دانلود ‫پروژه ربات مسیر یاب

مقدمه:
مدارات میکرو کنترلر و میکروپروسسوری در بین علاقه مندان الکترونیک طرفداران بسیاری دارد.

زیرا امروزه دامنه کاربرد آنها بسیار وسیع گشته و در همه جا قابل استفاده می باشد برای موارد حساس لازم است سیستم میکرو کنترلر دارای کد بندی باشد .

تا احتمال خطا در سیستم به صفر برسد .

با توجه به فرکانس های مختلف کار دستگاهها و حالت های مختلف احتمال تاثیر گذاری دستگاههای افراد مختلف بر روی یکدیگر بسیار کم می باشد چنین سیستم هایی امروزه بسیار تولید می شوند و در موارد مختلفی مثل کنترل کننده دزدگیر و قفل مرکزی اتومبیل ها مورد استفاده قرار می گیرد هر یک از سیستم های مذبور بسته به نوع کاربرد دارای عملکرد متفاوت در خروجی گیرنده می باشند .

مثلاً بعضی به صورت لحظه ای کار می کنند .

برخی دیگر به صورت فیلیپ فلاپ عمل کرده ، در ساخت قطعات پیشرفته در این زمان از میکروکنترلها استفاده می شود این آی سی ها پورت خروجی بیشتری نسبت به آی سی ها میکروپروسسور می باشند .

می توان انها را به راحتی برنامه ریزی کرد و حافظه آنها را پاک کرد .

همچنین سنسورها دارای کاربرد وسیعی در صنعت می باشند این مدارات مجتمع دارای حساسیت بسیار بالایی می باشند و بسته به نوع کاربرد آنها دارای تنوع مختلفی می باشند .

در این پروژه ها ما تصمیم داریم تا از سنسور مادون قرمز که به نور حساس بود، و دارای دو قسمت یکی فرستنده و یکی گیرنده است استفاده کنیم
بخاطر اینکه بسیار سخت و دارای مقاومت کششی خیلی مناسبی و همچنین دارای قابلیت سوراخ کاری و تغییر شکل مناسب در اثر حرارت را دارند.

آلومینیوم (Al ) : در بین تمامی فلزهایی که در دسترس هستند آلومینیوم بهترین ماده برای ساخت ربات تعقیب خط است زیرا استحکام نسبتاً خوبی دارد و قابلیتهایی چون سوراخ کاری ، برشکاری و سوهان کاری و غیره را دارد .و چگالی آن از تمام فلز های رایج کمتر و قیمت آن ارزان تر و به راحتی در دسترس است .

آلیاژهای آلومینیوم : امروزه تعداد زیادی از آلیاژهای آلومینیوم وجود دارد .

آهن (Fe‌) ، مس (cu) ، منیزیم (mg) ، منگنز(Mn) و روی (ZN) بعضی از عناصری هستند که از ترکیب آنها با آلومینیوم آلیاژهای جدید به دست می آیند .

آلیاژهای مختلف ویژگی های مکانیکی منحصر به فردی دارند که با توجه به نوع ربات قابل انتخاب هستند .

ویژگی هایی چون کشش ، خم پذیری ، سختی و مقاومت در برابر پوسیدگی عامل های انتخاب آلیاژ هستند .

4- برنج: برنج یک فلز قدرتمند است که به آسانی ماشین کاری می شود اما خیلی سنگین است چگالی آن 3 برابر آلومینیوم و ده برابر از پلاستیک هایی که مورد بررسی قرار گرفته است بیشتر است در ربات چهار چرخ به دو صورت می توان نیروی محرکه چرخ ها را تامین کرد : می توان از چهار موتور مجزا برای چرخ ها استفاده کرد .که باعث افزایش قدرت ربات می شود .

