Line giao tiếp Atmega, Cảm biến dò line + L298 + Động cơ V1 + AVR

1. Linh kiện cần thiết làm mạch cảm biến Line giao tiếp Arduino

1.1 Vi điều khiển AVR Line giao tiếp Atmega

a. Giới thiệu

Atmega16 là một chíp vi điều khiển được sản xuất bời hãng Atmel thuộc họ MegaAVR. Atmega16 là một bộ vi điều khiển 8 bit dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 16KB ISP flash có thể ghi xóa hàng nghìn lần, 512B EEPROM, một bộ nhớ RAM vô cùng lớn trong thế giới vi xử lý 8 bit (1KB SRAM) Với 32 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào hoặc ra i/O, 32 thanh ghi, 3 bộ timer/counter có thể lập trình, có các gắt nội và ngoại (2 lệnh trên một vector ngắt), giao thức truyền thông nối tiếp USART, SPI, I2C. Ngoài ra có thể sử dụng bộ biến đổi số tương tự 10 bít (ADC/DAC) mở rộng tới 8 kênh, khả năng lập trình được watchdog timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn, có thể sử dụng tới 6 kênh điều chế độ rộng xung (PWM), hỗ trợ bootloader. Vi xử lý có rất nhiều loại bắt đầu từ 4 bit cho đến 32 bit, vi xử lý 4 bit hiện nay không còn nhưng vi xử lý 8 bit vẫn còn mặc dù đã có vi xử lý 64 bit. Lý do sự tồn tại của vi xử lý 8 bit là phù hợp với một số yêu cầu điều khiển trong công nghiệp. Các vi xử lý 32 bit, 64 bit thường sử dụng cho các máy tính vì khối lượng dữ liệu của máy tính rất lớn nên cần các vi xử lý càng mạnh càng tốt. Các hệ thống điều khiển trong công nghiệp sử dụng các vi xử lý 8 bit hay 16 bit như hệ thống điện của xe hơi, hệ thống điều hòa, hệ thống điều khiển các dây chuyền sản xuất, …

b. Chức năng của Atmega:

• PORTA: Các chân từ 33 đến 40 thuộc PORTA. Nó hoạt động giống như đầu vào analog cho bộ chuyển đổi A / D. Tuy nhiên, trong trường hợp không có bộ chuyển đổi A / D, PORTA được sử dụng làm cổng I / O hai chiều 8 bit. Nó đi kèm với điện trở kéo bên trong.
• PORTB: Các chân từ 1 đến 8 thuộc về PORTB. Đây là các chân hai chiều I / O. Cổng này cũng bao gồm các điện trở kéo lên bên trong.
• PORTC: PORTC là cổng I / O hai chiều bao gồm 8 chân. Chân từ 22 đến 29 thuộc về cổng này, tương tự như các cổng khác, nó đi kèm với điện trở kéo bên trong.
• PORTD: Chân từ 14 đến 21 thuộc về cổng này. Đây là cổng hai chiều trong đó mỗi chân có thể được sử dụng làm chân đầu vào hoặc đầu ra. Tuy nhiên, có các tính năng bổ sung liên quan đến cổng này như ngắt, giao tiếp nối tiếp, bộ hẹn giờ và PWM.

Các chức năng khác

• Reset: Chân 9 là chân reset mức thấp đang hoạt động. Xung mức thấp dài hơn độ dài xung tối thiểu sẽ tạo ra reset. Các xung ngắn không có khả năng tạo ra reset.
• VCC: Chân 10 là chân cấp nguồn cho bộ điều khiển này. Nguồn điện của cần phải có 5 V để đặt bộ điều khiển này trong điều kiện đang chạy. 
• GND: Chân 11 là chân nối đất.
• AREF: Chân 32 là chân tham chiếu tương tự chủ yếu được sử dụng cho bộ chuyển đổi A / D .
• AVCC: Chân 30 là AVCC là chân điện áp cung cấp cho PORTA và ADC. Nó được kết nối với VCC thông qua bộ lọc thông thấp khi có ADC. Tuy nhiên, trong trường hợp không có ADC, AVCC được kết nối bên ngoài với VCC. 
• Chân 12 & 13: Một bộ dao động tinh thể được kết nối với các chân này. Atmega16 hoạt động ở tần số bên trong 1MHZ; bộ dao động được thêm vào để tạo ra xung clock và tần số cao.

c.Thông số kỹ thuật Atmega (Dip)

Datasheets	Atmega16
Standard Package	27
Category	Integrated Circuits (ICs)
Family	Embedded – Atmel
Series	Atmega
Packaging	Tube
Core Processor	AVR
Core Size	8-Bit
Speed	16MHz
Connectivity	I²C, SPI, UART / USART, USB
Peripherals	Brown-out Detec t/ Reset, HLVD, POR, PWM, WDT
Number of I /O	32
Program Memory Size	16KB
Program Memory Type	FLASH
EEPROM Size	512B
RAM Size	1K
Voltage – Supply (Vcc/Vdd)	4.2 V ~ 5.5 V
Data Converters	A/D 8 x 10bit
Oscillator Type	Internal
Operating Temperature	-40°C ~ 85°C
Package / Case	28-SOIC (0.295″, 7.50mm Width)
Other Names	Atmega16

d. Power

• 5V: Điện áp ra 5V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 500mA).
• GND: Là chân mang điện cực âm trên board.
• IOREF: Điệp áp hoạt động của vi điều khiển trên AVR và có thể đọc điện áp trên chân IOREF. Chân IOREF không dùng để làm chân cấp nguồn.

e.Bộ nhớ

Vi điều khiển ATmega:

• 16 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chiếm 0.5KB.
• 2 KB cho SRAM: (Static Random Access Menory): giá trị các biến khai báo sẽ được lưu ở đây. Khai báo càng nhiều biến thì càng tốn nhiều bộ nhớ RAM. Khi mất nguồn dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
• 512B cho EEPROM: (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): Là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây và không bị mất dữ liệu khi mất nguồn.

f. Kiến trúc của Atmega16

Kiến trúc của Atmega16 dựa trên Kiến trúc Harvard và đi kèm với các bus và bộ nhớ riêng biệt. Các lệnh được lưu trữ trong bộ nhớ chương trình.

1. CPU

CPU giống như bộ não của vi điều khiển giúp thực hiện một số lệnh. Nó có thể xử lý các ngắt, thực hiện các phép tính và điều khiển các thiết bị ngoại vi với sự trợ giúp của các thanh ghi. Atmega16 đi kèm với hai bus gọi là bus hướng dẫn và bus dữ liệu. CPU đọc lệnh trong bus hướng dẫn trong khi bus dữ liệu được sử dụng để đọc hoặc ghi dữ liệu tương ứng. CPU chủ yếu bao gồm bộ đếm chương trình, các thanh ghi mục đích chung, stack pointer, thanh ghi lệnh và bộ giải mã lệnh.

2. ROM

Chương trình điều khiển được lưu trữ trong ROM, còn được gọi là bộ nhớ flash lập trình không bay hơi. Bộ nhớ flash có độ phân giải ít nhất 10.000 chu kỳ ghi / xóa. Bộ nhớ flash chủ yếu được chia thành hai phần được gọi là phần flash ứng dụng và phần flash booth. Chương trình của bộ điều khiển được lưu trữ trong phần flash ứng dụng. Trong khi phần flash booth được tối ưu hóa để hoạt động trực tiếp khi bộ điều khiển được bật nguồn.

3. RAM

SRAM (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh) được sử dụng để lưu trữ thông tin tạm thời và đi kèm với các thanh ghi 8-bit, giống như một RAM máy tính thông thường được sử dụng để cung cấp dữ liệu thông qua thời gian chạy.

4. EEPROM

EEPROM (Bộ nhớ chỉ đọc có thể xóa bằng điện tử) là bộ nhớ không thay đổi được sử dụng như một bộ lưu trữ thời gian dài. Nó không liên quan đến việc thực thi chương trình chính. Nó được sử dụng để lưu trữ cấu hình của hệ thống và các thông số thiết bị tiếp tục hoạt động trong thiết lập lại bộ xử lý ứng dụng. EEPROM đi kèm với chu kỳ ghi giới hạn lên đến 100.000 trong khi chu kỳ đọc là không giới hạn. Trong khi sử dụng EEPROM, hãy viết các lệnh tối thiểu theo yêu cầu, để bạn có thể nhận được lợi ích từ bộ nhớ này trong thời gian dài hơn.

5. Ngắt

Ngắt được sử dụng cho trường hợp khẩn cấp đặt chức năng chính ở trạng thái chờ và thực hiện các lệnh cần thiết tại thời điểm đó. Khi ngắt được gọi và thực thi, mã sẽ chuyển trở lại chương trình chính.

6. Module I / O analog và kỹ thuật số

Module I / O kỹ thuật số được sử dụng để thiết lập giao tiếp kỹ thuật số giữa bộ điều khiển và các thiết bị bên ngoài. Trong khi module I / O analog được sử dụng để truyền thông tin analog. Bộ so sánh analog và ADC thuộc loại module I / O analog.

