Hỗ trợ trực tuyến

GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CHO CUỘC THI SÁNG TẠO ROBOT CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ 2016


Đề thi năm nay có một số yêu cầu cần giải quyết như sau:

  1. Cảm biến màu sắc: dùng để phân biệt màu của khối ngọc (xanh/đỏ).

-          Giải pháp 1: Sử dụng IC TCS3200. IC này giao tiếp số, tiện cho các vi điều khiển không có ADC. Hiện nay trên thị trường cũng có bán sẵn các module này.

Anh 1.jpg

Moudule Cảm biến mầu TCS3200 có 2 hàng jum để giao tiếp
+S0,S1 : Đầu vào chọn tỉ lệ tần số đầu ra .
+S2,S3 : Đầu vào chọn kiểu photodiode.
+OE : Đầu vào cho phép xuất tần số ở chân OUT.
+OUT : Đầu ra là tần số thay đổi phụ thuộc cường độ và màu sắc.
Tính năng :
+
Chuyển đổi cường độ ánh sáng thành tần số có độ phân giải cao.
+Lập trình lựa chọn bộ lọc màu sắc khác nhau và dạng tần số xuất ra.
+Dễ dàng giao tiếp với vi điều khiển.
+Điện áp đầu vào 2.7-5.5V.
Nguyên lý hoạt động cảm biến mầu TCS3200 :
-Cấu tạo cảm biến TCS3200 gồm 2 khối như hình vẽ phía dưới:
Anh 2.jpg
+Khối đầu tiên là mảng ma trận 8x8 gồm các photodiode.Bao gồm 16 photodiode có thể lọc màu sắc xanh dương (Blue),16 photodiode có thể lọc màu đỏ (Red),16 photodiode có thể lọc màu xanh lá(Green) và 16 photodiode trắng không lọc (Clear).Tất cả photodiode cùng màu được kết nối song song với nhau ,và được đặt xen kẽ nhau nhằm mục đích chống nhiễu.
Bản chất của 4 loại photodiode trên như là các bộ lọc ánh sáng có mầu sắc khác nhau .Có nghĩa nó chỉ tiếp nhận các ánh sáng có cùng màu với loại photodiode tương ứng và không tiếp nhận các ánh sáng có màu sắc khác.
Anh 3.jpg
Việc lựa chọn 4 loại photodiode này thông qua 2 chân đầu vào S2,S3 :
Anh 4.jpg
+Khối thứ 2 là bộ chuyển đổi dòng điện từ đầu ra khối thứ nhất thành tần số :
Anh 5.jpg
Tần số đầu ra có độ rộng xung 50% và tỉ lệ với ánh sáng có cường độ và mầu sắc khác nhau .
Tần số đầu ra nằm trong khoảng 2Hz-500Khz .
Ta có thể lựa chọn tỉ lệ tần số đầu ra ở các mức khác nhau như bảng trên cho phù hợp với phần cứng đo tần số .
Ví dụ : Tần số khi S0=H,S1=H -Fout=500Khz thì:
S0=H,S1=L -Fout=100Khz
S0=L,S1=H -Fout=10Khz
S0=L,S1=L -Fout=0
-Nguyên lý hoạt động :
Ánh sáng trắng là hỗn hợp rất nhiều ánh sáng có bước sóng màu sắc khác nhau .
Khi ta chiếu ánh sáng trắng vào một vật thể bất kì .Tại bề mặt vật thể sẽ xảy ra hiện tượng hấp thụ và phản xạ ánh sáng .
Ví dụ : Một vật thể có màu sắc đỏ khi được chiếu ánh sáng trắng thì những ánh sáng không nằm trong dải bước sóng màu đỏ sẽ bị vật thể hấp thụ .Còn ánh sáng có bước sóng nằm trong dải màu đỏ sẽ bị phản xạ ngược trở lại .Và khiến mắt ta nhận biết vật thể đó là màu đỏ.
Màu sắc bất kì được tổng hợp từ 3 mầu cơ bản Blue,Green,Red :

Anh 6.jpg

Dựa trên nguyên lý sự phản xạ , hấp thụ ánh sáng trắng của vật thể và sự phối chộn màu sắc bởi 3 màu cơ bản Blue,Green,Red thì TCS3200 có cấu tạo là 4 bộ lọc photodiode Blue,Green,Red và clear để nhận biết màu sắc vật thể. Hình bên dưới là bảng test quá trình chuyển đổi từ ánh sáng mà 4 loại photodiode nhận được thành tần số:
Anh 7.jpg
Với điều kiện test là ánh sáng có bước sóng λp = 470 nm(Dải màu Blue),λp = 524 nm(dải màu Green),λp = 640 nm(dải màu Red) thì 4 bộ lọc photodiode sẽ cho ra tần số khác nhau.Tần số ra lớn nhất khi ánh sáng chiếu vào cảm biến cùng loại photodiode được chọn vì khi đó photodiode sẽ hấp thụ nhiều nhất.

-          Giải pháp 2: Sử dụng mạch so sánh điện áp với các led phát và quang trở nhận ánh sáng phản xạ. Mạch bên dưới có 3 led phát RED, GREEN và BLUE làm nguồn phát, khi gặp vật có màu khác nhau ánh sáng phản xạ lại có cường độ khác nhau, dựa vào cường độ phản xạ này mà ta nhận biết màu là xanh hoặc đỏ. Biến trở nối ở chân vào đảo của OPAMP (chân 7) dùng để chỉnh điện áp tham chiếu, ta chỉnh sao cho khi đưa bộ cảm biến này đối diện với màu xanh thì led ở đầu ra TẮT, bình thường khi không bị ánh sáng chiếu vào thì LED SÁNG. Ta làm 2 mạch như bên dưới để phát hiện 2 màu xanh, đỏ. Trên mạch ROBOT sử dụng 8051 của Góc kỹ thuật vẫn còn chân P3.0 và P3.1 để nối với 2 đầu ra của bộ cảm biến bên dưới.

Anhmach.jpg
  1. Yêu cầu điều khiển nhiều cơ cấu (kẹp thả, nâng hạ ...)
     Cơ cấu cơ khí năm nay phức tạp hơn, ta cần tối thiểu 2 động cơ cho phép đảo chiều dành cho 2 bánh dẫn động chính, 1 động cơ nâng hạ tay gặp, 1 động cơ vào ra, 1 động cơ kẹp thả khối ngọc. Trên mạch điều khiển cung cấp trên Góc kỹ thuật này có 4 cầu H điều khiển 4 động cơ. Như vậy ta cần thêm tối thiểu 1 bộ điều khiển động cơ nữa. Ta có thể sử dụng các động cơ RC SERVO cho cho các chuyển động ngắn, đòi hỏi góc quay, các bạn có thể sử dụng động cơ RC SERVO MG90S, MG996R  hiện có bán phổ biến trên thị trường. Các động cơ này sử dụng điện áp từ 5-6V và điều khiển góc quay bằng độ rộng xung nên ta chỉ tốn 1 chân vi điều khiển để điều khiển động cơ này.
    Trên mạch ROBOT sử dụng 8051 vẫn còn chân P3.2 ở J12 để điều khiển động cơ này, ngoài ra ta có thể sử dụng các chân công tắc hành trình ở P2.7, 2.6, 2.5, 2.4 để điều khiển tối đa 4 động cơ RC SERVO nữa.

    Hoạt động của động cơ này khá đơn giản, động cơ gồm 3 dây, PWM (cam), Vcc (Đỏ), Ground (Nâu) theo thứ tự như hình. Vcc và Ground là chân cấp điện cho động cơ. Động cơ này có thể quay một góc xấp xỉ 180 độ và góc quay này tỉ lệ với độ rộng xung cấp vào chân PWM. Tín hiệu PWM cấp cho chân điều khiển này có tần số 50Hz. Vị trí ‘0’ là vị trí giữa tương ứng với độ rộng xung là 1.5 ms, vị trí ’90 độ’ theo chiều kim đồng hồ tương ứng với độ rộng xung 2ms, vị trí ’90 độ’ theo chiều ngược lại tương ứng với độ rộng xung 1ms, các vị trí khác suy ra từ các độ rộng xung nằm giữa 1ms và 2ms.

 Anh 8.jpg

Anh 9.jpg

                                                                                                                    ThS. Cao Nguyễn Khoa Nam

Bộ môn tự động hóa-Khoa Điện

Thông tin tương tự