(Đồ án hcmute) điều khiển xe từ xa sử dụng kit ni myrio

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN XE TỪ XA SỬ DỤNG KIT NI MYRIO GVHD: ThS.NGUYỄN NGÔ LÂM SVTH : PHAN TẤN ANH - 11119154 NGUYỄN ANH TUẤN - 11119093 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN XE TỪ XA SỬ DỤNG KIT NI MYRIO SVTH : PHAN TẤN ANH MSSV: 11119154 NGUYỄN ANH TUẤN MSSV: 11119093 Khóa : 2011 – 2015 Ngành : Công nghệ kỹ thuật máy tính GVHD: ThS.NGUYỄN NGƠ LÂM Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016 an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh , ngày tháng năm 20… NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phan Tấn Anh Nguyên Anh Tuấn Mssv: 11119154 Mssv: 11119093 Ngành: Công nghệ kỹ thuật máy tính Ngày nhận đề tài: 14/03/2016 Lớp: 11119CLC Ngày nộp: 26/07/2016 Tên đề tài: Điều Khiển Xe Từ Xa Sử Dụng KIT NI Myrio Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Kiến thức lập trình Labview Datasheet Myrio Nội dung thực đề tài: - - Tìm hiểu Labview,Module GSM/GPRS Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị qua wifi Xây dựng giao diện điều khiển qua thiết bị Android Xây dựng server kết nối TCP qua internet - Một xe điều khiển Máy tính bảng điều khiển - Sản phẩm: TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Phan Tấn Anh MSSV: 11119154 Nguyễn Anh Tuấn MSSV: 11119093 Ngành: .Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính ……… Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN XE TỪ XA SỬ DỤNG KIT NI MYRIO Họ tên Giáo viên hướng dẫn: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: .…… Khuyết điểm: Đề nghi cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: 6.Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh,…ngày…tháng…năm 20… Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Phan Tấn Anh MSSV: 11119154 Nguyễn Anh Tuấn MSSV: 11119093 Ngành: .Điện Tử Truyền Thông Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN XE TỪ XA SỬ DỤNG KIT NI MYRIO Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: … … Đề nghi cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằg chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 20… an an LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, nhóm sinh viên thực đề tài xin phép chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Ngô Lâm, giáo viên hướng dẫn đề tài định hướng trao đổi kinh nghiệm quý báu để nhóm thực đề tài hồn thành nội dung đề tài cách hoàn chỉnh nhất, tạo điều kiện thuận lợi từ sở vật chất, khơng gian nghiên cứu góp ý quý báu cho nhóm để nhóm thực đề tài thực hồn thành tốt đề tài Nhóm thực đề tài xin trân trọng cảm ơn thầy(cô) trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM nói chung thầy(cơ) khoa Điện – Điện Tử nói riêng tận tình truyền đạt kiến thức tảng để từ nhóm thực đề tài có kỹ để phát triển, hoàn thành đề tài nghiên cứu cho riêng Cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn sinh viên lớp trao đổi, góp ý tạo điều kiện thuận lợi mặt vật chất tinh thần để nhóm sinh viên thực đề tài hoàn thành cách tốt đẹp thời gian Mặc dù có nhiều cố gắng nỗ lực thực hiện, kiến thức khả thân nhiều hạn chế nên trình thực đề tài khơng thể tránh khỏi sai phạm, thiếu sót…Rất mong nhận góp ý, dẫn từ hội đồng bảo vệ, quý thầy cô bạn sinh viên Nhóm thực đề tài Phan Tấn Anh Nguyễn Anh Tuấn v an MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix DANH MỤC x BẢNG x TÓM TẮT xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu .1 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu .1 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu .2 1.