Công Trình Nghiên Cứu Khoa Học Sinh Viên Sử Dụng Quadcopter Đo Nhiệt Độ - Độ Ẩm Để Phục Vụ Đời Sống Và Sản Xuất..pdf

Để nắm bắt xu hướng tự động hóa và ứng dụng các kiến thức về vi điều khiển đang và đã được tìm hiểu để nghiên cứu thực hiện dự án sử dụng Quadcopter đo nhiệt độ - độ ẩm... Với mong muốn

Mã số: TT/P.QLPTKHCN/13/BM18 Ban hành lân: 04

Ngày hiệu lực:

DAI HOC TON BUC THANG

ĐƠN VỊ: Trường Đại Học Tôn Đức Thắng

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Ths Trần Thành Nam

NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN:

DAI HOC TON BUC THANG

TON DUC THANG LINIVERSITY

Mã số: TT/P.QLPTKHCN/13/BM18 Ban hành lân: 04

TON DUC THANG UNIVERSITY

CONG TRINH NGHIEN CUU KHOA HOC SINH VIEN

NAM HOC 2021 - 2022

SỬ DỤNG QUADCOPTER ĐO NHIỆT ĐỘ - ĐỘ ẨM DE

PHỤC VỤ ĐỜI SỐNG VÀ SẢN XUẤT

ĐƠN VỊ: Trường Đại Học Tôn Đức Thắng

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Ths Trần Thành Nam

NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN:

4 Đỗ Thành Phát

5 Nguyễn Duy Lợi

6 Phạm Chí Thành

TP Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2022

Danh sách những người thục hiện

LỜI CÁM ƠN

Trong xuyên suốt thời gian thực hiện đề tài, với biết bao sự khó khăn đã gặp phải

cũng với sự cô gắng nô lực của nhóm và sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tính không ngại khó khăn của thầy ThS.Trần Thành Nam Nhóm đã hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học của mình Dù đã rất cô gắng của nhóm nhưng do kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm tích lũy

còn ít nên báo cáo đề tài khó tránh khỏi những sai sót Nhóm rất mong nhận được sự đánh

giá, nhận xét, góp ý của các thầy, cô dé đề tài này cũng như kiến thức được hoàn thiện

hơn

Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô, đặc biệt là thầy Trần Thành Nam

đã giúp đỡ em hoàn thành đề tài này

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

Nhóm tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng và được sự hướng dẫn khoa học của Th®§ Trần Thành Nam Cac nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Ngoài ra, trong Đề tài nghiên cứu khoa học còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào nhóm tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung Đề tài nghiên cứu khoa học của mình Trường Đại học Tôn Đức Thắng không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có)

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm

Tác giả

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Sử dụng Quadcopter để đo nhiệt độ, độ ẩm được phát triển dùng

để theo dõi sự thay đổi nhiệt độ và độ ẩm ở những nơi khó tiếp cận, có thể làm giảm chỉ phí vì có thể linh hoạt di chuyển mà không cần đặt cố định

Phương pháp nghiên cứu của đề tài là sử dụng ngôn ngữ lập trình phổ biến dễ tiếp cận Các chỉ tiết linh kiện được sử dụng rộng rãi như: Arduino Uno, Arduino Nano, cảm biến nhiệt độ - độ ẩm Nghiên cứu và thử nghiệm thuật toán cần bằng PID cho 1 và 2 trục của Quadcopter

Sử dụng phương thức diều khiển bằng sóng radio giúp cho bán kính điều khiển xa hơn giúp cho người sử dụng tránh tiếp xúc gần với môi trường nguy hiểm

Với 6 tháng nghiên cứu và thực hiện đề tài có thể là quãng thời gian khá ngắn để có thể có được một sản phẩm hoàn thiện nhất Nên Quadcopter khi bay có thể không được cân bằng hoàn hảo do khâu tinh chỉnh PID gặp nhiều khó khăn và cảm biến được sử dụng có thể mắc sai

số nhất định Chi phí bị đội lên cao do linh kiện hư hỏng trong quá trình thực hiện đề tài

MỤC LỤC

MUC LUC HÌNH ẢNH 525522222221112221211122211111221111112211111122101112211101212 ca 10 CHƯƠNG 1 TÔNG QUAN TÓM LƯỢC ĐÈ TÀI 5c 1 1 HH 1011 10t tt ng rrg 1

