MÔ HÌNH MÁY BAY PHUN THUỐC TRỪ SÂU

 Ứng dụng các thiết bị như bộ phát sóng vô tuyến, bộ nhận sóng vô tuyến, động cơ xăng, động cơ servo RC… để thiết kế mô hình máy bay phun thuốc trừ sâu không người lái.. Trước sự phát t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

MÔ HÌNH MÁY BAY PHUN THUỐC TRỪ SÂU

Họ và tên sinh viên: LÊ TRUNG HIẾU Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Niên khóa: 2008-2012

Thành Phố Hồ Chí Minh Tháng 06 năm 2012

Tác giả

LÊ TRUNG HIẾU

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành

ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Giáo Viên Hướng Dẫn:

Th.S LÊ VĂN BẠN

Thành Phố Hồ Chí Minh Tháng 6 năm 2012

Để đạt được kết quả như ngày hôm nay, Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến Toàn thể Thầy cô trường Đại Học Nông Lâm TPHCM nói chung, các Thầy cô khoa Cơ Khí Công Nghệ nói riêng, và đặc biệt là các Thầy cô trong Bộ Môn Điều Khiển Tự Động đã hết lòng dạy dỗ và truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt 4 năm học tại trường, nó sẽ giúp em có một cơ sở kiến thức vững chắc để ứng dụng những lý thuyết đã học vào thực tiễn một cách có hiệu quả nhất trong thời gian sau này

Em xin được gửi lời cám ơn sâu sắc nhất đến Thầy Th.S Lê Văn Bạn, người

đã tận tình hướng dẫn em thực hiện luận văn tốt nghiệp này

Sau cùng, cho em xin được gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và các Chú, Bác, anh em trong Câu lạc bộ Mô Hình Hàng Không Miền Nam đã ủng hộ cho em

về tinh thần cũng như vật chất trong suốt quá trình làm luận văn

Một lần nữa em xin gửi tới Quý Thầy cô, gia đình và bạn bè lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất

TP Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012

Sinh viên thực hiện

LÊ TRUNG HIẾU

1.Tên đề tài:

MÔ HÌNH MÁY BAY PHUN THUỐC TRỪ SÂU

2.Thời gian và địa điểm tiến hành:

 Tìm hiểu về máy bay phun thuốc trừ sâu trong thực tế

 Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của máy bay không người lái

 Ứng dụng các thiết bị như bộ phát sóng vô tuyến, bộ nhận sóng vô tuyến, động cơ xăng, động cơ servo RC… để thiết kế mô hình máy bay phun thuốc trừ sâu không người lái

 Thiết kế, chế tạo mô hình máy bay phun thuốc trừ sâu

4 Kết quả:

Đã chế tạo thành công mô hình máy bay cánh bằng phun thuốc trừ sâu không người lái – điều khiển từ xa và thu được:

 Sải cánh máy bay: 2,2m

 Chiều dài thân máy bay: 1.68m

TRANG TỰA i

LỜI CẢM ƠN ii 

TÓM TẮT iii 

MỤC LỤC iv 

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii 

DANH SÁCH CÁC HÌNH ix 

DANH SÁCH CÁC BẢNG xii 

Chương 1 MỞ ĐẦU 1 

1.1 Đặt vấn đề: 1 

1.2 Mục đích đề tài: 1 

1.2.1 Mục đích chung: 1 

1.2.2 Mục đích cụ thể: 2 

1.3 Giới hạn đề tài: 2 

Chương 2 TRA CỨU TÀI LIỆU 3 

2.1 Máy bay phun thuốc trừ sâu trong thực tế: 3 

2.2 Bộ điều khiển 2.4Ghz 9chanel (9 kênh, 9ch) Transmitter: 5 

2.2.1 Công dụng: 5 

2.2.2 Phạm vi ứng dụng: 5 

2.2.3 Cấu trúc chức năng: 6 

2.2.4 Hoạt động: 8 

2.3 Bộ nhận 2.4Ghz 9ch Receiver: 8 

2.3.1 Công dụng: 8 

2.3.2 Phạm vi ứng dụng: 8 

2.3.3 Cấu trúc chức năng: 9 

2.3.4 Hoạt động: 9 

2.4 Động cơ SERVO RC: 11 

2.4.3 Servo và điều biến độ rộng xung: 15 

2.4.4 Servo digital và servo analog: 17 

2.4.5 Hoạt động: 18 

2.5 Động cơ xăng ASP 91: 21 

2.5.1 Cấu tạo: 21 

2.5.2 Thông số kỹ thuật: 22 

2.5.3 Nguyên lý hoạt động: 23 

2.6 UBEC (Ultimate Battery Eliminator Circuit): 24 

2.6.1 Định nghĩa: 24 

2.6.2 Thông số kỹ thuật: 25 

2.6.3 Mạch nguyên lý của UBEC: 26 

2.7 Cánh quạt máy bay mô hình: 26 

2.7.1 Chọn cỡ cánh quạt: 26 

2.7.2 Phân loại cánh quạt: 28 

2.7.3 Vật liệu của cánh quạt: 29 

2.7.4 Cân bằng cánh quạt: 31 

2.7.5 Cách lắp cánh quạt: 32 

2.8 Relay: 33 

2.8.1 Cấu tạo: 33 

2.8.2 Thông số: 34 

2.8.3 Hoạt động: 34 

2.9 Van điện từ: 34 

2.9.1 Cấu tạo: 34 

2.9.2 Phân loại: 35 

2.9.3 Nguyên lý hoạt động: 36 

2.10 Một số dạng vòi phun, béc phun - góc phun: 36 

2.10.1 Một số loại vòi phun trong thực tế: 36 

2.12 Chương trình tập bay mô phỏng trên mày tính Reflex XTR: 40 

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41 

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 41 

3.1.1 Thời gian nghiên cứu: 41 

3.1.2 Địa điểm nghiên cứu: 41 

3.1.3 Phân bố thời gian tiến hành khóa luận: 41 

3.2 Đối tượng và thiết bị nghiên cứu: 41 

3.2.1 Đối tượng nghiên cứu: 41 

3.2.2 Thiết bị nghiên cứu: 42 

3.3 Phương pháp thực hiện đề tài: 42 

3.3.1 Phương pháp thực hiện phần cơ khí: 42 

3.3.2 Phương pháp thực hiện phần điện tử: 43 

3.3.3 Phương pháp nghiên cứu phần mềm: 43 

Chương 4 THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 44 

4.1 Chọn mô hình: 44 

4.1.1 Chọn động cơ: 44 

4.1.2 Chọn Servo RC: 44 

4.1.3 UBEC: 44 

4.1.4 Pin nguồn cho Receiver và Servo: 45 

4.2 Thực hiện thiết kế mô hình máy bay: 45 

4.2.1 Tính toán phần khí động học: 45 

4.2.1.1 Thiết kế cánh máy bay 45 

4.2.1.2 Bố trí trọng tâm máy bay mô hình 56 

4.2.1.3 Thiết kế đuôi ngang: 63 

4.2.2 Kết quả tính toán thực tế: 64 

4.2.3 Thông số kỹ thuật: 64 

4.2.4 Chọn vật liệu chế tạo: 65 

4.3.2 Chế tạo phần thân máy bay: 67 

4.3.3 Chế tạo đuôi ngang: 68 

4.3.4 Đuôi đứng: 69 

4.3.5 Bánh xe chính: 69 

4.3.6 Bánh xe điều hướng: 70 

4.3.7 Lắp đặt cơ cấu lái: 70 

4.3.8 Hệ thống phun thuốc: 71 

4.4 Lắp ráp mô hình hoàn chỉnh và gia cố mô hình: 71 

Chương 5 KHẢO NGHIỆM – KẾT QUẢ 72 

5.1 Khảo nghiệm: 72 

5.1.1 Mục đích khảo nghiệm: 72 

5.1.2 Phương pháp bố trí khảo nghiệm: 72 

5.2 Kết quả: 73 

5.3 Nhận xét: 74 

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 75 

6.1 Kết luận: 75 

6.2 Đề nghị: 75 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 

PHỤ LỤC 77 

HP : mã lực

WWII : dạng máy bay cánh dưới

NC : Normal Closed: thường đóng

NO : Normal Open: thường mở

IP : Chuẩn bảo vệ

CLARKY : một loại biên dạng cánh máy bay thể thao

Sq.ft : bộ vuông (Đơn vị theo tiêu chuẩn Anh)

Sq.in : inch vuông (đơn vị theo tiêu chuẩn Anh)

Oz : ounce (đơn vị theo tiêu chuẩn Anh)

Mph : dặm trên giờ

NACA : tên người sáng lập biên dạng cánh

MAC : chiều dài của cung trung bình khí động học tính theo inch Tx/Rx : Tranmitter và Receiver

Hình 2.1 Hình ảnh máy bay phun thuốc trừ sâu ở nước ta năm 1960 3 

Hình 2.2 Máy bay phun thuốc trên Thế Giới 3 

Hình 2.3 Máy bay phun thuốc trừ sâu trên cánh đồng ở Việt Nam 4 

Hình 2.4 Chiếc máy bay VAM-1 đầu tiên do người Việt Nam sáng chế 4 

Hình 2.5 Cấu tạo mặt trước và chức năng của bộ điều khiển 6 

Hình 2.6 Cấu tạo mặt sau của bộ điều khiển 7 

Hình 2.7 Sơ đồ khối của bộ phát tín hiệu 8 

Hình 2.8 Bộ nhận 2.4Ghz 9ch Receiver 9 

Hình 2.9 Sơ đồ khối của bộ nhận 2.4Ghz 9ch Receiver 10 

Hình 2.10 Kết nối Servo RC với 2.4Ghz 9ch Receiver 10 

Hình 2.11 Giản đồ xung khi kết nối các servo RC với 2.4Ghz 9ch Receiver 11 

Hình 2.12 Động cơ Servo RC 12 

Hình 2.13 Cấu tạo động cơ servo RC 13 

Hình 2.14 Các bộ phận cơ bản bên trong servo 13 

Hình 2.15 Các bộ phận chính của động cơ servo 14 

Hình 2.16 Tín hiệu điều khiển 15 

Hình 2.17 Giản đồ điều biến độ rộng xung 16 

Hình 2.18 Chiều quay của servo khi điều biến độ rộng xung 17 

Hình 2.19 Đường đặc tính của servo analog (standard servo) và servo digital 18 

Hình 2.20 Biểu đồ xung của servo analog và servo digital 18 

Hình 2.21 Hai loại đầu nối của servo kiểu S và kiểu J 19 

Hình 2.22 Hình các loại đầu nối servo của một số hãng 20 

Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý mạch servo, sử dụng 2 timer CMOS 555 20 