7. Bộ định thời / Bộ đếm

Bộ định thời được sử dụng để tính toán tín hiệu bên trong bộ điều khiển. Atmega16 đi kèm với hai bộ định thời 8 bit và một bộ định thời 16 bit. Tất cả bộ định thời này hoạt động như một bộ đếm khi chúng được tối ưu hóa cho các tín hiệu bên ngoài.

8. Watchdog timer

Watchdog timer là một bổ sung đáng chú ý trong bộ điều khiển này được sử dụng để tạo ngắt và đặt lại bộ định thời. Nó đi kèm với nguồn CLK riêng biệt 128kHz.

9. Giao tiếp nối tiếp

Atmega16 đi kèm với các đơn vị USART và SPI được sử dụng để phát triển giao tiếp nối tiếp với các thiết bị bên ngoài.

1.2 Cảm biến Line giao tiếp Atmega

a. Giới thiệu 

b. Thông số kỹ thuật

• Nguồn cung cấp: 5VDC.
• Mạch sử dụng chip so sánh LM393.
• Dòng điện tiêu thụ: <10mA.
• Dải nhiệt độ hoạt động: 0oC ~ 50oC.
• Ngõ giao tiếp: 3 dây VCC, GND, DO
• Mức tín hiệu ngõ ra: TTL.
• Kích thước: 3.2 x 1.4mm.

c. Nguyên lý hoạt động

• Kết nối GND với GND, VCC đến 2.4-5VDC.
• Để có hiệu suất tốt nhất, hãy sử dụng nguồn cung cấp ổn định nhất (trên Arduino, đây sẽ là nguồn cung cấp 3.3V).
• Dạng nhận biết màu trắng hoặc đen thông qua xuất hiện từ chân OUT.
• Các đầu ra sẽ có tín hiệu logic khác nhau phù hợp cho màu trắng hoặc đen.

d. Ứng dụng

• Hệ thống phân biệt màu sản phẩm trắng và đen
• Mạch gián điệp
• Tự động hóa trong gia đình
• Người máy
• Mạch xe vận chuyển dò line
• Nhận biết trời sáng hoặc tối
• Nhận diện phát hiện bật cản

1.3 Module l298 điều khiển động cơ dc dùng Line giao tiếp Atmega

a. Giới thiệu

b. Thông số kỹ thuật

• Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H.
• Điện áp điều khiển: +5 V ~ +35 V
• Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A
• Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V
• Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA
• Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃)
• Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃

c. Sơ đồ chân module L298

• 12V power, 5V power: là 2 chân cấp nguồn trực tiếp đến động cơ .
• Power GND : là chân GND cấp nguồn cho động cơ
• 2 Jump A enable và B enable dùng cho phép động cơ chạy hoặc dừng
•  IN1, IN2, IN3, IN4: Là 4 chân input , chức năng nhận tín hiệu từ vi điều khiển hoặc Arduino để điều khiển động cơ
• Output A: nối với động cơ A. bạn chú ý chân +, -. Nếu bạn nối ngược thì động cơ sẽ chạy ngược. Và chú ý nếu bạn nối động cơ bước, bạn phải đấu nối các pha cho phù hợp

1.4 Động cơ dc 12v giảm tốc V1 dùng Line giao tiếp Atmega

a. Giới thiệu

• Động cơ DC giảm tốc V1 là loại được lựa chọn và sử dụng nhiều nhất hiện nay cho các thiết kế Robot đơn giản, động cơ DC giảm tốc V1 có chất lượng và giá thành vừa phải cùng với khả năng dễ lắp ráp của nó đem đến chi phí tiết kiệm và sự tiện dụng cho người sử dụng, các bạn khi mua động cơ giàm tốc V1 có thể mua thêm gá bắt động cơ vào thân Robot cũng như bánh xe tương thích.
• Động cơ DC giảm tốc V1 1:48 hộp số kim loại có trục quay và bánh răng của hộp số được làm bằng kim loại cho tuổi thọ và độ bền cao hơn các loại bằng nhựa (các loại bằng nhựa khi chạy 1 thời gian sẽ bị tình trạng các bánh răng nhựa bị rơ, kẹt khiến cho vận tốc động cơ thay đổi theo thời gian), thích hợp để lắp ráp các mô hình Robot, Cơ khí đơn giản.

b. Thông số kỹ thuật

• Điện áp hoạt động: 3V~ 9V DC (Hoạt động tốt nhất từ 6 – 8V)
• Dòng không tải: 70mA (250mA MAX)
• Mômen xoắn cực đại: 800gf cm min 1:48 (3V)
• Tốc độ không tải: 125 Vòng/ 1 Phút (3V) (Với bánh 66mm: 26m/1p) 208 Vòng/ 1 Phút (5V) (Với bánh 66mm: 44m/1p)

1.5 Khung xe dùng Line giao tiếp Atmega

a. Giới thiệu

b. BÁNH XE

c. ĐỘNG CƠ

d. KHUNG XE ROBOT 3 BÁNH

2. Hướng dẫn đồ án Line giao tiếp Atmega điều khiển xe dò line

Phần này chưa được chia sẻ.

