MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG BẰNG cảm BIẾN GIA tốc (có code và sơ đồ mạch)

MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG BẰNG cảm BIẾN GIA tốc (có code và sơ đồ mạch) MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG BẰNG cảm BIẾN GIA tốc (có code và sơ đồ mạch) MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG BẰNG cảm BIẾN GIA tốc (có code và sơ đồ mạch) MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG BẰNG cảm BIẾN GIA tốc (có code và sơ đồ mạch)

MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG BẰNG

CẢM BIẾN GIA TỐC

i

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

1.1 GIỚI THIỆU 1

1.2 ĐỊNH HƯỚNG ĐỀ TÀI 3

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 4

2.1 SƠ ĐỒ KHỐI 4

2.2 KHÁI NIỆM 4

2.3 BỘ LỌC KALMAN 5

2.4 BLUETOOTH HC-06 6

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 7

3.1 SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT 7

3.2 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 8

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý 8

3.2.2 Sơ đồ mạch in 9

3.2.3 Mạch thực tế 10

3.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 11

3.3.1 Giao diện với Matlab 11

3.3.2 Kết quả mô phỏng 12

CHƯƠNG 4 NHẬN XÉT 13

4.1 NHẬN XÉT 13

4.2 ƯU ĐIỂM 13

4.3 NHƯỢC ĐIỂM 13

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 14

5.1 KẾT LUẬN 14

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 14

ii

TÀI LIỆU THAM KHẢO 15 PHỤ LỤC A 16

iii

HÌNH 2-1: SƠ ĐỒ CỦA HỆ THỐNG 4

HÌNH 2-2: MPU-6050 THỰC TẾ 5

HÌNH 2-4: HC-06 VỚI ARDUINO 6

HÌNH 3-1: SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT 7

HÌNH 3-2: MẠCH NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 8

HÌNH 3-3: SƠ ĐỒ MẠCH IN 9

HÌNH 3-4: MẠCH THỰC TẾ 10

HÌNH 3-5: GIAO DIỆN VỚI MATLAB 11

HÌNH 3-6: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 12

iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

I2C Inter-Intergrated Circuit

MIMO Multi-Input Multi-Output

UART Universal Asynchronous Receiver – Transmitter

v

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

- MPU-6050 được ứng dụng rất nhiều vào cuộc sống như máy bay đồ chơi, xe

tự cân bằng, thiết bị chơi cầm tay, bộ điều khiển dựa trện sự chuyển động cơthể, thiết bị đeo tay dùng cho sức khỏe, thể dục thể thao

Trang 2/18

Hình 1-1: Sơ đồ nối MPU6500 với Arduino [1]

1.2 Định hướng đề tài

- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của MPU6050.

- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của Bluetooth

- Tìm hiểu cách kết nối MPU6050 với Arduino

- Tìm hiểu cách kết nối Bluetooth với Arduino

- Lấy giá trị thực của MPU6050

- Kết nối với phần mềm Matlab thông qua cổng COM

- Mô phỏng chuyển động theo mong muốn

- Vẽ mạch và thi công

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

1.3 Sơ đồ khối

Trang 4/18

Hình 2-1: Sơ đồ của hệ thống

1.4 Khái niệm

- MPU-6050 do hãng InvenSense sản xuất

- MPU-6050 một trong những cảm biến chuyển động đầu tiên trên thế giới cótới 6 (mở rộng tới 9) trục cảm biến tích hợp trong một chip duy nhất và rất dễ

- MPU-6050 sử dụng bộ chuyển đổi tương tự - số 16 bit.Với 16 bit sẽ có 2^16

= 65536 giá trị cho 1 cảm biến

- Tùy thuộc vào yêu cầu mà cảm biến MPU-6050 có thể hoạt động ở chế độtốc độ xử lý cao hoặc chế độ đo góc quay chính xác

- MPU-6050 có thể đo ở phạm vi:

o Con quay hồi chuyển: ± 250 500 1000 2000 dps

- Bộ lọc Kalman thực hiện phương pháp truy hồi đối với chuỗi các giá trị đầuvào bị nhiễu, giúp tối ưu hóa giá trị ước đoán trạng thái của hệ thống tối đanhất.

- Bộ lọc Kalman rất dễ lập trình trong Arduino nhưng lại mang lại hiệu quảkhá cao giúp giảm tối nhiễu không mong muốn

- Bộ lọc Kalman được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật, tiêu biểu trong cácứng dụng định hướng, định vị và điều khiển các phương tiện di chuyển nhằmcho ra giá trị chính xác nhất

- Ngoài ra, bộ lọc Kalman còn được ứng dụng để phân tích dữ liệu trong cáclĩnh vực xử lý tín hiệu, kinh tế và sản xuất

o Chuẩn giao tiếp UART

o Khoảng cách thu phát không dây: bán kính 12m

o Hỗ trợ chế độ Master, Slave, Loopback Chế độ đặt lệnh AT từ máytính, vi điều khiển

o Baud rate: 9600, 19200

Trang 6/18

Hình 2-4: HC-06 với Arduino [4]

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

1.7 Sơ đồ giải thuật

Hình 3-1: Sơ đồ giải thuật

1.8 Mô hình mô phỏng

1.1.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 3-2: mạch nguyên lý hoạt động

Trang 8/18

- Đầu tiên, viết chương trình code để đọc giá trị của cảm biến MPU-6050 Sau

đó, nạp giá trị bằng Arduino Các giá trị của các trục tìm được sẽ đượcchuyển lên Matlab để mô phỏng tùy mong muốn

- Do MPU-6050 biểu diễn giá trị thực sẽ dẫn đến có thời gian trôi để khắcphục ta cần dùng bộ lọc Kalman để lọc nhiễu Để thiết bị nhỏ gọn và sử dụngthuận tiện ở nhiều môi trường khác nhau ta dùng Bluetooth HC-06 để thiết bịtrở thành không dây

1.1.2 Sơ đồ mạch in

Hình 3-3: Sơ đồ mạch in

1.1.3 Mạch thực tế

Hình 3-4: mạch thực tế

1.9 Kết quả mô phỏng

1.1.4 Giao diện với Matlab

Trang 10/18

Hình 3-5: Giao diện với Matlab

1.1.5 Kết quả mô phỏng

Hình 3-6: Kết quả mô phỏng

1.11 Ưu điểm

- Dễ sử dụng, ứng dụng rộng rãi

- Đọc được giá trị thực và mô phỏng được thời gian thực

- Mạch có chi phí thi công thấp do đó dễ được ứng dụng rộng rãi vào đời sốngphục vụ tiện ích của con người

- Mạch nhỏ gọn dễ di chuyển, chống nhiễu đơn giản

1.12 Nhược điểm

- Giá trị của các trục là vô hạn để mô phỏng chỉ lấy được một khoảng giá trị cụthể

- Mô phỏng giữa các cảm biến với nhau còn nhiều hạn chế

- Dễ bị nhiễu ở đầu vào cần khắc phục bằng cách dùng bộ lọc để truy xuấtđược giá trị thực

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN