[Share] Cảm biến dò đường dùng ADC- Atmega8 tự động lấy mẫu sân

Một trong những bài toán đầu tiên khi tham gia robocon là dùng cảm biến dò đường, mặc dù bây giờ có thể nhiều đội sử dụng những công nghệ hiện đại, không cần dò line vẫn chạy vèo vèo, thậm chí còn chính xác và ít lỗi hơn dò line. Tuy nhiên, đây là bài toán cơ bản. Cũng như những bạn từng tham gia robocon, mình đã vướng nhiều khó khăn trong việc sử dụng quang trở làm cảm biến dò đường, đặc biệt nếu dùng thủ công với IC LM339. Sau khi đã sử dụng các module cảm biến dò đường của TME, HLAB,…Mình quyết định tự chế riêng một module ADC dò đường, chạy tương đối ổn. Bây giờ thì không còn duyên với robocon nên mình share lại project này, hi vọng sẽ có bạn làm được cái gì đó với những chia sẻ của mình.

Đây là video test mạch, còn thực tế thì module này đã trinh chiến nhiều trong các cuộc thi robocon của trường SQTT rồi, đảm bảo ngon, bổ, rẻ, học được nhiều thứ ( Cách khai báo, đọc ADC trên AVR, đọc, ghi vào ROM của AVR,…)

Video Robot trường Đại học thông tin liên lạc- Nha Trang năm 2017, sử dụng dò line qua ADC và bộ cảm biến góc do ad tự ráp bằng MPU6050 và Arduino Promini

Trong bài, mình share cho các bạn file mô phỏng trên Proteus, dùng ATmega8. Còn mạch thực tế thì như trong video.

Đây là file proteus mô phỏng

Trong phần thiết kế này, các linh kiện chính được sử dụng như sau:

+ Chip Atmega8, 8Mhz

+ 8 biến trở ( mô phỏng cho 8 mắt cảm biến sử dụng quang trở)

+ 2 nút nhấn cho sử dụng lấy mẫu sân

+ 8 led cho hiển thị báo lấy mẫu và trong quá trình đọc vạch trên sân

Trong các thành phần trên, 8 biến trở được đưa vào 8 chân của PORTC, 8 led được nối vào PORTD, 2 nút nhấn nối lần lượt PB0/PORTB và PB1/PORTB

Cách chạy mo phỏng trên Proteus các bạn tham khảo video dưới đây:

Cách sử dụng file mô phỏng:

+ Đầu tiên cần chọn nguồn xung clock 8Mhz, chọn file hex sau khi đã biên dịch

+ Chọn nút RUN trên proteus

+ Điều chỉnh quang trở về vị trí thấp nhất ( gần với GND) tương đương với việc chúng ta đưa mắt cảm biến về phía đường line. Nhấn vào swicth bên phải, sẽ thấy hàng led sáng chạy lần lượt từ phải qua trái, lúc này module đã lấy được giá trị về ngưỡng sáng tại line

+ Tiếp tục điều chỉnh quang trở về chính giữa, tượng trưng cho việc chúng ta để mắt cảm biến vào toàn bộ nền sân xanh hoặc đỏ. Nhấn nút còn lại, ta sẽ thấy đèn led sáng chạy từ trái qua phải và nhấp nháy. Vậy là ok.

+ Test bằng cách kéo vị trí quang trở lại về phía GND, đèn LED tương ứng với quang trở sẽ sáng, biểu diễn cho ta mắt quang trở đã nhận thành công đường line.

chú ý: Tất cả thao tác dùng biến trở trên sẽ không làm trên mạch thật, lúc này chỉ cần đưa mắt cảm biến vào các vị trí tương ứng và nhấn nút.

Mã nguồn cho phần mô phỏng

//============================================== Telecommunications University===================
// Author : DoNgocTuan	/ Department of Telecommunication Technology                                                        
// Email:   ngoctuansqtt@gmail.com	
// Phone:   xxxxxxxxxx											 		
// Date :   21/12/2016                                                        
// Version: 1.1                                                                                                                                 
// Description: This module is used to detect the white line on many background colors
// ============================================== make myselft===================================     

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <avr/eeprom.h>
#include <util/delay.h>

 
#define ADC_VREF_TYPE 0x20   
uint8_t eeprom_read_byte (const uint8_t *addr) ; 


#define	AREF_MODE	0	       //dien ap tham chieu ngoai, dien ap tren chan Vref
#define	AVCC_MODE	(1<<REFS0)     //dung dien ap chan AVcc lam dien ap tham chieu, 
                                       //chan Vref gan voi 1 tu dien 
#define	INT_MODE	(1<<REFS1)|(1<<REFS0)	//dung dien ap tham chieu noi 2.56V, 
                                                //chan Vref gan voi 1 tu dien
#define ADC_VREF_TYPE AVCC_MODE        		//dinh nghia dien ap tham chieu

