width: 36"] 1[/TD]
[TD="width: 36"] 1[/TD]
[TD="width: 40"] 0[/TD]
[TD="width: 181"] Quay phải[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD="width: 41"] 0[/TD]
[TD="width: 36"] 0[/TD]
[TD="width: 36"] 1[/TD]
[TD="width: 40"] 1[/TD]
[TD="width: 181"] Hãm động lực[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD="width: 41"] 1[/TD]
[TD="width: 36"] 1[/TD]
[TD="width: 36"][/TD]
[TD="width: 40"][/TD]
[TD="width: 181"] Hãm động lực[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD="width: 41"][/TD]
[TD="width: 36"][/TD]
[TD="width: 36"] x[/TD]
[TD="width: 40"] x[/TD]
[TD="width: 181"] Test cầu chì
(nghĩa là cháy mạch đó)[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD="width: 41"] x[/TD]
[TD="width: 36"] x[/TD]
[TD="width: 36"][/TD]
[TD="width: 40"][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Giải pháp cho các bạn Module điều khiển động cơ DC MB01

MB01 đang điều khiển động cơ DC 24V

3. Mạch cảm biến vạch :

Theo mình robocon quan trọng nhất là module cảm nhận vạch trắng này, nó giống như con mắt của robot vậy.
Nguyên tắc nhận biết vạch đã được nói nhiều trên các diễn đàn,trang web hướng dẫn... nên mình chỉ nhắc lại khái niệm. Cũng giống như mắt người,nhìn thấy màu xác là do ánh sáng mặt trời phán chiếu từ vật đến mắt. Trong robocon,mọi người cũng dùng cách này,cho led chiếu xuống sàn, rồi thu ánh sáng phản xạ.Tùy độ mạnh yếu của ánh sáng thu về, robot sẽ phân biệt được màu. Tuy nhiên vì hạn chế ,tường mọi người chỉ sử dụng những linh kiện cảm biến ánh sáng đơn giản như quang trở, led thu hồng ngoại giá rẻ. Nên độ nhạy cũng kém, do đó thường thì chỉ phân biệt được ranh giới 2 màu, trắng và đen. cũng may sân thi robocon chỉ coq hai màu là xanh và trắng, do đó xanh có thể coi như là đen đối với màu trắng.

Giải pháp cho các bạn Module cảm biến vạch trắng 8 kênh,điều chỉnh được độ nhạy LTM01

LTM01 đang hoạt động. Nó có thể dễ dàng nhận diện vạch trắng trên nền xanh.

4. Mạch nguồn 5V
Khối này tuy đơn giản nhưng cực kỳ qua trọng, mạch này là sát thủ gây nên nhiều cái chết của những con robot trên các chiến trường robocon. Nguyên nhân là do mạch công suất gây nhiễu lên nguồn khiến điện áp nguồn không ổn định làm MCU không thể hoạt động đúng,hoặc bị treo.
Cách thiết kế cũng được nhắc đến rất nhiều trên các diễn đàn, thông thường mọi người sử dụng các IC ổn áp thông dụng trên thị trường LM7805, cách thiết kế khá đơn giản, và có thể tìm dễ dàng trong datasheet. Tuy nhiên để thiết kế cho ổn định,chịu tải tốt,chống ngắn mạch.. thì cũng khá nhiều vấn đề. Ở đây tôi muốn giới thiệu với các bạn module nguồn 5V, và 3V3 PSM5V_3V3 của chúng tôi, giúp cho công việc của các bạn trở nên đơn giản.

5. Mạch hiển thị Led 7 đoạn

Mạch này dùng để hiển thị thông tin robot, để tiên cho các bạn debug chương trình, biết được trạng thái hiện tại của robot giúp cho việc sử dụng hiệu quả.

Nói về cách thiết kế mạch này chắc là thừa vì các bạn có lẽ hầu hết đã biết, hoặc có thể tìm dễ dàng trên mạng hoặc trong cách sách chuyên ngành. Ở đây mình chỉ muốn giới thiệu với các bạn module hiển thị 6 led 7 đoạn L7D01 sẽ giúp cho công việc thiết kế mạch của các bạn trở nên đơn giản hơn.

7. Module vi điều khiển :

Vì mỗi người xử dụng vi điều khiển khác nhau, có ngườ sử dụng 8051 vì đơn giản, có người lại thích PIC, hoặc AVR. Mỗi vi điều khiển khác nhau cần những thiết kế khác nhau, và tôi cũng tin rằng hầu hết các bạn đã biết về MCU nên mới tham gia làm robocon. Hiện chúng tôi cũng đang phát triển các module MCU để đáp ứng yêu cầu của nhiều dòng MCU khác nhau. Sẽ sớm giới thiệu đến các bạn.

8. Các module khác

Các module khác như CTHT, nút nhấn...rất đơn giản, các bạn có thể tìm thấy trong các sách vi xử lý, hoặc trên mạng...\

9. Kết luận

Việc thiết kế mạch điều khiển một robot để tham gia cuộc thi robocon không khó, các bạn có thể tự làm, chủ yếu là cần sự kiên nhẫn của các bạn để tìm hiểu các kiến thức và thực hiện chúng. Trong quá trình làm chắc chắn sẽ có những thất bại, khó khăn. Tuy nhiên nếu kiên trì, tôi tin rằng các bạn sẽ thành công. Nếu các bạn cần đơn giản công việc thiết kế, dễ dàng tháo lắp và thay thế khi có sự cố, hãy sử dụng những module chức năng của chúng tôi. Chúc các bạn thành công !