می توان از دو موتور که یکی از موتورها برای دو چرخ سمت راست ربات و موتور دیگر برای دو چرخ سمت چپ ربات استفاده کرد .که نیروی محرکه هر موتور به دو چرخ مربوط به خودش توسط گیربکس با توان مساوی منتقل می شود تری در مقایسه با ربات های چرخدار نیاز است.

عیب دیگر این سیستم سرعت پایین آن در تغییر وضعیت از نقطه ای به نقطه دیگر است .

دلایل استفاده از 4 چرخ در این ربات به خاطر اینکه نیروی محرکه به نسبت مساوی بین چرخ ها تقسیم شود و راندمان خوبی داشته باشد و از بلند شدن چرخ ها در هنگام حرکت جلوگیری شود .ربات چهار چرخ به ربات دو چرخ ترجیح داده شد .ربات چهار چرخ در نوع اول نیاز به چهار موتور می باشد و باعث می شود قدرت ربات افزایش پیدا کند اما چون در این ربات به قدرت زیادی نیاز نبود از ربات چهار چرخ نوع دوم استفاده کردیم که به دو موتور بیشتر نیاز ندارد .

همچنین از سیستم تانکی استفاده نکردیم به خاطر سرعت پایین این ربات و توان مصرفی زیاد (به علت ایجاد سطح تماس بیشتر بین پیست وشنی ها) و علاوه بر آن برای پیاده سازی این سیستم نیاز به موتورهای قدرتمند تری نسبت به ربات های چرخدار دارد 1 عملکرد موتورهای الکتریکی با شرایط محیطی نیز وابسته است .

جریان عبوری از موتور قابل کنترل نیست و هیچگاه نمی توان موتور را به ایجاد گشتاور خروجی معین وادار کرد تنها پارامتر قابل کنترل ولتاژ ورودی آن است .

گشتاور تولیدی موتور با توجه به شرایط مسابقه و محل قرار گرفتن موتورها تغییر می کند .

محاسبه ثابت های موتور از روی دیتاشیت : در برخی موتورها مشخصات موتور در یک جدول ارائه می گردد مثلاً ثابت سرعت، ثابت گشتاور و ...بیان می شود در بیشتر دیتاشیت ها اطلاعات به صورت شفاف بیان نمی گردد اما اطلاعاتی در مورد جریان کشیده شده از موتور در دو سرعت مشخص ارائه می شود .

سایر پارامتر ها از این داده ها قابل محاسبه است .

دلیل استفاده از موتور DC در این ربات: دلیل استفاده از موتور Dc کنترل سرعت آسان آنها با تغییر ولتاژ و تغییر جهت آن با عوض کردن پلاریته ولتاژ می باشد و این موتورها را به آسانی می توان تغذیه کرد و راه انداخت و نیاز به درایور خاصی برای راه اندازی ندارد .

اما اگر از موتور پله ای استفاده می کردیم نیاز به درایور برای راه اندازی آن بود علت استفاده از رله به منظور تغییر جهت موتور همانطور که گفته شده روش های مختلفی به منظور تغییر جهت موتور وجود دارد که هر کدام قابلیت هایی را دارند ، در این ربات از روش تغییر جهت با رله استفاده شده است .که دلیل استفاده از این روش ، کارکرد ربات در فرکانس های پایین وجریان دهی بالای رله ها می باشد .

انتخاب نوع باتری در رباتیک هنگامی که تصمیم به انتخاب باتری برای ربات خود را دارید باید اطلاعات کافی در مورد توان ، وزن ، و ابعاد باتری ها داشته باشید .

همچنین به اطلاعات کافی در مورد پیشرفته بودن یا عدم پیشرفته بودن باتری نیاز دارید.در غیر اینصورت استفاده بهینه از باتری مقدور نخواهد بود.

در مواردی که قصد حضور در مسابقات را دارید ابعاد و وزن باتری ها در طراحی بسیار تعیین کننده هستند و ممکن است در انتخاب خود محدودیت هایی داشته باشید باتری های مورد استفاده در رباتیک acid & lead (سربی اسیدی) sealed & flooded ‌ deep cycle روی – کربن روی – دی اکسید منگنز (باتری های قلیایی) باتری های قلیایی با قابلیت دوباره شارژ شدن نیکل - کادمیم نیکل - هیدروکسید فلز نیکل – آهن نیکل- روی لیتیم و یون لیتیم دلیل استفاده از منبع تغذیه به جای باتری در این ربات دلیل استفاده از منبع تغذیه این بوده است که قابل دسترس می باشد و قابلیت جریان دهی بالایی دارد و نیاز با شارژ مجدد ندارد و حجمی را در ربات اشغال نمی کند و ربات می تواند در حجم های کوچک ساخته شود.

و به دلیل اینکه ربات ساخته شده حجم کوچکی دارد و باتری جای زیادی را اشغال می کند همچنین باتری سنگین می باشد و بخاطر قدرت پایین موتورهای این ربات که نمی تواند وزن این ربات را با باتری تحمل کند ترجیح داده شد از منبع تغذیه استفاده شود .

اما باید توجه کرد ربات هایی که با منبع تغذیه کار می کنند فقط در مسافت های محدود و در آزمایشگاهها می توانند مورد استفاده قرار گیرد اما ربات هایی که به وسیله باتری تغذیه می شوند می توانند در همه مورد استفاده قرار گیرند مثل ربات های مریخ پیما و محدودیتی برای استفاده در مسافت های طولانی را ندارد به شرطی که انرژی باتری کم نشود .

سنسورها مقاومت نوریlight dependent resistor ( LDR) مقاومت نوری المانی الکترونیکی است.، که با تابش نور به آن مقاومتش تعقییر می کند.

تا قبل از تابش نور به آن جریانی از آن عبوی نخواهد کرد.در واقع در این حالت مقاومت زیادی دارد.هر چه میزان شدت نور بیشتر باشد مقدار مقاومت آن کمتر می شود.،درواقع مقدار مقاومت با تابش نور رابطه عکس دارد.

در واقع مانند.مقاومت متفییر یا همان پتانسیومتر است.در پتانسیومتر شما با پیچ کوشتی مقدار مقاومت را تنظیم می کردید.اما در اینجا شدت نور است که میزان مقاومت را تنظیم میکند.هرچه میزان شدت نور بیشتر باشد مقدار مقاومت حاصل از مقاومت نوری کمتر می شود.ودر صورت نبودن نور،مقاومت نور ی مدار باز عمل می کند .

برای استفاده از این سنسور در ربات مسیر یاب در کنار هر سنسور باید یک دیود نوری یا LED قرار گیرد بطوری که LED به زمین بتابد و انعکاس نور آن به سنسور بازتابش کند .

با استفاده از مدار ساده زیر میتوانید خروجی 0 ولت برای زمین سفید و خروجی 5 ولت برای زمینه سیاه بدست آورید .

البته این کار نیاز به تنظیم دارد که با استفاده از پتانسیومتر k 10 میتوانید این کار را انجام دهید .

با تحریک مقاومت نوری توسط نور بازگشتی از زمین مقاومت آن کم شده و جریان مورد نیاز برای تحریک بیس ترانزیستور از آن عبور میکند و خروجی 0 ولت میشود .

( این مدار برای درک بهتر این سنسور آورده شده و پیشنهاد نمیشود) مدار زیر را میتوانید برای قسمت سنسور ربات استفاده کنید .

که از اپ امپ استفاده شده آی سی 741 یک اپ امپ میباشد شما میتوانید از آیسی324 LM نیز استفاده نمایید که شامل 4 اپ امپ می باشد Lm324 این آی سی شامل یک اپ امپ میباشد مشخصات پایه های آن را در زیر میبینید .

LM324 این آی سی شامل 4 اپ امپ میباشد در زیر مشخصات آن را میبینید .

از مزایای استفاده از LDR در ربات مسیر یاب فاصله مناسب آن از سطح زمین و سادگی آن میباشد .

و از معایب آن : چون این سنسور حساس به نور معمولی میباشد احتمال تداخل نور محیط و اشتباه کردن ربات زیاد میباشد و اطراف این سنسور باید طوری عایق بندی شود که که نور محیط به آن نتابد .

فرستنده گیرنده مادون قروز (IR) در این برد به جای اینکه ما بیایم از سنسور هایی که در یک پک هستند استفاهده کنیم میایم از دو سنسور IR معمولی استفاده میکنیم .

سنسور های مورد نیاز ما سنسور های فرستنده و گیرنده معمولی IR - سه میلییمتری میباشند که هر کدوم دو پایه دارند .

نوع سنسور : IR یا همون سنسور های کنترل و تلویزیون فرستنده :سنسور بی رنگ گیرنده : سنسور تیره رنگ فاصله بین سنسور فرستنده و گیرنده 2 تا 3 میلیمتر نحوه بستن مدار برای بستن مدار فرستده باید پایه بلند رو به یک مقاومت 330 و به VCC یا همون برق استانداردمون و پایه کوتاه اون رو به GND وصل کنیم برای بستن مدار گیرنده باید پایه بلندشو به GND و پایه کوتاه اون رو به یک مقاومت 2 کیلو اهمی و به VCC وصل کره و از وسط پایه کوتاه و مقاومت گیرنده ولتاژ مورد نظر برای میکرو کنترلر گرفته میشود اما همین سنسورها در پک های بصورت آماده وجود دارند که کار کردن با آنها بسیار آسان میباشد .

در زیر چند نمونه از آنها و نحوه استفاده از آنها را آورده ایم .

سنسور GP2S09 این سنسور یک پک آماده ( فرستنده و گیرنده ) میباشد سایز این سنسور بسیار کوچک میباشد و مطابق شکل زیر دارای 4 پایه میباشد .

این سنسور ساده قیمت مناسبی دارد و از معایب آن فاصله بسیار کم آن از سطح زمین میباشد (تقریبا چسبیده به زمین ) برای افزایش فاصله میتوانیم مقاومت روی فرستنده (220 اهم ) را کمتر بگیریم ( مثلا اهم150 ) تا ولتاژ سر فرستنده بیشتر شود که البته با انجام این کار دو مشکل دیگر پیش میآید یکی آنکه احتمال سوختن سنسور زیادمیشود دوم آنکه با کم کردن مقاومت مصرف آن زیاد میشود و تغذیه آن خود یک مشکل می با شد .

سنسور های دیگری از این نوع وجود دارند که تقریبا مشابه می باشند با اندک تفاوتی در چینش پایه ها مانند : GP2S10 - GP2S09 - GP2S08 - GP2S07 - GP2S06 CNY70: این سنسور شامل یک دیود فرستنده مادون قرمز یا IR و یک ترانزیستورنوری (phototransistor) گیرنده می باشد که با طول موج 950 نانومتر کار میکند .

این ترانزیستور مانند ترانزیستور معمولی میباشد که به جای تحریک بیس از طریق جریان بیس آن با نورتحریک میشود .

این سنسور از بهترین سنسور های موجود در بازار میباشد که مزایای همه سنسور های بالا را دارا می باشد و عیب آن قیمت گران آن می باشد .

در زیر شکل و مدار آن را میبینید.

مقدمه ای بر AVR زبانهای سطح بالا یا همانHLLبه سرعت درحال تبدیل شدن به زبان برنامه نویسی استاندارد برای میکروکنترلرها حتی برای میکروهای 8بیتی کوچک هستند .

زبان برنامه نویسی BASIC و C بیشترین استفاده را در برنامه نویسی میکروها دارند ولی در اکثر کاربردها کدهای بیشتری را نسبت به زبان برنامه نویسی اسمبلی تولید می کنند .

