Thiết kế và thi công mô hình xe thăm dò môi trường

Đề tài “Thiết kế và thi công mô hình xe thăm dò môi trường” được trình bày về lý thuyết robot và thi công mô hình xe robot được điều khiển từ xa qua web server kết nối với wifi nhằm phụ

Trang 1

i

Trang 2

ii

Tp HCM, ngày 05 tháng 01 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Nguyễn Tiến Hòa MSSV: 14141117

Ngô Minh Hiệp MSSV: 14141105 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 41

2 Nội dung thực hiện:

 Thiết kế giao diện web server điều khiển xe

 Live camera trên webserver

 Điều khiển camera

 Gửi dữ liệu cảm biến lên web

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/10/2018

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/01/2019

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Nguyễn Trường Duy

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Trang 3

1 (01-07/10/2018) Nhận đồ án, tìm hiểu đề tài, viết

đề cương chi tiết cho đề tài

2 (08-14/10/2018) Tìm hiểu thông tin về thiết bị

điều khiển lập trình, cơ cấu chấp hành

3 (15-21/10/2018) Kết nối và viết code đẩy video

lên web server

4 (22/4 - 28/10/2018) Kết nối và viết code đẩy dữ liệu

từ raspberry sang arduino uno

5, 6 (29/10 -11/11/2018)

Kết nối và viết code đẩy dữ liệu cảm biến DHT11, mpu6050 từ arduino qua raspberry

7,8,9 (12/11 -02/12/2018) Thiết kế giao diện web server

10 (03 -09/12/2018) Lắp đặt phần cứng của xe

11,12 (10-23/12/2018) Kết nối và hoàn thiện xe

13 (24/12 -30/12/2018) Viết báo cáo, kiểm tra các phần

cứng

14 01/01/2018 GVHD kiểm duyệt lại đề tài

GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên)

Trang 4

iv

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép

từ tài liệu hay công trình đã có trước đó

Nhóm sinh viên thực hiện đề tài

Trang 5

v

Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Trường Duy _ Giảng viên bộ môn Điện tử công nghiệp – y sinh đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài

Em chân thành cảm ơn quý thầy cô, Giảng viên bộ môn điện tử công nghiệp –

y sinh đã góp ý và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu cho em thực hiện tốt đề tài

Em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài

Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 14141DT2A đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài

Cảm ơn đến gia đình đã luôn bên cạnh và ủng hộ tinh thần

Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện đề tài Ngô Minh Hiệp – Nguyễn Tiến Hòa

