: - , nh - : : 1.1 : 2.1.1 14 -6050 21 í 21 21 : 22 INS 23 2.1.3.1 í 2.1.4 4 27 27 29 ể í 24 í 31 33 33 35 36 36 38 B 40 46 2.4 4 46 47 : : 51 3.1 51 - 53 53 58 59 3.3 63 3.4 64 Ợ 3.5 Ọ 69 4: 73 Ữ Ừ 73 73 ( ) 74 -6050 75 4.1.3.1 ỹ ỹ ( ( ể ): 76 ) 76 77 5: 81 Ợ 81 82 83 : DA H TỪ V ẾT TẮT ể ADC(Analog to digital convert) : B ( BLDC(Brussless DC): ổ í ): DC ổ í DOF(Degrees Of Freedom ): B ESC (Electronic Speed Controller) : B GPS(Global Positioning System): ( f ): ù ): MEMS (micro-electromechanical syst ể PID (Proportional Integral Derivative): ( f vi í ): ặ ù PWM (Pulse-width modulation ): P í IMU (Inertial measurement units): INS (Immigration and Naturalization Service): H UAV(Unmanned Arial Vehicle): ( f ): í ể : DA H H HV : : : Quadrocopter Etienne Oemichen : 4: f 5: Quattrocopter 6: 4f 7: 8: í 9: : 10 : 11 : í 11 Hình 13: ị 12 Hình 14: ể 14 5: ể 18 Hình 16 : 19 Hình 17: ể 20 Hình 18: í ể 20 9: 22 20: ổ theo 23 : í 25 Hình 22 : 28 Hình 23: ể u 29 Hình 24: F 30 Hình 25: 31 Hình 26: 31 7: ớ 33 8: ể ổ 34 29 : 37 : 39 Hình 31: ể ( ) ổ ( ) 40 : : 43 Hình 33: ể í ể 44 4: 45 5: 46 6: 47 7: 48 8: ù 50 9: í 52 40: Module RF nRF24l01 53 Hình 41 : 54 : ể 57 43: 58 44: í ể 59 45: 60 46: 61 nh 47 : í 62 48: 64 49: 65 H 50: 66 :M 67 : ổ 68 : í 69 54: í í 70 55: í í 71 Hình 56: Tính tốn góc góc nghiêng 73 Hình 57: -6050 75 Hình 58: ỏ -6050 77 59 : 77 : ể 80 : 81 : DA H : : : 4: 5: 6: 7: ể ổ ổ í 41 43 54 55 76 Kp,Ki,Kd 79 : T TẮT T ể ể ể í í ể ể ể í ể í Luận v n t t nghi p GVH :Th S Nguy n V n CHƯƠNG 1: T NG QU N V QU 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG V QU ng ROCOPT R ROCOPT R: Theo từ điển chuyên ngành lĩnh vực quân sự, máy bay không người lái– UAV(Unmanned Arial Vehicle) – phương ti n hàng khơng có gắn động khơng người lái, sử dụng lực khí động học để di chuyển, bay tự động thơng qua điều khiển từ xa, mang v khí chiến đấu thiết bị n tử khác Các phương ti n bay theo quỹ đạo, bán quỹ đạo v tinh nhân tạo, tên lửa hành trình, tên lửa tìm nhi t khơng coi vật bay không người lái Các UAV biết đến khả n ng thực hi n nhi m vụ liên quan đến thiết bị quân Sau chiến tranh lạnh kết thúc, hàng loạt nước Mỹ, Tây Âu, Úc, Israel, Trung Qu c, Nga đầu tư hàng tri u đơ-la cho cơng trình nghiên cứu phát triển UAV Hi n nay, s lĩnh vực dân dụng, quân hay khoa học v trụ người dần thay phương ti n bay có người lái thiết bị bay không người lái, tính n ng ưu vi t có khả n ng hoạt động tự động điều khiển từ xa,có khả n ng hoạt động nơi mà người khó tiếp cận Ngồi cịn ứng dụng rộng rãi s lĩnh vực quan sát núi lửa, kiểm tra môi trường, gieo trồng, phun thu c trừ sâu nơng nghi p…Ngày có nhiều ứng dụng thương mại phát triển với UAV Các cấu hình khác phương ti n bay lên thẳng loại máy bay trực th ng, quạt ng, cánh nghiêng, quadrocopter phát triển từ lâu Mỗi loại cấu hình nêu có ưu- nhược điểm định Luận v n t t nghi p GVH :Th S Nguy n V n ng ảng : Phân loại vật thể bay 1.2 NHIỆM VỤ CỦ Đ TÀI: Đề tài nghiên cứu chế tạo mơ hình máy bay Quadrocopter đề tài địi hỏi kiến thức tổng hợp nhiều lĩnh vực thiết kế khí, động lực học, khí động học, mạch điều khiển, giao tiếp máy tính, truyền nhận tín hi u, xử lý nhi u…trong loại đề tài mới, kết nghiên cứu nước không nhiều chưa tổng kết o thời gian thực hi n luận v n c ng hạn chế giới hạn nghiên cứu c ng hạn chế thành viên nhóm c ng cần nhiều nỗ lực c gắng Các vấn đề đề tài là: - Tìm hiểu nguyên lý cân bằng, nghiên cứu động lực học thiết bị bay dạng quadrocoper - Tính tốn thiết kế chế tạo mơ hình khí - Tính tốn thiết kế mạch điều khiển - Xây dựng thuật toán điều khiển - Giao tiếp quadrocopter qua máy tính - Đánh giá đáp ứng chất lượng mơ hình Luận v n t t nghi p GVH :Th S Nguy n V n ng Hình 54: Một ví dụ tín hi u chưa qua lọc 70 Luận v n t t nghi p GVH :Th S Nguy n V n ng Hình 55: Ví dụ tín hi u sau qua lọc Tuy nhiên, c ng cần phải ý lọc có lọc kiểu c ng khơng thể loại hết toàn nhi u Thế nên, lọc c ng lọc tín hi u sạch, theo nghĩa khơng cịn nhiều nhi u, c ng ước lượng tín hi u thực, khơng phải xác tín hi u thực P â ọ : - ộ lọc tương tự mạch n tử tương tự bao gồm: n trở, tụ n, khuyếch đại thuật toán, ghép với theo sơ đồ cụ thể ộ lọc s thường dùng chip DSP để xử lý, chí máy tính, nhiên trước xử lý tín hi u tín hi u phải qua ADC sau xử lý xong qua DAC 71 Luận v n t t nghi p GVH :Th S Nguy n V n ng Xét nhược điểm lọc tương tự so với lọc s : - Thứ nhất, ộ lọc tương tự thường có độ ripple dải thơng (cịn gọi độ mấp mơ dải thơng) lớn nhiều so với lọc s , điều nhược điểm lọc tương tự Nếu bạn c gắng thiết kế mạch n tử để thu độ ripple nhỏ mạch n tử trở nên phức tạp cồng kềnh - Thứ hai, ộ lọc tương tự thường có pha phi tuyến, n tử tương tự nên d nhạy cảm với thay đổi nhi t độ, độ ẩm , linh ki n n tử có độ sai s lớn - Thứ ba, ộ lọc tương tự thường có dải chuyển tiếp lớn ( điều gây độ xác lọc) độ sâu tri t đáp ứng tần s c ng khó đạt lọc s - Thứ tư, vi c thiết kế lọc tương tự phức tạp cịn thiết kế lọc s thay đổi phần mềm Tuy nhiên lọc tương tự c ng có ưu điểm so với lọc s : - Thứ nhất, xử lý tín hi u qua lọc tương tự nhanh nhiều so với lọc s , mu n xử lý lọc s bạn phải qua ADC, AC, thực hi n phép nhân chập với nhiều phép toán - Thứ hai, ộ lọc tương tự có dải động biên độ lớn lọc s chịu, chí lọc s phải chịu sai s lượng tử qua ADC AC, dải biên độ tín hi u lớn mà s bit ADC, DAC nhỏ sai s lớn cịn mu n t ng s bit c ng t n tiền - Thứ ba, ộ lọc tương tự d dàng xừ lý đ i với tín hi u siêu cao tần so với lọc sô Giả sử mu n xử lý tín hi u GHz, lọc tương tự dùng kỹ thuật mạch siêu cao tần để thiết kế, lọc s mu n xử lý phải lấy mẫu với tần s 10GHz 72 Luận v n t t nghi p GVH :Th S Nguy n V n ng CHƯƠNG 4: K T QU THỰC NGHIỆM 4.1 CÁC TÍNH TO N XỬ Ý Ữ IỆU SƠ TỪ C C C M I N: Trong tính tốn ta điều giả sử vật gắn thiết bị có tọa độ t đ i Xb‟ Yb‟ Zb‟ , tọa độ cảm biến ( tọa độ tương đ i) Xb Yb Zb: M i quan h h trục tạo độ t đ i h trục tọa độ tương đ i xác định sau ( theo công thức 4) với RT xyz ma trận chuyển R  X b ' Y '   RT xyz  b   Z b '  cos  cos  X b '  Y '   cos sin  sin   cos  sin  b    Zb '  cos sin  cos   sin  sin 4.1.1 Xử ữ u từ xyz  Xb  Y   b   Z b  cos  cos cos  cos  sin  sin  sin  sin  cos  sin  cos  sin trọ : tr r  sin    X b  cos sin   Yb  (3.7) cos cos    Zb  t r): Hình 56: Tính tốn góc góc nghiêng từ accelerometer Từ accelerometer ta xác định góc nghiêng h th ng cách xác định góc Roll Pitch Trong h tọa độ tương đ i XbYbZb , ta có giá trị trường hợp cảm biến đặt vng góc với phương trọng lực sau: 73 Luận v n t t nghi p GVH :Th S Nguy n V n ng Xb = Yb =0 Zb = 1g ; Nhưng h trục tọa độ t đ i ta đo giá trị Ax, Ay , Az, giá trị chuẩn hóa ( normalize) Thay vào phương trình ta được:  Ax   cos  cos     Ay   cos sin  sin   cos  sin  A  cos sin  cos   sin  sin  z cos  cos cos  cos  sin  sin  sin  sin  cos  sin  cos  sin  sin   0 cos  sin   0 cos  cos   1  Từ ta suy : Góc Roll = Φ = Arcsin( Ay cos θ) Góc Pitch = θ = Arcsin(- Ax ) Chú ý Ax , Ay , Az chuẩn hóa, nghĩa A2 x  A2 y  A2 z  Nếu biểu thức khơng thỏa cảm biến khơng tuyến tính có sai s vi c calib 4.1.2 Xử ữ u tử vậ t G r ): Vi c tính tốn s li u từ Gyro phức tạp cho li u vận t c góc nên để xác định góc quay phải tích phân theo thời gian Các phương trình dùng để tính vận t c thay đồi( vi phân) góc Euler từ Gyro sau:     t          t  cos        t     cos  sin  cos  cos  sin  sin  cos   x     sin  cos    y  cos  cos   z  Với Ψ, θ, Φ góc Euler thời điểm lấy mẫu trước (t- ) Góc Euler thời điểm hi n xác định sau: 74 Luận v n t t nghi p GVH :Th S Nguy n V n ng       (t )   (t  1)    t   (t )    (t  1)      t      t   (t )   (t  1)         t  4.1.3 H t MPU-6050: Cảm biến gia t c, vận t c trở thành yếu t bắt buộc chức n ng ứng dụng n thoại thơng minh máy tính bảng Vi c tích hợp làm t ng tính n ng thiết bị, hỗ trợ t i đa vi c điều khiển c ng nâng cao ứng dụng game, chụp ảnh Yêu cầu quan trọng cho thiết bị cảm biến kích thước nhỏ, tiêu thụ n n ng thấp, độ xác độ lặp lại cao, khả n ng chịu va đập cao, ứng dụng cụ thể - tất với mức giá thấp MPU-6050 lần giới tích hợp 6-trục,thiết bị kết hợp trục quay hồi chuyển, gia t c 3-trục, xử lý chuyển động kỹ thuật s (DMP) Hình 57: H th ng cảm biến MPU-6050 75 Luận v n t t nghi p Part / Item VDD VLOGIC Serial Interfaces Supported Pin Pin Pin 23 Pin 24 GVH :Th S Nguy n V n ng MPU-6050 2.375V-3.46V 1.71V to VDD I2C VLOGIC AD0 SCL SDA Bảng 6: Sơ đổ chân cảm biến MPU 6050 MPU-6050 Module cảm biến OF ( egrees Of Freedom - bậc tự do) bao gồm cảm biến đo lường quán tính cảm biến vận t c góc trục - gyroscope, cảm biến gia t c trục - accelerometer Module cho phép áp dụng mạnh mẽ vào vi c điều khiển thiết bị vận hành tự động cần định hướng robot tự hành, UAVs (thiết bị bay không người lái) h th ng cân xử lý ảnh Các cảm biến module hỗ trợ giao tiếp I2C với t c độ lên tới 400kbps hoạt động mức áp 3V Module thiết kế tích hợp sẵn IC chuyển áp tín hi u IC ổn áp L O 3V, qua hồn tồn tương thích với h th ng 3V 5V 4.1.3.1 T s ỹ t uật G r s p C qu u ): Con quay hồi chuyển ba trục MEMS MPU-6050 bao gồm loạt tính n ng: - Ngõ trục X, Y, Z với cảm biến t c độ góc với độ nhạy thay đổi ± 250, ± 500, ± 1000, ± 2000 °/s - Tín hi u đồng bên ngồi kết n i với pin fsync hỗ trợ đồng hóa hình ảnh, video GPS - Tích hợp A C lấy mẫu bit - Tích hợp cải thi n lọc thông thấp - Ở chế độ hoạt động: 6mA - Ở chế độ chờ: 5µA 4.1.3.2.T s ỹ t uật r t r C t ): Gia t c ba trục MEMS MPU-6050 bao gồm loạt tính n ng: - Ngõ trục X, Y, Z với cảm biến t c độ góc với độ nhạy thay đổi ± 2g, ± 4g, ± 8g ± 16g - Tích hợp A C lấy mẫu bit 76 Luận v n t t nghi p GVH :Th S Nguy n V n - Ở chế độ hoạt động bình thường: 500μA - Ở chế độ hoạt động tiết ki m n ng lượng: 0µA 60µA 20Hz, 0µA 40Hz ng 25Hz, 20µA 5Hz, Hình 58: Mơ đáp ứng MPU-6050 4.2 Đ P ỨNG PI CỦ HỆ TH NG KHI Y THỰC T : Hình 59 : Sơ đồ hi u chỉnh PI Rõ ràng vi c ph i hợp đặc tính P, I, cho khả n ng thiết kế điều khiển PI phù hợp với đ i tượng cần điều khiển khác ộ điều khiển kiểu P dùng để điều khiển cho đ i tượng có đáp ứng nhanh điều khiển dịng, điều khiển t c độ động Nếu lý (như 77 Luận v n t t nghi p GVH :Th S Nguy n V n ng tải t ng chẳng hạn) làm cho đầu h th ng giảm nhanh giá trị sai l ch sau gần khơng đổi nên khâu gần khơng có tác dụng Trong trường hợp này, thay sử dụng điều kiển kiểu P ta sử dụng điều khiển kiểu PI tín hi u khâu vi phân liên tục cộng dồn làm cho tín hi u đầu điều khiển ngày lớn đủ để thắng mức độ gia t ng tải làm t c độ động tiếp tục t ng trở lại giá trị đặt Vì vậy, đ i với đ i tượng có đáp ứng nhanh sử dụng điều khiển kiểu PI (có đáp ứng chậm) PI phù hợp Các thành phần P, I điều khiển PI (s ) có ý nghĩa cụ thể rõ ràng Trong toán điều khiển bám (theo giá trị đặt), thành phần tỷ l P phản ứng lại với sai l ch, khơng cần "nhớ " đáp ứng trước nào, nhờ mà tạo đáp ứng nhanh kịp thời Thành phần tích phân I thành phần "có nhớ ", lưu lại giá trị điều khiển vịng lặp trước sau điều chỉnh thêm vào hay bớt lượng (do h s Ki độ lớn sai s định) để tạo tín hi u điều khiển cho vịng lặp sai l ch Thành phần c ng thành phần "có nhớ ", so sánh mức độ chênh l ch sai l ch vòng lặp hi n sai l ch lưu vòng lặp trước để đưa tín hi u điều khiển riêng Khi độ chênh sai l ch hai chu kỳ điều khiển lớn tín hi u điều khiển lớn (bản chất đạo hàm) Còn sai l ch chu kỳ điều khiển hi n c ng gi ng sai l ch chu kỳ điều khiển trước (nghĩa sai l ch khơng thay đổi) tín hi u điều khiển Như vậy, ba thành phần P, I, mạch vòng điều khiển c ng tương tự n t nhạc nhạc ằng cách ph i hợp thành phần với tỷ l khác c ng tạo "bản nhạc" điều khiển với "giai u" khác Nếu ph i hợp t t tạo