Điều khiển xe lăn điện thông minh qua sóng não p4

77 CHƯƠNG 4 ĐIỀU KHIỂN XE LĂN ĐIỆN DÙNG TÍN HIỆU EEG 4 1 Lắp ráp xe lăn điện Hiện nay trên thị trường có rất nhiều xe lăn điện, điều khiển từ đơn giản đến thông minh; nhưng giá thành cũng rất cao từ vài chục triệu đến vài trăm triệu1 xe lăn điện Trong đề tài này, tác giả tái sử dụng xe lăn thường để chế tạo thành xe lăn điện thông minh điều khiển qua sóng não như hình 4 1, với mong muốn giảm giá thành xe lăn điện để hỗ trợ cho người khuyết tật và bệnh nhân đột vị Hình 4 1 Xe lăn điện tái sử.

CHƯƠNG 4.1 ĐIỀU KHIỂN XE LĂN ĐIỆN DÙNG TÍN HIỆU EEG Lắp ráp xe lăn điện Hiện thị trường có rất nhiều xe lăn điện, điều khiển từ đơn giản đến thông minh; giá thành rất cao: từ vài chục triệu đến vài trăm triệu/1 xe lăn điện Trong đề tài này, tác giả tái sử dụng xe lăn thường để chế tạo thành xe lăn điện thơng minh điều khiển qua sóng não hình 4.1, với mong muốn giảm giá thành xe lăn điện để hỗ trợ cho người khuyết tật bệnh nhân đợt vị Hình 4.1 Xe lăn điện tái sử dụng từ xe lăn thường 77 4.1.1 Board điều khiển Arduino nano (H4_hình 4.1) Hình 4.2 board điều khiển Arduino Nano Chức Arduino: - Truyền nhận liệu từ máy tính qua module thu phát RF Zigbee - Điều khiển tốc độ motor trái phải di chuyển - Nhận tín hiệu từ cảm biến siêu âm trước sau xe lăn để tránh vật cản - Báo hiệu cịi nhận tín hiệu từ máy tính Các chân Arduino sử dụng đề tài: - Chân D2: nối với chân echo cảm biến siêu âm HC-SR04 (phía sau xe lăn) - Chân D3: nối với chân trig cảm biến siêu âm HC-SR04 (phía sau xe lăn) - Chân D4: nối với chân echo cảm biến siêu âm HC-SR04 (phía trước xe lăn) - Chân D5: nối với chân trig cảm biến siêu âm HC-SR04 (phía trước xe lăn) - Chân D6: nối với chân PWM2 mạch điều khiển cầu H 78 - Chân D7: nối với chân DIR2 mạch điều khiển cầu H - Chân D8: nối với chân DIR1 mạch điều khiển cầu H - Chân D9: nối với chân PWM1 mạch điều khiển cầu H - Chân D10: nối với cịi báo tín hiệu - Chân RX0 TX1: nối TX RX mạch RF Zigbee - Chân 3V3: cấp nguồn cho mạch RF Zigbee - Chân 5V: cấp nguồn cho mạch điều khiển cầu H - Chân Vin: cấp nguồn nuôi cho board Arduino - Cổng USB: nạp chương trình cho board Arduino từ máy tính 4.1.2 Mơ đun thu phát RF Zigbee UART CC2530 (H8_hình 4.1) Hình 4.3 Module thu phát RF Zigbee UART CC2530 Chức RF Zigbee: - Thu phát liệu từ máy tính board Arduino - Khoảng cách truyền nhận 1000 mét 79 4.1.3 Motor DC Board điều khiển cầu H Mosfet 4.1.3.1 Motor DC Hình 4.4 Motor xe lăn điện Sử dụng motor 24VDC, công suất 250W, loại motor nam châm vĩnh cửu, tốc độ chậm, hợp số giảm tốc 75 vịng/phút Chức năng: - H1_hình 4.1 kéo bánh xe bên trái xe lăn - H2_hình 4.1 kéo bánh xe bên phải xe lăn - Tăng giảm tốc độ xung PWM 4.1.3.2 Board điều khiển cầu H Mosfet Điện áp định mức cấp cho motor 3V-36V từ bình accqui Mạch điện tích hợp hai cầu H, sử dụng Mosfet IRF3205 điều khiển hai motor với dòng định mức cho motor 10A (dòng cực đại lên đến 30A chế độ xung) Chức năng: 80 - Điều khiển motor bên trái bên phải xe lăn di chuyển xung PWM, đảo chiều quay chân DIR Hình 4.5 Mạch điều khiển kép hai cầu H Mosfet Chức chân: - Power: Cấp nguồn từ bình accqui - Motor1: điều khiển motor bên trái xe lăn - Motor2: điều khiển motor bên phải xe lăn - PWM1: Điều khiển tốc độ motor1 - DIR1: Chọn chiều quay, Dir1=1 motor1 chạy tới, Dir1=0 motor1 