Điều khiển xe tự cân bằng sử dụng Arduino :Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ Điện

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐIỀU KHIỂN XE CÂN BẰNG SỬ DỤNG

ARDUINO

SINH VIÊN : BÙI DUY TIN

MSSV : 14064861

LỚP : DHDKTD10B

GVHD :THS. NGUYỄN NGỌC ANH

TUẤN

Đồ án tốt nghiệp

2

TP. HCM, NĂM 2018

i

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1. Họ và tên sinh viên/nhóm sinh viên đƣợc giao đề tài

Bùi Duy Tin, MSSV: 14064861

2. Tên đề tài

ĐIỀU KHIỂN XE CÂN BẰNG SỬ DỤNG ARDUINO

3. Nội dung

Mục tiêu của đồ án là xây dựng được robot có khả năng di chuyển trên hai

bánh,làm phương tiện di chuyển hiệu quả linh động, dễ dàng xoay trở trong

không gian chật hẹp.

4. Kết quả

Ôn lại và tìm hiểu thêm về những kiến thức điện tử, động lực học cơ bản

Sử dụng thành công bộ lọc kalman trong mô hình robot để tính toán góc

Xây dựng thành công giải thuật cân bằng bám theo vị trí ban đầu dựa trên

thuật toán PID

Giảng viên hướng dẫn Tp. HCM, ngày tháng năm 20..

Sinh viên

ii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

iii

MỤC LỤC

MỤC LỤC.............................................................................................................. iii

DANH SÁCH HÌNH VẼ ........................................................................................v

DANH SÁCH BẢNG BIỂU ................................................................................ vii

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG..........1

1.1 Giới thiệu chung............................................................................................1

1.2 Thế nào là robot hai bánh tự cân bằng.......................................................1

1.3 Tại sao phải thiết kế robot hai bánh tự cân bằng ......................................2

1.4 Mục tiêu của đồ án........................................................................................4

1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................4

1.6 Giới hạn của đồ án ........................................................................................5

CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ CHẾ TẠO ....................................................................6

2.1 Sơ đồ khối ......................................................................................................6

2.2 Thiết kế phần cứng ......................................................................................6

2.3 Mạch điện tử..................................................................................................8

2.3.1 Nguồn điện.............................................................................................8

2.3.2 Bộ điều khiển trung tâm Aduino Mega 2560 ......................................8

2.3.3 Mạch điều khiển động cơ robo shield ................................................15

2.3.4 Cảm biến MPU6050.............................................................................16

2.3.5 Động cơ Encoder 334 Xung + Giảm tốc RP201 ................................18

2.4 Cách phƣơng thức giao tiếp.......................................................................18

2.4.1 Điều chế độ rộng xung PWM..............................................................19

2.4.2 Giao thức I2C .......................................................................................21

2.4.3 Giao tiếp UART....................................................................................23

2.5 Giải thuật lập trình .....................................................................................24

iv

2.5.1 Nguyên lý điều khiển cân bằng...........................................................24

2.5.2 Bộ lọc Kalman ......................................................................................25

2.5.3 Giải thuật điều khiển PID ...................................................................36

2.5.4 Nguyên lý hoạt động ............................................................................40

CHƢƠNG 3: THỬ NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN .................................................41

3.1 Thử nghiệm..................................................................................................41

3.2 Kết quả.........................................................................................................41

3.3 Hƣớng phát triển.........................................................................................41

TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................42

PHỤ LỤC...............................................................................................................43

LỜI CẢM ƠN........................................................................................................52