Khóa luận tốt nghiệp Kỹ thuật máy tính: Drone hỗ trợ thu hoạch trong nông nghiệp

Thiết bị này có thể được điều khiển từ một điện thoại thông minh và dựa trên hình ảnh truyền về để có thể tiếp cận nông sản ở trên cao.. Nhóm đã quyết định xây dựng một ứng dụng trên sma

PHAN TÍCH VÀ THIET KE HE THÓNG

Mô hình tổng quát hệ thống -: -+£©++++222++++t2vvvrr+cvvsrresrr 30 3.2 Cấu tạo của thiết bị bay . : -222+2222212222221111222211 2211 re 31 3.2.1 Bộ khuiế Or A x@

Gyroscope, Barometer Flight Controller Accelerometer, (MS5611) (STM32F4) Magnetometer

Hình 3.1: So đồ khối tong quát hệ thong

Hệ thống được xây dựng với mục đích sử dụng một ứng dụng điều khiến trên smartphone (Android) kết nối với server trên Raspberry Pi 3B+ thông qua Wi-Fi. Server sẽ gửi tín hiệu điều khiển xuống cho Flight Controller Flight Controller đọc tín hiệu từ các cảm biến áp suất không khí, con quay hồi chuyền, gia tốc kế, từ kế để tính toán và thực hiện điều khiến 8 bộ điều khiển tốc độ dé cân bằng hệ thông máy bay theo tín hiệu điều khiển Sơ đồ các khối như hình 3.1 Chi tiết các khối hệ thống:

- Ứng dụng điều khiển (Smartphone): Là một ứng dụng được xây dựng trên smartphone (Android) Ứng dụng dùng để gửi tín hiệu điều khiển đến server và phát trực tiếp video từ camera trên máy bay được gửi từ server. Việc kết nối sẽ thông qua Wi-Fi do server (Raspberry Pi 3B+) làm Access

- Server (Raspberry Pi 3B+): Dong vai trò là Access Point và nhận kết nối đến từ client trên smartphone Các tín hiệu điều khiển sé được client gửi lên server, sau đó server sẽ kiểm tra xem tín hiệu đó có đúng hay không và gửi xuống cho Flight Controller Server cũng thực hiện đọc hình ảnh từ Camera và thực hiện gửi về cho client.

- Cam biến áp suất không khí (MS5611): Giá tri trả về bao gồm nhiệt độ môi trường và các giá trị dé tính ra áp suất của không khí.

- Gyroscope, Accelerometer, Magnetometer (MPU-9255): Là một tổ hợp gồm 3 cảm biến: con quay hồi chuyên, gia tốc, từ kế Giá trị trả về gồm 9 trục dữ liệu của các cảm biến.

- Flight Controller (STM32F4): Là nơi sẽ xử lý các tín hiệu từ các cảm biến và tín hiệu điều khién, sau đó sẽ sử dung PID đề thực hiện điều khiển máy bay không người lái bằng cách tăng giảm tốc độ của các cánh quạt thông qua bộ điều khiến tốc độ.

- Electronic Speed Control: Là bộ điều khiển tốc độ được dùng trong điều khiển Brushless DC motor Việc điều khiển bộ điều khiến tốc độ thường được thực hiện thông qua tín hiệu PWM.

3.2 Cấu tạo của thiết bị bay

Nhóm thực hiện quyết định sử dụng bộ khung YoungRC F550 Drone Frame Kit 550mm (hình 3.2) dé thực hiện Bộ khung bao gồm 6 cánh với thiết kế phô biến trên thị trường đành cho các máy bay không người lái tầm trung.

Hình 3.2: YoungRC F550 Drone Frame Kit 550mm

- Vat liệu: Soi thuỷ tinh và nhựa ABS.

- Chiều đài giữa 2 động co đối điện: 550 mm.

- Chiều dài cánh sử dụng: 10 x 4.5 in, 8 x 4.5 in.

Tuy nhiên nhóm đã thực hiện một số thay đôi trên bộ khung Cụ thể, nhóm thực hiện đã thực hiện tăng độ dài khoảng cách giữa đế động cơ với trọng tâm của khung thêm

Nhóm thực hiện tăng độ dài khoảng cách giữa dé động cơ với mục đích có thể gắn thêm bộ hỗ trợ thu hoạch phía dưới máy bay như hình 3.3 Độ dài cánh được tăng thêm để tránh tình trạng bộ hỗ trợ thu hoạch sẽ chan gió của động cơ đây lên Mục đích tiếp theo của nhóm là có thể sử dụng hai động cơ ngược chiều nhau (hình 3.4 và hình 3.5) dé tăng lực đây.

