Trong đề tài này, em tập trung vào việc nghiên cứu các thiết bị UAVs, từ cấu trúc vật lý đến hệ thống điều khiển, từ tính năng cảm biến đến khả năng tự động hóa.. Em đặt mục tiêu khám ph
TỔNG QUAN
TỔNG QUAN VỀ CƠ QUAN THỰC TẬP
1.1.1 Giới thiệu về cơ quan thực tập
Tên công ty: Công ty TNHH Công Nghệ Cao Viettech
Tên quốc tế: VIETTECH HIGH TECHNOLOGY COMPANY LIMITED
Người đại diện: TRẦN CÔNG TẠO
Ngày hoạt động: 2011 - 06 - 27 Địa chỉ: 458/36/1A Huỳnh Tấn Phát, Phường Bình Thuận, Quận 7, Thành phố Hồ Chí
4651 Bán buôn máy vi tính, thiết bị ngoại vi và phần mềm
4652 Bán buôn thiết bị và linh kiện điện tử, viễn thông
Chi tiết: Sản xuất phần mềm.
6201 Lập trình máy vi tính
6202 Tư vấn máy vi tính và quản trị hệ thống máy vi tính
Hoạt động dịch vụ công nghệ thông tin và dịch vụ khác liên quan đến máy vi tính
Chi tiết: Khắc phục các sự cố máy vi tính và cài đặt phần mềm.
6311 Xử lý dữ liệu, cho thuê và các hoạt động liên quan
Chi tiết: Thiết lập trang thông tin điện tử tổng hợp.
7410 Hoạt động thiết kế chuyên dụng
Chi tiết: Thiết kế website.
8559 Giáo dục khác chưa được phân vào đâu
8560 Dịch vụ hỗ trợ giáo dục
Công ty TNHH Công Nghệ Cao Viettech, được thành lập vào ngày 27 tháng 6 năm 2011, chuyên nghiên cứu và phát triển các giải pháp công nghệ tiên tiến.
1.1.2 Giới thiệu về nội dung công việc được giao thực tập
Tên công ty thực tập: Công ty TNHH Công Nghệ Cao Viettech
Vị trí thực tập: Thực tập sinh Thiết kế và Phát triển Sản phẩm
Trong thời gian thực tập tại Công ty TNHH Công Nghệ Cao Viettech, tôi đã thực hiện nhiều nhiệm vụ đa dạng liên quan đến nghiên cứu và phát triển hệ thống UAV Các công việc cụ thể mà tôi đảm nhận bao gồm việc phân tích dữ liệu, thiết kế mô hình và thử nghiệm các công nghệ mới trong lĩnh vực UAV.
Nghiên cứu về các thành phần chính của UAV bao gồm khung máy bay, hệ thống điều khiển, động cơ, pin và cảm biến Tôi đã tìm hiểu nguyên lý hoạt động của từng bộ phận và cách chúng phối hợp để hình thành một hệ thống UAV hoàn chỉnh.
Phân tích các loại UAV trên thị trường hiện nay bao gồm quadcopter, hexacopter và fixed-wing, giúp người dùng hiểu rõ hơn về những đặc điểm nổi bật của từng loại So sánh hiệu năng giữa các loại động cơ, pin và hệ thống điều khiển từ các nhà sản xuất lớn sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về chất lượng và tính năng của sản phẩm.
Xây dựng hệ thống cảm biến và định vị là một yếu tố quan trọng trong việc nâng cao khả năng thu thập dữ liệu và điều khiển chính xác của UAV Việc nghiên cứu và tích hợp các công nghệ cảm biến tiên tiến cùng với hệ thống định vị hiệu quả sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của máy bay không người lái.
Thiết kế và lập trình hệ thống điều khiển UAV bao gồm việc tạo ra mạch điều khiển và lập trình vi điều khiển để thực hiện việc gửi và nhận tín hiệu qua giao thức UART Đồng thời, phát triển phần mềm điều khiển trên máy tính và ứng dụng di động giúp người dùng điều khiển UAV từ xa một cách hiệu quả.
Lắp ráp và kiểm tra UAV bao gồm việc ghép nối các bộ phận cơ khí và điện tử, đồng thời theo dõi tiến độ và xử lý các vấn đề phát sinh trong quá trình sản xuất Sau khi hoàn thành chế tạo, cần thực hiện kiểm tra và điều chỉnh UAV để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả.
Thử nghiệm và tối ưu hóa là bước quan trọng trong quá trình phát triển UAV, bao gồm việc thực hiện các chuyến bay thực tế để đánh giá hiệu suất Qua đó, các điều chỉnh cần thiết sẽ được thực hiện nhằm tối ưu hóa hoạt động của UAV, đảm bảo đạt được hiệu quả vận hành tốt nhất.
Biên soạn báo cáo tổng kết chi tiết về quá trình nghiên cứu và kết quả đạt được là bước quan trọng trong việc chuẩn bị cho buổi bảo vệ Cần chuẩn bị tài liệu và slide trình bày để hỗ trợ trong việc truyền đạt thông tin hiệu quả Ngoài ra, thực hành trình bày và chuẩn bị các câu hỏi cho buổi bảo vệ cũng giúp tăng cường sự tự tin và khả năng phản biện.
Nội dung công việc được giao trong quá trình thực tập: Thiết kế và xây dựng UAV tự hành.
Tuần Ngày bắt đầu Nội dung thực tập (dự kiến)
1 18/12/2023 Phân công nhiệm vụ cho nhóm , viết đề cương , lập kế hoạch, chuẩn bị các yêu cầu để thực hiện công việc , nộp đề cương thực tập tốt nghiệp
Nghiên cứu các thành phần chính của UAV bao gồm khung máy bay, hệ thống điều khiển, động cơ, pin và các cảm biến Để hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của UAV, cần đọc tài liệu liên quan và tìm hiểu các phương pháp điều khiển bay hiệu quả.
Tổng hợp và thảo luận những kiến thức đã nghiên cứu.
3 02/01/2024 Nghiên cứu các loại UAV phổ biến trên thị trường: quadcopter, hexacopter, fixed-wing, v.v.
Tìm hiểu giá các nhà sản xuất lớn và các sản phẩm nổi bật.
4 13/01/2024 So sánh hiệu năng của các loại động cơ, pin, và hệ thống điều khiển.
Nghiên cứu về các công nghệ cảm biến và hệ thống định vị.
5 20/01/2024 Lên kế hoạch mua các thiết bị cần thiết để chế tạo
Thiết kế mạch cho UAV Nghiên cứu phần mềm , code cho drone.
6 27/01/2024 Tiến hành lắp ráp các thành phần cơ khí và điện tử.
Theo dõi tiến độ và giải quyết các vấn đề phát sinh trong quá trình chế tạo.
7 20/02/2024 Kiểm tra và điều chỉnh UAV sau khi chế tạo.
8 26/02/2024 Tiến hành thử nghiệm bay thực tế cho UAV.