Trang 6

vi

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii

LỜI CAM ĐOAN iv

LỜI CẢM ƠN v

MỤC LỤC vi

DANH MỤC HÌNH viii

DANH MỤC BẢNG x

TÓM TẮT xi

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU 3

1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU 4

1.4 GIỚI HẠN 4

1.5 BỐ CỤC 4

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY 6

2.1.1 Một số công nghệ kết nối trong truyền thông không dây 6

2.1.3 Tìm hiểu về chuẩn IEEE 208.16 8

2.2 GIỚI THIỆU VỀ WEB SERVER VÀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH HTML 9

2.2.1 Khái niệm web server 9

2.2.2 Nguyên lí hoạt động của web server 9

2.2.3 Các giao thức sử dụng của web server 10

2.2.4 Khái niệm ngôn ngữ lập trình HTML 11

2.2.5 Cấu trúc cơ bản của HTML 11

2.3 ROBOT THĂM DÒ MÔI TRƯỜNG 13

2.3.1 Phân loại robot 13

2.3.2 Một số dạng điều khiển robot 14

2.3.3 Các loại chuyển động của robot 14

2.4 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 17

2.4.1 RASPBERRY PI 3 17

2.4.2 ARDUINO UNO R3 18

2.4.3 MODULE L298N 19

2.4.4 CAMERA LOGITECH 20

Trang 7

vii

2.4.6 ĐỘNG CƠ GIẢM TỐC 21

2.4.7 MODULE CẢM BIẾN DHT11 22

2.4.8 MODULE CẢM BIẾN MPU-6050 22

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 24

3.1 GIỚI THIỆU 24

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 24

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 24

3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch 26

3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch 32

Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 33

4.1 GIỚI THIỆU 33

4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 33

4.2.1 Thi công phần cứng 33

4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 37

4.3.1 Lưu đồ giải thuật 37

4.3.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 41

Chương 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 44

5.1 KẾT QUẢ 46

5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 49

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 50

6.1 KẾT LUẬN 50

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

CÁC TỪ VIẾT TẮT 52

PHỤ LỤC 53

Trang 8

viii

Hình 1.1: iRobot 210 negotiator 2

Hình 1.2: iRobot 710 Warrior 2

Hình 1 3: iRobot 510 Packbot 3

Hình 2.1: Robot hai chân BRAT 15

Hình 2.2: Robot MANOI AT01 và MANOI PF01 15

Hình 2.3: Robot irobot chuyển động bằng xích 16

Hình 2.4: Robot NASA chuyển động bánh xe 16

Hình 2.5 Raspberry pi 3 17

Hình 2.6: Arduino Uno R3 18

Hình 2.7: Module L298n 19

Hình 2.8: Camera Logitech C270 20

Hình 2.9: động cơ servo sg90 21

Hình 2.10: động cơ giảm tốc 21

Hình 2.11: Module cảm biến DHT11 22

Hình 2.12: module cảm biến mpu-6050 22

Hình 3.1: Sơ đồ khối toàn mạch 25

Hình 3.2: Sơ đồ kết nối raspberry với các thiết bị 26

Hình 3.3: Sơ đồ kết nối Arduino 27

Hình 3.4: camera logitech 28

Hình 3.5: Servo sg90 28

Hình 3.6: sơ đồ kết nối servo và camera 28

Hình 3.7: sơ đồ kết nối động cơ giảm tốc 29

Hình 3.8: Sơ đồ kết nối cảm biến DHT11 và MPU-6050 29

Hình 3.9: Mạch 3D khối đèn led 30

Hình 3.10: sơ đồ kết nối đèn 31

Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 32

Hình 4.1 Mô hình xe nhìn từ trên ……… 34

Hình 4.2: Mô hình xe nhìn từ trước 35

Hình 4.3: Pin dự phòng cấp cho toàn mạch 35

Hình 4.4: Nguồn pin cấp cho động cơ 36

Hình 4.5: Kích thước thực tế của xe 36

Hình 4.6: Lưu đồ chính 37

Hình 4.7: Lưu đồ chương trình con xe chạy 38

Hình 4.8: Lưu đồ chương trình con camera quay 39

Hình 4.9: Lưu đồ chương trinh con bật tắt đèn 40

Hình 4.10: Giao diện web server 41

Hình 4.11: Remote Desktop Connection 42

Hình 4.12: màn hình đăng nhập raspi 42

Hình 4.13: Giao diện hệ điều hành raspi 43

Hình 4.14: Giao diên phần mềm python 43

Hình 4.15 : Giao diện phần mềm arduino 44

Hình 4.16: Giao diện phần mềm LogMeIn Hamachi 45

Hình 5.1 : Giao diện web……….46

Hình 5.2: Biểu đồ nhiệt độ và độ ẩm 47

Hình 5.3: Nhiệt độ và độ ẩm thực tế 47

Trang 9

ix

Trang 10

x

Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện 33 Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật mô hình xe robot thăm dò……… …49

Trang 11

xi

Từ xa xưa khác vọng chinh phục tự nhiên luôn thúc đẩy con người tìm tòi, nghiên cứu khoa học và không ngừng phát triển kỹ thuật Đến nay con người đã đạt được các thành tựu khoa học to lớn trong nhiều lĩnh vực bằng cách tạo ra robot thông minh có thể hoạt động một cách độc lập và linh hoạt trong các môi trường khắc nghiệt, nguy hiểm nhất