1.2 Đối tượng tìm hiỂu 50 1 2211212211221 1212121122221 1121211122222 12121 ng 1

IS ¡020i 02000: Wgriiiii 2

CHƯƠNG 2 TỎNG QUAN VỀ LÍ THUYẾT VẺ LINH KIỆN àả 5 S2 2122181 222cc 3

2.1 Tổng quan khái quát về Arduino - 5s 2s2 2E 1E1121121122112122112121212 1212 2g re 3

PN Ni iối oi tui): sai 4

2.1.2 Thông số cơ bán của Arduino Uno R3 22-51 21 2122212211211 22121212 ng 4 2.1.3 Sơ đồ và chức năng các chân của Arduino - 5+ 21 2221122121121 6

2.1.4 Một vài chân digrtal (kỹ thuật số) có các chức năng đặc biỆt óc cà 7 2.1.5 Vi điều khiển tích hợp trong Arđuïno - s2 2 1112112211211211212121222 12 ru 7 2.2 Tổng quan về cảm biến DHTI] 522522222 2E122515E112211112212112112211212112122122 2 re 9 PC: ấiicoaaaaaaađaiiiiiiiẳầaiaảaaÝẢÝỶÝÝ 9

2.2.2 Thông số kỹ thuật của DHT I] 52522222221 EE11211211221122112122211210121222 2n ra 9 2.3 Mạch cân bằng MPU6050 S2 2222221122 121101112112222 1211212222222 ra ga 10

PIN C.uïaaaadaaaaiiiiaẢŸ444Ả 10

2.3.2 Sơ đồ chân MPU6050 - 5 22211221111221112221112111 0211000110111 0 10g ru I1

2.3.3 Chức năng con quay hồi chuyên (Gyroscope) 2222122112112 xe 13 2.3.4 Chức năng của gia tốc góc nghiêng (Aecelerometer) - 22 s2 E5 11122222 xe 14

2.4 Động cơ không chỗi than 22 9E 1921121112112 1.21121101121221 1202122222 cre 14 2.4.1 Cầu tạo của động cơ DC không chỗi than n S1 110511111111 11111112121118 11 1t se 14

2.4.2 Nguyên tắc điều khiển động cơ không chỗi than 52-52 E1 2125121822222 xe 17 2.4.3 Nguyên tắc điều khiển động cơ không chỗi than 52-52 E2 2125121822222 xe 17

2.4.4 Nguyên lý hoạt động của động cơ brushless - c1 12111111 101101 0.1 21H He, 19

2.5 ESC (Electronic ŠSpeed ControÌ$) ác LH n1 10111111111111111 1111111111 HH HH ch 19

2.5.1 Mạch ESC thực tế và nguyên lý hoạt động - : LH HH HH H111 He, 20

P0 in nh ẢẢ 23

2.7 Thuật toán cân bằng PID 522 5 S1 S11 111221121221 1212121222221 21 2122121 re 24

2.7.1 Các bộ điều khiển PID ST n1 1151111111111111 110111111 112111118 ng 27

2.7.2 Ảnh hưởng của các thông số P I D trong việc cân bằng các trục của Quadecopter 27

2.8 Giới thiệu phần mềm Arduino IDE 22-5 2s E1 212211211221121212221212221222 21 re 29 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - 2 221 212211222112211221221 81212280 34 EiWPir.rcaaaiiddiiddidddyiaaÝỶÝ 34

3.2 Nguyên lí hoạt động của Quadcoptr ác 1 11 1111111111111 1110111110101 11 101 111 1kg 36

3.2.1 Nguyên lí cân bằng 5 ST 212211221211 1212222221211 12a 36 3.2.2 Nguyên lí di chuyển - 2 2T 2212211211221 1121121212122 121212112282 re 37

3.3 Tính toán khối lượng nâng của Quadeopter - 52-52 21221211211 1121121212222 re 38

3.4 Thi công thiết kế mô hình thử nghiệm PID một trục 2 2+ 1 222525225122212E12111221 222 40 3.4.1 Tính toán và thiết kế - 5+ S222221215121121112112111211211211 212101222221 E1 ncr ve 40 3.4.2 Kết quả thử nghiệm 2- 2s 2911 2112112211211 1112121121222 12112212122 42