9 04/03/2024 Thực hiện điều chỉnh và tối ưu hóa hiệu suất , thiết kế cho
Vào ngày 11 tháng 03 năm 2024, chúng tôi sẽ biên soạn báo cáo tổng kết chi tiết về toàn bộ quá trình nghiên cứu và kết quả đạt được Đồng thời, chúng tôi cũng sẽ chuẩn bị tài liệu và slide trình bày cho buổi báo cáo.
Thực hành trình bày và chuẩn bị các câu hỏi cho buổi báo cáo
11 18/03/2024 Nộp báo cáo thực tập tốt nghiệp
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Trong bối cảnh công nghệ phát triển nhanh chóng, máy bay không người lái (UAVs) đã trở thành yếu tố thiết yếu trong ngành hàng không và nhiều lĩnh vực khác Sự tiến bộ của trí tuệ nhân tạo, cảm biến và hệ thống điều khiển tự động đã nâng cao sức mạnh và tiềm năng của UAVs Đề tài "Nghiên cứu thiết bị máy bay không người lái" nhằm khám phá các thành phần và hoạt động của UAVs, từ đó phân tích, đánh giá và cải tiến hiệu suất, tính an toàn và khả năng ứng dụng của thiết bị này.
Chúng em nghiên cứu và thực nghiệm để đề xuất giải pháp và kỹ thuật mới, nhằm nâng cao hiệu quả và tính linh hoạt của UAVs Đồng thời, chúng em sẽ khám phá các cơ hội ứng dụng UAVs trong giám sát môi trường, nông nghiệp thông minh, giao thông vận tải và nhiều lĩnh vực khác.
Đề tài này hướng đến việc phát triển và tối ưu hóa công nghệ UAVs, đồng thời khám phá những ứng dụng mới trong cuộc sống và công việc hàng ngày.
LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI
Với sự phát triển của công nghệ, nông nghiệp hiện đại hóa đã dẫn đến việc tự động hóa các hệ thống điều khiển, trở thành một lĩnh vực khoa học kỹ thuật quan trọng Ứng dụng của nó không chỉ thiết yếu trong đời sống dân dụng mà còn trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và du lịch, góp phần vào sự tăng trưởng không ngừng Hơn nữa, nó còn là nền tảng cho nhiều ngành khác, nhờ vào các kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý, vi mạch số và mạch điều khiển được áp dụng trong lĩnh vực điều khiển.
Trong những năm gần đây, nhiều quốc gia đã ưu tiên việc ứng dụng robot trong các lĩnh vực khác nhau Việt Nam cũng cần hướng tới điều này, đặc biệt trong môi trường làm việc nguy hiểm, nơi sức khỏe và tính mạng của con người rất quan trọng Việc sử dụng robot vận chuyển tự hành không chỉ giúp tối ưu hóa nguồn nhân lực và thời gian, mà còn giảm thiểu tai nạn lao động.
Nhóm chúng em xin giới thiệu mô hình "Nghiên cứu thiết bị máy bay không người lái", cho phép di chuyển linh hoạt trên không Thiết bị này được trang bị hệ thống điều khiển giám sát thông qua máy tính và cả thiết bị di động của người sử dụng, mang lại trải nghiệm điều khiển tiện lợi và hiệu quả.
Với những lợi ích trên, nhóm chúng emquyết định chọn đề tài hình “Nghiên cứu thiết bị máy bay không người lái” làm đồ án tốt nghiệp cho mình.
Hình 1.1 Hình ảnh minh họa máy bay không người lái
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
Mô hình "Drone" đã được áp dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia nhờ vào sự tiện lợi và đổi mới mà nó mang lại Tuy nhiên, tại Việt Nam, khái niệm "Drone" vẫn còn khá mới mẻ và chưa nhận được sự tin tưởng, quan tâm đầy đủ từ các cơ quan, tổ chức và doanh nghiệp Điều này dẫn đến việc thiếu hụt các nghiên cứu có quy mô và tầm ảnh hưởng trong lĩnh vực này.
Nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng Việt Nam đang chứng kiến sự tiến bộ nhanh chóng và đột phá trong nhận thức về drone, vượt ra khỏi những quan niệm lỗi thời Dưới đây là một số điểm nổi bật mà nhóm chúng tôi muốn chia sẻ.
Nhóm nghiên cứu của công ty RTR đã phát triển robot Drone HERA, được coi là "mạnh nhất thế giới" trong phân khúc robot Drone nâng tải trọng HERA có khả năng nâng tải trọng lên đến 15kg, tầm quan sát 360 độ, thời gian bay lên tới 56 phút và bán kính hoạt động tối đa 15km.
Hình 1.2 Drone HERA, drone mạnh nhất thế giới.
Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Seoul, Hàn Quốc, đã chế tạo thành công một loại robot Drone có khả năng bay lượn giống như chim, cho phép thay đổi hướng bay linh hoạt và nhanh chóng Robot Drone này có thể được ứng dụng trong việc khảo sát môi trường, quan sát động vật hoang dã và thực hiện các nhiệm vụ khó khăn.
Một nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Bristol ở Anh đã phát triển một robot Drone tiên tiến có khả năng hoạt động cả trên không và dưới nước, cho phép chuyển đổi giữa hai môi trường một cách mượt mà Robot này có tiềm năng ứng dụng trong nghiên cứu đại dương, phát hiện mỏ dầu, và thực hiện các nhiệm vụ cứu hộ.
Hình 1.3 Drone có thể lội nước
Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Stanford ở Mỹ đã phát triển một loại robot Drone có khả năng bay và di chuyển trên mặt đất, cho phép nó vượt qua chướng ngại vật và hoạt động trong các không gian hẹp Robot Drone này có tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực thám hiểm, giám sát và giao hàng.
MỤC TIÊU CỦA DỰ ÁN
Nghiên cứu các mô hình , cấu trúc Drone cỡ nhỏ, lực đẩy lớn.
Xây dựng phân hệ cảm biến các thiết bị lắp đặt trên Drone.
Thiết kế vi mạch điều khiển.
Lập trình các module thu nhận tín hiệu qua sóng RF
Xây dựng phân hệ điều khiển Drone qua máy tính và điện thoại.
MỤC ĐÍCH CỦA DỰ ÁN
Chế tạo drone giúp di chuyển và vận chuyển hàng hóa trong những khu vực hạn chế và lối đi hẹp Bài viết sẽ khám phá các thành phần cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống drone Đồng thời, chúng ta sẽ tìm hiểu những lợi ích mà hệ thống này mang lại và mở rộng kiến thức từ những gì đã học Cuối cùng, áp dụng kiến thức để xây dựng mô hình điều khiển thông minh dựa trên bản đồ đã được cài đặt sẵn hoặc thông qua điều khiển từ xa.
ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu cấu trúc và đặt tính của từng cấu trúc Drone
Nghiên cứu hệ thống cấp nguồn năng lượng tiêu chuẩn.
Nghiên cứu và xây dựng hệ thống trên mạch MSP 430.
Nghiên cứu xây dựng điều khiển trên mạch HC-12.
Nghiên cứu xây dựng giao diện trên PC.
PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đề tài thực hiện trên phạm vi vận dụng kiến thức lập trình nhúng, thiết bị điện tử để hoàn thiện hệ thống.
● Tìm hiều về cấu trúc bao quát của các loại Drone, ưu nhược điểm của từng loại cấu trúc
● Tìm hiểu hệ thống cấp nguồn năng lượng phù hợp, các thức chọn loại pin cấp nguồn cho Drone
● Tìm hiểu kĩ thuật lập trình C, cách thức hoạt động dùng trong trình biên dịchCCS.
● Tìm hiểu cách thức hoạt động của vi điều khiển MSP430G2ET sử dụng chip G2553.
● Tìm hiểu giao tiếp UART, HC12 truyền dữ liệu giữa các cảm biến với máy tính.
● Tìm hiểu các linh kiện điện tử, thiết bị điện.
● Sử dụng ngôn ngữ C# để xây dựng phần mềm điều khiển trên PC, ngôn ngữ Java điện thoại Android.
● Sử dụng ngôn ngữ C để lập trình nhúng cho MSP430G2553.
CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
Phương pháp khảo sát thực tế: nhằm khảo sát tình hình áp dụng của mô hình để thấy được tính hữu dụng của đề tài.
Phương pháp thống kê: nhằm liệt kê những cải tiến trong Robot, liệt kê các số liệu mức độ hiệu quả của một Robot sau khi được áp dụng.
Phương pháp phân tích: nhằm chỉ rõ vai trò của Drone phục vụ đối với sự phát triển kinh tế - xã hội tại Việt Nam.
Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, và truy cập từ Internet.
Phương pháp quan sát: khảo sát các thiết bị, linh kiện có sẵn trên thị trường và các sản phẩm thông qua các video trên Internet.
Phương pháp thực nghiệm kết hợp ý tưởng và kiến thức cá nhân với sự hướng dẫn của giảng viên, nhằm tiến hành nghiên cứu thử nghiệm Qua đó, lựa chọn phương án tối ưu nhất phù hợp với khả năng và thời gian thực hiện đề tài.
Phương pháp kế thừa và phát triển tập trung vào việc sử dụng các tài liệu hiện có để hiểu và cải tiến sản phẩm Điều này bao gồm việc khai thác những vấn đề mà các dự án khác chưa giải quyết, đồng thời kế thừa những thành tựu mà các dự án trước đã đạt được, mà không cần đi sâu vào chi tiết toàn bộ.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
TÌM HIỂU VỀ DRONE
Drone là robot bay không người lái, được điều khiển từ xa hoặc bay theo lộ trình lập trình sẵn với cảm biến và GPS Công nghệ này cho phép drone thực hiện nhiệm vụ mà không cần can thiệp của con người Sự kết hợp giữa điều khiển từ xa và bay tự động đã mở ra nhiều ứng dụng trong quân sự, nghiên cứu khoa học và dân sự như giám sát, chụp ảnh không gian, giao hàng, và nhiều lĩnh vực khác.
Drone là thiết bị bao gồm bộ động cơ, vi xử lý trung tâm, cánh quạt, khung thân và nguồn cấp năng lượng (pin) Người dùng có thể điều khiển drone bằng bộ điều khiển từ xa hoặc lập trình sẵn theo lộ trình và tọa độ dựa trên GPS Nhiều drone hiện đại đã được tích hợp GPS, giúp xác định vị trí bay một cách chính xác.
Bộ động cơ là thành phần quan trọng nhất của drone, cung cấp động lực cho cánh quạt tạo ra lực nâng và lực đẩy Thông thường, động cơ là động cơ điện sử dụng pin làm nguồn năng lượng Tùy thuộc vào kích thước và mục đích sử dụng, drone có thể có từ 2 đến 8 cánh quạt, được phân loại thành quadcopter, hexacopter, octocopter, v.v Cánh quạt có thể được điều khiển thông qua việc thay đổi tốc độ quay hoặc góc nghiêng, cho phép drone thực hiện các chuyển động như bay lên, bay xuống, bay ngang và quay tròn.
Vi xử lý trung tâm là bộ não của drone, chịu trách nhiệm nhận và xử lý tín hiệu từ bộ điều khiển từ xa hoặc GPS Nó điều khiển bộ động cơ để thực hiện các lệnh bay và có khả năng tích hợp nhiều cảm biến như cảm biến gia tốc, cảm biến con quay hồi chuyển, cảm biến áp suất và cảm biến khoảng cách Những cảm biến này giúp drone duy trì độ cao, định hướng và cân bằng trong quá trình bay.
Bộ điều khiển drone thường có hai nút bấm và ăng-ten gấp gọn, sử dụng sóng radio tần số 2,4GHz Một số dòng drone kết hợp tín hiệu 2,4GHz và Wi-Fi, thiết kế giống tay cầm điều khiển máy chơi game, hoặc có thể điều khiển qua ứng dụng trên điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng.
Khung thân drone là bộ phận kết nối các thành phần quan trọng như động cơ, vi xử lý trung tâm, pin và camera Thường được làm từ nhựa hoặc kim loại, khung có thiết kế dạng khung và dễ dàng tháo lắp Để nâng cao hiệu suất bay, khung thân cần đảm bảo độ bền và trọng lượng nhẹ.
Nguồn cấp năng lượng là yếu tố quan trọng cung cấp điện cho các thành phần của drone như động cơ, vi xử lý và camera Thường được sử dụng là các loại pin như lithium-ion, lithium-polymer và nickel-metal hydride Để đáp ứng nhu cầu sử dụng, pin cần có dung lượng cao, thời gian sạc nhanh và thời gian bay dài.
Nguyên lý hoạt động của drone, thiết bị bay không người lái, dựa trên khí động lực học, nơi không khí tác động lên các vật thể di chuyển Khi drone bay, cánh quạt đẩy không khí xuống, tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa trên và dưới cánh, từ đó sinh ra lực nâng giúp drone bay lên và duy trì độ cao Để điều chỉnh bay ngang, drone cần tạo lực đẩy bằng cách thay đổi tốc độ quay của cánh quạt Việc quay với tốc độ khác nhau tạo ra mô-men xoắn, cho phép drone xoay quanh trục dọc Để thay đổi hướng bay, drone điều chỉnh góc nghiêng của cánh quạt, tạo ra mô-men nghiêng và giúp drone nghiêng về một bên Sự kết hợp của các lực nâng, đẩy, xoắn và cúi cho phép drone bay theo bất kỳ hướng nào mong muốn.
Các loại Drone thông thường:
Drone đa rotor, như quadcopter và hexacopter, sở hữu từ 4 đến 8 động cơ cánh quạt, mang lại lợi thế dễ dàng điều khiển, khả năng bay ở độ cao thấp, lơ lửng và bay ngược Tuy nhiên, chúng có nhược điểm về thời gian bay ngắn, chỉ khoảng 20-30 phút, và gặp khó khăn khi bay ở tốc độ cao hoặc trong điều kiện gió mạnh.
Hình 2.1 Hình ảnh minh họa Multirotor Drone
Máy bay không người lái cánh bằng, tương tự như máy bay truyền thống, có ưu điểm vượt trội như khả năng bay xa, thời gian bay lâu, tốc độ cao và khả năng chịu gió mạnh Tuy nhiên, loại drone này cũng gặp phải một số nhược điểm, bao gồm độ khó trong việc điều khiển, yêu cầu có đường băng để cất cánh và hạ cánh, cũng như không có khả năng bay lơ lửng hoặc bay ngược.