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.6 Phương pháp nghiên cứu .2 1.7 Bố cục đồ án .3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Phần mềm lập trình Labview 2.1 2.1.1 Giới thiệu .4 2.1.2 Ứng dụng Labview 2.1.3 Cách sử dụng phần mềm Labview 2.1.4 Giao tiếp kit NI myRio với phần mềm Labview PC 10 2.2 Phần mềm tạo giao diện máy tính bảng(Data Dashboard Android) 11 3.1 Kit Nation Instruments myRio 1900 15 3.1.1 Giới thiệu 15 3.1.2 Thông số kỹ thuật 15 3.1.3 Các chuẩn giao tiếp 27 Mạch điều khiển động 35 3.2 3.2.1 Giới thiệu chung 35 3.2.2 Tóm tắt chức năng: 36 3.2.3 Thông số kỹ thuật 36 3.2.4 Sơ đồ mạch nguyên lý 37 3.2.5 Kết nối Labview 37 3.3 Động DC 38 3.4 Khối điều hướng thiết bị 39 3.4.1 Giới thiệu 39 vi an 3.4.2 So sánh số loại servo thông dụng 40 3.4.3 Cấu tạo 40 3.4.4 Nguyên lý hoạt động 41 3.5 Khối cảm biến khoảng cách 43 3.5.1 Giới thiệu 43 3.5.2 So sánh loại cảm biến hồng ngoại 43 3.5.3 Thông số kỹ thuật 44 3.5.4 Nguyên lý hoạt động 45 3.6 Module GSM/GPRS 46 3.6.1 Giới thiệu tổng quan GPS Module SIM808 46 3.6.2 Thông số kỹ thuật 47 3.6.3 Các tập lệnh AT dành cho module SIM808 48  Tập lệnh AT dành cho GPS 48 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 51 4.1 Sơ đồ khối hệ thống 51 4.1.1 Yêu cầu hệ thống 51 4.1.2 Sơ đồ khối chức hệ thống 51 4.1.3 Hoạt động hệ thống 52 4.2 Thiết kế, tính tốn hệ thống 52 4.2.1 Khối nguồn hệ thống 52 4.2.2 Khối điều hướng thiết bị 53 4.2.3 Khối cảm biến khoảng cách 54 4.2.4 Khối điều khiển động DC 55 4.2.5 Khối Module GSM/GPRS 56 4.2.6 Khối xử lý trung tâm 57 4.2.7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 58 4.2.8 Lưu đồ giải thuật hệ thống 60 4.3 Giao tiếp với máy tính bảng sử dụng hệ điều hành Android 60 4.3.1 Yêu cầu 60 4.3.2 Lưu đồ giải thuật (xem trang kế tiếp) 61 4.3.3 Phần mềm NI Data Dashboard Android 61 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 64 5.1 Kết nhận xét 64 5.1.1 Phần cứng 64 5.1.2 Phần mềm 65 vii an 5.2 Kết thực nghiệm 66 5.2.1 Chế độ tay 66 5.2.2 Chế độ tự động 66 5.2.3 Định vị GPS 66 5.3 Phân tích kết 68 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 69 6.1 Kết luận 69 6.2 Đánh giá 69 6.3.1 Ưu điểm 69 6.3.2 Khuyết điểm 69 6.3  Hướng ứng dụng phát triển 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC 78 Phụ lục A: Hướng dẫn sử dụng 78 Phụ lục B: Code chương trình 82 (xem trang tiếp theo) 82 viii an Có nhiều cách khác để tạo giao diện điều khiển thiết bị cầm tay, ví dụ lập trình ứng dụng Xcode với Objective C cho thiết bị iOS, hay dùng ngơn ngữ Java lập trình cho Android Tuy nhiên, việc phải học ngơn ngữ lập trình làm quen với để tạo phần mềm khó khăn cần có thời gian dài Vì vậy, nhóm định lựa chọn sử dụng phần mềm NI Data Dashboard để giao tiếp với kit myRio điều khiển xe Đây phần mềm NI viết để giao tiếp thiết bị cầm tay với Labview, phần mềm có hệ điều hành lớn Android, iOS Window Phone Tuy nhiên, nhóm chọn dùng Android với thiết bị máy tính bảng thiết bị mà nhóm có sẵn 4.3.2 Lưu đồ giải thuật Bắt đầu Kết nối đến kit MyRio qua wifi Kiểm tra biến chia sẻ có địa hay không Đúng Cho phép cập nhật giá trị biến chia sẻ Sai Báo lỗi, yêu cầu kiểm tra lại biến kết nối Kết Thúc Hình 4.6: Lưu đồ giải thuật máy tính bảng 4.3.3 Phần mềm NI Data Dashboard Android 61 an Có nhiều cách khác để tạo giao diện điều khiển thiết bị cầm tay, ví dụ lập trình ứng dụng Xcode với Objective C cho thiết bị iOS, hay dùng ngôn ngữ Java lập trình cho