Hình 2.24 Các bộ phận của động cơ xăng 2 thì 21 

Hình 2.25 Động cơ xăng thực tế 22 

Hình 2.26 Nguyên lý hoạt động của động cơ 2 thì 23 

Hình 2.27 Mạch nguồn ổn áp UBEC 25 

Hình 2.31 Cánh quạt 3 lưỡi 29 

Hình 2.32 Một dạng máy bay WWII 29 

Hình 2.33 Cánh quạt gỗ 30 

Hình 2.34 Cánh APC 30 

Hình 2.35 Cánh sợi thủy tinh 31 

Hình 2.36 Dụng cụ cân bằng cánh quạt 32 

Hình 2.37 Khoan rộng lổ cánh quạt 32 

Hình 2.38 Cấu tạo Relay 33 

Hình 2.39 Cấu tạo van điện từ 35 

Hình 2.40 Hai loại van thường mở và thường đóng 36 

Hình 2.41 Vòi phun Rotatar R10 36 

Hình 2.42 Vòi phun nước hình quả cầu 37 

Hình 2.43 Các loại béc phun Spray 38 

Hình 2.44 Phun thuốc thủ công 39 

Hình 2.45 Phun thuốc hiện đại 39 

Hình 2.46 Giao diện chương trình tập bay trên máy tính 40 

Hình 4.1 Hàm phân bố eliptich lực nâng 52 

Hình 4.2 Hai cách làm để có sự phân bố eliptich lực nâng 53 

Hình 4.3 Phân bố lực nâng của cánh và hình dạng cánh 54 

Hình 4.4 Sự phát triển thất tốc của các dạng cánh máy bay 56 

Hình 4.5 Hệ trục tọa độ liên kết 57 

Hình 4.6 Đánh giá độ ổn định dọc của máy bay theo các vị trí của trọng tâm CG 58 

Hình 4.7 Sơ đồ các lực tác động lên máy bay khi trọng tâm CG ở phía trước 60 

Hình 4.8 Mô hình bay ổn định lao xuống 61 

Hình 4.9 Trọng tâm CG ở phía sau tâm đẩy CP 62 

Hình 4.10 Trọng tâm CG nằm trên đường thẳng đứng đi qua tâm đẩy 63 

Hình 4.11 Bản vẽ mô hình máy bay 65 

Hình 4.14 Thân máy bay 67 

Hình 4.15 Cách lắp động cơ máy bay 68 

Hình 4.16 Đuôi ngang máy bay 68 

Hình 4.17 Đuôi đứng 69 

Hình 4.18 Bánh xe chính 69 

Hình 4.19 Bánh xe điều hướng 70 

Hình 4.20 Các cơ cấu lái 70 

Hình 4.21 Hệ thống phun thuốc trừ sâu 71 

Hình 4.22 Tổng thể mô hình khi hoàn chỉnh 71 

Hình 7.1 Các yếu tố hình học của biên dạng cánh 77 

Hình 7.2 Các loại biên dạng cánh 78 

Hình 7.3 Hai cách trình bày bảng tọa độ 81 

Hình 7.4 Sự phân bố áp lực khi Cz = 0.1 84 

Hình 7.5 Sự thay đổi của áp lực 84 

Hình 7.6 Sự thay đổi của áp lực khi thay đổi góc tấn 85 

Hình 7.7 Sơ đồ luồng thổi khí động học 86 

Hình 7.8 Đường cực của một biên dạng cánh 87 

Hình 7.9 Sự quan hệ giữa hệ số lực nâng và góc tấn của 2 biên dạng cánh 88 

Hình 7.10 Hai loại biên dạng cánh 88 

Hình 7.11 Các đường cong lực nâng Cz = f(α) của ba loại biên dạng cánh 89 

Hình 7.12 Mô men các lực khí động học tại điểm M 90 

Hình 7.13 Hình ảnh của lớp giới hạn - Sự chuyển tiếp, sự bóc tách dòng chảy rối-lực cản 93 

Hình 7.14 Bóc tách dòng bọt chảy tầng 94 

Hình 7.15 Sự phân bố áp suất bởi lớp giới hạn 95 

Hình 7.16 Re tới hạn và sự trễ 96  Hình 7.17 Ảnh hưởng của trị số Reynolds tới hệ số lực nâng Cz và hệ số lực cản Cx97 