Hình 2.2 Hình ảnh minh họa Fixed Wing Drone
Máy bay trực thăng đơn rotor là loại drone được trang bị một động cơ cánh quạt lớn ở trên và một động cơ cánh quạt nhỏ ở đuôi Loại drone này mang lại nhiều lợi ích như khả năng bay lâu, bay ở độ cao lớn, lơ lửng và bay ngược Tuy nhiên, nó cũng có những nhược điểm như khó điều khiển, tiêu tốn nhiều năng lượng và tiềm ẩn nguy cơ tai nạn cao.
Hình 2.3 Hình ảnh minh họa Single Rotor Helicopter
Drone hybrid là loại drone kết hợp giữa cánh bằng và cánh quạt, cho phép chuyển đổi linh hoạt giữa hai chế độ bay Với khả năng bay xa, lâu, và ở tốc độ cao, drone hybrid mang lại nhiều lợi ích trong việc vận chuyển và giám sát Tuy nhiên, nhược điểm của loại drone này là khó chế tạo, có chi phí cao và yêu cầu người điều khiển phải có nhiều kỹ năng.
Hình 2.4 Hình ảnh minh họa Hybrid Drone
Các lĩnh vực ứng dụng drone trong đời sống: Drone có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực của cuộc sống, như sau:
Chụp ảnh và quay phim từ trên cao bằng drone với camera độ phân giải cao mang đến góc nhìn rộng và độc đáo Công nghệ drone ngày càng được ưa chuộng trong nhiếp ảnh, du lịch, giải trí và quảng cáo, giúp tạo ra những tác phẩm ấn tượng và thu hút.
Drone giao hàng là giải pháp vận chuyển hiệu quả cho hàng hóa nhỏ và nhẹ, giúp tiết kiệm thời gian, chi phí và công sức Công nghệ này ngày càng được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như bán lẻ, giao nhận và y tế Một ví dụ điển hình là Amazon, công ty đã triển khai drone để thực hiện giao hàng trong khoảng cách trung bình.
Drone hỗ trợ ngành báo chí và truyền thông bằng cách thu thập thông tin, hình ảnh và video từ những khu vực khó tiếp cận, nguy hiểm hoặc bí mật Công nghệ drone ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực báo chí, truyền hình và phim ảnh, mang lại những góc nhìn độc đáo và thông tin chính xác.
TÌM HIỂU VỀ DRONE KHÔNG NGƯỜI LÁI
Drone, hay còn gọi là thiết bị bay không người lái (UAV), là công nghệ được điều khiển từ xa hoặc tự động thông qua hệ thống cảm biến Chúng thường được trang bị máy ảnh hoặc camera để thu thập thông tin và hình ảnh từ không gian Mặc dù flycam và drone đều thuộc loại UAV, nhưng flycam thường chỉ đề cập đến các UAV chuyên chụp ảnh và quay video, trong khi drone có nhiều ứng dụng đa dạng hơn như vận chuyển hàng hóa, giám sát môi trường, và khảo sát địa hình.
Hình 2.5 Drone không người lái
2.2.2 Cấu tạo và cơ chế hoạt động của Drone
Cấu tạo và cơ chế hoạt động của drone thay đổi tùy thuộc vào loại và mục đích sử dụng Dưới đây là mô tả tổng quan về cấu tạo và cơ chế hoạt động của các drone hiện đại.
Khung drone thường được làm từ nhựa cứng hoặc hợp kim nhẹ, với một số phiên bản sử dụng carbon fiber để tăng độ cứng và giảm trọng lượng Khung này có thể trang bị một hoặc nhiều cánh quạt để tạo lực nâng và di chuyển Động cơ của drone có thể là động cơ điện hoặc động cơ đốt trong, kết nối với cánh quạt để tạo ra lực nâng Hầu hết các drone tiêu dùng hiện nay sử dụng động cơ điện nhằm đạt hiệu suất cao và khả năng kiểm soát tốt.
Drone sử dụng pin lithium-ion hoặc pin lipo làm nguồn năng lượng cho động cơ và hệ thống điều khiển điện tử Thời gian bay của drone phụ thuộc vào dung lượng và hiệu suất của loại pin được sử dụng.
Hệ thống điều khiển drone cho phép điều khiển từ xa qua bộ điều khiển hoặc hoạt động tự động nhờ vào hệ thống điều khiển tự động Bộ điều khiển từ xa giúp người dùng điều chỉnh tốc độ, hướng bay, độ cao và thực hiện các chức năng khác của drone.
Drone được trang bị nhiều cảm biến như cảm biến gia tốc, cảm biến áp suất, con quay hồi chuyển và cảm biến khoảng cách, giúp đo và duy trì vị trí cũng như độ cao Những cảm biến này đóng vai trò quan trọng trong việc giữ ổn định, cân bằng cho drone, đồng thời hỗ trợ các chức năng như định vị GPS và tránh vật cản.
Hệ thống điều khiển bay của drone cho phép điều chỉnh độ nghiêng và quay bằng cách thay đổi tốc độ quay của các cánh quạt Nhờ vào hệ thống này, drone có thể di chuyển linh hoạt theo nhiều hướng và thực hiện các động tác bay phức tạp.
Drone hiện đại được trang bị camera và cảm biến tiên tiến, cho phép chụp ảnh và ghi video từ trên không Các drone công nghiệp còn tích hợp công nghệ đặc biệt như hồng ngoại, lidar và GPS, phục vụ cho các nhiệm vụ như giám sát môi trường, khảo sát địa hình và thu thập dữ liệu chi tiết.
Cấu tạo và cơ chế hoạt động của drone bao gồm khung, động cơ, pin, hệ thống điều khiển, cảm biến, và các tính năng đặc biệt như máy ảnh Sự kết hợp của các thành phần này cho phép drone bay và thực hiện các chức năng cụ thể, phục vụ cho mục đích sử dụng của nó.
Drone được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau như mục đích sử dụng, kích thước, khả năng bay và hệ thống điều khiển Dưới đây là một số phân loại phổ biến của drone.
Phân loại theo mục đích sử dụng:
Drone tiêu dùng: Được sử dụng cho mục đích giải trí, quay phim, chụp ảnh hoặc bay cho niềm vui cá nhân.
Drone công nghiệp được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm xây dựng, nông nghiệp, khảo sát, quản lý môi trường, vận chuyển hàng hóa và công nghệ cứu trợ.
Drone quân sự: Được sử dụng trong các hoạt động quân sự như giám sát, trinh sát, tấn công và tuần tra.
Phân loại theo kích thước:
Nano Drone: Kích thước nhỏ, thường nhỏ hơn 100mm và có thể bay trong không gian hạn chế.
Mini Drone: Kích thước nhỏ, thường trong khoảng 100mm đến 300mm Thích hợp cho bay trong nhà và ngoài trời.