3.5 Thi công thiết kế mô hình thử nghiệm PID hai trục L1 n nn HH HH H1 He 43

E0my co na sc./Ặ dddd 43 3.5.2 Kết quả thử nghiệm 2- 2s S221 2122112211211 1121211112221 1122101222 46

3.6 Thi công lắp ráp hoàn thiện mô hình sản phẩm 22 +2 2 E82219252221222121112112112222 xe 46

3.6.2 Kết quả thử nghiệm -2 ©2992 2122112211211 112121112221 111222112 48

3.7 Tiến hành lập trình và nạp chương trình cho Quadeopter s5: 222222222 12112122 xe 48

3.8 Tiến hành thử nghiệm bay thực Eo cecceccccscsescesessesesesseseavevestassestesesestsreststssestsssesvetivettvecstscees 49

CHƯƠNG 4 KÉT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ - c1 011111120 2201 are 50

4.1 Ưu điểm — Nhược điểm S n H11 51 11111111111111 2111111211 111121111 1121 rsei 50

4.1.1 Ưu điểm ccccccesssessesstessesressresietsetietisessssresiesretsetietsisssissiesueseteeetesateesees 50

4.1.2 Nhược điểm ST S21 1111111511111 1111251111111 1121 1n 1n 11c He na 50

4.2 Hướng phát triển - 52-22 2E 2112112112112 1211212212121 1 1012221211 e 50 I.\ ¡500057 10108.4:laiiiiaẳđi 1

Cân bằng một trục 5s 2122122112112 22 1212122222212 1 1121222112101 121 ng 2 0.88: 0i 8WHGẢÝẢÝỶẢÝỶẢ 12

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình I-1 Ứng dụng phổ biến của Quadcopter 56: 21212211112211112221112211112211122221 221 c6 1

Hình 2-1 Cấu tạo của Arduino Uno R3 H212 2n ng Hung 3

Hình 2-2 Thông số b0 1 4dẢ 4

Hình 2-3 Thông số cơ bản cảu Arduto Ủno RỔ cv nh HH ra 5 Hình 2-4 Sơ đỗ các chân thực tế của Arduino Uno R3 - 22 22192212221221122122211211112122121x2 6 Hình 2-5 Sơ đồ các chân của Arduino Uno R3 5s: 5 21222112511221122112211211211221221121 1 e6 6

Hình 2-6 Vi điều khiến ATmega328P 5 2s SET11211221211212112021102222 1 nen 7 Hình 2-7 Cảm biến DHT11 Hình 2-8 Sơ đỗ kết nói - - 9

Hinh 2-10 Bảng giá trị của các chân nhu HH ha 12

Hình 2-14 Sơ đồ về thuật toán PID - 2: 22221 25140251211112112114211121112211212111222 re 24 Hình 2-19 Giao diện khi khởi tạo Arduino IDE - cv H21 1221512118 Hg tung 29 Hình 2-20 Thư viện trong Arduino IDE ác c1 1 1101111212112212121121 rau 31

Hình 2-21 Một số tính năng thường sử dụng trong phần mềm 32 Hình 3-1 Sơ đồ tổng quát của mô hình 2s: 22s 22222222112211122111221112111221112111.211211 21 c6 34 Hình 3-2 Ngắt đọc tín hiệu RX 2 5 222112112211121121112111211 2112111222111 35

Hình 3-13 Sơ đỗ mạch của mô hình cân bằng một trục - ¿c1 19111 1110110111011 ng 41

Hình 3-15 Mô hình cân bằng 0 2 ccc cece ccecsccecsceccesccecssseesssccessenessseessseenseeetssenesesnrers 43

Hình 3-16 Mô hình dùng để có định Quadcopter cho việc kiểm tra bay cân bằng 2 trục không

Hình 3-17 Mô hình thử nghiệm bay cân bằng 2 trục không điều khiển trong thực tế 45

Hình 3-18 Sơ đồ thiết kế hoàn thiện : 221 2221111222111110221111.0211110.10 0 rag 46 Hình 3-19 Mô hình được hoàn thiện nhìn từ trên xuống -2- 2 2 9922212211221 47

Hình 3-20 Mô hình được hoàn thiện nhìn từ trước - c1 T11 S n1 kg 2 1x6 211k ca 47

CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU QUY ƯỚC, KÝ HIỆU

DẤU, ĐƠN VỊ VÀ THUẬT NGỮ

PID: Proportional Integral Derivative

PWM: PWM viét tat cua Pulse Width Modulation

BLDC: Brushless DC motor

ESC: Electronic Speed Controls

IDE: Integrated Development Environment.