Android Tuy nhiên, việc phải học ngơn ngữ lập trình làm quen với để tạo phần mềm khó khăn cần có thời gian dài Vì vậy, nhóm định lựa chọn sử dụng phần mềm NI Data Dashboard để giao tiếp với kit myRio điều khiển xe Đây phần mềm NI viết để giao tiếp thiết bị cầm tay với Labview, phần mềm có hệ điều hành lớn Android, iOS Window Phone Tuy nhiên, nhóm chọn dùng iOS với thiết bị máy tính bảng Samsung thiết bị mà nhóm có sẵn Dựa vào đặc điểm ứng dụng NI Data Dashboard, nhóm thiết kế giao diện để điều khiển xe gồm:  Một công tắc bật tắt phép ứng dụng hoạt động  Một công tắc để chuyển chế độ điều khiển tay điều khiển tự động  Một công tắc để điều chỉnh chế độ chạy tiến hay chạy lùi chế độ điều khiển tay  Một trượt có giá trị từ -200 đến 200, với bước nhảy 100  Một đồng hồ kim để hiển thị khoảng cách từ xe đến vật cản  Một ô hiển thị giá trị tọa độ Từ kiện trên, nhóm thiết kế giao diện ứng dụng NI Data Dash Board, sau sử dụng chức chia sẻ biến Labview NI Data Dashboard thông qua Wifi xuống kit myRio, qua điểu khiển xe hoạt động 62 an Hình 4.7: Giao diện điều khiển xe phần mềm NI Data Dashboard 63 an CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 5.1 Kết nhận xét Sau trình nghiên cứu thực đề tài “Điều Khiển Xe Sử Dụng Kit myRio” đề tài hồn thành nội dung sau: 5.1.1 Phần cứng Về kit NI myRio 1900:  Nắm cấu hình phần cứng kit NI myRio  Tìm hiểu phân tích đặc điểm kỹ thuật kit  Các giao tiếp kit với thiết bị ngoại vi  Kết nối linh kiện với kit  Trình bày Labview lập trình cho kit NI myRio Về linh kiện khác:  Trình bày cảm biến khoảng cách Sharp GP2Y0A21  Trình bày Servo GWS S03N  Trình bày động DC  Trình bày mạch cầu H L-298  Trình bày Module Sim808 Về thiết kế tổng thể:  Tìm hiểu thiết kế hệ thống bánh lái cho xe  Thiết kế xe hoạt động ổn định chức tay tự động, điều khiển xe thiết bị cầm tay thơng qua sóng wifi  Thiết kế giao tiếp với module sim808 qua UART để lấy tọa độ  Dưới số hình ảnh thực tế xe: 64 an Hình 5.1: Xe điều khiển dùng kit myRio Bảng 5.1: Thông số xe Tên xe Xe Điều Khiển Sử Dụng Kit myRio Tốc độ Khoảng 0.2m/s Vùng hoạt động Nằm khoảng 10-80cm cảm biến Loại cảm biến sử Cảm biến hồng ngoại Sharp GP2Y0A21 dụng Nguồn cung cấp Acquy 12V – 2A Thơng số kỹ thuật Cân nặng: 1kg Kích thước: 20x18cm 5.1.2 Sai số khoảng cách Từ -5cm đến 5cm Tải trọng tối đa 0.5 kg Phần mềm Nhóm tìm hiểu phần mềm Labview, cách thức lập trình, giao tiếp cách thức giao tiếp với kit myRio, qua lập trình điều khiển xe chạy với yêu cầu đặt 65 an Ngoài ra, nhóm cịn tìm hiểu ứng dụng NI Data Dashboard, qua thiết kế giao diện điều khiển xe ứng dụng 5.2 Kết thực nghiệm Sau hoàn thành phần cứng lẫn phần mềm cho xe, nhóm tiến hành cho xe chạy thực tế để kiểm tra lỗi, kết quả: 5.2.1 Chế độ tay Xe chạy ổn định, việc điều khiển thiết bị cầm tay dễ dàng, nhiên bánh lái tự thiết kế nên quẹo khơng có góc quẹo lớn Ngồi ra, việc sử dụng wifi làm hạn chế tầm di chuyển xe Hình 5.2: Góc quẹo tối đa xe 5.2.2 Chế độ tự động Xe nhận biết vật cản nhanh xác thời gian trễ lần lấy khoảng cách cảm biến nhỏ, xe tự dừng lại có vật cản xoay hướng tìm hướng khơng có vật cản để tiếp tục di chuyển đến hướng 5.2.3 Định vị GPS Xe nhận thơng tin GPS không ổn định hoạt động khu vực nhiều nhà cao tầng bị che khuất Tuy nhiên lại ổn định khu vực thống, che khuất 66 an Hình 5.3 :Hiện vị trí server 67 an Hình 5.4 :Hiện thị tọa độ máy tính bảng 5.3 Phân tích kết Qua chạy thực tế chế độ, nhóm đạt số kết sau: Tốc độ xe chậm thao tác dễ dàng được, chạy tốc độ nhanh khó xử lí quẹo Do sử dụng