ATMEL ایجا تحولی در معماری جهت کاهش کد به مقدار مینمم را درک کرد که نتیجه این تحول میکروکنترلرهای AVR هستند که علاوه بر کاهش و بهینه سازی مقدار کدها به طور واقع عملیات را تنها در یک کلاک سیکل توسط معماری RISC انجام می دهد و از 32 رجیستر همه منظوره استفاده می کنند که باعث شده 4 تا 12 بار سریعتر از میکروهای مورد استفاده کنونی باشد.

تکنولوژی حافظه کم مصرف غیر فرار شرکت ATMEL برای برنامه ریزی AVR ها مورد استفاده قرار گرفته است در نتیجه حافظه های FLASH و EEPROM در داخل مدار قابل برنامه ریزی هستند .

AVR ها به عنوان میکروهای RISCبا دستورات فراوان طراحی شده اند که باعث می شود حجم کد تولید شده کم و سرعت بالا تری به دست آید.

به طور خلاصه: بر اساس سازماندهی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ RISCعمل می کنند.

عملیات را با سرعت ودر یک کلاک سیکل انجام می دهند.

استفاده از زبانهای سطح بالا برای برنامه نویسی.، مانند : c , BASIC AVR هامیکرو کنترلرهای 8 بیتی هستند .

کاهش حجم کد تولیدی ودر نتیحجه سرعت بالاتر.

انواع میکرو کنترلرهایAVR TINYAVR AT90S or AVR MEGAAVR انواع TINYAVR ATTINY10,ATTINY 11,ATTINY 12 ATTINY15L ATTINY26, ATTINY26L ATTINY28, ATTINY28L انواعAT90S AT90S2313 AT90S2343, AT90S2323 AT90S8515 AT90S1200 AT90S8535 انواع ATMEGAVR ATMEGA323 ATMEGA32 ATMEGA128 ATMEGA163 ATMEGA8 ATMEGA8515 ATMEGA8535 خصوصیات ATMEGA8 از معماری AVRRISC استفاده می کند.

کارایی بالا و توان مصرفی کم.

دارای130 دستورالعمل با کارایی بالا که اکثرا تنها در یک کلاک سیکل انجام میشود.

8*32 رجیستر کاربردی.

سرعتی تا 16MIPSAدر فرکانس 16MHZ حافظه‌ ، برنامه و داده غیر فرار 8Kبایت حافظه FLASH قابل برنامه ریزی داخلی.

پایداری حافظه :FLASHقابلیت 1000 بار نوشتن و پاک کردن 512بایت حافظه EEPROM داخلی قابل برنامه ریزی.

پایداری حافظه EEPROM : قابلیت 100000 بار نوشتن و پاک کردن 1024بایت حافظه داخلی SRAM قفل برنامه FLASH و حفاظت داده .EEPROM خصوصیات جانبی دوتایمر- کانتر 8 بیتی یک تایمر- کانتر 16 بیتی 3 کانال PWM 8 کانال مبدل آنالوگ به دیجیتال 8 بیتی 1 مقایسه کننده انالوگ داخلی WATCHDOG قابل برنامه ریزی ارتباط سریال SPI برای برنامه ریزی داخل مدار.

