Điều khiển robot từ xa bằng mạng LAN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN MINH SƠN Qua những ngày tháng nỗ lực phấn đấu, qua những đêm không ngủ cuối cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô và bạn bè chúng em đã hoàn tất đề tài này đúng thời hạn. Một đề tài tuy không mới nhưng đây cũng là một trong những hướng nghiên cứu khá hấp dẫn. Lời đâu tiên, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ: Nguyễn Minh Sơn người đã tận tình truyền đạt những kiến thức trong quá trình học tập và trực tiếp hướng dẫn đề tài này, chỉ bảo những kinh nghiệm quý báu để chúng em hoàn thành tốt đề tài. Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn trân trọng nhất tới các thầy cô trong khoa Kỹ thuật Máy tính và tất cả các thầy cô trường Đại học CNTT đã nhiệt tình truyền đạt cho chúng em những kiến thức trong những năm học vừa qua. Chân thành cảm ơn các bạn sinh viên K2C2 và lớp KTMT02 đã giúp đỡ trong những năm học vừa qua, là những người luôn bên cạnh chia sẻ và giúp đỡ những kiến thức trong quá trình học tập cũng như những khó khăn trong cuộc sống. Em xin gửi lời chúc sức khỏe đến tất cả các thầy cô để mãi là những người thầy, người cô hướng dẫn, giúp đỡ, nuôi ước mơ cho biết bao thế hệ sinh viên ngày một trưởng thành hơn, vững vàng hơn trong quá trình học tập và rèn luyện trong trường cũng như trong cuộc sống sau này. Sinh viên thực hiện Phạm Hoài Phước Võ Đình Chinh WIFI-ROBOT BOARD TINY6410 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN MINH SƠN MỤC LỤC WIFI-ROBOT BOARD TINY6410 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN MINH SƠN Chương I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 3 WIFI-ROBOT BOARD TINY6410 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN MINH SƠN 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI: Công nghệ mỗi ngày một biến đổi không ngừng, tốc độ phát triển phải gọi là đến mức không thể theo kịp nếu chúng ta không ngừng học hỏi và trau dồi những kiến thức cần thiết. Nếu như trước đây máy tính PC hầu như là không có đối thủ thì hiện nay thị trường này dần đang bị lấn sân bởi máy tính bảng, smart phone. Vậy tương lai sẽ đi về đâu cho những thiết bì cồng kềnh này, hay chỉ có những Developer IT mới dùng máy PC còn lại đa số người dùng cá nhân với mục đích giải trí, học tập sẽ quên lãng PC cồng kềnh này. Hãng nghiên cứu thị trường Nielsen đã thực hiện một nghiên cứu về việc sử dụng máy tính bảng tại Mỹ. Kết quả thu được là khá thú vị. Hơn một phần ba (35%) số người được hỏi cho biết họ không hoặc rất ít sử dụng PC hoặc laptop từ khi có máy tính bảng, trong khi 30% nói rằng họ ít sử dụng laptop hơn. Báo cáo của Nielsen còn chỉ ra rằng 77% người dừng sử dụng máy tính bảng của họ cho các công việc mà trước đây họ phải nhờ đến PC hoặc laptop. Lý do phổ biến nhất được đưa ra cho việc máy tính bảng được ưa chuộng lại khá đơn giản và gây ngạc nhiên - chúng dễ dàng mang theo. 31% người dùng máy tính bảng cho biết tính cơ động là lý do chính họ sử dụng máy tính bảng thay vì PC hay laptop. Giao diện dễ sử dụng và khả năng khởi động nhanh cũng là những lý do phổ biến mà người dùng đưa ra. Một phát hiện thú vị khác là rất ít người được hỏi thích chia sẻ chiếc máy tính bảng của họ với các thành viên khác trong cùng một gia đình. 43% số người tham gia khảo sát nói rằng họ rất ít hoặc không chia sẻ chiếc máy tính bảng của họ với thành viên khác trong gia đình. Với các thiết bị khác, 27% người được hỏi cho biết họ không còn trung thành với thiết bị đọc sách điện tử E-reader của mình nữa, trong khi 25% người dùng ít sử dụng game console. Thay vào đó, họ chơi game trên máy tính bảng. Chỉ có TV kết nối Internet và điện thoại thông minh là những thiết bị có vẻ như không bị tác động bởi máy tính bảng. Cùng với sự lấn sân của thị trường máy tính bảng thì sự ra đời của HTML5 