Hình 3.3: Hình ảnh khung cánh đã thay đôi

Hình 3.5: Hình ảnh khung sử dụng hai cánh quạt 2

3.2.2 Động cơ không chối than và cánh quạt

Nhóm thực hiện chon sử dụng Emax MT2216 810KV Brushless Motor (hình 3.6) cua công ty Emax Động cơ không chỗi than nay thường được sử dung trong các máy bay có kích thước tầm trung với kích thước cánh có thể hỗ trợ gồm: 10 x 4.5 in, 8 x 4.5 in Động cơ hỗ trợ nguồn điện từ 11.1V — 14.8V.

Hình 3.6: Emax MT2216 810KV Brushless Motor

- _ Hiệu điện thé sử dụng: 11.1V - 14.8V.

- _ Khối lượng nâng tối đa: 950g (14.8V).

Hình 3.7: Bảng thực nghiệm Emax MT2216 810KV

Bang thử nghiệm khối lượng nâng của động co Emax MT2216 810KV (hình 3.7) được thử nghiệm trên nguồn điện 11.1V và cánh quạt 10 x 4.5in [19] Thông qua bang thực nghiệm trên cho thấy động co Emax MT2216 810KV nâng tôi da đạt được là 725g và tiêu thụ dòng 10A Vậy công suất tối đa của động cơ trên nguồn 11.79V là 117.90W.

3.2.3 Bộ điều khiển tốc độ

Nhóm thực hiện chọn sử dụng Hobbywing Skywalker 40A 2- 4S (hình 3.8) của hãng

Hobbywing Đây là một loại bộ điều tốc dành cho động cơ không chối than phổ biến.

Bộ điều tốc này sử dung phương thức điều khiển thông qua xung PWM Cụ thé, việc điều khiển bộ điều tốc này được tinh bang độ rộng của xung điều khién trong khoảng Ims đến 2ms tương ứng với 0% đến 100% tốc độ Ngoài ra tần số của xung điều khiển cũng có thé khác nhau, thường có 2 tan số điều khiển hay sử dụng là 50Hz và 400Hz Với tần số cao hơn thì việc điều khiển động cơ không chỗi than sẽ phản hồi nhanh hơn Hình 3.9 mô tả xung điều khién ở tần số 50Hz.

Hình 3.9: Xung PWM điều khiến với tần số 50Hz

Nhóm thực hiện chọn dùng Pin Li-Po ShangYi 11.1V 3S 5200mAh 45C (hình 3.10) của Shang Yi Pin Li-Po hay Lithium Polymer thực chất có nguyên lý hoạt động tương tự như pin Li-Ion là trao đổi ion Li giữa 2 điện cực nhưng dùng chất điện ly dạng polymer khô với mục đích chính là hạn chế bắt cháy dé tăng tính an toàn cho sản phâm.

HIGH POWER HIGH QUALITY ằ SHANG I” ý POWER HIGH QUALITY ® 6S 22.

Hình 3.10: Pin Li-Po ShangYi 11.1V 3S 5200mAh 45C

Day là loại pin có dòng xa cao dùng trong các ứng dung như máy bay không người lái, xe mô hình, với dòng xả 45C Với C là tỉ lệ sạc xả của pin với dung lượng thực của pin Ví dụ với pin 5200mAh và dòng xả tối đa của pin 45C nghĩa là chúng ta có thé xả tối đa với dòng 5200 * 45 = 234 000mA = 234A.

Nhóm thực hiện sử dụng máy tính nhúng Raspberry Pi 3B+ (hình 3.11) dé làm server trên máy bay không người lái Raspberry Pi 3B+ là một loại máy tính nhúng phô biến hiện nay và có đủ những yêu câu mà nhóm thực hiện cân.

- System on Chip: Broadcom BCM2837B0 quad-core A53 (ARMv8) 64-bit

- Networking: Gigabit Ethernet (via USB channel).

- Wi-Fi: 2.4GHz and 5GHz 802.11b/g/n/ac

- Bluetooth: Bluetooth 4.2, Bluetooth Low Energy (BLE).

- Cổng giao tiếp: HDMI, 3.5mm analogue audio-video jack, 4x USB 2.0,

Ethernet, Camera Serial Interface (CSI), Display Serial Interface (DSI.

- Kich thước: 82mm x 56mm x 19.5mm.