Ứng dụng kit ni myrio vào hệ thống giám sát và điều hướng trên xe

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ỨNG DỤNG KIT NI MYRIO VÀO HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU HƯỚNG TRÊN XE GVHD: THS NGUYỄN NGÔ LÂM SVTH : PHẠM THANH NHÃ NGUYỄN HOÀNG DUY KHANG SKL011190 Tp Hồ Chí Minh, tháng 6/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG KIT NI MYRIO VÀO HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU HƯỚNG TRÊN XE SVTH : PHẠM THANH NHÃ MSSV: 19161143 NGUYỄN HOÀNG DUY KHANG MSSV: 19161117 KHÓA : 2019 NGÀNH: CNKT Điện tử - Viễn thơng GVHD : ThS NGUYỄN NGƠ LÂM Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2023 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 06 năm 2023 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Thanh Nhã Nguyễn Hồng Duy Khang Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Điện tử - Viễn thông Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Ngô Lâm Ngày nhận đề tài: 20/02/2023 MSSV: 19161143 MSSV: 19161117 Lớp: 19161CLĐT1A 19161CLĐT1B Ngày nộp đề tài: 26/06/2023 Tên đề tài: Ứng dụng Kit NI myRIO vào hệ thống giám sát điều hướng xe Các số liệu, tài liệu ban đầu: • Kiến thức môn Mạch điện, Điện tử bản, Vi xử lý • Lập trình LabVIEW • Kiến thức phần cứng, lập trình NI myRIO, Arduino Nội dung thực đề tài: • Tìm hiểu ngơn ngữ lập trình LabVIEW • Tìm hiểu ứng dụng thuật tốn PID • Xây dựng thuật tốn điều hướng • Thiết kế hệ thống • Lập trình cho hệ thống • Chỉnh sửa kiểm tra phần cứng • Viết báo cáo • Bảo vệ đồ án tốt nghiệp Sản phẩm: Mơ hình hệ thống giám sát điều hướng xe GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, nhóm thực đề tài xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô giáo dạy kiến thức quý báu để nhóm thực vận dụng, phát triển hoàn thành thật tốt đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Điện tử - Viễn thơng Những kiến thức mà nhóm tích lũy thể qua kết mà đồ án đạt Nhóm thực đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Giảng viên hướng dẫn thầy Nguyễn Ngơ Lâm, người tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện, có góp ý định hướng kịp thời giúp nhóm hồn thành tốt đề tài Những góp ý thầy giúp nhóm thực hồn thiện đồ án, có ứng dụng thiết thực có khả phát triển thành dự án lớn tương lai Nhóm thực đề tài xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc Xin cảm ơn gia đình bạn bè ln ủng hộ, góp ý, tạo điều kiện để nhóm thực hồn thiện thật tốt đồ án Mặc dù có nhiều cố gắng nghiên cứu việc thực đề tài, nhiên khả tìm kiếm tài liệu, trải nghiệm thực tế nhóm cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót Nhưng nhóm thực đề tài mong nghiên cứu kiến thức vận dụng nhiều vào thực tiễn Những góp ý Thầy, Cơ giúp nhóm hồn thiện Những sai sót nhược điểm trình thực đề tài kinh nghiệm quý giá, nhóm khắc phục, để phát triển dự án lớn cho cơng việc sau Sau cùng, nhóm xin kính chúc quý Thầy, Cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, dồi