kết nối wifi để điều khiển nên hạn chế tầm di chuyển xe Ở chế độ tự động thời gian đáp ứng cảm biến nhanh nên việc xử lí dừng chạy xe dễ dàng, nhiên bánh lái tự thiết kế nên quẹo khơng có góc quẹo ý muốn Để rõ cách điều khiển thiết bị cầm tay, vui lòng xem thêm phụ lục “Hướng dẫn sử dụng” 68 an CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Hoàn thành yêu cầu đề tài đặt Xây dựng ứng dụng làm tảng cho việc tiếp cận sử dụng kit NI myRIO cho tiện ích ứng dụng phức tạp Trong q trình thực đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp thầy (cô) bạn 6.2 Đánh giá 6.3.1 Ưu điểm  Dễ sử dụng  Do kit myRio cơng nghiệp, u cầu độ xác cao nên mạch chạy ổn định so với số kit dùng giáo dục Raspberry 6.3.2 Khuyết điểm  Mạch thi công chạy chưa ổn định độ delay lập trình chưa đáp ứng xác chế độ điều khiển tự động  Cảm biến đo khoảng cách chưa xác với thực tế  Tính thẩm mỹ chưa cao  Dùng pin phải thay định kỳ  Tốc độ chưa ổn định, hai bánh quay chưa  Mạch chạy gây tiếng ồn lớn  Định vị tọa độ sai số lớn, khoảng 30m  Xe không chạy địa hình gồ ghề bánh xe nhỏ 6.3 Hướng ứng dụng phát triển  Điều chỉnh tốc độ động  Phát triển thêm camera  Hoạt động phạm vi xa hơn.Đi địa hình phức tạp 69 an  TÀI LIỆU THAM KHẢO  Tiếng Việt  [1] TS Nguyễn Bá Hải (2011), “Giáo trình Lập trình Labview”  Tiếng Anh  [2] Ed Doering, “NI myRio Project Essentials Guide”  [3] NI, “User Guide And Specifications NI myRIO 1900”  [4] Malan Shiralkar (2007),“LabVIEW Graphical Programming Course”  Website  [5] http://ni.com  Link  Link hướng dẫn lý thuyết nguyên lý hoạt động servo  [6] https://www.youtube.com/watch?v=DOu5AvSDP2E&feature=youtu.be  [7] https://www.youtube.com/watch?v=mVN9jfwXleI&feature=youtu.be  Link hướng dẫn lý thuyết nguyên lý hoạt động IR sensor  [8] https://www.youtube.com/watch?v=Xwr-j-2WT3k&feature=youtu.be  [9] https://www.youtube.com/watch?v=N6Mi-VjBlmc&feature=youtu.be 77 an PHỤ LỤC Phụ lục A: Hướng dẫn sử dụng Bước 1: Đặt xe nơi phẳng, gắn pin cấp nguồn chờ kit myRio khởi động Bước 2: Bật wifi kit lên nút nhấn kích hoạt wifi nằm kit Mặc định kit tạo sẵn wifi, nhiên nhóm đổi tên wifi lại thành tên “NIMyrio-Tuan-Anh” với mật là: “87654321” nhằm tiện cho mục đích sử dụng Sau bật wifi kit, ta dùng thiết bị cầm tay có sẵn ứng dụng NI Data Dashboard với giao diện điều khiển kết nối vào mạng wifi kit Hình 5.3: Bật wifi nút nhấn kit 78 an Hình 5.4: Kết nối tới mạng wifi “myRIO test” Bước 3: Nhấn Run ứng dụng NI Data Dashboard, phím điều khiển khơng báo lỗi việc kết nối thành công 79 an Nhấn Run để Chạy Hình 5.5: Nhấn RUN để chạy ứng dụng 80 an Bước 4: Gạt công tác Chạy sang ON phép ứng dụng điều khiển xe Bước 5: Lựa chọn chế độ điều khiển cách gạt công tắt CHẾ ĐỘ sang ON muốn cho xe tự di chuyển giữ nguyên OFF muốn tự điều khiển Nếu lựa chọn chế độ điều khiển tay, kéo trượt sang trái phải để quẹo bánh xe theo ý muốn 81 an Phụ lục B: Code chương trình (xem trang tiếp theo) 82 an ... Instruments, kit chưa có nhiều đề tài thực nghiên cứu kit Đề tài mà nhóm định thực là: ? ?Điều khiển xe từ xa sử dụng kit myRio? ??.Tuy đề tài điều khiển xe mới, nhiều nhóm đề tài thực hiện, với kit NI myRio. .. việc cho nhau, sau tổng hợp thảo luận đưa phương án thực đề tài  Ý tưởng: Điều khiển xe sử dụng kit myRio gồm chế độ điều khiển tự động điều khiển tay Sẽ có nút nhấn để chuyển đổi qua lại hai... 4.7: Giao diện điều khiển xe phần mềm NI Data Dashboard 63 Hình 5.1: Xe điều khiển dùng kit myRio 65 Hình 5.2: Góc quẹo tối đa xe 66 Hình 5.3: Bật wifi nút nhấn kit