mở ra một hướng đi mới trong lĩnh vực thiết kế và sử dụng website trên nền tảng các smart phone, máy tính bảng với tốc độ được cải thiện hơn rất nhiều. Với HTML5 các website thiết kế có thể chạy trên mọi trình duyệt và mọi thiết bị từ PC tới các loại điện thoại di động khác nhau. HTML5 hứa hẹn sẽ là ngôn ngữ để định dạng mọi website trong tương lai. Khi xem một đoạn video trên web được thiết kế với HTML5 người dùng có thể xem một cách “rất tự nhiên” như họ đang đọc một cuốn sách, họ có thể tương tác trực tiếp với các video đó, họ không cần thiết phải cài đặt thêm bất kỳ tính năng hỗ trợ nào ( flash chẳng hạn). Vậy đâu là chìa khóa cho những ứng dụng đó trong đề tài này? Từ những sự thay đổi trên chúng ta thấy rằng với 1 smart phone, máy tính bảng cộng với công nghệ 3G hiện nay sẽ được giới thiệu ở phần sau chúng ta có thể truy cập Web mọi lúc mọi nơi mà không bị giới hạn về không gian và thời gian. Chúng ta có thể tải những đoạn Video với chất lượng khá tốt mà không còn lo lắng nữa. Tất cả sẽ nằm trong tầm tay với những “touch screen”. Trong đề tài này với sự ra đời của những công nghệ trên chúng em đã đã nghĩ đến ý tưởng là điều khiển những thiết bị 4 WIFI-ROBOT BOARD TINY6410 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN MINH SƠN từ xa qua Internet với các thiết bị như smart phone, máy tính bảng dựa trên các ứng dụng trên trình duyệt Web với Internet 3G không giới hạn về không gian và thời gian. Với những thiết bị trên chúng ta có thể điều khiển các thiết bị gia đình, văn phòng một cách dễ dàng không sợ bất kỳ một ngăn cách nào bởi vì hiện nay mạng 3G đã phủ sóng gần như hầu hết mọi nơi. Các ứng dụng CameraIP quan sát từ xa, các thiết bị an ninh, giám sát sẽ dựa trên nền tảng này mà không bị hạn chế về hệ điều hành vì trình duyệt Web có thể chạy trên mọi nền tảng. Trong giới hạn của đề tài này, em đã xây dựng một Web Server để điều khiển một Robot từ xa thông qua mạng lan với bộ thu và phát Wifi. Theo nguyên tắc thiết lập Home Server ta vẫn có thể cài đặt trên Internet để truy cập với một ánh xạ về DNS Server IP tĩnh hay một Domain đã được đăng ký trước đó. Hơn thế nữa, với ý tưởng xây dựng một Robot có thế điều khiển thông qua mạng Internet 3G là một ý tưởng hoàn toàn mới mẻ và quá táo bạo. Bởi thực sự hiện nay, tốc độ đường truyền của mạng này vẫn chưa thực sự tương xứng với những gì mà nhiều người mong đợi. Hơn thế nữa, trong đề tài này em còn có một hướng đi khác là dùng Robot vào những mục đích thám hiểm, thăm dò những vùng mà con người có thể bị nguy hiểm khi đặt chân đến như những khu vực chứa nhiều thuốc nổ, bom…Trong hướng đi này chúng ta sẽ dùng một bộ Router Wifi có công suất phát khá lớn khoảng 500m-1000m và dùng làm kết nối mạng Lan giữa hai thiết bị là Robot và PC hay bất kỳ một thiết bị thông minh nào như đã đề cập ở trên. Quá trình còn lại chỉ là truyền và nhận dữ liệu giữa chúng và đảm bảo các kết nối bền vững. Mặc dù quá trình hiện thực đề tài còn nhiều hạn chế chỉ mang tính nghiên cứu vì chưa đảm bảo được các thiết kế Robot theo yêu cầu về địa hình. Tuy nhiên, với mỗi sinh viên ngành kỹ thuật như Điện tử, Kỹ thuật Máy tính thì thiết kế những Robot tuy khá đơn giản là một trong những niềm đam mê lớn, là áp dụng tổng hợp những kiến thức về cơ khí, điện tử, lập trình các giải thuật điều khiển tự động. Đề tài Wifi-Robot là sự tổng hợp những kiến thức nền tảng về mạng máy tính, lập trình Web, lập trình điều khiển các low level như GPIO, lập trình điều khiển Input/Output các boarb mạch điều khiển động cơ, những điều không thể thiếu trong tổng quan lập trình một hệ thống nhúng hoàn chỉnh. Với tất cả các ứng dụng khi đưa đến người dùng là ở những mức dễ sử dụng nhất như trình duyệt Web nhưng các tầng bên dưới sẽ là nhửng nhiệm vụ điều khiển khác nhau như các GPIO, PWM. Wifi-Robot sẽ trở thành Internet- Robot hoặc