#define 	sbi(sfr,bit)	sfr|=_BV(bit)    // các macro cho set bit và clear bit
#define 	cbi(sfr,bit)	sfr&=~(_BV(bit)) // các macro cho set bit và clear bit


uint16_t read_adc(unsigned char adc_channel) //chuong trinh con doc ADC theo tung channel 
{
    ADMUX=adc_channel|ADC_VREF_TYPE;
    ADCSRA|=(1<<ADSC); 		            //bat dau chuyen doi             
    loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF);     //cho den khi nao bit ADIF==1  
    return ADCW;
}
 
uint16_t ADC_val[8];                                                  
unsigned char  w[8] = {1,2,4,8,16,32,64,128};
unsigned int  sensor;
uint16_t temp_adc[8]={0,0,0,0,0,0,0,0} ;  // mang rom luu gia tri lay ma so sanh
uint16_t mau_adc[8]={0,0,0,0,0,0,0,0} ;  // mang rom luu gia tri lay ma so sanh
uint16_t value_rom[8]={0,0,0,0,0,0,0,0} ;
uint16_t value_trang[8]={0,0,0,0,0,0,0,0} ;

void value_trang_luu()    // lấy giá trị adc hiện tại lưu vào mảng
{
	char j;
	for(j=0;j<8;j++)
	{
	value_trang[j]= read_adc(j);
	}
}

void ghi_adc_in_rom (void) // chuong trinh thuc hien ghi ADC vao ROM
{  
      uint8_t i,x; 
	   for(i=0;i<8;i++)
	   {
		x=46+2*i;                                 // lấy giá trị địa chỉ
	   value_rom[i]= (ADC_val[i]+ value_trang[i])/2;  // Giá trị lưu để so sánh là trung bình cộng //của giá trị lấy mẫu vạch trắng và giá trị lấy mẫu nền sân
	   eeprom_write_word((uint16_t *)x,value_rom[i] ); 
          _delay_ms(10);    // thuc hien tre thoi gian ghi
	 
	   }
  
}
 
void doc_rom(void)    // thuc hien viec doc
{
    uint8_t j,x; 
    for(j=0;j<8;j++)
    {
         x=46+2*j;
		 ADC_val[j] = read_adc(j);
		 temp_adc[j] = eeprom_read_word((uint16_t *)x) ;
		 mau_adc[j]= temp_adc[j];
	}
	 return mau_adc;
}


// ha
void doc_adc(void)    // thuc hien viec doc
{
    uint8_t j; 
	sensor = 0x00;	
    for(j=0;j<8;j++)
    {
        
		 ADC_val[j] = read_adc(j);		
		if((mau_adc[j]) < ADC_val[j])  // kiem tra so sanh voi gia tri ADC mau
        {           
			 char t;
		   for(t=0;t<5;t++)
		   {
		   _delay_ms(1);               // chống nhiễu
		   if((mau_adc[j]) >= ADC_val[j]) goto exit_t;
		   }
			
			sensor |= w[7-j];  // thuc hien cong don gia tri 
			exit_t: ;
        }               
        else sensor |= 0;
    }

     PORTD=sensor;
	
}

// hàm báo hiệu lưu ROM bằng chạy led
void led_save_rom()
{
PORTD=0xFF;
char i;
for(i=0;i<8;i++)
{
cbi(PORTD,i);
_delay_ms(50);
}
PORTD=0xFF;
for(i=0;i<3;i++)
{
PORTD=0;
_delay_ms(50);
PORTD=0xFF;
_delay_ms(50);
}
}

void led_save_value_trang()
{
PORTD=0xFF;
char i;
for(i=8;i>1;i--)
{
cbi(PORTD,i);
_delay_ms(50);
}
PORTD=0xFF;
}

// ham luu gia tri vao ROM
void save_rom()
{  	
			_delay_ms(2);
			if(bit_is_set(PINB,0)) goto out_noise;  
			_delay_ms(2);
			if(bit_is_set(PINB,0)) goto out_noise;
			_delay_ms(2);
			if(bit_is_set(PINB,0)) goto out_noise;
			_delay_ms(2);
			if(bit_is_set(PINB,0)) goto out_noise;
			_delay_ms(2);
			if(bit_is_set(PINB,0)) goto out_noise;                        
			while(bit_is_clear(PINB,0));
			ghi_adc_in_rom(); 
		    led_save_rom(); 
			out_noise: ;      
}


int main(void)
{

//start ADC=============//
ADCSRA=(1<<ADEN)|(1<<ADPS2)|(1<<ADPS0); 	//enable ADC, khong dung interrupt
ADMUX=ADC_VREF_TYPE; 				//chon kieu dien ap tham chieu    
//======================//


 
PORTC = 0X00; // PORT nhan ADC
DDRC = 0x00;  // PORT nhan ADC

PORTD = 0xFF; // PORT xuat tin hieu den MCU
DDRD = 0xFF;  // PORT xuat tin hieu den MCU

PORTB = 0xFF;  // PORT nhan nut nhan
DDRB =0;

doc_rom();

while (1)
{
			if(bit_is_clear(PINB,0))   // Nhấn nút này để so sánh với nền sân và lưu giá                cần dùng vào ROM
        		{  
       				 save_rom();
					 _delay_ms(100);
					 doc_rom();
				}

		        if(bit_is_clear(PINB,1)) // Nhấn nút này để lưu giá trị vạch
		       
                          { 
				while (bit_is_clear(PINB,1));
			     value_trang_luu();	 
				led_save_value_trang();
        		  }

        	doc_adc();
    	      