Drone trung bình: Kích thước trung bình, thường trong khoảng 300mm đến 500mm Cung cấp tính linh hoạt trong việc chụp ảnh và quay phim.
Drone lớn: Kích thước lớn, có thể có đường kính cánh quạt từ 500mm trở lên. Thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và quân sự.
Phân loại theo khả năng bay:
Quadcopter: Drone có bốn cánh quạt, là dạng phổ biến nhất và dễ kiểm soát.
Hexacopter: Drone có sáu cánh quạt, cung cấp sự ổn định hơn và khả năng mang tải nặng hơn.
Octocopter: Drone có tám cánh quạt, cung cấp khả năng mang tải lớn và ổn định hơn trong điều kiện gió mạnh.
Phân loại theo hệ thống điều khiển:
Drone điều khiển từ xa: Được điều khiển bởi người sử dụng thông qua bộ điều khiển từ xa.
Drone tự động là loại thiết bị bay có khả năng thực hiện các chuyến bay theo lộ trình đã được lập trình sẵn Nó có thể thực hiện nhiều chức năng một cách tự động mà không cần sự can thiệp từ người điều khiển.
Ngoài ra, còn nhiều hệ thống phân loại drone dựa trên các yếu tố như phạm vi bay, thời gian bay, công nghệ điều khiển và tính năng camera Sự phân loại này giúp xác định rõ đặc điểm và ứng dụng của từng loại drone trong các lĩnh vực khác nhau.
2.2.4 Ứng dụng của Drone trong đời sống
Drone trong nhiếp ảnh và quay phim cung cấp góc nhìn cao, cho phép người dùng chụp ảnh và quay phim những khung cảnh tuyệt đẹp mà phương pháp truyền thống không thể đạt được Các nhà làm phim, nhiếp ảnh gia và nghệ sĩ sáng tạo tận dụng công nghệ drone để sản xuất những tác phẩm nghệ thuật độc đáo.
Drone được sử dụng hiệu quả trong giám sát môi trường tự nhiên, bao gồm kiểm tra rừng, đánh giá ô nhiễm, quản lý động vật hoang dã và theo dõi biến đổi khí hậu Với khả năng di chuyển linh hoạt, drone có thể thu thập dữ liệu từ những khu vực khó tiếp cận, góp phần quan trọng trong việc bảo vệ và quản lý tài nguyên thiên nhiên.
TÌM HIỂU VỀ CÁC CÔNG NGHỆ
MSP430 là một bộ vi điều khiển hiện đại với CPU RISC 16 bit, tích hợp các ngoại vi và hệ thống bộ định thời linh hoạt theo cấu trúc Von-Neumann Hệ thống này bao gồm các Bus địa chỉ bộ nhớ (MAB) và Bus dữ liệu bộ nhớ (MDB), cho phép kết nối hiệu quả Với các mô đun bộ nhớ tương tự và kết nối ngoại vi tín hiệu số, MSP430 cung cấp giải pháp tối ưu cho các ứng dụng yêu cầu xử lý tín hiệu hỗn tạp.
MSP430 là dòng vi điều khiển 16-bit cấu trúc RISC do Texas Instruments sản xuất, với tên viết tắt "MIXED SIGNAL MICRO CONTROLLER", cho phép xử lý cả tín hiệu số và tín hiệu tương tự Đặc biệt, MSP430 nổi bật với công suất cực thấp (ultra-low-power) và tích hợp các ngoại vi cùng hệ thống bộ định thời linh hoạt theo cấu trúc VON-NEUMANN.
Phần cứng của MSP430 bao gồm 5 chế độ tiết kiệm năng lượng, 16 thanh ghi 16-bit với 4 thanh ghi đặc biệt và 12 thanh ghi đa chức năng Hệ thống còn sở hữu 7 chế độ định địa chỉ điều khiển dao động kỹ thuật số (DCO), cho phép chuyển đổi nhanh chóng từ chế độ công suất thấp sang chế độ hoạt động trong thời gian chưa đầy 1 micro giây.
Hình 2.6 Hình Mạch vi điều khiển MSP 430 Dưới đây là những đặc điểm tổng quát của họ vi điều khiển MSP430:
● Cấu trúc sử dụng nguồn thấp giúp kéo dài tuổi thọ của Pin.
+ Duy trỡ 0.1àA dũng nuụi RAM.
+ Chỉ 0.8àA real-time clock.
● Bộ tương tự hiệu suất cao cho các phép đo chính xác.
+ 12 bit hoặc 10 bit ADC-200 kskp, cảm biến nhiệt độ, Vref.
+ Bộ giám sát điện áp nguồn.
● 16 bit RISC CPU cho phép được nhiều ứng dụng, thể hiện một phần ở kích thước Code lập trình.
● Thanh ghi lớn nên loại trừ được trường hợp tắt nghẽn tập tin khi đang làm việc.
● Thiết kế nhỏ gọn làm giảm lượng tiêu thụ điện và giảm giá thành.
● Tối ưu hóa cho những chương trình ngôn ngữ bậc cao như C, C++
● Có 7 chế độ định địa chỉ.
● Khả năng ngắt theo véc tơ lớn.
Lập trình cho bộ nhớ Flash không chỉ cho phép thay đổi mã một cách linh hoạt và phạm vi rộng, mà còn có khả năng lưu trữ dữ liệu như một nhật ký.
Phần mềm Energia là một IDE lý tưởng cho lập trình các bo mạch nhúng của Texas Instruments, như LaunchPad Với giao diện thân thiện và dễ sử dụng, Energia phù hợp cho cả người mới bắt đầu lẫn các nhà phát triển dày dạn kinh nghiệm.
Energia được phát triển nhằm tương thích với cú pháp lập trình và thư viện của Arduino, cho phép người dùng dễ dàng chuyển đổi giữa các board Arduino và bo mạch LaunchPad của TI Sự tương thích này mang lại tính linh hoạt cao cho các dự án và ứng dụng nhúng, đồng thời giúp tiết kiệm thời gian và công sức trong quá trình phát triển.
Energia hỗ trợ đa nền tảng, bao gồm Windows, macOS và Linux, mang đến sự tiện lợi và linh hoạt cho các nhà phát triển Người dùng có thể dễ dàng làm việc trong môi trường phát triển yêu thích mà không gặp phải khó khăn nào.
Energia cung cấp một bộ thư viện phong phú và các ví dụ đa dạng, giúp người dùng dễ dàng khởi đầu các dự án và ứng dụng nhúng Cộng đồng sáng tạo và nhiệt tình của Energia mang đến sự hỗ trợ cùng tài liệu phong phú, giúp người dùng giải quyết vấn đề và khám phá ý tưởng mới.
Tóm lại, phần mềm Energia là một công cụ mạnh mẽ và linh hoạt cho việc phát triển ứng dụng nhúng trên các bo mạch LaunchPad của Texas Instruments.
Visual Studio là phần mềm lập trình website nổi bật, không có công cụ nào có thể thay thế được Được phát triển bằng các ngôn ngữ VB+ và C#, Visual Studio vẫn giữ vị trí hàng đầu trong lĩnh vực lập trình.