LIÊN HỆ thông tin ở TẠI ĐÂY để được hổ trợ tốt hơn.

Phần cứng

Phần mềm

// Định nghĩa các chân
int ENA = 3;
int IN1 = 1;
int IN2 = 2;

int ENB = 6;
int IN3 = 4;
int IN4 = 5;

// tốc độ động cơ là 80
#define ENASpeed 80
#define ENBSpeed 80

// khai báo tất cả các cảm biến điều không tín hiệu)

int Sensor1 = 0;
int Sensor2 = 0;
int Sensor3 = 0;
int Sensor4 = 0;

void setup() {

  pinMode(ENA, OUTPUT);
  pinMode(IN1, OUTPUT);
  pinMode(IN2, OUTPUT);

  pinMode(ENB, OUTPUT);
  pinMode(IN3, OUTPUT);
  pinMode(IN4, OUTPUT);

  pinMode(Sensor1, INPUT);
  pinMode(Sensor2, INPUT);
  pinMode(Sensor3, INPUT);
  pinMode(Sensor4, INPUT);

}

void loop(){

  //đọc giá trị các chân
  analogWrite(ENA, ENASpeed);
  analogWrite(ENB, ENBSpeed);

// đọc cảm biến là sáng nếu vào đường đen, đèn cảm biến tắt khi lệch đường
  Sensor1 = digitalRead(8);
  Sensor2 = digitalRead(9);
  Sensor3 = digitalRead(10);
  Sensor4 = digitalRead(11);

  if(Sensor4 == HIGH && Sensor3 == HIGH && Sensor2 == LOW && Sensor1 == LOW){

// rẻ trái nếu cảm biến 3 và 4 lệch đường
//động cơ trái dừng
    digitalWrite(IN1, LOW);
    digitalWrite(IN2, LOW);

    //motor B Forward
// động cơ phải tiến
    digitalWrite(IN3, LOW);
    digitalWrite(IN4, HIGH);
 
  }

  else if (Sensor4 == LOW && Sensor3 == LOW && Sensor2 == HIGH && Sensor1 == HIGH){

// rẻ trái nếu cảm biến 1 và 2 lệch đường
// động cơ trái tiến
    digitalWrite(IN1, LOW);
    digitalWrite(IN2, HIGH);

 
//động cơ phải dừng
    digitalWrite(IN3, LOW);
    digitalWrite(IN4, LOW);

  }

  else if (Sensor4 == LOW && Sensor3 == LOW && Sensor2 == LOW && Sensor1 == LOW){

//tất cả động cơ dừng lại nếu xe hoàn toàn lệch khỏi đường
    digitalWrite(IN1, LOW);
    digitalWrite(IN2, LOW);
    digitalWrite(IN3, LOW);
    digitalWrite(IN4, LOW);
 
  }

   else if (Sensor4 == HIGH && Sensor3 == HIGH && Sensor2 == HIGH && Sensor1 == HIGH){

//tất cả động cơ dừng lại nếu tất cả cá cảm biến điều trên đường

    digitalWrite(IN1, LOW);
    digitalWrite(IN2, LOW);
    digitalWrite(IN3, LOW);
    digitalWrite(IN4, LOW);
  }

  else{

    //if(Sensor4 == LOW && Sensor3 == HIGH && Sensor2 == HIGH && Sensor1 == LOW

// nếu cảm biến 4 và 1 nằm ngoài đường đen, cảm biến 2,3 trên đường đen thì xe chạy tới
    digitalWrite(IN1, LOW);
    digitalWrite(IN2, HIGH);
    digitalWrite(IN3, LOW);
    digitalWrite(IN4, HIGH);
  }
}

3. Hoạt động của mạch cảm biến line giao tiếp Atmega

4. Hoạt động mạch cảm biến line giao tiếp Atmega các bạn xem video:

Ngoài ra còn nhiều Phần và các môn khác

Đồ án điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 1 Mạch điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 2 Thiết kế mạch điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 3 Vi xử lý, Lập trình vi điều khiển Pic – 8051 – Avr – Phần 4 Tổng hợp File ĐỒ ÁN Điện tử cơ bản Tổng hợp File ĐỒ ÁN Viễn thông Tổng hợp File ĐỒ ÁN PLC Tổng hợp File ĐỒ ÁN Cung cấp điện

Chúc các bạn thành công…!!!