} 
      
} // main

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

176

177

178

179

180

181

182

183

184

185

186

187

188

189

190

191

192

193

194

195

196

197

198

199

200

201

202

203

204

205

206

207

208

//============================================== Telecommunications University===================

// Author : DoNgocTuan / Department of Telecommunication Technology

// Email: ngoctuansqtt@gmail.com

// Phone: xxxxxxxxxx

// Date : 21/12/2016

// Version: 1.1

// Description: This module is used to detect the white line on many background colors

// ============================================== make myselft===================================

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <avr/io.h>

#include <avr/interrupt.h>

#include <avr/eeprom.h>

#include <util/delay.h>

#define ADC_VREF_TYPE 0x20

uint8_t eeprom_read_byte (const uint8_t *addr) ;

#define AREF_MODE 0 //dien ap tham chieu ngoai, dien ap tren chan Vref

#define AVCC_MODE (1<<REFS0) //dung dien ap chan AVcc lam dien ap tham chieu,

//chan Vref gan voi 1 tu dien

#define INT_MODE (1<<REFS1)|(1<<REFS0) //dung dien ap tham chieu noi 2.56V,

//chan Vref gan voi 1 tu dien

#define ADC_VREF_TYPE AVCC_MODE //dinh nghia dien ap tham chieu

#define sbi(sfr,bit) sfr|=_BV(bit) // các macro cho set bit và clear bit

#define cbi(sfr,bit) sfr&=~(_BV(bit)) // các macro cho set bit và clear bit

uint16_t read_adc(unsigned char adc_channel) //chuong trinh con doc ADC theo tung channel

{

ADMUX=adc_channel|ADC_VREF_TYPE;

ADCSRA|=(1<<ADSC); //bat dau chuyen doi

loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF); //cho den khi nao bit ADIF==1

return ADCW;

}

uint16_t ADC_val[8];

unsigned char w[8] = {1,2,4,8,16,32,64,128};

unsigned int sensor;

uint16_t temp_adc[8]={0,0,0,0,0,0,0,0} ; // mang rom luu gia tri lay ma so sanh

uint16_t mau_adc[8]={0,0,0,0,0,0,0,0} ; // mang rom luu gia tri lay ma so sanh

uint16_t value_rom[8]={0,0,0,0,0,0,0,0} ;

uint16_t value_trang[8]={0,0,0,0,0,0,0,0} ;

void value_trang_luu() // lấy giá trị adc hiện tại lưu vào mảng

{

char j;

for(j=0;j<8;j++)

{

value_trang[j]= read_adc(j);

}

void ghi_adc_in_rom (void) // chuong trinh thuc hien ghi ADC vao ROM

{

uint8_t i,x;

for(i=0;i<8;i++)

{

x=46+2*i; // lấy giá trị địa chỉ

value_rom[i]= (ADC_val[i]+ value_trang[i])/2; // Giá trị lưu để so sánh là trung bình cộng //của giá trị lấy mẫu vạch trắng và giá trị lấy mẫu nền sân

eeprom_write_word((uint16_t *)x,value_rom[i] );

_delay_ms(10); // thuc hien tre thoi gian ghi

}

void doc_rom(void) // thuc hien viec doc

{

uint8_t j,x;

for(j=0;j<8;j++)

{

x=46+2*j;

ADC_val[j] = read_adc(j);

temp_adc[j] = eeprom_read_word((uint16_t *)x) ;

mau_adc[j]= temp_adc[j];

}

return mau_adc;

}

// ha

void doc_adc(void) // thuc hien viec doc

{

uint8_t j;

sensor = 0x00;

for(j=0;j<8;j++)

{

ADC_val[j] = read_adc(j);

if((mau_adc[j]) < ADC_val[j]) // kiem tra so sanh voi gia tri ADC mau

{

char t;

for(t=0;t<5;t++)

{

_delay_ms(1); // chống nhiễu

if((mau_adc[j]) >= ADC_val[j]) goto exit_t;

}

sensor |= w[7-j]; // thuc hien cong don gia tri

exit_t: ;

}

else sensor |= 0;

}

PORTD=sensor;

}

// hàm báo hiệu lưu ROM bằng chạy led

void led_save_rom()

{

PORTD=0xFF;

char i;

for(i=0;i<8;i++)

{

cbi(PORTD,i);

_delay_ms(50);

}

PORTD=0xFF;

for(i=0;i<3;i++)

{

PORTD=0;

_delay_ms(50);

PORTD=0xFF;

_delay_ms(50);

}

void led_save_value_trang()

{

PORTD=0xFF;

char i;

for(i=8;i>1;i--)

{

cbi(PORTD,i);

_delay_ms(50);

}

PORTD=0xFF;

}

// ham luu gia tri vao ROM

void save_rom()

{

_delay_ms(2);