sức khỏe, phát triển thành công nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực đề tài Phạm Thanh Nhã Nguyễn Hồng Duy Khang i LỜI CAM ĐOAN Sau q trình thực Đồ Án Tốt Nghiệp, nhóm thực đề tài đưa kết nghiên cứu cam đoan không chép nội dung kết cơng trình khác Nội dung tham khảo từ nhiều nguồn khác nhóm thực trích dẫn đầy đủ Nhóm thực đề tài Phạm Thanh Nhã Nguyễn Hồng Duy Khang ii TĨM TẮT Ngơn ngữ lập trình LabVIEW ln phát triển ứng dụng ngành công nghiệp Với khả xử lý thuật tốn u cầu có độ phức tạp tốc độ phản hồi cao ngơn ngữ lập trình ưu tiên NI myRIO 1900 phần cứng hỗ trợ lập trình ngơn ngữ LabVIEW, với khả tương thích tạo ứng dụng đòi hỏi xử lý thời gian thực Các hệ thống giám sát thông thường cần thực số giải thuật đơn giản yêu cầu tốc độ đáp ứng không cần nhanh Tuy nhiên với hệ thống giám sát xe yêu cầu tốc độ phản hồi, khả giải xử lý cố nhanh để đảm bảo an toàn cho toàn hệ thống Nên NI myRIO lựa chọn tốt tận dụng tồn ưu điểm mà ngơn ngữ lập trình LabVIEW mang lại Khơng đề tài tập trung vào xử lý giải thuật điều hướng thông qua tọa độ GPS nên không yêu cầu tốc độ mà độ xác cao để đảm bảo độ tin cậy hệ thống Trong đề tài nhóm tập trung khai thác tồn ưu điểm mà ngôn ngữ LabVIEW mang lại qua việc lập trình cho phần cứng NI myRIO giao tiếp với phần cứng liên quan, khả giao tiếp liệu với máy tính chủ phân chia cơng việc tính tốn từ giúp tối đa hóa tốc độ xử lý thuật tốn Các cơng việc giám sát bao gồm giám sát dung lượng PIN xe, giám sát tọa độ vị trí tại, giám sát cảnh báo có vật cản xung quanh, giám sát tốc độ động cơ,… Hệ thống cho phép người dùng thiết lập điều khiển phần cứng xe điển khả điều khiển tốc độ động dựa vào thuật tốn điều khiển Nhóm xây dựng giải thuật điều hướng cho phép xe tự lái đến vị trí định với mục đích kiểm tra độ xác giải thuật Điểm nhấn lớn đề tài tận dụng tối đa tọa độ vị trí mà GPS gửi về, khác với ứng dụng tọa độ thông thường đơn cho biết vị trí tại, tọa độ đưa vào thuật toán xử lý để tạo nên quỹ đạo di chuyển để đến điểm đến Xây dựng hệ thống giám sát xe không giúp bảo vệ phần cứng xe mà cịn giúp người dùng dễ dàng quản lí phần cứng có, có cố dễ dàng đưa giải pháp khắc phục Phần mềm mà nhóm xây dựng giúp thống kê lại tồn số liệu phần cứng hệ thống, hành trình đồ, khả cho phép điều hướng đến vị trí cần đến iii MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .1 1.1 GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY 1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .3 1.7 BỐ CỤC ĐỒ ÁN .3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 HỆ THỐNG GIÁM SÁT TRÊN XE 2.2 GIỚI THIỆU VỀ LABVIEW [1][14] 2.3 GIỚI THIỆU DATA DASHBOARD [16] 2.4 KHÁI NIỆM VỀ GPS VÀ GNSS [2][3] 2.5 KHÁI NIỆM PID [4] .12 2.6 DÙNG LA BÀN KẾT HỢP GPS ĐỂ ĐIỀU HƯỚNG [18] 17 2.7 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 18 2.7.1 Khối xử lý trung tâm Kit NI myRIO 1900 [23] 18 2.7.2 Arduino UNO R3 [24] .21 2.7.3 Module Buck XL4015 with