قابلیت ارتباط سریال SPI به صورت MASTER یا SLAVE قابلیت ارتباط با پروتکل ارتباط دوسیمه(TWO-WIRE) خصوصیات ویژه میکرو کنترلر منابع وقفه داخلی و خارجی عملکرد کاملا ثابت توان مصرفی پایین و سرعت بالا توسط تکنولوژی CMOS دارای اسیلاتور RC داخلی دارای 5 حالت SLEEP : (POWERDOWN,IDLE,POWERSAVE, STANDBY,ADC NOISE REDUCTION) ولتاژ عملیاتی 4.5V تا 5.5V فرکانس کاری 0MHZ تا 16MHZ خطوط I/O 23 خط ورودی/ خروجی قابل برنامه ریزی برنامه جهت پروگرام کردنATMEGA8 $regfile = "m8def.dat" $crystal = 1000000 Config Portd = Input 'sensor input Config Portc = Output 'motor output Config Pinb.2 = Output 'enable B Config Pinb.1 = Output 'enable A Config Timer1 = Pwm , Pwm = 8 , Compare A Pwm = Clear Down , Compare B Pwm = Clear Down , Prescale = 1 Dim A As Byte Dim B As Byte Do A = Pind And &B01111111 Select Case A Case &B00001100: Portc = &B00100010 Pwm1a = 220 'right motor' Pwm1b = 250 'left motor' Case &B00000110: Portc = &B00010010 Pwm1a = 200 Pwm1b = 250 Waitms 35 Case &B00000011: Portc = &B00010010 Pwm1a = 230 Pwm1b = 250 Waitms 570 Case &B00011000: Portc = &B00100010 Pwm1a = 250 Pwm1b = 220 Case &B00110000: Portc = &B00100100 Pwm1a = 250 Pwm1b = 200 Waitms 35 Case &B01100000: Portc = &B00100100 Pwm1a = 250 Waitms 570 Case &B00000100: Portc = &B00100010 Pwm1a = 220 'right motor' Pwm1b = 250 'left motor' Case &B00000010: Portc = &B00010010 Pwm1a = 200 Pwm1b = 250 Waitms 35 Case &B00000001: Portc = &B00010010 Pwm1a = 230 Pwm1b = 250 Waitms 570 Case &B00010000: Portc = &B00100010 Pwm1a = 250 Pwm1b = 220 Case &B00100000: Portc = &B00100100 Pwm1a = 250 Pwm1b = 200 Waitms 35 Case &B01000000: Portc = &B00100100 Pwm1a = 250 Pwm1b = 220 Waitms 570 Case Else : Portc = &B00100010 Pwm1a = 240 'right motor' Pwm1b = 240 End Select Loop End 'end program Abstract In the past, most of transportation machines used DC voltage of constant third rail, DC drivers.

Moreover, motors were controlled by resistance controlling devices which produced necessary acceleration for machines.

These devices were also equipped with dynamic brake to reduce acceleration and erosion brake systems to support and complement dynamic brake systems.

However, nowadays, electronics turns to a main power in development of locomotive systems.

Existence of semiconductor elements and production of invertors caused operational activities to be reduced sharply.

At the first pace, contactors are replaced with resistances and by controlled rectifiers and DC choppers to control DC motors power.

At the second pace, application of squirrel-cage motors is now possible through development of invertors with variable voltage and frequency (VVVF).

Even, in this respect, railroad is known as a pioneer of power electronic systems.

AC locomotive system creates a high degree of recreative brake with too little amounts of equipments.

Amount of recreated power relates to many factors like position, station, and intensity of traffic.

Computerized studies show that recreation of power in AC locomotive systems is higher about 40 to 50% comparing to relative machines working with resistance controllers and dynamic brake.

Therefore, at the present time, goals of designers, producers, and users of electric transaction systems are designed to achieve maximum dependability, ease of access, minimum of service and maintenance and so on, which all are accomplished with respect to modern locomotives with inductive transaction.

In fact, in order to achieve these goals following factors should be considered: A) Possibility to use simple and tight inductive transaction motors.

B) Power electronics and modern converter C) Super speed and strong microprocessing control and surveillance The thesis studies direct and inductive flow of transaction drivers.

It is hoped that assembly of these information invokes more investigation and research in this regard.

منابع میکرو کنترل های AVR – یوسف بیانلو – فرزاد مظاهریان اصول و طراحی ساخت ربات ها- محمد صادقیان www.iran robatic.com www.tci.ir.com www.robotstore.com www.