Bảng 4.1 Tải trọng đơn vị của các loại máy bay 46 

Bảng 5.1 Kết quả chạy rô đai có tải và không tải 73 

Bảng 5.2 Kết quả khảo nghiệm thực tế 74 

Bảng 7.1 Tọa độ các điểm của 1 biên dạng cánh 80 

Bảng 7.2 Một dạng bảng tọa độ các điểm của biên dạng cánh khác 81 

Trước sự phát triển nhanh chóng của nền khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng những tiến bộ của khoa học kỹ thuật vào nông nghiệp đang từng bước được nhà nước ta triển khai, bên cạnh đó nhiều phương tiện kỹ thuật hiện đại cũng được áp dụng cho việc sản xuất lúa gạo giúp người nông dân tăng năng suất như: máy gặt đập liên hợp, máy cày, máy sạ lúa…Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, nhằm hiện đại hóa hoạt động sản xuất nông nghiệp, cùng với sự định hướng tận tình của Thầy Th.S Lê Văn Bạn em đã mạnh dạn thực hiện đề tài Thiết kế, Chế tạo Mô Hình Máy Bay Phun Thuốc Trừ Sâu

+ Phần hệ thống phun thuốc trừ sâu: lắp đặt giàn phun 2 bét, 1 bình chứa khí nén, 1 bình chứa thuốc trừ sâu được điều khiển bởi van điện từ thông qua relay

1.3 Giới hạn đề tài:

- Do mục đích là chỉ thiết kế mô hình máy bay cánh bằng phun thuốc trừ sâu nên kích thước máy bay tương đối nhỏ gọn và đơn giản, dung tích bình phun chỉ đủ để

mô phỏng cho thấy quá trình phun thuốc trừ sâu trong thực tế

- Do khóa luận được thực hiện trong thời gian ngắn nên chỉ chủ yếu đi sâu vào việc hoàn thành mô hình cơ khí máy bay cánh bằng phun thuốc trừ sâu không người lái

để khảo nghiệm tính khả thi của máy bay, nhằm mục đích có thể thiết kế hoàn chỉnh

mô hình máy bay cánh bằng phun thuốc trừ sâu không người lái – điều khiển từ xa

để mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất

 

 

Chương 2

TRA CỨU TÀI LIỆU

2.1 Máy bay phun thuốc trừ sâu trong thực tế:

Năm 1960, Ngành Lâm Nghiệp đã chủ động cùng Đoàn bay 919 dùng máy bay

An-2 phun thuốc diệt hết sâu róm cứu được khu rừng thông xanh tươi ở tỉnh Nghệ An

Hình 2.1 Hình ảnh máy bay phun thuốc trừ sâu ở nước ta năm 1960

Lúc đó, Kỹ sư Lâm Nghiệp trẻ Lâm Công Định đã cùng đồng nghiệp đứng ở mặt đất dùng cờ, ống nhòm, dùng bộ đàm chỉ huy phun thuốc đúng diện tích rừng bị sâu bệnh

Hình 2.2 Máy bay phun thuốc trên Thế Giới

Sau ngày giải phóng miền Nam, các kỹ sư nhà máy A41 Quân chủng Không Quân

đã lắp giàn phun thuốc trừ sâu lên máy bay chiến lợi phẩm U6A, tổ chức phun thử nghiệm đạt kết quả tốt trên cánh đồng tỉnh Long An

Hình 2.3 Máy bay phun thuốc trừ sâu trên cánh đồng ở Việt Nam

Và như chúng ta cũng đã được biết qua phương tiện truyền thông, sáng ngày 8/12/2005 Hội Cơ Học Việt Nam đã tổ chức bay thử tốt máy bay hai chỗ ngồi VAM-1 (do ông VMAR Nguyễn chế tạo) trên sân bay Long Thành, tỉnh Đồng Nai Phi công Phạm Duy Long cho biết, nếu Bộ Nông Nghiệp và phát triển Nông Thôn đầu tư kinh phí, lắp giàn phun thuốc trừ sâu lên máy bay VAM-1, trong 1 giờ anh

có thể bay phun thuốc trên diện tích 70ha

Hình 2.4 Chiếc máy bay VAM-1 đầu tiên do người Việt Nam sáng chế

Trước sự phát triển của khoa học kỹ thuật về công nghệ máy bay không người lái như hiện nay, nên trong đề tài này em đã chọn thiết kế, chế tạo mô hình máy bay cánh bằng phun thuốc trừ sâu không ngưới lái – điều khiển từ xa Mô hình máy bay

có sải cánh 2,2m, thân 1,68m, dùng động cơ 2 thì ASP 91 2,2 mã lực, 15cc, hệ thống phun với 2 béc phun có lưu lượng 120ml/phút

2.2 Bộ điều khiển 2.4Ghz 9chanel (9 kênh, 9ch) Transmitter:

2.2.1 Công dụng:

Thông qua việc điều khiển cơ học bằng tay, bộ điều khiển sẽ phát ra một sóng vô tuyến RF 2.4 – 2.48Ghz, băng thông 500Hz truyền tới bộ nhận để điều khiển một hệ thống nào đó thay thế cho dây truyền tín hiệu