có thể tiến xa hơn nữa là một trong những điều hoàn toàn có thể thực hiện được. 2. MÔ HÌNH TỔNG QUAN HỆ THỐNG: 5 WIFI-ROBOT BOARD TINY6410 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN MINH SƠN 1. Phần cứng: Hình 1.2.0: Mô hình phần cứng điều khiển Robot • PC Laptop đóng vai trò phát Wifi cũng như là thiết bị truy cập và điều khiển Robot. PC Laptop truy cập vào board thông qua trình duyệt,hoặc telnet. • Board Tiny6410 là board mạch trung tâm cho việc kết nối với máy tính qua Wifi và gửi tín hiệu sang board ARV thông qua GPIO. • Board AVR nhận tín hiệu Input từ board Tiny6410 và điều khiển chuyển động của động cơ với phương pháp PWM thông qua mạch cầu H. • Robot thiết kế và di chuyển theo sự điều khiển từ máy tính. Quá trình sẽ gửi tín hiệu điều khiển từ PC Laptop đến board Tiny6410 rồi đến board AVR. Board Tiny6410 sẽ gửi các tín hiệu hình ảnh, kết quả truy xuất GPIO về PC Laptop dưới dạng html. 2. Mô hình tương tác: 6 WIFI-ROBOT BOARD TINY6410 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN MINH SƠN Hình 1.2.1: Mô hình phần tương tác điều khiển Robot • User sẽ truy cập vào trình duyệt Web và gửi tín hiệu về Board Server thông qua việc nhấn một phím trên bàn phím giả sử như phím “Q”Quit. • Server nhận thông tin gửi từ Client mà sẽ gọi file command.cgi. File command.cgi là một file binary được biên dịch từ một file source.c dùng đẽ tương tác giữa Web Server và GPIO bên dưới hệ thống phần cứng 7 WIFI-ROBOT BOARD TINY6410 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN MINH SƠN Hình 1.2.2: Tương tác giữa GPIO và commmand.html • Board AVR sẽ nhận tín hiệu từ GPIO PORTE và sẽ xử lý theo yêu cầu. Thông qua bất kỳ một thiết bị smart phone truy cập chung mạng Wifi ta có thể dễ dàng điều khiển board và nhiều ứng khác nữa. 3. MÔ HÌNH THAM KHẢO CỦA MỘT SỐ ĐỀ TÀI 1. Iandrobot: a. Mô hình: Microprocessor nhận tín hiệu điều khiển từ Router Wifi qua cổng RS232 và điều khiển sự di chuyển của Robot. Hình ảnh được truyền về qua một 8 WIFI-ROBOT BOARD TINY6410 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN MINH SƠN CameraIP. Robot còn sử dụng cảm biến gia tốc điều khiển hướng di chuyển, tọa độ vị trí. Phần cứng và phần mềm của Wifi-Robot này như sau: b. Phần cứng: • Robot trong đồ án này sử dụng RC car của New Bright. Hình 1.3.0: Xe Jeep dùng đồ chơi Iandrobot • Board điều khiển động cơ: Sử dụng 8 Transistors-2 mạch cầu H cho việc điều khiển các chuyển động trái phải của Robot Hình 1.3.1: Mạch cầu H điều khiền động cơ Iandrobot • Router: Linksys WRT54G với Broadcom 125 MHz processor, 16 MB memory and 4 MB flash, được tích hợp shell Linux. Hình 1.3.2: Router Linksys WRT54G Iandrobot 9 WIFI-ROBOT BOARD TINY6410 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN MINH SƠN • Port nối tiếp: Linksys WRT54G router hỗ trợ truyền dữ qua port nối tiếp với chuẩn RS232. Project sử dụng chip MAX232 convert RS- 232 to TTL logic. Hình 1.3.3: Mạch testboard RS232 Iandrobot • Board điều khiển trung tâm: Microcontroller: sử dụng ATmega328 processor, 14 digital I/O pins, a 16 MHz crystal oscillator dùng để nhận tín hiệu logic từ RS232 và điều khiển động cơ thông qua mạch cầu H. Hình 1.3.4: Board mạch trung tâm Iandrobot • Network Camera: sử dụng Panasonic BL-C1A network . Camera này dùng để truyền nhận hình ảnh thông qua TCP/UDP và hiển thị trên trình duyệt của Web Brower. 10 WIFI-ROBOT BOARD TINY6410 [...]