Nguyên lý cảm biến dò line hồng ngoại

Nguyên lý cảm biến dò line hồng ngoại

Cảm biến IR hoạt động thế nào?

1. LED hồng ngoại phát ánh sáng IR xuống mặt đường
2. Photodiode thu ánh sáng phản xạ lại
3. Mặt trắng phản xạ mạnh → photodiode nhận nhiều ánh sáng → output LOW (hoặc HIGH tùy mạch)
4. Mặt đen hấp thụ IR → photodiode nhận ít ánh sáng → output ngược lại

Module TCRT5000 (phổ biến nhất)

• Tích hợp LED IR + photodiode trong 1 linh kiện
• Module ready-to-use: có comparator LM393 + trimmer điều chỉnh ngưỡng
• Output: Digital (D0) 0/1 và Analog (A0) giá trị thô
• Khoảng cách đo: 2–15mm (tối ưu 5–8mm từ mặt đường)

Cách lắp đặt cảm biến

• Gắn vuông góc với mặt đường, cách 5–8mm
• Đảm bảo không có ánh sáng mặt trời trực tiếp (nhiễu IR)
• Cảm biến giữa ở tâm xe, hai cảm biến bên lệch đều 2–3cm

Bài tiếp theo: Lắp ráp mạch và đọc tín hiệu thực tế

Giáo án giảng dạy

Mục tiêu bài học

• Học viên giải thích được vai trò của bài Nguyên lý cảm biến dò line hồng ngoại trong mạch robot dò line và thuật toán điều hướng.
• Học viên đọc được sơ đồ chân, nhận biết nguồn, GND và đường tín hiệu trước khi cấp điện.
• Học viên chạy được ví dụ mẫu, quan sát hiện tượng, rồi sửa một tham số để hiểu tác động kỹ thuật.

Kiến thức nền

Bài này đặt trong khóa Robot Dò Line. Phần cứng trung tâm là Arduino Uno hoặc ESP32, cơ cấu chấp hành gồm 2 motor DC giảm tốc đồng tốc, cảm biến hoặc tín hiệu liên quan gồm 3-5 cảm biến TCRT5000 hoặc IR array. Khi dạy, giáo viên nên nhấn mạnh quan hệ giữa 3 lớp: phần cứng nhận tín hiệu, chương trình xử lý logic, và cơ cấu tạo chuyển động thật.

Linh kiện và dụng cụ

Sơ đồ nối dây khuyến nghị

Quy trình thực hành trên lớp (30-45 phút)

1. Giáo viên giới thiệu mục tiêu và chỉ ra linh kiện thật trên bàn học.
2. Học viên nối dây khi chưa cấp nguồn tải, sau đó kiểm tra chéo theo cặp.
3. Upload code mẫu, mở Serial Monitor nếu bài có dữ liệu cần quan sát.
4. Chạy thử ở tốc độ/tham số thấp để giảm rủi ro va chạm hoặc quá dòng.
5. Học viên thay đổi một tham số: tốc độ PWM, ngưỡng cảm biến, góc servo hoặc thời gian giữ.
6. Cả lớp ghi lại hiện tượng: robot nhanh/chậm hơn, lệch hướng, rung, mất line hoặc phản ứng trễ.
7. Giáo viên tổng kết bằng sơ đồ "input → xử lý → output" của bài học.

Code mẫu nền tảng

const int IR_L=2, IR_C=3, IR_R=4;
int baseSpeed = 150;

int readError() {
  bool l = digitalRead(IR_L) == LOW;
  bool c = digitalRead(IR_C) == LOW;
  bool r = digitalRead(IR_R) == LOW;
  if (l && !r) return -1;
  if (r && !l) return 1;
  if (c) return 0;
  return 0;
}

void loop() {
  int error = readError();
  int correction = error * 60;
  // setLeftRight(baseSpeed - correction, baseSpeed + correction);
}

Giải thích kỹ thuật

• Nguồn quyết định độ ổn định: motor và servo kéo dòng cao nên cần nguồn riêng, tụ lọc và dây đủ chắc.
• Tín hiệu điều khiển chỉ mang lệnh, không mang công suất. Board điều khiển gửi HIGH/LOW/PWM, driver mới cấp dòng cho tải.
• Calibration giúp robot hoạt động lặp lại được: cảm biến cần ngưỡng, servo cần góc home, motor cần bù sai lệch hai bên.
• Tách hàm làm code dễ dạy: một hàm cho đọc input, một hàm xử lý quyết định, một hàm điều khiển output.

Checklist an toàn phần cứng

• nâng robot khỏi mặt bàn khi test motor lần đầu; giảm tốc trước khi tuning PID.
• Kiểm tra cực dương/âm của pin bằng mắt và bằng đồng hồ đo nếu có.
• Không để dây nguồn trần chạm nhau hoặc chạm khung kim loại.
• Khi motor/servo nóng bất thường, dừng nguồn tải trước rồi mới sửa code hoặc sửa dây.
• Với pin Li-ion/LiPo, không sạc khi không giám sát và không dùng pin phồng.

Lỗi thường gặp và cách debug

Bài tập trên lớp

• Hoàn thành mạch và chạy code mẫu ổn định ít nhất 3 lần liên tiếp.
• Giải thích bằng lời vai trò của từng dây: VCC, GND, signal/PWM và nguồn tải.
• Thay đổi một tham số trong code và ghi lại hiện tượng trước/sau.

Bài tập về nhà

• Viết lại kiến thức chính bằng sơ đồ khối và liên hệ với một lỗi phần cứng có thể xảy ra.
• Vẽ lại sơ đồ nối dây của bài vào vở hoặc slide nhóm.
• Chuẩn bị một câu hỏi debug cho buổi sau: "Nếu robot không chạy, em sẽ kiểm tra gì đầu tiên?"

Tiêu chí đánh giá

Gợi ý cho giáo viên

Với học viên mới, đừng bắt đầu bằng code dài. Hãy cho học viên chạm linh kiện, đoán chức năng, rồi mới nối dây. Khi có lỗi, yêu cầu các nhóm đọc lỗi theo thứ tự: nguồn → GND → chân tín hiệu → code → cơ khí. Cách này hình thành tư duy hardware engineering thay vì chỉ sửa mò.