LỜI MỞ ĐẦU

Vào giai đoạn hiện nay việc sử dụng các thiết bị bay trong đời sống sản xuất hay các mục đích dành cho quân sự được sử dụng rộng rãi Để nắm bắt xu hướng tự động hóa và ứng dụng các kiến thức về vi điều khiển đang và đã được tìm hiểu để nghiên cứu thực hiện dự án sử dụng Quadcopter đo nhiệt độ - độ ẩm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÓM LƯỢC ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 2 Giới thiệu

Hiện này việc ứng dụng máy bay không người lái đang được ứng dụng rộng rãi trong và ngoài nước như dùng phun thuốc và bón phân phục vụ cho nông nghiệp, hỗ trợ truyền thông và báo chí, phòng cháy chữa cháy, hay thậm chí xa hơn là ở lnhvực quân sự

và nó được xem là một loại vũ khí cực kì nguy hiểm trong chiến tranh bất đối xứng hiện nay

Với mong muốn ứng dụng những thành tựu có được hiện nay

về máy bay không người lái nên nhóm đã quyết định nghiên cứu và thực hiện để tài Sử dụng Quadcopter đo nhiệt độ - độ ẩm để phục vụ

Hình ï-i Ứng dung pho biến của Quadcopter

CHUONG 3 Đối tượng tìm hiểu

¢ Để có thể hoàn thành được dự án thì cần phải tìm hiểu về các nội dung sau đây:

« _ Arduino bộ điều khiển chính của hệ thống

« Xây dựng thuật toán cân bằng PID

¢ Cam biến nhiệt độ - độ ẩm

Module phát song RF

« Mạch cân bằng MPU6050

e Điều chỉnh băn xung PWM

e« Nắm vững cách vận hành của tay cầm điều khiển Devo TX7 e« Nắm vững những kiến thức về lập trình vi điều khiển

CHƯƠNG 4 Phạm vi nghiên cứu

s« Tìm hiểu kĩ về vi điều khiển Arduino và cảm biến nhiệt độ - độ

ẩm

se Tìm hiểu và thiết kế sơ đồ hệ thống cho dự án

« _ Lập trình hoạt động cho hệ thống

« _ Lắp ráp thử nghiệm từng phân của dự án

+ Can bang PID 1 trục

+ Can bang PID 2 truc

« _ Lắp ráp hoàn thiện mô hình và chạy thử nghiệm

CHƯƠNG 5 TỔNG QUAN VỀ LÍ THUYẾT VỀ LINH KIỆN

CHƯƠNG 6 Tổng quan khái quát về Arduino

Arduino là một bo mạch vi điều khiển xuất hiện ở nước Ý đầu tiên vào năm 2005 do một nhóm giáo sư phát triển, thiết kế Mạch Arduino được sử dụng để điều khiển nhiều đối tượng và các ngoại vi khác nhau theo yêu cầu của người dùng Arduino hoàn toàn có thể làm nhiều nhiệm vụ lấy tín hiệu từ cảm biến, ngoai vi đến điều khiển các động cơ từ đơn giản đến phức tạp Không những thế mạch còn

có khả năng liên kết và giao tiếp với nhiều loại module khác nhau như ethernet shield, sim900A, module đọc thẻ từ, để tăng tính đa dụng của mạch

Ngôn ngữ lập trình C&C++ cơ bản có thể sử dụng cho Arduino IDE, đây là ngôn ngữ rất phổ biến hiện nay, giúp người dùng tiếp cận

dễ dàng hơn với việc làm quen và thiết kế các ứng dụng, IOT, trong đời sống

Phần cứng của Arduino bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM, Atmel 32-bit, Hiện nay có 6 phiên bản phần cứng Arduino được nhà sản xuất phát hành Tuy nhiên không phải tất cả phiên bản đề phổ biến

và được ưa chuộng như nhau, phiên bản thường được sử dụng nhiều

2 IC Atmega 3 Cổng nguồn

R:

nhất là Arduino Uno và Arduino Mega.[ CITATION Dat \I 1033 ]