Voltmeter [19] [25] 23 2.7.4 Module ổn áp LTC3780 [20][26] 24 2.7.5 Module la bàn số HMC5883L [27] 26 iv 2.7.6 Module H – Bridge L298N [28] 29 2.7.7 Module LCD 20x4 [29] .32 2.7.8 Module I2C PCF8574 [30] 32 2.7.9 Cảm biến siêu âm HC-SR04 [31] 34 2.7.10 Module SIM800A [7][32] .36 2.7.11 Module GPS NEO-M8N-0-10 [33] 38 2.7.12 Động tích hợp Encoder JGA25 371 280 RPM [8] [21] .39 2.7.13 Cảm biến điện áp 25VDC [11] 41 2.8 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG 42 2.8.1 Truyền liệu song song I2C [5] .42 2.8.2 Truyền liệu nối tiếp UART [6] 43 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 45 3.1 YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG 45 3.1.1 Yêu cầu hệ thống 45 3.1.2 Sơ đồ khối chức khối .46 3.1.3 Hoạt động hệ thống .47 3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 48 3.2.1 Khối đo điện áp [17][34] 48 3.2.2 Khối định vị GPS [22] .50 3.2.3 Khối điều hướng [36] 52 3.2.4 Khối đo tốc độ động .54 3.2.5 Khối hiển thị 57 3.2.6 Khối cảnh báo [35][37] .58 3.2.7 Khối điều khiển tốc độ động 59 3.2.8 Khối đo khoảng cách 60 3.2.9 Khối gửi tin nhắn [32] .61 3.2.10 Khối xử lý trung tâm 62 3.2.11 Khối xử lý trung tâm 64 3.2.12 Khối nguồn 65 3.2.13 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống 66 3.3 GIAO TIẾP NI MYRIO VỚI MÁY TÍNH [15] 68 v 3.4 GIAO TIẾP NI MYRIO VỚI ĐIỆN THOẠI [13] 69 CHƯƠNG 4: THI CÔNG – TÍNH TỐN – LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG 71 4.1 THI CÔNG HỆ THỐNG THỰC TẾ .71 4.2 PHÂN TÍCH DỮ LIỆU ĐỂ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ TRONG LABVIEW 72 4.3 THUẬT TOÁN ĐIỀU HƯỚNG DỰA VÀO TỌA ĐỘ ĐỊA LÝ VÀ LA BÀN .74 4.3.1 Xây dựng thuật toán điều hướng cho hệ thống dựa vào tọa độ địa lý [10][18] .74 4.3.2 Giải thuật điều chỉnh quỹ đạo theo la bàn 78 4.4 XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TRÊN LABVIEW .78 4.4.1 Thuật toán PID LabVIEW [12] 78 4.4.2 Áp dụng giải thuật PID cho hệ thống 81 4.5 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT CỦA HỆ THỐNG 83 4.5.1 Lưu đồ giải thuật khối xử lý trung tâm 83 4.5.2 Lưu đồ giải thuật q trình phân tích liệu giao tiếp Module 85 4.5.3 Lưu đồ giải thuật trình điều khiển động 86 4.5.4 Lưu đồ giải thuật trình truyền liệu sang khối xử lý trung tâm 87 4.5.5 Lưu đồ giải thuật khối xử lý trung tâm 87 4.5.6 Lưu đồ giải thuật máy tính chủ 89 4.5.7 Lưu đồ giải thuật q trình phân tích chế độ cài đặt hệ thống 90 4.5.8 Lưu đồ giải thuật trình ghi phân tích liệu Excel .92 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ- KIỂM TRA – ĐÁNH GIÁ 93 5.1 CÁC KẾT QUẢ HIỂN THỊ VÀ GIAO TIẾP VỚI CÁC PHẦN CỨNG .93 5.2 KIỂM TRA KHẢ NĂNG ĐIỀU KHIỂN 96 5.3 KIỂM TRA ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG .96 5.4 KIỂM TRA KHẢ NĂNG ĐIỀU HƯỚNG CỦA HỆ THỐNG .101 5.5 ĐÁNH GIÁ 105 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 106 6.1 KẾT LUẬN 106 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO .107 vi PHỤ LỤC .111 PHỤ LỤC .118 vii