Hình 2.8 Giao diện lập trình Visual studio
Sở dĩ Visual Studio được giới lập trình ưa chuộng như vậy là bởi những ưu điểm vượt trội sau đây:
● Visual Studio hỗ trợ lập trình trên nhiều nền tảng ngôn ngữ khác nhau từ C/C+ +, C#, cho đến F#, Visual Basic, HTML, CSS, JavaScript Thậm chí, phiên bản VS
2015 có hỗ trợ code trên ngôn ngữ Python.
Visual Studio cung cấp tính năng gỡ rối hiệu quả, cho phép người dùng chạy từng câu lệnh và theo dõi sự thay đổi trạng thái của chương trình thông qua giá trị các biến và cách vận hành của mã.
● Visual Studio sở hữu giao diện thân thiện, dễ dàng sử dụng cho người mới bắt đầu.
● Visual Studio cho phép xây dựng ứng dụng chuyên nghiệp thông qua kéo thả, hỗ trợ người mới bắt đầu tiếp cận nhanh hơn.
Visual Studio tích hợp nhiều ứng dụng hỗ trợ quản lý và viết mã nhanh cho các ngôn ngữ thuộc NET như Resharper, đồng thời cho phép cài đặt thư viện một cách dễ dàng thông qua NuGet.
In addition, this tool supports the development of desktop applications using MFC, Windows Forms, and Universal Apps It also facilitates mobile app development for Windows Phone 8/8.1, Windows 10, iOS, and Android via Xamarin Furthermore, Visual Studio aids in website development on platforms such as Web Forms and ASP.NET MVC, as well as Microsoft Office application development.
Altium Designer là phần mềm thiết kế PCB dựa trên đám mây, cho phép người dùng tạo sơ đồ, mô hình 3D, bản vẽ lắp ráp và thực hiện mô phỏng Phần mềm này giúp các nhà thiết kế PCB chia sẻ nhanh chóng và trực tiếp với khách hàng, đồng thời nhận phản hồi ngay lập tức Với công nghệ tiên tiến, Altium Designer đã trở thành lựa chọn phổ biến trong ngành công nghiệp bo mạch điện tử.
Altium Designer là phần mềm lý tưởng cho thiết kế bảng mạch phức tạp và tiên tiến, phù hợp cho cả người mới bắt đầu lẫn chuyên gia Với giao diện trực quan và thân thiện, Altium giúp người dùng dễ dàng làm quen và khám phá các tính năng nâng cao của nó, ngay cả khi họ lần đầu sử dụng.
Công cụ trực quan hóa 3D tiên tiến của Altium cho phép người dùng có cái nhìn chân thực về bảng mạch, bao gồm cả hỗ trợ MCAD-ECAD Người dùng có thể dễ dàng xem cấu hình trong cả không gian 3D và 2D, mang lại trải nghiệm thiết kế mạch mạch mẽ và trực quan hơn.
NỘI DUNG THỰC HIỆN
ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH DRONE
Máy bay không người lái Drone hiện nay có 4 phân loại cơ bản:
+ Multirotor Drone: Drone có nhiều động cơ cánh quạt (Tricopter (3 rotors), Quadcopter (4 rotors), Hexacopter (6 rotors) ,Octocopter (8 rotors)).
+ Fixed Wing Drone: Drone có cánh bằng.
+ Single Rotor Helicopter: Drone dạng trực thăng
+ Hybird Drone: là Drone lai giữa Drone cánh quạt và Drone cánh bằng.
Bảng ưu nhược điểm từng loại drone:
Loại Drone Ưu Điểm Nhược Điểm
- Dễ tiếp cận, sử dụng
- Hoạt động trong khu vực chật hẹp, hạn chế.
- Thời gian hoạt động ngắn do phải hoạt động nhiều động cơ.
- Thời gian hoạt động lâu
- Vùng hoạt động rộng lớn
- Giá thành cao, nhiều rủi ro
- Vận hành phức tạp, phụ thuộc điều kiện thời tiết
- Cần Bãi đáp/ cất cánh
- Thời gian hoạt động lâu
- Độ an toàn, ổn định thấp
- Vận hành, bảo trì phức tạp, cần đạo tạo mới có thể sử dụng
- Cất / hạ cánh thẳng đứng
Nhóm chúng em xin đề xuất mô hình drone theo cấu trúc QUADROCOPTER như sau:
NGHIÊN CỨU VỀ CẤU TRÚC QUADROCOPTER
3.2.1 Lý thuyết điều khiển Quadrocopter
Cặp cánh quạt phía trước và phía sau quay ngược chiều kim đồng hồ, trong khi cặp cánh bên phải và bên trái quay thuận chiều kim đồng hồ để cân bằng moment xoắn Tất cả bốn cánh quạt cần tạo ra lực đẩy bằng nhau khi Quadrocopter cất cánh và hạ cánh Góc xoay (roll) được điều khiển bằng cách điều chỉnh tốc độ giữa cánh bên phải và bên trái, đồng thời giữ nguyên tổng lực đẩy của cặp cánh này.
Góc nghiêng (pitch) của Quadrocopter được điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ của hai cánh phía trước và phía sau, trong khi vẫn duy trì tổng lực đẩy ổn định Đồng thời, góc lệch (yaw) được kiểm soát thông qua sự thay đổi tốc độ của cặp cánh bên phải và bên trái so với tốc độ của cặp cánh phía trước và phía sau, đảm bảo tổng lực đẩy của bốn cánh không thay đổi để giữ cho Quadrocopter ổn định ở độ cao.
Hình 3.2 Nguyên lý điều khiển Quadrocopter
3.2.2 Nghiên Cứu lý thuyết chuyển động của Quadrocopter và xây dựng mô hình động lực học máy bay
Mô hình này hoạt động dựa trên chuyển động của các dòng khí do cánh máy bay tạo ra, giúp vật thể bay lên trên Việc điều chỉnh vận tốc của từng động cơ sẽ ảnh hưởng đến hướng bay của Quadrocopter.
Hình 3.3 Hình Nguyên Lý điều khiển Quadrocopter. Để mô tả các chuyển động của một khung cứng 6 bậc tự do cần 2 hệ quy chiếu:
● Hệ quy chiếu quán tính trái đất
● Hệ quy chiếu khung Quadrocopter
Sự định hướng Quadrocopter được biểu thị bởi 3 góc Euler qua ma trận xoay R (1)
(1) Lực sinh ra của các rotor:
Khi đó lực nâng cho cả khung máy bay là (2):
Phương trình mô tả gia tốc Quadrocopter(3):
Phương trình quan hệ giữa ma trận quán tính ,momen quay
M và momen quay hồi chuyển (4):
Momen quay hồi chuyển phụ thuộc vào vận tốc xoay và các yếu tố liên quan đến các chuyển động như roll, pitch và yaw Các đơn vị momen quay này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chuyển động của đối tượng.
Và vận tốc góc i máy bay sẽ được tính(5):
Kết hợp (3)(4)(5) ta có phương trình (6):
3.2.3 Mô hình tính toán khí động học:
Tính toán khí động học liên quan đến tác động của cánh quạt khi quay trong không khí, với các thông số quan trọng như TMT (N) là lực đẩy của cánh quạt hướng lên, S (m2) là diện tích quạt, và S (kg/m3) là mật độ không khí Phương trình lực đẩy được thiết lập dựa trên những yếu tố này.