Hinh 2-2 Cau tao cua Arduino Uno R3

6.1.1 Dung lượng bộ nhớ

Flash Memory: Bộ nhớ có thể ghi được lượng dữ liệu khá lớn và dữ liệu sẽ không bị mất ngay cả khi tắt điện hoặc nguồn cấp bị trục trặc Về phan vai trò, có thể hình dung bộ nhớ này như

ổ cứng của máy tính để chứa dữ liệu trên board mạch Chương trình, ứng dụng được viết cho Arduino sẽ được lưu tại đây Kích thước của vùng nhớ này thông thường dựa vào vi điều khiển được

sử dụng, các loại vi điều khiển khác nhau sẽ có kích thước Flash Memory khác nhau, Arduino Uno R3 có dung lượng bộ nhớ Flash

32KB

SRAM: tương tự như RAM của máy tính hay RAM laptop, dữ liệu sẽ bị mất ngay khi ngắt điện nhưng thay vào đó tốc độ đọc ghi xoá rất nhanh giúp xử lí câu lệnh tốt hơn trong thời gian ngắn Kích thước nhỏ hơn Flash Memory nhiều lần Arduino Ủno R3 có dung lượng bộ nhớ SRAM 3 KB

EEPROM: đây là một dạng bộ nhớ tương tự như Flash Memory nhưng chu kì ghi / xoá lên đến khoảng 100,000 lần và có kích thước rất bé Thư viện EEPROM của Arduino thường được dùng để đọc hoặc ghi dữ liệu Arduino Uno R3 có dung lượng bộ

nhớ EEPROM 1 KB

6.1.2 Thông số cơ bản của Arduino Uno R3

Cấp nguồn 5V cho Arduino UNO thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyến cao là 7-12V DC và giới hạn

là từ 6-20V Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là an toàn nhất Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn cho phép thì sẽ làm hỏng hoặc gây hại Arduino UNO

GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino

RESET: người dùng có thể nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển hoặc kết nối chân RESET được nối với GND qua

Điện áp vào khuyên dùng

Điện áp vào giới hạn

Số chân Digital I/O

6.1.3 Sơ đồ và chức năng các chân của Arduino

E8lSES8đĐ—| = amas a2— | — amma POO

e TOO

@—' | —@8

———Ẩfff§BfE9Ñ)fcii3Xƒ6SY) Hinh 2-6 So a6 cac chan cia Arduino Uno R3

Arduino UNO có tất cả 14 chân digital dùng để xuất hoặc đọc tín hiệu Nó chỉ có 2 mức điện áp đó là 0V và 5V với dòng vào

và dòng ra tối đa là 40mA Ở mỗi chân trong board mạch Arduino

đều có các điện trở pull-up được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328

6.1.4 Một vài chân digital (kỹ thuật số) có các chức năng đặc biệt:

2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit - TX)

và nhận (receive - RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này

Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit bằng hàm analogWrite() Nói một cách

dễ hiểu thì chung ta có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này

từ 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác

Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 13 (SCK), 11 (MOSI), 12

(MISO) 4 chân này dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác

Arduino UNO có tổng cộng 6 chân analog từ A0 đến A5 cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 > 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng OV > 5V

6.1.5 Vi diéu khién tich hop trong Arduino

See ea eae ea eee ee es

- eee ee ee

ụ 8

nh

rm Hinh 2-7 Vi diéu khién ATmega328P

Arduino UNO có thể sử dụng tất cả 3 vi điều khiển họ 8bit AVR bao gồm ATmega328, ATmega8, ATmegal68 Các vi điều khiển này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như xử lí tín hiệu cho

xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD, điều khiển đèn LED nhấp nháy,