Có thể nói robot là một thành tựu đã xuất hiện từ sớm và đang có những thay đổi mạnh mẽ, robot ngày càng thông minh hơn, linh hoạt hơn và chính xác hơn Robot

có thể di chuyển với tốc độ và độ chính xác cao để thực hiện những động tác lặp đi lặp lại như hàn hay sơn Bên cạnh đó việc ứng dụng công nghệ không dây vào việc truyền nhận thông tin giữa người điều khiển và robot giúp cho robot hoạt động có hiệu quả hơn Robot được điều khiển trực tiếp từ con người trong những tình huống bất ngờ mà bản thân nó không thể xử lý được, ngoài ra nó cũng mang đến sự an toàn cho người điều khiển trong các môi trường công việc nguy hiểm

Robot ngày càng đa dạng và phức tạp hơn, do từng mục đích sử dụng khác nhau

mà có nhiều loại robot như: robot tự hành, robot canh nhà, robot leo cầu thang, robot vận chuyển hàng hóa… Và ngày nay robot còn được sử dụng nhiều cho mục đích thám hiểm, thăm dò địa hình và môi trường Để thực hiện mục đích trên robot được đòi hỏi phải có khả năng di chuyển ở địa hình phức tạp, quan sát hình ảnh và thu thập thông số các môi trường Robot thám hiểm có thể thay thế con người tham dò, khám phá những môi trường khắc nghiệt, nguy hiểm mà con người chỉ cần điều khiển từ

xa

Đề tài “Thiết kế và thi công mô hình xe thăm dò môi trường” được trình bày

về lý thuyết robot và thi công mô hình xe robot được điều khiển từ xa qua web server kết nối với wifi nhằm phục vụ công việc thay thế cho con người ở địa hình bị giới hạn Do kiến thức và thời gian có hạn nên nhóm sinh viên thực hiện đề tài rất mong nhận được sự góp ý của quý Thầy Cô và các bạn sinh viên

Trang 12

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành khoa học kỹ thuật, các ngành công nghiệp tự động hóa cũng phát triển nhanh chóng Việc áp dụng máy móc hiện đại vào sản xuất là một yêu cầu không thể thiếu trong các nhà máy nhằm tăng năng suất, tăng chất lượng và giảm giá thành sẩn phẩm [1] Song song với sự phát triển đó, công nghệ chế tạo robot cũng phát triển nhanh chóng, đặc biệt là ở các nước phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu về sản xuất, sinh hoạt và an ninh quốc phòng [2] Chủng loại robot ngày nay khá đa dạng về bề ngoài cũng như có thể thực hiện được rất nhiều chức năng như thăm dò chinh phục vũ trụ, hỗ trợ giúp đỡ người khuyết tật, vận chuyển

đồ vật và giám sát an ninh cho ngôi nhà [2],[10]

Thế giới đã chứng kiến rất nhiều thảm họa từ thiên nhiên cũng như từ con người Mức độ thiệt hại để lại do sự hủy hoại từ các thảm họa này càng nặng nề hơn khi xảy

ra Những thảm họa đến từ phía thiên nhiên như động đất, cháy rừng, sóng thần, bão lũ Từ phía con người có thể kể đến là chiến tranh, hỏa hoạn, khủng bố, sập hầm mỏ Những thảm họa đều mang đến sự thiệt to lớn về người và vật chất Việc tìm kiếm, cứu hộ người bị thương mất tích luôn gặp nhiều khó khăn và nguy hiểm Tại Việt Nam, hàng năm cũng nhiều vụ gây thiệt hại lớn, đặc biệt là những vụ sập hầm mỏ, cháy nhà, cháy chung cư Tuy nhiên công tác cứu hộ còn nhiều khó khăn do phụ thuộc sức người là chính Vấn đề an toàn cho người tham gia cứu hộ không được đảm bảo vì phải hoạt động trong môi trường tiềm ẩn nhiều nguy hiểm, nhiều chất gây cháy nổ và chất khí độc hại

Xuất phát từ những điểm nêu trên, cùng với sự phát triển của nhiều loại robot phục vụ cho nhu cầu khác nhau của con người, robot thám hiểm được rất nhiều nước nghiên cứu và sản xuất nhờ ứng dụng của nó vào thực tế Với sự phát triển vượt bậc của nền kinh tế, khoa học kỹ thuật, sức khỏe và tính mạng của con người ngày càng được coi trọng Chính vì thế, trong những điều kiện làm việc độc hại, robot thám hiểm điều khiển từ xa sẽ được thay thế cho con người Robot thám hiểm với nhiệm vụ đi