NGHIÊN CỨU VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO QUADROCOPTER
Nhóm chúng em so sánh hai loại động cơ không chổi than và chổi than, và đã quyết định sử dụng động cơ không chổi than cho mô hình Drone phục vụ quán coffee Động cơ không chổi than, hay còn gọi là động cơ DC, là loại động cơ điện được điều khiển bằng điện tử, với nam châm điện DC giúp rotor quay quanh stator Động cơ này sử dụng bộ điều khiển để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học.
Động cơ BLDC (động cơ không chổi than) là loại động cơ đồng bộ, trong đó tốc độ của rotor tương đương với tốc độ từ trường Loại động cơ này được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, bao gồm công nghiệp tự động, máy in, ô tô, thiết bị tiêu dùng, y tế và các thiết bị đo đạc.
Động cơ BLDC, giống như các động cơ đồng bộ thông thường, có cuộn dây được bố trí lệch nhau 120 độ trong stator Thanh nam châm gắn chặt vào rotor đóng vai trò kích từ cho động cơ Điểm khác biệt chính của động cơ BLDC so với các động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là cần có cảm biến vị trí rotor để đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả.
Stator bao gồm lõi sắt được cấu thành từ các lá thép kỹ thuật điện ghép cách điện và dây quấn Cách quấn dây của động cơ BLDC khác biệt so với động cơ xoay chiều 3 pha thông thường, điều này tạo ra sức phản điện động có hình dạng hình thang.
Rotor: Về cơ bản, rotor không khác so với những động cơ nam châm vĩnh cửu khác.
Cảm biến Hall, hay còn gọi là Hall sensor, là thiết bị quan trọng trong việc xác định vị trí từ trường rotor so với các pha của cuộn dây stator trong động cơ không chổi than (BLDC) Do đặc thù sức phản điện động hình thang, cấu hình điều khiển của BLDC cần sử dụng cảm biến này để hoạt động hiệu quả Đặc biệt, cảm biến Hall được lắp đặt trên stator thay vì rotor, giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển động cơ.
Nguyên lý hoạt động của động cơ BLDC dựa vào lực tương tác giữa từ trường do stato tạo ra và nam châm vĩnh cửu trên rotor Khi dòng điện đi qua một trong ba cuộn dây stato, nó sẽ tạo ra cực từ hút nam châm vĩnh cửu gần nhất với cực từ trái dấu Rotor sẽ tiếp tục quay khi dòng điện chuyển sang cuộn dây liền kề, và việc cấp điện tuần tự cho từng cuộn dây sẽ khiến rotor quay theo từ trường quay.
Để tăng cường lực tương tác, cả hai cuộn dây sẽ được cấp điện đồng thời, với thứ tự chuyển tiếp được điều khiển bởi mạch điều khiển motor brushless Cần tính toán lực cản tĩnh dựa trên khối lượng chuyên chở và trạng thái đường đi, cũng như mô men động cơ cần thiết để vượt qua lực cản Công suất của động cơ khi hoạt động với tải cũng cần được tính toán kỹ lưỡng Việc lựa chọn công suất động cơ nên dựa trên các thông số lớn nhất theo yêu cầu cụ thể Trong quá trình vận hành, Drone sẽ chịu tác động của nhiều lực bên ngoài, vì vậy để đảm bảo hiệu suất vận chuyển, nên chọn công suất lớn hơn mức tính toán.
Chúng tôi đã chọn động cơ 1106 4200KV, phù hợp cho drone có kích thước từ 85-120mm, sau khi tính toán dòng điện cần thiết dựa trên công suất và điện áp Động cơ này được thiết kế với sức mạnh và hiệu suất cao, nhờ vào việc sử dụng nam châm vĩnh cửu, giúp giảm thiểu tổn hao đồng và sắt trên rotor, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội.
Mật độ từ thông khe hở không khí lớn.
Tỷ lệ công suất/khối lượng máy điện tương đối cao.
Tỷ lệ momen quán tính lớn (khả năng tăng gia tốc rất nhanh chóng).
Vận hành nhẹ nhàng, êm ái dù ở vận tốc thấp hay cao.
Có thể tăng tốc và giảm tốc trong một khoảng thời gian ngắn.
Hiệu quả của những động cơ thường chỉ đạt 70~75% trong khi hiệu suất của động cơ không chổi than có thể lên tới 90%.
Động cơ không chổi than có khả năng kiểm soát tốc độ tốt hơn, thích hợp cho những ứng dụng tốc độ cao (trên 10.000r/min).
Động cơ không chổi than sẽ giúp người dùng tiết kiệm được chi phí bảo trì, thay thế bàn chải và vành trượt.
Luận văn lần này nhóm tác giá động cơ 1106 4200KV với:
Trọng lượng: 7.8g, với cánh quạt gấp 2.7 inch là 9.7g
Chiều dài trục đầu ra: 5MM
Khoảng cách lỗ cố định cánh quạt: 8.5MM, (M2) Khoảng cách lỗ lắp: 9 * 9mm, (M2) Chiều dài cáp động cơ: khoảng 8CM
Vòng bi: NSKN52 Nam châm
Sử dụng Cánh quạt: 2-5inch
Nhóm chúng em sử dụng Module thu phát HC-12 dùng để thiết lập kết nối Serial giữa
2 thiết bị bằng sóng bluetooth Điểm đặc biệt của module HC-12 là module có thể hoạt động được ở 2 chế độ: MASTER hoặc SLAVE.
Module thu phát HC-12 là một thiết bị nhỏ gọn, tích hợp chân tín hiệu giao tiếp cơ bản và nút bấm để chuyển sang chế độ AT COMMAND Mạch của module có khả năng hoạt động với nguồn 3.3 VDC hoặc 5 VDC, phù hợp cho nhiều ứng dụng như điều khiển robot RF và điều khiển thiết bị qua sóng RF.
Hình 3.6 Module Bluetooth thu phát HC-12
Điện áp hoạt động: 3.3 ~ 5 VDC.
Mức điện áp chân giao tiếp: TTL tương thích 3.3 VDC và 5 VDC.
Dòng điện khi hoạt động: khi Pairing 30 mA, sau khi pairing hoạt động truyền nhận bình thường 8 mA.
Baudrate UART có thể chọn được: 1200 – 115200.
Cấu hình hỗ trợ: Cổng nối tiếp Bluetooth (chính và phụ).
Giao thức Bluetooth: Thông số kỹ thuật Bluetooth v2.0 + EDR.
Tốc độ: Không đồng bộ: 2,1 Mbps (tối đa)/160 kbps.