nhạc mong mu n êm Còn ph i hợp khơng khéo tạo nhạc u n éo, giật cục với giai u khó biết trước ộ điều khiển tỉ l P giúp giảm thời gian đáp ứng; giảm sai l ch tĩnh không tri t tiêu sai l ch tĩnh ộ điều khiển tích phân I có khả n ng tri t tiêu sai l ch tĩnh; làm cho đáp ứng độ tồi t ộ điều khiển vi phân giúp giảm độ điều chỉnh; cải thi n đáp ứng h th ng,tuy nhiên làm h độ ổn định nhạy cảm với nhi u Các ảnh hưởng điều khiển P, I, với h kín tổng hợp bảng 78 Luận v n t t nghi p GVH :Th S Nguy n V n ng ảng : Ảnh hưởng h s Kp,Ki,Kd ựa lý thuyết kiểm tra thực tế mơ hình ta thiết lập giá trị PI cho trục ROLL, PITCH,YAW - HAI TRỤC ROLL, PITCH ta thiết lập giá trị  Đầu tiên ta thiết lập giá trị P( cho I = 0.01) Với P = mơ hình khó điều chỉnh giữ th ng T ng P = mơ hình d kiểm soát xuất hi n vọt l khó giữ độ cao định Giảm với P = 1.3 mơ hình d dàng kiểm sốt không xuất hi n vọt l  Thiết lập giá trị I : Sau thiết lập giá trị P xong ta chuyển sang thiết lập giá trị I, ta nhận thấy I = 0.01 mơ hình có hi n tượng trơi lắc lư sai l ch tĩnh ta bắt đầu t ng I, I =0.02 mơ hình bay giảm hi n tượng trơi bị dao động quanh vị trí cân I = 0.03 mơ hình bay bắt đầu có hi n tượng vọt l dao động trục, ta giảm I = 0.025 mơ hình bay t t khơng có hi n tượng trôi dao động  Thiết lập giá trị D = 10 mơ hình cho đáp ứng t t Sau điều chỉnh test giá trị PI ROLL,PICTH cho mơ hình bay đáp ứng t t P = 1.3, I = 0.02, D = 10 - HIỆU CHỈNH TRỤC YAW: tương tự ROLL,PITCH P = 8.5, I = 0.045 79 Luận v n t t nghi p GVH :Th S Nguy n V n ng Hình 60: Kiểm tra cân trục mơ hình giá đỡ 80 Luận v n t t nghi p GVH :Th S Nguy n V n ng CHƯƠNG 5: T NG K T Đ NH GI 5.1 K T QU Đ T ĐƯ C: Hình 61: Mơ hình Quadrocopter bay thực tế 81 Luận v n t t nghi p GVH :Th S Nguy n V n ng Kết bay thực tế cho thấy h th ng d dàng điều khiển giữ th ng bằng, c ng tính ổn định h th ng Với nhi m vụ giao, qua q trình nghiên cứu thực hi n nhóm hồn thành cơng vi c sau: - Nghiên cứu lý thuyết, mơ hình nắm bắt cách tổng thể nguyên lý hoạt động tổng quan thiết bị bay Quadrocopter - Thiết kế, chế tạo cho phần thân khung có cấu tạo vững đảm bảo tính gọn nhẹ thẩm mỹ khoảng kg Tận dụng nguồn nguyên vật li u thiết bị có sẵn thị trường - Các mạch thiết kế phần mềm Protues, cho phép thực hi n mô hoạt động board trước làm mạch *V u : - Đọc giá trị trả từ cảm biến MPU6050, lấy li u xử lý li u phục vụ cho vi c điều khiển cân qua lọc thông thấp - Điều khiển động đáp ứng động chưa kịp thời, nguyên nhân ESC xung bị tr đáp ứng thời gian dẫn đến cân quadrotor chưa t t, chưa khắc phục quán tính bay quadrotor - Thiết kế thành cơng điều khiển từ xa qua sóng RF với khoảng cách điều khiển 0m, truyền nhận li u qua cổng US cho phép truyền phát liêu t c độ cao c ng d sử dụng, cho phép giao tiếp với máy tính thơng qua giao di n, giúp người điều khiển d quan sát 5.2 H N CH IỆN PH P KHẮC PHỤC: ên cạnh kết đạt s hạn chế s bi