MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp ii Lời cam đoan iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Liệt kê hình vẽ x Liệt kê bảng vẽ xv Tóm tắt xvi CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn 1.5 Bố cục CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lý thuyết liên quan 2.1.1 Sơ lược Quadcopter 2.1.2 Lý thuyết bay điều khiển Quadcopter 2.1.3 Hệ quy chiếu 10 2.1.4 Các góc Euler 11 2.1.5 Hệ thống IMU 12 2.1.6 Direction Cosine (Cosine hướng) 13 2.1.7 Lý thuyết điều khiển PID 15 a Giới thiệu chung 15 b Khâu tỉ lệ 16 c Khâu tích phân 17 d Khâu vi phân 18 e Phương pháp hiệu chỉnh thông số PID 19 vi 2.1.8 Bộ lọc tín hiệu 20 a Bộ lọc thông thấp 20 b Bộ lọc thông cao 20 c Bộ lọc bù 20 2.2 Giới thiệu linh kiện 22 2.2.1 Khung sườn cho Quadcopter 22 2.2.2 Bộ điều tốc – ESC (Electronic Speed Controller) 23 2.2.3 Động DC không chổi than (Brushless DC Motor) 25 a Giới thiệu chung 25 b Cấu tạo 26 2.2.4 Cánh quạt 27 2.2.5 Mạch xử lý trung tâm – Vi điều khiển 28 a Tổng quan vi điều khiển 28 b Cấu trúc tổng quan vi điều khiển 28 c Phân loại vi điều khiển 30 d Cấu hình vi điều khiển phù hợp với yêu cầu đề tài 31 2.2.6 Cảm biến gyro (Gyroscope) 31 2.2.7 Cảm biến gia tốc (Accelerometer) 33 2.2.8 Cảm biến độ cao 34 2.2.9 Nguồn cấp (Pin Li-po) 35 2.2.10 Các thiết bị thu phát tín hiệu 36 a Module thu phát RF 36 b Bộ phát sóng điều khiển - TX 37 c Bộ thu sóng điều khiển - RX 38 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 39 3.1 Giới thiệu 39 3.2 Thiết kế hệ thống 39 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 39 3.2.2 Linh kiện sử dụng hệ thống 42 a Khung khí 42 b Mạch xử lý trung tâm – Arduino UNO 44 c Mạch điều khiển truyền liệu RF – Arduino NANO 47 vii d Cảm biến IMU 50 e Cảm biến độ cao 54 f Mạch thu phát sóng RF 56 g Bộ phát tín hiệu điều khiển 58 h Bộ thu tín hiệu điều khiển 59 i Động DC không chổi than (BLDC – Brushless DC motor) 61 j Bộ điều tốc – ESC (Electronic Speed Controller) 62 k Cánh quạt 63 l Nguồn cấp 64 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 66 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 69 4.1 Giới thiệu 69 4.2 Thi công hệ thống 69 4.2.1 Danh sách linh kiện 69 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 72 a Lắp ráp phần khung 72 b Lắp ráp mạch xử lý trung tâm 75 c Lắp ráp mạch hiển thị thông số LCD 79 4.3 Lập trình hệ thống 82 4.3.1 Lưu đồ giải thuật 82 a Trình tự điều khiển 82 b Xây dựng giải thuật điều khiển 83 c Lưu đồ giải thuật 85 4.3.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 89 4.4 Xử lý tín hiệu 90 4.4.1 Đọc liệu từ cảm biến IMU bậc tự – MPU-6050 90 a Khởi tạo cảm biến 90 b Đọc liệu từ cảm biến 91 4.4.2 Xử lý tín hiệu từ cảm biến IMU bậc tự – MPU-6050 92 a Xử lý tín hiệu từ quay hồi chuyển 92 b Tính tốn góc xoay Roll, Pitch mơ hình 93 4.4.3 Đọc tín hiệu điều khiển từ TX 97 viii 4.5 Xây dựng điều khiển PID cho mơ hình 100 4.5.1 Rời rạc hóa điều khiển PID 100 4.5.2 Cân chỉnh hệ số cho điều khiển PID 102 CHƯƠNG KẾT QUẢ – NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 105 5.1 Kết xử lý tín hiệu từ cảm biến IMU bậc tự 105 5.1.1 Kết xử lý tín hiệu từ quay hồi chuyển 105 5.1.2 Kết xử lý góc xoay Roll, Pitch mơ hình bay 106 5.2 Kết đọc tín hiệu điều khiển từ TX 108 5.3 Kết ứng xử bay mơ hình với điều khiển PID 111 5.3.1 Kết cân chỉnh hệ số điều khiển PID 111 5.3.2 Kết thực nghiệm 111 a Ứng xử bay trục bám theo setpoint mà người điều khiển muốn 111 b Ứng xử bay tự cân trục bị tác động từ bên 112 c Đáp ứng độ cao 113 5.3.3 Nhận xét chung 113 5.3.4 Đánh giá chất lượng điều khiển PID 114 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 115 6.1 Kết luận 115 6.2 Hướng phát triển 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO 117 PHỤ LỤC 118 ix ... điều khiển 89 4.4 Xử lý tín hiệu 90 4.4.1 Đọc liệu từ cảm biến IMU bậc tự – MPU-6050 90 a Khởi tạo cảm biến 90 b Đọc liệu từ cảm biến 91 4.4.2 Xử lý tín... biến IMU bậc tự – MPU-6050 92 a Xử lý tín hiệu từ quay hồi chuyển 92 b Tính tốn góc xoay Roll, Pitch mơ hình 93 4.4.3 Đọc tín hiệu điều khiển từ TX 97 viii 4.5 Xây dựng... 66 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 69 4.1 Giới thiệu 69 4.2 Thi công hệ thống 69 4.2.1 Danh sách linh kiện 69 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 72 a Lắp