Trang 13

tiên phong nhằm tìm kiếm, phát họa địa hình, đo đạc một số thông số như nhiệt độ

độ ẩm, gửi hình ảnh về trung tâm điều khiển Nhờ những tính năng đó con người có thể đánh giá và kiểm soát được mức độ nguy hiểm của môi trường và đưa ra những phương án tiếp cận hợp lí

Nhật Bản và Hoa Kỳ là những nước đi tiên phong trong việc ứng dụng robot vào đời sống hàng ngày Công ty I-robot là công ty sản xuất robot lớn hàng đầu Hoa

Kỳ, chuyên nghiên cứu và cung cấp các loại robot thám hiểm, vượt địa hình phục vụ nhu cầu khác nhau của con người Đây là mẫu robot chuyên làm nhiệm vụ xâm nhập,

dò thám vào những vùng nguy hiểm [3]

Hình 1.1: iRobot 210 negotiator

Nhiệm vụ của nó chẳng hạn như vào một tòa nhà đang cháy tìm người bị nạn thay cho lực lượng chữa cháy hoặc được dùng trong nhiệm vụ giải cứu con tin của cảnh sát với camera truyền hình ảnh trực tiếp về người điều khiển từ đó có thể biết được vị trí cụ thể của tội phạm cũng như con tin

Hình 1.2: iRobot 710 Warrior

Trang 14

Robot này được sử dụng trong quân đội, nó như một chiến binh, mang tải các

vũ khí trong quân sự cũng như vận chuyển các robot khác phục phục cho tác chiến

Hình 1.3: iRobot 510 Packbot

Robot này ngoài nhiệm vụ vượt địa hình để thâm nhập do thám những nơi nguy hiểm, chúng còn được trang bị những cánh tay máy để gắp được các vật, đặc biệt để phục vụ cho công tác gỡ bom mìn

Ngày nay, robot thám hiểm điều khiển từ xa ngày càng được đầu tư và phát triển mạnh mẽ, sử dụng trong các mục đích dò tìm bom mìn, thám hiểm hầm mỏ, kiểm tra các đường ống ngầm, hoạt động trong các môi trường nhiều chất độc hại, có nồng độ phóng xạ cao Nguy hiểm đối với con người Nhận thấy việc nghiên cứu xe robot

thám hiểm là vấn đề cần thiết cho thực tế, nhóm thực hiện chọn đề tài “Thiết kế và

thi công mô hình xe thăm dò môi trường”

1.2 MỤC TIÊU

Đề tài “Thiết kế và thi công mô hình xe thăm dò môi trường” nhóm sinh viên

thiết kế mô hình xe robot có bánh xe được bao bằng đai cao su, điều khiển bằng arduino thông qua cổng serial kết nối với raspberry pi 3 với vai trò là server kết nối internet Được trang bị camera Logitech độ phân giải 720p truyền video cần quan sát

Trang 15

về web server khi cần thiết Người sử dụng có thể quan sát, điều khiển xe robot, quan sát video, và biểu đồ độ ẩm nhiệt độ từ web server, có cảm biến để chống lật xe

1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU

 NỘI DUNG 1: Thu thập dữ liệu , quy trình của xe robot

 NỘI DUNG 2: Các giải pháp thiết kế hệ thống, mô hình xe robot

 NỘI DUNG 3: Thiết kế hệ thống điều khiển xe

 NỘI DUNG 4: Thiết kế mô hình

 NỘI DUNG 5: Đánh giá kết quả thực hiện

1.4 GIỚI HẠN

Mô hình xe robot được thiết kế chạy trên địa hình bằng phẳng, không thể chạy trên địa hình đầm lầy và dưới nước Bên cạnh đó mô hình xe được cấp nguồn dưới dạng nguồn pin dự phòng nên có hạn chế về thời gian sử dụng