CHƯƠNG 7 Tổng quan về cảm biến DHT11

7.1.1 Giới thiệu

Cảm biến nhiệt độ & độ ẩm DFRobot DHT11 có phức hợp cảm biến nhiệt độ & độ ẩm với đầu ra tín hiệu kỹ thuật số đã được hiệu chỉnh Bằng cách sử dụng kỹ thuật thu tín hiệu kỹ thuật số và công nghệ cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, nó đảm bảo độ tin cậy cao và độ ổn định lâu dài tuyệt vời Cảm biến này bao gồm thành phần đo độ ẩm kiểu điện trở và thành phân đo nhiệt độ NTC', đồng thời kết nối với bộ vi điều khiển 8 bit hiệu suất cao, mang lại

chất lượng tốt, phản hồi nhanh, khả năng chống nhiễu và tiết

kiém chi phi.[ CITATION Dat2 \I 1033 ]

7.1.2 Thông số kỹ thuật của DHT11

Nguồn: 3 -> 5 VDC

Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền dữ liệu)

Khoảng đo độ ẩm: 20%-90% RH (sai số 5%RH)

Khoảng đo nhiệt độ: 0-50°C (sai số 2°C)

Tần số lấy mẫu tối đa: 1Hz (1 giây / lần)

CHƯƠNG 8 Mạch cân bằng MPU6050

8.1.1 Giới thiệu

trục tích hợp đầu tiên trên thế giới (mở rộng tới 9) trục cảm biến

tích hợp trong 1 chip duy nhất Giúp loại bỏ con quay hồi chuyển

pháp rời rạc Linh kiện tích hợp con quay hồi chuyển 3 trục và cảm biến gia tốc 3 chiều

Thuật toán MotionFusion tích hợp 9 trục của MPU-6000 và MPU-6050 truy cập từ bên ngoài hoặc các cảm biến khác thông qua cổng giao tiếp I2C chính phụ, cho phép các thiết bị thu thập toàn bộ dữ liệu cảm biến mà không cần sự can thiệp của bộ xử lý

hệ thống Có thể theo dõi chính xác cả chuyển động nhanh và chậm

Internal Digital Motion Processing”" (DMP”") hỗ trợ các thuật toán nhận dạng cử chỉ và chuyển động 3D MPU-60XO thu thập dữ

liệu con quay hồi chuyển và gia tốc góc nghiêng trong khi đồng

bộ hóa lấy mẫu dữ liệu ở tốc độ do người dùng xác định

Tổng dữ liệu mà MPU-60X0 thu được bao gồm dữ liệu con quay hồi chuyển 3 trục, dữ liệu gia tốc kế 3 trục và dữ liệu nhiệt

độ

DMP có mặt trên MPU6050 giảm tải việc tính toán các thuật toán cảm biến chuyển động từ bộ xử lý chủ DMP thu thập dữ liệu

từ tất cả các cảm biến và lưu trữ các giá trị được tính toán trong

thanh ghi dữ liệu của nó hoặc trong FIFO FIFO có thể được truy cập thông qua giao diện nối tiếp

Str dung chan ADO nhiều hơn một mô-đun MPU6050 có thể được giao tiếp với bộ vi xử lý MPU6050 có thể được sử dụng dễ dàng với Arduino, vì MPU6050 có sẵn các thư viện trong khi được

sử dụng trong các ứng dụng, các dòng I2C của MPU6050 được kéo lên cao bằng cách sử dụng điện trở 4,7kO và chân ngắt được kéo xuống bằng điện trở 4,7kQ Khi dữ liệu có sẵn trong FIFO, chân ngắt sẽ tăng cao Giờ đây, một bộ vi điều khiển có thể đọc dữ liệu bằng cách sử dụng giao tiếp I2C.[ CITATION Dat1 \I 1033 ]

8.1.2 Sơ đồ chân MPU6050

Hinh 2-11 Bang gid trị của các chân

Pin-1- CLKIN- là đầu vào đồng hồ tham chiếu bên ngoài tùy chọn Chốt này được nối với đất khi không sử dụng

Pin-2, Pin-3, Pin-4, Pin-5 là các chân NC Các Ghim này không được kết nối nội bộ

Chân-6, AUX_DA, là chân dữ liệu nối tiếp chính I2C Chân này được sử dụng để kết nối các cảm biến bên ngoài Pin-7, AUX_CL, là đồng hồ nối tiếp chính I2C Chân này được

sử dụng để kết nối các cảm biến bên ngoài

Pin-8, VLOGIC, là chân cấp điện áp I / O kỹ thuật số

Chân-9, ADO, là chân LSB địa chỉ nô lệ I2C

Pin-10, REGOUT, là kết nối tụ lọc bộ điều chỉnh

Pin-11, FSYNC, là đầu vào kỹ thuật số đồng bộ hóa khung Chốt này được nối với đất khi không sử dụng