n pháp khắc phục : - Thiết kế phần khí cịn nặng, sử dụng s vật li u chuyên dụng cabon giảm bớt kh i lượng c ng lực quán tính mơ hình bay - Sử dụng điều t c ESC có khả n ng đáp ứng từ vi điều khiển nhanh hơn, giảm bớt khâu trể d dàng vi c điều khiển - Tìm hiểu thêm kiến thức sở lý thuyết điều khiển để thực hi n hồn thi n vi c mơ hình hóa, mơ - Phải có đầu tư nghiên cứu có hi u thuyết điều khiển: vận t c nghiêng, góc nghiêng, gia t c nghiêng để xử lý tốn qn tính bay - Module RF cho phép hoạt động phạm vi nhỏ nên hướng tới phương pháp truyền thơng khác WiFi, GPS… 82 Luận v n t t nghi p GVH :Th S Nguy n V n ng 5.3 HƯỚNG PH T TRI N VÀ KH NĂNG ỨNG ỤNG: Xây dựng mơ hình ngày hồn chỉnh với khả n ng tự giữ th ng autopilot Có thể tích hợp với s cảm biến khác : - H th ng định vị GPS xác định tọa độ cần bay đến - Cảm biến khí áp, cảm biến siêu âm để đo độ cao - Hỗ trợ camera quay phim chụp ảnh từ cao phục vụ cho cảnh báo, thám nơi nguy hiểm khó tiếp cận - Thêm s thiết bị khác phục vụ cho mục đích quân sự, mang vác thiết bị quân - Ngồi ứng dụng vào giải trí 83 Luận v n t t nghi p GVH :Th S Nguy n V n ng TÀI IỆU TH M KH O: [1] Thiết kế chế tạo mơ hình máy bay-Quadrocopter design and manufacture Quadrocopter-Aircraft model, Tuyển tập áo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ Đại học Đà Nẵng n m 20 [2] Samir ouabdallah, Pierpaolo Murrieri, Roland Siegwart, “ esign and control of indoor micro Quadrotor” [3] “Advanced PIC Microcontroller Projects in C From US to RTOS with the PIC 8F Series” ogan Ibrahim [4] Gabriel M Hoffmann, “Multi-Agent Quadrotor Testbed Control esign:Intergal sliding mode vs reinforcement learning”, IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2005 [5] “ esign and control of quadrotors with application to autonomous flying”, Samir BOUABDALLAH , Lausanne, EPFL,2007 [6] Modelling and Control of a Quad-Rotor Robot – Paul Pounds, Robert Mahony, Peter Corke [7] Distributed Cooperative Search using Information-Theoretic Costs for Particle Filters with Quadrotor Applications – Gabriel M Hoffmann, Steven L Wasl, Claire J Tomlin – 2006 [8] http://www.clbmohinh.com/forum/ [9] http://www.rcgroups.com/forums/index.php [10]http://mutiwii.com [11] www.arduino.cc/ [12] http://www.en.wikipedia.org/wiki/quadrotor 84 ... khó tiếp cận Ngồi ứng dụng rộng rãi s lĩnh vực quan sát núi lửa, kiểm tra môi trường, gieo trồng, phun thu c trừ sâu nông nghi p…Ngày có nhiều ứng dụng thương mại phát triển với UAV Các cấu hình... sinh viên tìm hiểu vấn đề lực đẩy cân Hình 6: Chiếc X4 flyer Mark II Một nhóm nghiên cứu đại học Stanford với h th ng kiểm tra tĩnh cho trình điều khiển đa trạm(STARMAC), sử dụng quadrotor thiết... I2C, bus I2C chuẩn truyền 8-bit li u có hướng đường truyền với t c độ 00Kbits s- chế độ chuẩn(Standard mode) T c độ truyền lên tới 400Kbits s- Chế độ nhanh(Fast mode) cao 3,4Mbits - Chế độ cao