2.2.2 Phạm vi ứng dụng:

Do bộ điều khiển phát sóng vô tuyến nên rất thuận tiện cho việc điều khiển

từ xa, nhỏ gọn và thuận tiện di chuyển đi xa Nếu được nâng cấp thêm bộ điều khiển

có thể truyền sóng vô tuyến xa gần 3km Bên cạnh đó cũng có những hạn chế, sóng 2.4Ghz có thể bị nhiễu bởi những trụ điện cao thế và trùng tần số với sóng wifi, nhưng chúng ta có thể khắc phục được

 

2.2.3 Cấu trúc chức năng:

Hình 2.5 Cấu tạo mặt trước và chức năng của bộ điều khiển

LCD: Màn hình hiển thị

EXIT: Nút thoát chương trình

MENU: Bảng liệt kê các chức năng

POWER SWITCH: Nút nguồn

PROGRAMMABLE TRIM: Nút điều chỉnh hành trình của servo điều khiển cánh liệng, đuôi đứng, đuôi ngang và kênh ga

AIL/ELE STICK: Cần điều khiển cánh liệng (kênh 1), đuôi ngang (kênh 2) đối với Mode 2

F.MOD: Chọn Mode

AILE D/R: Công tắc điều chỉnh độ nhạy của cánh liệng

GEAR: Công tắc chỉnh ga dùng cho máy bay trực thăng

HOV THR/ HOV PIT/TRN: Công tắc chức năng dùng cho máy bay trực thăng ANTENNA: Anten phát sóng

THRO CUT: Đóng/ngắt kênh ga đảm bảo an toàn cho người điều khiển

RUDD D/R: Công tắc điều chỉnh độ nhạy của đuôi đứng

ELE D/R: Công tắc điều chỉnh độ nhạy của đuôi ngang

PIT TRIM: Nút điều chỉnh góc mở của servo RC

THRO/RUD: Cần điều khiển ga (kênh 3) và đuôi đứng (kênh 4) đối với Mode 2 UP: Nút lên

DOWN: Nút xuống

+/ -: Nút tăng/giảm

Hình 2.6 Cấu tạo mặt sau của bộ điều khiển

1.Tay cầm; 2 Mô đun RF; 3 Cổng kết nối bộ điều khiển với máy tính khi dùng chương trình tập điều khiển; 4 Hộp chứa pin nguồn

2.2.4 Hoạt động:

Bộ điều khiển 2.4Ghz 9ch Transmitter sử dụng nguồn pin 12V để phát sóng, xuất tín hiệu điều khiển Tín hiệu này được bộ nhận 2.4Ghz 9ch Receiver thu nhận và xử

lý, sau đó xuất xung điều khiển ra các cặp tiếp điểm

Hình 2.7 Sơ đồ khối của bộ phát tín hiệu 2.3 Bộ nhận 2.4Ghz 9ch Receiver:

2.3.1 Công dụng:

Bộ nhận sẽ nhận tín hiệu (sóng vô tuyến) từ bộ điều khiển, sau đó sẽ xử lý để xuất tín hiệu ra đúng kênh cho cơ cấu chấp hành làm việc (cụ thể ở trong đề tài là động cơ Servo RC)

2.3.2 Phạm vi ứng dụng:

Không giống như sóng hồng ngoại hay sóng FM, bộ nhận sóng vô tuyến chỉ

có thể kết nối và nhận tín hiệu với chính bộ phát đi kèm với nó Yêu cầu nguồn cấp phải ổn định (từ 5V-6V) nếu nguồn không ổn định bộ nhận sẽ mất kết nối với bộ phát

Chọn chức

năng

Mã hóa

Chốt dữ liệu

Chuyển đổi song song sang nối tiếp

Điều chế

và phát sóng

Thiết bị phát

Dao động có điều kiện

2.3.3 Cấu trúc chức năng:

Hình 2.8 Bộ nhận 2.4Ghz 9ch Receiver 2.3.4 Hoạt động:

Để hoạt động, 2.4Ghz 9ch Receiver cần nguồn pin 5V-6V, nhận tín hiệu từ

bộ phát, sau đó điều khiển các servo ở các kênh Tùy theo số cặp tiếp điểm hiện có của bộ nhận và các chức năng điều khiển mong muốn mà bộ nhận sẽ được kết nối với một hay nhiều động cơ servo RC, bộ nhận sẽ xuất nguồn và xung để điều khiển riêng biệt từ servo RC

   

Hình 2.9 Sơ đồ khối của bộ nhận 2.4Ghz 9ch Receiver

Hình 2.10 Kết nối Servo RC với 2.4Ghz 9ch Receiver

Thiết bị thu Khuếch đại và

tách sóng

Chuyển đổi nối tiếp sang song song

Giải mã

Dao động có điều kiện

Mạch điều khiển

Hình 2.11 Giản đồ xung khi kết nối các servo RC với 2.4Ghz 9ch Receiver

2.4 Động cơ SERVO RC:

Servo RC là một loại động cơ điện đặc biệt có khả năng quay cơ cấu chấp hành tới một vị trí chính xác và giữ cứng tại vị trí đó ngay cả khi cơ cấu chấp hành bị đẩy trở lại Dải góc quay chuẩn của đầu trục ra thường là 90 và 180 độ Trên thị trường thế giới có rất nhiều loại servo khác nhau do nhiều nước sản xuất

Hình 2.12 Động cơ Servo RC

Có nhiều cách phân loại servo:

 Phân loại về nguồn cấp: có servo 1 chiều, servo xoay chiều 1 pha, servo xoay chiều 3 pha

 Phân loại về vật liệu làm hộp giảm tốc có: bằng composit, kim loại, hợp kim

 Về phương pháp điều khiển, servo có 2 loại cơ bản: analog và digital Bề ngoài thì không có gì khác nhau và về cơ bản, các phần bên trong cũng không phân biệt nhiều ngoại trừ một vài phần điện tử, digital servo có một bộ

vi xử lý

Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiều máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay, tàu, xe Ứng dụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động cơ dùng trong mô hình máy bay, tàu, xe

2.4.1 Cấu tạo:

Hình 2.13 Cấu tạo động cơ servo RC

1.Motor; 2 Mạch điều khiển; 3 Dây nguồn 5V(màu đỏ); 4 Dây tín hiệu (màu vàng, cam hoặc trắng); 5 Dây nguồn 0V( màu đen); 6 Biến trở; 7 Hộp giảm tốc; 8 Liên kết trục ra của servo dạng tay đòn hoặc dạng tròn; 9.Vỏ servo; 10 Chip tổ hợp trung tâm

Hình 2.14 Các bộ phận cơ bản bên trong servo

Hình 2.15 Các bộ phận chính của động cơ servo

Một động cơ DC nhỏ được nối với một trục đầu ra thông qua một bộ các hộp số giảm tốc Công suất của động cơ là P = kwG, trong đó k là hằng số, w là số vòng trên phút (rpm) và G là mô men xoắn Nếu P không đổi thì việc giảm vận tốc sẽ làm tăng lực xoắn trên trục đầu ra Động cơ được điều khiển bằng mạch điện tử Vị trí yêu cầu là tín hiệu vào, biến trở trên trục sẽ đưa ra phản hồi về vị trí (Ưu điểm của servo là biến trở được nối với trục ra nên tại mỗi vị trí của trục ra đều có thể kiểm soát được bằng giá trị trên biến trở) Cơ cấu chấp hành, thường được gọi là cần, có các rãnh then hoa trên đó ăn khớp với các rãnh then hoa trên đầu trục Các rãnh này giúp cần không bị trượt khi có mô men xoắn Có một ốc vít gắn cần chặt vào trục Cần có thể có rất nhiều dạng: cánh tay, thanh, đĩa…

2.4.2 Thông số:

Hai thông số kỹ thuật quan trọng của servo là tốc độ và mô men xoắn Tốc độ được xác định là thời gian để quay tới một góc cho trước, ví dụ như mất 0.15s để quay một góc 600 Mô men xoắn được cho bởi kg-cm Tốc độ và mô men xoắn được gắn cho một điện áp nhất định, thường là 4.8V và 6V Một yếu tố nữa ảnh hưởng tới tốc

độ và mô men xoắn là vật liệu làm ổ quay, có thể được làm bằng nhựa, vòng bi hay bạc lót kim loại Loại được làm bằng vòng bi là tốt nhất Servo có nhiều kích thước

và khối lượng, cỡ siêu nhỏ, cỡ mini, cỡ tiêu chuẩn và có cả những servo cỡ lớn Nhiều servo RC được thiết kế cho những ứng dụng đặc biệt có thể thích ứng với robot Ví dụ: servo dùng cho mô hình thuyền buồm sẽ không bị vô nước, vì vậy rất hữu dụng cho robot làm việc trong hay gần môi trường nước

2.4.3 Servo và điều biến độ rộng xung:

Hình 2.16 Tín hiệu điều khiển

Để điều khiển servo quay theo các góc cố định thì chip điều khiển phải phát xung với độ rộng từ 1ms đến 2ms, hình trên là mô tả về tín hiệu điều khiển này: 1ms ứng với góc quay nhỏ nhất -900 và 2ms ứng với góc quay lớn nhất của servo 900 nên góc quay ở giữa 00 ứng với độ rộng xung là 1,5ms

Để quay động cơ, tín hiệu số được gởi tới mạch điều khiển Tín hiệu này khởi động động cơ, thông qua chuỗi bánh răng, nối với vôn kế Vị trí của trục vôn kế cho biết

vị trí trục ra của servo Khi vôn kế đạt được vị trí mong muốn, mạch điều khiển sẽ tắt động cơ Động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn chứ không phải quay liên tục như động cơ DC hay động cơ bước Mặc dù ta có thể chỉnh động cơ servo

RC quay liên tục nhưng công dụng chính của động cơ servo là đạt được góc quay chính xác trong khoảng từ 900-1800 Việc điều khiển này có thể ứng dụng để lái

máy bay mô hình, điều khiển robot, di chuyển các tay máy lên xuống, quay một cảm biến để quét khắp phòng…