Chân-12, INT, là chân đầu ra kỹ thuật số ngắt

Pin-13, VDD, là chân cấp điện áp

Pin-14, Pin-15, Pin-16, Pin-17 là chân NC Các chân này không được kết nối nội bộ

Chân-18, GND, là mặt đất cấp nguồn

Pin-19 và Pin-21 là các chân RESV Các chân này được dành riêng

Pin-20, CPOUT, là kết nối tụ điện của máy bơm sạc

Pin-22, là RESV, chân dành riêng

Pin-23, SCL, là đồng hồ nối tiếp I2C

Chân-24, SDA, là chân dữ liệu nối tiếp I2C

.1.3 Chức năng con quay hồi chuyển (Gyroscope)

Cảm biến tỉ lệ góc nghiêng (gyroscope) 3 trục X-, Y- và Z- với đầu ra kĩ thuật số cho phép người dung có thể lập trình phạm

Bộ ADC 16 bit cho phép lấy mẫu đồng thời nhiều gia tốc kế trong khi không cần các bộ ghép kênh bên ngoài

Cường độ dòng điện để hoạt động bình thường là 500UA Dòng điện ở chế độ hoạt động ở mức năng lượng thấp là

10LA tại 1.25HzZ, 20UA tại 5Hz, 60A tại 20HzZ, 110A ở tần

số 40Hz.[ CITATION Dat1 \I 1033 ]

CHƯƠNG 9 Động cơ không chổi than

Động cơ không chỗi than hay còn gọi là động cơ BLDC (Brushless DC motor),

là động cơ điện được chuyển mạch bằng điện tử với những nam châm điện dòng DC

di chuyên rotor xung quanh stator Động cơ không chỗi than sử dụng bộ điều khiển đề

tao ra sw chuyén déi năng lượng điện thành năng lượng cơ học

BLDC motor là động cơ đồng bộ, nghĩa là tốc độ rotor bằng với tốc độ từ trường BLDC motor được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp tự động,

may in, 6 tô, tiêu dùng, y tế và thiết bị đo đạc

9.1.1 Cấu tạo của động cơ DC không chổi than

Cũng giống với những động

cơ đồng bộ thông thường, những

cuộn dây BLDC được đặt lệch nhau

120 độ trong không gian của

stator Những thanh nam châm

được gắn chắc chắn vào thân rotor

Cau tao của động cơ DC không chói than

làm nhiệm vụ kích từ cho động cơ

Điểm khác biệt của động cơ BLDC so với những động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khác là thiết bị này bắt buộc phải cảm biến vị trí rotor để động cơ có thể hoạt động

¢ Stator: Gdm co lõi sắt (những lá thép kỹ thuật điện ghép cách điện với nhau) và dây quấn Cách quấn dây của BLDC khác so với cách quấn dây của động cơ xoay chiều 3 pha thông thường, sự đặc biệt này tạo nên sức phản điện động dạng hình thang

¢ Rotor: Vé co ban, rotor khéng khác so với những động cơ nam châm vĩnh cửu khác

Hall sensor: Vì đặc thù sức phản điện động có dạng hình thang nên cấu hình điều khiển thông thường của động cơ không chổi than cần có cảm biến để xác định vị trí của từ trường rotor so với các pha của cuộn dây stator Để làm được điều đó, người ta thường sử dụng cảm biến hiệu ứng Hall sensor, gọi tắt la Hall Điểm đáng chú ý là Hall sensor được gắn trên stator của BLDC chứ không phải trên rotor