... cho việc điều khiển Robot:  Input-Output: Vi điều khiểnATmega16 có 32 đường vào ra chia làm bốn Port: PORTA-PORTB-PORTC-PORTD mỗi Port 8bit có thể tương tác điều khiển từng bit một Các cổng ra có điện trở nội kéo lên nên khi dùng chức năng input ta không cần dùng điện trở kéo lên ở bên ngoài Các Port được điều khiển bởi các bô thanh ghi sau: thanh ghi dữ liệu cổng PORT, thanh ghi dữ liệu điều khiển cổng... ổn áp từ 1.5V đến 2V Hình 2.1.8: Mạch ốn áp 5V Tụ điên đóng vai trò ổn định và chống nhiễu cho nguồn 34 WIFI -ROBOT BOARD TINY6410 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN MINH SƠN c Khối vi xử lý trung tâm: Khối xử lý trung tâm dùng MCU AVR có nhiệm vụ nhận tín hiệu Input từ Port, từ tín hiệu ngắt ngoài và từ đó sẽ xác định các yêu cầu cần đáp ứng thông qua việc điều xung PWM để điều khiển động cơ Robot. .. ảnh: Hình 1.3.8: WowWee Rovio 3 BProjects.net Robot: a Mô hình: Robot cũng với mô hình tương như iandrobot sử dụng Laptop ở khoảng cách gần 500m điều khiển các di chuyển 13 WIFI -ROBOT BOARD TINY6410 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN MINH SƠN b Phần cứng: Về phần cứng cũng tương tự như iandrobot chỉ khác là dùng PIC để làm làm bộ xử lý cho việc điều khiển động cơ • Router: WRT54GL • CameraIP: Panasonic... trọng lượng 32 WIFI -ROBOT BOARD TINY6410 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN MINH SƠN h Hình vẽ thiết kế tổng quát: Hình 2.1.6: Kết cấu hoàn chỉnh Robot II.1.2 Phần mạch điện tử: Tổng quan mạch điện tử 33 WIFI -ROBOT BOARD TINY6410 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN MINH SƠN Hình 2.1.7: Mạch tổng quát điều khiển động cơ DC a Khối nguồn: Thông thường nó cung cấp cho các vi điều khiển và các IC với... Client chỉ cần gửi một Request bằng phương thức trên có thể bằng cách click button, click phím…Server sẽ trả kết quả ngay về mà trang hiện hành vẫn giữ nguyên không thay đổi URL Chương II PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ 28 WIFI -ROBOT BOARD TINY6410 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP II.1 GVHD: TS NGUYỄN MINH SƠN THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT II.1.1 Phần cơ khí: Thiết kế tổng quan: 29 WIFI -ROBOT BOARD TINY6410 KHÓA LUẬN... 2.1.4: Bánh Omi trước Robot f Lắp Acquy: Acquy 12V, 1,5 Ah Loại acquy khô rất thích hợp cho robot khối lượng chỉ có 600g, robot chạy loại acquy này có khối lượng nhẹ nên di chuyển linh hoạt Điện áp 12V và dòng là 1.5AH ( tức là có khả năng duy trì dòng 1.5 A trong vòng 1 giờ) Hình 2.1.5: Acquy Robot g Kiểm tra cân bằng: Sau khi lắp đặt thành công phải kiểm tra xem Robot đã thật sự cân bằng chưa để đảm bảo... CameraIP Panasonic BL-C1A Iandrobot c Phần mềm: • Sử dụng phần mềm DD-WRT được nhúng trên Router dùng làm Web Server • Client sử dụng phần mềm XurajFi dùng cho ứng dụng Streamer và Control các tín hiệu gửi về Server Phần mềm này phát triển dựa trên nền Visual Basic.NET dùng cho Socket Programming Hình 1.3.6: Phần mềm điều khiển truyền nhận dữ liệu Iandrobot Chương trình điều khiển động cơ viết trên AVR... rằng hệ thống UMTS trong tương lai sẽ được phát triển từ các hệ thống GSM hiện tại Ngoài ra người ta còn có một mong muốn rất lớn là hệ thống UMTS sẽ có khả năng kết hợp nhiều mạng khác nhau như PMR, MSS, WLAN… thành một mạng thống nhất có khả năng hỗ trợ các dịch vụ số liệu tốc độ cao và quan trọng hơn đây sẽ là một mạng hướng dịch vụ 24 WIFI -ROBOT BOARD TINY6410 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN... mình tìm đến nơi sạc để sạc điện - Dễ dàng điều khiển từ xa Rovio 24 / 7 từ bất cứ nơi nào trên thế giới với một kết nối internet Sử dụng bất kỳ thiết bị web-enabled: PC hoặc Mac, điện thoại di động, điện thoại thông minh, PDA hay thậm chí video game console của bạn - Rovio phát hiện các thiết lập máy tính của bạn và hướng dẫn bạn qua tiến trình thiết lập 12 WIFI -ROBOT BOARD TINY6410 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP... nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp PWM Đề tài chọn động cơ với công suất 10W đảm bảo việc tải cho Robot với khối lượng khoảng 5kg Động cơ được lắp trực tiếp vào khung sau Robot Hình 2.1.1: Động cơ DC Robot c Lắp 2 bánh xe tải trọng dùng cho hai bánh sau: Loại bánh xe này có thể dùng làm bánh chủ động cho robot Khối lượng