1.5 BỐ CỤC

Chương 1: Tổng quan

Trong chương này, đồ án được trình bày tổng quan về xe robot cũng như robot thám hiểm, vượt địa hình và một số ứng dụng xe robot vào thực tế Từ đó, đi đến làm

rõ mục tiêu, giới hạn và bố cục đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Trong chương này đề cập đến một số khái niệm về phân loại xe robot, một số dạng điều khiển xe robot, các loại chuyển động của xe robot Bên cạnh đó tổng quan

về web server, các chuẩn giao tiếp truyền thông không dây và ngôn ngữ lập trình HTML

Chương 3: Thiết kế mô hình xe thăm dò môi trường

Trong chương này mô hình xe robot thám hiểm được nêu rõ các yêu cầu chi tiết

về kỹ thuật Từ đó người thực hiện sơ đồ khối hóa hệ thống, chọn lựa thiết kế và chọn

lựa phần cứng phù hợp cũng như thiết kế phần mềm

Chương 4: Kết quả thi công mô hình xe robot

Trang 16

Chương này trình bày về kết quả mô hình robot thám hiểm sau khi thực hiện,

các thử nghiệm xe robot theo các mục tiêu đã đặt ra

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Chương này đưa ra những kết luận về quá trình nghiên cứu và khả năng phát triển cho xe robot trong tương lai

Trang 17

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY

2.1.1 Một số công nghệ kết nối trong truyền thông không dây

Việc kết nối mạng không dây có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một số chuẩn kết nối sau:

 Công nghệ IrDA

Đây là công nghệ giao tiếp dữ liệu hồng ngoại IR được sử dụng nhiều trong điều khiển từ xa của vô tuyến, điều hòa nhiệt độ, trong máy tính, máy in với khoảng cách ngắn và chi phí thấp [7]

 Công nghệ Bluetooth

Bluetooth là công nghệ mạng không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao tiếp với nhau trong khoảng cách ngắn bằng sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM trong dãy tần 2.40–2.48 GHz [6] Công nghệ này được thiết kế nhằm mục đích thay thế dây cáp giữa máy tính và các thiết bị truyền thông cá nhân, kết nối các thiết bị điện tử lại với nhau một các thuận lợi

Khi được kích hoạt bluetooth có thế tự động định vị các thiết bị khác có chung công nghệ trong vùng xung quanh và bắt đầu kết nối với chúng

 Công nghệ Wifi

Đây là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến giống như điện thoại

di động, truyền hình và radio [6] Hệ thống cho phép truy cập internet tại những khu vực có sóng của hệ thống mà không cần đến cáp nối Các sóng vô tuyến sử dụng cho wifi gần giống các sóng vô tuyến sử dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và các thiết bị khác Wifi có thể chuyển và nhận sóng vô tuyến, chuyển đổi các mã nhị phân sang sóng vô tuyến và ngược lại

 Công nghệ Wimax

Wimax là công nghệ cho phép các dịch vụ truy nhập không dây mọi lúc mọi nơi [6] Công nghệ này cung cấp việc truyền dẫn không dây ở khoẳng cách lớn bằng

Trang 18

nhiều cách khác nhau từ kiểu kết nối điểm điểm cho đến kiểu truy nhập tế bào Wimax cho phép sử dụng trình duyệt internet trên laptop mà không cần kết nối vật lý bằng cổng Ethernet tới router hay switch

2.1.2 Tìm hiểu chuẩn IEEE 802.11

Chuẩn mạng LAN IEEE 802.11 dựa vào kiến thức tế bào, là kiến trúc trong đó

hệ thống được chia nhỏ thành các cell, mỗi cell được kiểm soát bởi một trạm cơ sở [6] Chuẩn IEEE 802.11 có các họ sau:

 Chuẩn IEEE 802.11a

Là một chỉ tiêu kỹ thuật IEEE cho mạng không dây hoạt động trong dải tần số

5 GHz với tốc độ truyền dữ liệu cực đại 54Mbps Dải tần số 5 GHz không nhiều như tần với chuẩn IEEE 208.11b Sự bổ sung kênh này giúp tránh giao thoa vô tuyến và viba