Thông số kỹ thuật động cơ không chổi than A2212/13T 1000KV

e_ Chịu tải Dòng điện: 10V-0.5A

¢ KV(Rpm/V): 1000

e Điện áp cấp: 7-12V

e Dòng điện cực đại: 13A / 60s

e© Hiệu suất Max: 80%

se Hiệu suất Max thực: 4 - 10A (>75%)

e Công suất Max: 150W

e Ap dung cho NiCD / NiMH: 6 - 9S

e Khuyén cao cho ESC: 30A

e Ap dung cho Lipo: 2 - 3S

9.1.2 Nguyên tắc điều khiến động cơ không chổi than Phương pháp điều khiển truyền thống của động cơ BLDC chính là đóng cắt các khóa mạch lực (còn gọi là IGBT hoặc

MOSFET) để cấp dòng điện vào trong cuộn dây stator mà động cơ

dựa theo tín hiệu Hall sensor để đưa về

Sơ đồ nguyên lý mạch lực của động cơ được biểu diễn như sau:

thời điểm bất kì, động cơ luôn luôn chỉ có 2 pha dẫn điện, do đó

người ta còn gọi đây là chế độ điều khiển có 2 pha dẫn Dưới mỗi pha dẫn, chúng ta thấy đều có dòng điện 1 chiều và 1 sức điện động 1 chiều tồn tại Do đó, động cơ BLDC sẽ tồn tại đặc tính cơ

và đặc tính điều khiển tương tự với động cơ 1 chiều Chính vì thế, động cơ này còn có tên gọi là “động cơ một chiều không có chổi

than’

Trong quá trình khởi động, của động cơ BLDC chạy không tải sau khi ta đóng tải Ta thấy rõ ràng các pha (cùng với các màu khác nhau) thay nhau dẫn điện và thể hiện tính chất “một chiều” của chúng

Để thực hiện nguyên lý điều khiển động cơ trên, cấu hình điều khiển trong dải trễ dòng điện (còn gọi là Hysteresis Current Control - ký hiệu HCC) đã được thực hiện và đó là cấu hình điều khiển mẫu mực cho động cơ BLDC

Dễ nhận thấy rằng, khi sử dụng phương pháp điều chỉnh dòng điện HCC, ta có dòng điện chuyển mạch tới 6 lần trong 1 chu kì Sự chuyển mạch này không lý tưởng (không tức thời, thời gian chuyển mạch lên và xuống cũng không bằng nhau) gây nên những khuyết điểm của động cơ BLDC, đó là nhấp nhô mô men quỹ đạo từ thông không được tròn và khó xác định

Nhấp nhô moment (còn gọi là torque ripple) được xem là điểm yếu của động cơ BLDC Gần đây, đã có một số lượng lớn các nghiên cứu về động cơ BLDC nhằm mục tiêu làm sao giảm thiểu được sự nhấp nhô này

Thông thường, quỹ đạo trong từ thông của động cơ bắt buộc phải có hình tròn, nhưng do dòng điện có sự chuyển mạch không

lý tưởng nên quỹ đạo từ thông của động cơ BLDC có đến 6 “gai”

và “bậc” trong 1 chu kì Việc ước lượng từ thông tại các “bậc” này cũng rất khó khăn, do đó rất khó để điều khiển từ thông trong

động cơ BLDC Việc điều khiển động cơ BLDC từ trước đến nay do

đó đều bỏ qua quá trình điều khiển từ thông của nó

9.1.4 Nguyên lý hoạt động của động cơ brushless

Nguyên lý hoạt động của động cơ BLDC dựa trên lực tương tác của từ trường do stator tạo ra và nam châm vĩnh cửu trên rotor Khi dòng điện chạy qua một trong ba cuộn dây stato sẽ tạo

ra cực từ hút những nam châm vĩnh cửu gần nhất có cực từ trái dấu Rotor sẽ tiếp tục chuyển động nếu dòng điện dịch chuyển sang một cuộn dây liền kề Cấp điện tuần tự cho mỗi cuộn dây sẽ làm cho rotor quay theo từ trường quay

CHƯƠNG 10 ESC (Electronic Speed Controls)

ESC là viết tắt của Electronic Speed Controls là thiết bị điều khiển tốc độ động cơ trong xe mô hình điều khiển Nó giúp phân bố tăng hay giảm điện áp cho động cơ: điện áp tăng, đông cơ quay mạnh và ngược lại Có 2 loại ESC là ESC cho động cơ chổi than và

loại cho động cơ không chổi than (3 pha )

Hình 2-12 ESC ngoài thực tế