Trục của động cơ servo RC được định vị nhờ vào kỹ thuật gọi là điều biến độ rộng xung (PWM) Trong hệ thống này, servo là đáp ứng của một dãy các xung số ổn định Cụ thể hơn, mạch điều khiển là đáp ứng của một tín hiệu số có các xung biến đổi từ 1 -2ms Các xung này được gởi đi 50 lần/giây Chú ý rằng không phải số xung trong một giây điều khiển servo mà là chiều dài của các xung Servo đòi hỏi khoảng 30 – 60 xung/giây Nếu số này quá thấp, độ chính xác và công suất để duy trì servo sẽ giảm

Hình 2.17 Giản đồ điều biến độ rộng xung

Hình 2.18 Chiều quay của servo khi điều biến độ rộng xung

2.4.4 Servo digital và servo analog:

Servo digital đắt hơn và có nhiều ưu điểm hơn do nó có một chip vi xử lý Một số servo digital có thể lập trình được các tham số như tốc độ, chiều quay, độ quay và dải chết Nếu không thích bạn có thể bỏ phần lập trình và sử dụng chúng như bình thường Vì servo digital có thể nhận lệnh đầu vào nhanh hơn servo analog, chúng có thể cập nhật vị trí động cơ nhanh hơn Điều đó làm cho phản ứng nhanh hơn, mô men xoắn mạnh hơn, dải chết hẹp hơn và mô men giữ lâu hơn Nhược điểm là chúng tiêu thụ nhiều dòng hơn

Trong 1s servo analog nhận 50 xung còn servo digital nhận 300 xung nên độ chính xác và khả năng đáp ứng của servo digital là tốt hơn nhưng nó gây ra nhược điểm là

sẽ tốn năng lượng hơn

Hình 2.19 Đường đặc tính của servo analog (standard servo) và servo digital

Hình 2.20 Biểu đồ xung của servo analog và servo digital

2.4.5 Hoạt động:

Động cơ servo là thiết bị được điều khiển bằng chu trình kín Từ tín hiệu hồi tiếp vận tốc/vị trí, hệ thống điều khiển số sẽ điều khiển hoạt động của một động cơ servo Với lý do nêu trên nên sensor đo vị trí hoặc tốc độ là các bộ phận cần thiết phải tích hợp cho một động cơ servo Đặc tính vận hành của một động cơ servo phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính từ và phương pháp điều khiển động cơ servo

Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển Mặt khác, động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác

Để có thể hoạt động được thì servo cần 3 dây: 1 dây nguồn, 1 dây nối đất và 1 dây tín hiệu

Hình 2.21 Hai loại đầu nối của servo kiểu S và kiểu J

Thứ tự các dây là như nhau nhưng màu sắc có thể khác nhau Dây đỏ thường là dây cấp nguồn (thường là 5V), dây nối đất là dây màu đen và dây tín hiệu vào thường là màu trắng (kiểu J), hoặc màu vàng (kiểu S) Với các loại servo khác, màu sắc có thể thay đổi.Ví dụ như servo của một số hãng sau:

Hình 2.22 Hình các loại đầu nối servo của một số hãng

Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý mạch servo, sử dụng 2 timer CMOS 555

Timer thứ nhất là một oscilator chạy với tần số 50Hz để tạo ra khoảng cách 20ms giữa các xung.IC thứ hai là một timer phát một lần có độ rộng xung đầu xác định bởi biến trở Sử dụng CMOS bởi vì 555 lưỡng cực thường có một hiện tượng ngắn mạch bên trong từ nguồn tới đất khi chúng chuyển mạch Hiện tượng này tạo ra một loại nhiễu dưới dạng đỉnh dòng Có thể thay thế IC 555 bởi IC 556 14 chân DIP

2.5 Động cơ xăng ASP 91:

2.5.1 Cấu tạo:

Loại động cơ chủ yếu cho mô hình máy bay thường dùng hiện nay là loại một lanh, có bu-gi, xử dụng hỗn hợp methanol, nitro, và dầu castor(1 loại dầu gốc thực vật, lấy từ cây thầu dầu) Hầu hết các bộ phận được làm bằng nhôm đúc, tiện hoặc gia công bằng máy Một động cơ điển hình và kinh tế cỡ trung có thể tạo ra công suất tương đương 1,1 sức ngựa (HP) khi hoạt động ở 11.500 vòng/phút RMP) Một động cơ cùng cỡ trung trên( kiểu đua tốc độ) có thể đạt 2,4 HP ở vận tốc 20.000 RPM Các chi tiết máy của các động cơ cơ bản như nhau:

xy-Hình 2.24 Các bộ phận của động cơ xăng 2 thì

Một động cơ điển hình gồm có:

 Air Bleed Screw: Ốc gió, ốc chỉnh lượng khí vào bình xăng con, khi máy hoạt động ở mức cầm chừng

 Backplate: Nắp chắn sau thân máy

 Carburetor: Bình xăng con, bộ phận trộn và kiểm soát xăng gió vào máy

 Crankcase: Thân máy

 Cylinder: Xy-lanh, phần thân máy tạo lực nén

 Glow plug: Bu-gi, cung cấp sức nóng đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu

 Head : Nắp buồng đốt

 Mounting lug: Phần dùng để ráp máy vào thân tàu

 Muffler: Ống xả, thiết bị giảm tiếng ồn

 Needle valve: Van chỉnh lưu lượng hỗn hợp xăng/gió

 Prop shaft: Trục truyền động, chuyển sức máy ra quay cánh quạt

 Throttle stop screw: Ốc chỉnh mức tối thiểu của cần ga

Động cơ xăng ASP 91 có nguyên lý hoạt động giống với các động cơ 2 thì khác

Hình 2.26 Nguyên lý hoạt động của động cơ 2 thì

- Thì 1: Tạo công và nén trước

+ Pít tông bắt đầu sắp vượt qua điểm chết trên Bugi đốt hỗn hợp trong buồng đốt phía trên pít tông, nhiệt độ tăng dẫn đến áp suất trong buồng đốt tăng, pít tông đi xuống và qua đó tạo ra công cơ học

+ Trong phần không gian ở phía dưới pít tông, khí mới vừa được hút vào sẽ

bị nén lại bởi chuyển động đi xuống của pít tông

+ Trong giai đoạn cuối khi pít tông đi xuống, lỗ thải khí và ống dẫn khí được mở ra Hỗn hợp khí mới đang bị nén dưới áp suất chuyển động từ buồng nén dưới pít tông qua ống dẫn khí đi vào xy lanh đẩy khí thải qua lỗ thải khí ra ngoài

+ Trong buồng nén khí trước ở phía dưới pít tông khí mới được hút vào qua ống dẫn

2.6 UBEC (Ultimate Battery Eliminator Circuit):

2.6.1 Định nghĩa:

UBEC là một mạch nguồn ổn áp dạng đóng ngắt, sử dụng kỹ thuật điều biến bề rộng xung (PWM) để biến đổi điện thế 1 chiều sang 1 chiều( từ 12V xuống 5V hay 6V) dùng để cung cấp nguồn cho Receiver và các servo RC

 

2.6.2 Thông số kỹ thuật:

Hình 2.27 Mạch nguồn ổn áp UBEC

- Điện thế vào(Input): 5,5V-26V(2-6S pin lithium polymer, 5-15cells pin NiMh/NiCd)

- Điện thế ra (Output): 5V/3A và 6V/3A( thay đổi với 1 công tắc chọn điện đầu ra)

- Dòng điện cao nhất(Imax): 5A

- Tần số chuyển đổi: 300KHz

- Cân nặng: 11g

2.6.3 Mạch nguyên lý của UBEC:

Hình 2.28 Mạch nguyên lý cho UBEC (2A) 2.7 Cánh quạt máy bay mô hình:

2.7.1 Chọn cỡ cánh quạt:

Thường thì nhà sản xuất động cơ sẽ đề nghị một dãy các loại cánh quạt có thể dùng cho động cơ đó chứ không chỉ ra đích xác loại cánh quạt nào, và tùy theo loại máy bay mà ta sẽ chọn ra loại cánh quạt phù hợp với mô hình Cánh quạt sẽ tạo nên tải trọng cho động cơ và tải này nếu nhỏ quá hoặc lớn quá đều không tốt cho động cơ Chúng ta phải chọn đúng cỡ cánh quạt theo như danh sách các cỡ cánh quạt mà nhà sản xuất đã đề nghị để phù hợp nhất với động cơ và loại máy bay chế tạo

Cánh quạt có các thông số chính là đường kính và pitch cánh Đường kính cánh chính là chiều dài giữa 2 đầu cánh Còn pitch cánh là khoảng tịnh tiến tới của cánh khi nó quay được 1 vòng trong điều kiện lý tưởng có nghĩa là hiệu suất là 100%, không bị lực cản không khí hay không khí không bị nén lại

Một cánh quạt có đường kính 11” và pitch cánh 6” thường được gọi là cánh quạt 11x6

Nói chung cánh quạt có đường kính lớn sẽ tạo lực kéo lớn, có pitch cánh lớn thì sẽ bay nhanh hơn Một cánh quạt có đường kính nhỏ và pitch lớn sẽ tạo gió ít nhưng đi nhanh Một cánh quạt đường kính lớn, pitch nhỏ sẽ tạo gió nhiều nhưng đi chậm

Và để tiện cho việc chọn đúng cỡ cánh quạt ta dựa vào hình sau:

Hình 2.29 Biểu đồ thể hiện cách chọn cỡ cánh quạt hợp lý

Việc tăng đường kính hay tăng pitch cánh đều làm tăng tải Do vậy, có thể phối hợp gia giảm đường kính và pitch cánh để tạo ra cùng mức tải cánh như nhau Ví

dụ các cánh quạt 9x7, 10x6, và 11x5 đều có cùng mức tải như nhau

Nếu ta muốn tăng tua máy thì cần phải hạ tải cho máy Thay cánh 11x6 bằng cánh 10x6, hay là thay cánh 11x6 bằng cánh 11x5 sẽ hạ tải cho máy và làm tăng vòng