chạy lùi - PWM2: Điều khiển tốc độ motor2 - DIR2: Chọn chiều quay, Dir1=1 motor2 chạy tới, Dir1=0 motor2 chạy lùi - +5V: Chân cấp nguồn từ board arduino 81 4.1.4 Cảm biến siêu âm HC-SR04 Hình 4.6 Cảm biến siêu âm HC-SR04 H4, H5_hình 4.1 cảm biến siêu âm đặc phía trước sau xe lăn để tránh vật cản phía trước sau xe lăn Cảm biến phát vật cản khoảng cách mét Cảm biến siêu âm HC-SR04 sử dụng cặp chân Echo/Trigger để phát nhận tín hiệu 4.1.5 Bo nguồn giảm áp LM2596 Hình 4.7 Board giảm áp DC LM2596 Board giảm áp DC LM2596 để giảm áp từ bình Acquy 24V xuống 12V/3A cấp nguồn cho chân Vin Arduino Nano 82 4.1.6 Bo chuyển đổi USB-TTL Hình 4.8 Board chuyển đổi USB-TTL Chức năng: - Giao tiếp board thu phát RF Zigbee chuẩn TTL với máy tính để truyền nhận liệu với Arduino - Chân 3V3: cấp nguồn cho board thu phát RF Zigbee - Chân TXD: nối với chân RXD board thu phát RF Zigbee - Chân RXD: nối với chân TXD board thu phát RF Zigbee 4.1.7 Bình accqui H3_hình 4.1 Sử dụng bình accqui 12V/9A mắc nối tiếp thành 24V/9A cấp nguồn cho mạch cầu H điều khiển motor cấp nguồn cho arduino qua board giảm áp LM2596 83 4.2 Kiến trúc điều khiển hệ thống Bluetooth Neurosky Headset Usb Computer System RF ZipBee RF Wave DC Motor Driver DC Motor Arduino Nano RF ZipBee Wheelchair Hình 4.9 Kiến trúc điều khiển hệ thống 4.2.1 Neurosky Headset Ghi tín hiệu EEG da đầu truyền máy tính qua bluetooth với tần số lấy mẫu 512Hz/giây 4.2.2 Computer System Sử dụng Laptop để thu tín hiệu EEG từ Neurosky Headset qua bluetooth, laptop cài đặt phần mềm ứng dụng Matlab để xử lý tín hiệu EEG như: dùng hàm FFT để trích xuất đặc trưng EEG miền tần số, dùng hàm IFFT để trích xuất đặc trưng EEG miền thời gian dùng mạng nơ rôn truyền thẳng MLP để phân loại đặc trưng thành tín hiệu điều khiển Laptop cài đặt phần mềm ứng dụng Arduino IDE dùng lập trình cho vi điều khiển Arduino Nano để điều khiển xe lăn điện 4.2.3 RF Zigbee Sử dụng hai mạch thu phát RF Zigbee, mạch thứ nhất ghép nối với laptop qua board chuyển đổi USB-TTL để truyền nhận liệu với vi điều khiển Arduino Nano, mạch thứ hai ghép nối với vi điều khiển Arduino Nano để truyền nhận liệu với laptop 84 4.2.4 Arduino Nano Arduino Nano nhận tín hiệu từ laptop gửi đến qua RF Zigbee, mạng nơ rôn phân loại thành mã điều khiển logic sau: - Tín hiệu cử hành đợng “mở mắt”: [1 0 0] - Tín hiệu cử hành đợng “nhắm mắt”: [0 0 0] - Tín hiệu cử hành động “chớp mắt lần/giây”: [0 0] - Tín hiệu cử hành động “chớp mắt >1 lần/giây”: [0 0 0] - Tín hiệu cử hành đợng “nhìn lên”: [0 0 1] Từ mã điều khiển này, Arduino Nano điều khiển cho xe lăn điện di chuyển: Tới, lùi, trái, phải dừng 4.2.5 DC Motor Driver Sử dụng mạch điều khiển motor kép, dãy điện áp rợng từ 3V-36V, dịng điện liên tục 10A, chế đợ xung đạt cực đại 30A, Mạch sử dụng hai cầu H Mosfet nên dễ dàng đảo chiều quay motor thay đổi tốc độ quay motor phương pháp PWM 4.2.6 DC Motor Sử dụng hai motor chuyên cho xe lăn điện 24V, 250W Năng lượng cấp cho motor sử dụng hai Acquy khô 12V/9A mắc nối tiếp thành 24V/9A 4.2.7 Wheelchair Sử dụng xe lăn thường có sẳn thị trường 85 4.3 Lưu đồ giải thuật điều khiển xe lăn điện 4.3.1 Lưu đồ giải thuật đọc tín hiệu EEG từ cảm biến Hình 4.10 Lưu đồ giải thuật đọc tín hiệu EEG từ cảm biến 86 if (bien3==0){ digitalWrite(dir_1, HIGH); //trai //digitalWrite(dir_2, HIGH); for (int i = 0;i