PCB (Bảng mạch in) là một bảng mạch nhiều lớp không dẫn điện, kết nối tất cả các linh kiện điện tử mà không cần dây dẫn, giúp giảm độ phức tạp và tăng độ tin cậy Trước khi có PCB, việc kết nối linh kiện bằng dây dẫn gây khó khăn trong việc thiết kế mạch lớn như bo mạch chủ PCB cung cấp điện và kết nối giữa các linh kiện, có thể tùy chỉnh theo yêu cầu người dùng Bạn có thể tìm thấy PCB trong nhiều thiết bị điện tử như TV, điện thoại di động, máy ảnh kỹ thuật số, và các bộ phận máy tính như card đồ họa và bo mạch chủ Ngoài ra, PCB còn được sử dụng trong các lĩnh vực như thiết bị y tế, máy móc công nghiệp, ngành ô tô và chiếu sáng.
- Có một số loại PCB được sử dụng để làm mạch Trong số các loại PCB này, tùy theo ứng dụng mà chọn loại PCB phù hợp.
● PCB đáy nhôm (aluminium backed PCB)
● PCB dẻo - cứng (flex-rigid PCB).
Rào đực đơn 40 chân thẳng có thể dễ dàng cắt bằng kìm hoặc dao để đạt kích thước mong muốn Khoảng cách giữa các chân được thiết kế theo tiêu chuẩn 0.1 inch (2.54mm), và sản phẩm này có thể được sử dụng để kết nối với dây cắm TestBoard hoặc rào cái.
Hình dạng lỗ cắm: Hình vuông.
Khoảng cách mỗi chân: 2.54mm (0.1 in).
Độ sâu của lỗ cắm: 11.5 mm.
Rào cái đơn chân thẳng dài (Female Pin Header) là thành phần quan trọng trong các thiết kế ghép tầng board mạch, giúp kết nối giữa hai board mạch một cách hiệu quả.
Loại: Rào cái (Female Pin header), chân dài.
Độ cao của phần nhựa đen: 8.5mm
Độ cao của chân kết nối: 11mm
Domino 2 Nối nguồn 2 chân -Terminal 2 KF128-2P được dùng để: kết cuối, nối các dây vào trong mạch Cố định dây bằng ốc vặn Có thể ghép nhiều cái với nhau Dùng làm cọc nguồn, trong các mạch điện tử.
Khoảng cách 2 chân là 5 mm, có ốc vặn.
Trở kháng tiếp xúc: 20 milliohm.
Tụ hóa sử dụng trong các mạch điện tử, ứng dụng lọc nguồn, san phẳng điện áp,… Thông số kỹ thuật:
3.3.8 Điện trở. Điện trở hay Resistor là một linh kiện điện tử thụ động gồm 2 tiếp điểm kết nối, thường được dùng để hạn chế cường độ dòng điện chảy trong mạch, điều chỉnh mức độ tín hiệu, dùng để chia điện áp, kích hoạt các linh kiện điện tử chủ động như transistor, tiếp điểm cuối trong đường truyền điện và có trong rất nhiều ứng dụng khác.
Điện trở được hình dung như một hình chữ nhật dài, với các vạch trên thân để phân biệt công suất của nó Cách đọc các thông số này tuân theo quy ước nhất định.
Hai vạch chéo vào nhau (\/)= 5,0w
Bên cạnh ghi trị số điện trở Nhiều khi không ghi đơn vị Cách đọc theo quy ước sau:
Từ 1 ôm đến 999 ôm ghi là 1 đến 999
Từ 1000 ôm đến 999 000 ôm ghi là 1K đến 999K
Từ 1 Mêgaôm trở lên ghi là 1,0; 2,0; 3,0 5,0 10,0 20,0
Cách đọc giá trị điện trở
NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠCH
Hình 3.21 Sơ đồ khối mô Hình
Nguồn cung cấp cho các khối:
Khối giao tiếp có nhiệm vụ thu phát tín hiệu WiFi ESP8266 qua máy tính, điện thoại.
3.4.1 Sơ đồ nguyên lý tổng thể mạch điều khiển
Hình 3.22 Sơ đồ nguyên lý tổng thể mạch điều khiển đã kết nối
Hình 3.23 Sử dụng phần mềm Altium để thiết kế sơ đồ bố trí mạch.
Hình 3.25 Bảng mạch thực tế.
Hình 3.26 Điều khiển bluetooth thông qua Serial.3.4.3 Lập trình Winform
LẮP RÁP VÀ KIỂM THỬ SẢN PHẨM
Nhóm chúng em đã láp ráp theo đúng phương án tính toán độ ổn định đủ sử dụng để thành máy bay không người lái.
Hình 3.28 Drone sau khi lắp ráp
CÀI ĐẶT VÀ TRIỂN KHAI
MÔ HÌNH SAU KHI KẾT NỐI CÁC THIẾT BỊ
Hình 4.2 Drone sau khi kết nối dây tín hiệu
GIAO DIỆN WINFORM
Hình 4.4 Giao diện điều khiển winform
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
KẾT LUẬN
Trong quá trình thực hiện dự án, chúng em đã hoàn thành các mục tiêu chính như phát triển hệ thống điều khiển từ xa cho UAV qua PC, cho phép người dùng tương tác và gửi lệnh điều khiển thông qua giao tiếp Bluetooth Bên cạnh đó, hệ thống cũng hỗ trợ điều chỉnh tốc độ di chuyển của UAV linh hoạt, từ chậm đến nhanh, giúp người dùng dễ dàng tùy chỉnh theo nhu cầu cụ thể thông qua giao diện điều khiển trên máy tính.
Chúng tôi đã phát triển một hệ thống UAV đơn giản và dễ sử dụng, với giao diện người dùng được tối ưu hóa để nâng cao trải nghiệm người dùng Hệ thống này giảm thiểu sự phức tạp, giúp việc điều khiển trở nên thuận tiện hơn.
ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Bổ sung tính năng tự né tránh vật cản cho UAV bằng cách tích hợp các cảm biến siêu âm, hồng ngoại hoặc laser Những cảm biến này giúp phát hiện và tự động tránh vật cản, đảm bảo an toàn trong quá trình hoạt động của UAV.
Tối ưu hóa hệ thống để giảm chi phí xây dựng bằng cách sử dụng linh kiện và vật liệu giá rẻ hơn mà vẫn đảm bảo chất lượng và hiệu suất Cần cân nhắc áp dụng các công nghệ và phương pháp sản xuất tiết kiệm chi phí để đạt được hiệu quả tối đa trong quá trình xây dựng.
Kết hợp camera với QR-code trên UAV cho phép thu thập hình ảnh và video từ không gian, đồng thời ghi lại thông tin từ QR-code Việc sử dụng các thuật toán xử lý hình ảnh giúp nhận dạng QR-code và thực hiện các phản ứng thích hợp, như định vị hoặc thu thập dữ liệu.
Phát triển tính năng định vị GPS: Bổ sung một module định vị GPS để cho phép
UAV tự định vị và điều hướng trong không gian, sử dụng thông tin định vị để phát triển các chức năng mới như theo dõi vị trí, quay về điểm xuất phát và tạo bản đồ không gian.
Phát triển ứng dụng di động cho phép người dùng điều khiển UAV từ xa, cung cấp khả năng xem hình ảnh và video trực tiếp từ camera, cùng với việc tương tác với các tính năng khác của hệ thống UAV.