Là chuẩn IEEE bổ sung lớp điều khiển truy cập MAC vào chuẩn IEEE 208.11

để đẩy mạnh khả năng sử dụng rộng mạng WLAN chuẩn IEEE 208.11 Chuẩn này cho phép các điểm truy cập truyền thông thông tin trên các kênh vô tuyến được dùng với mức công suất chấp nhận được cho các thiết bị khách hàng Các thiết bị sẽ tự động điều chỉnh dựa vào yêu cầu vật lý

 Chuẩn IEEE 208.11g

Tương tự chuẩn IEEE 208.11b, chuẩn này cung cấp một lưu lượng lên đến 54 Mbps, hoạt động ở dải tần số 2.4 GHz nhưng sử dụng một công nghệ vô tuyến khác

để tăng dải thông toàn bộ

 Chuẩn IEEE 208.11i

Trang 19

Đây là chuẩn dành cho việc chuẩn hóa bảo mật mạng WLAN Bảo mật chuẩn IEEE 208.11i có một khung làm việc dựa vào cơ chế bảo mật tăng cường gồm 2 phần: cơ chế riêng của dữ liệu và quản lý liên kết bảo mật

Cơ chế riêng của dữ liệu hỗ trợ hai sơ đồ được đề xướng: TKIP và AES TKIP

là một giải pháp ngắn hạn mà định nghĩa phần mềm và cho WEP để cung cấp một mức riêng tư dữ liệu tối thiểu AES hay AES-OCB là một sơ đồ riêng tư dữ liệu mạnh

mẽ và một giải pháp thời hạn lâu dài

2.1.3 Tìm hiểu về chuẩn IEEE 208.16

IEEE 208.16 là hệ thống tiêu chuẩn truy nhập không dây băng rộng cung cấp đặc tả chính thức cho mạng MAN không dây băng rộng [6] Chuẩn này cho phép kết nối bang rộng vô tuyến cố định, mang xách được, di động mà không cần ở trong tầm nhìn thẳng trực tiếp tới một trạm gốc Chuẩn IEEE 208.16 có các họ sau:

 Chuẩn IEEE 208.16-2001

Chuẩn này xác định giao diện vô tuyến gồm lớp MAC và PHY của hệ thống truy nhập vô tuyến cố định điểm điểm, đa điểm với mục đích cho phép triển khai nhanh chóng, rộng rãi các hệ thống truy nhập vô tuyến bang rộng Đảm bảo khả năng tương thích giữa các thiết bị truy nhập vô tuyến băng rộng

 Chuẩn IEEE 208.16a-2003

Chuẩn này quy định các giao diện không cố định điểm tới đa điểm truy cập không dây băng thông rộng hệ thống cung cấp nhiều dịch vụ Các lớp kiểm soát truy cập trung bình có khả năng hỗ trợ nhiều lớp vật chất kỹ thuật tối ưu hóa cho các dải tần số của ứng dụng

 Chuẩn IEEE 208.16c-2002

Đây là bản sửa lỗi chuẩn của bản 802.16-11, có thêm định nghĩa các hồ sơ mới cho dải băng tần từ 10-66 GHz với mục đích cải tiến thao tác giữa các phần

 Chuẩn IEEE 802.16-2004

Trang 20

Chuẩn này sử dụng băng tần từ 2-11 GHz, là băng tần được thu hút nhiều sự quan tâm nhất vì tín hiệu truyền có thể vượt được các chướng ngại vật trên đường truyền

2.2 GIỚI THIỆU VỀ WEB SERVER VÀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH HTML

2.2.1 Khái niệm web server

Web server là máy chủ có dung lượng lớn, tốc độ cao, được dùng để lưu trữ thông tin như một ngân hàng dữ liệu, chứa những website đã được thiết kế cùng với những thông tin liên quan khác (các mã Script, các chương trình và các file Multimedia) [4]

Web server có khả năng gửi đến máy khách những trang web thông qua môi trường internet qua giao thức HTTP, giao thức được thiết kế để gửi các file đến trình duyệt web browser và các giao thức khác

Tất cả các web server đều có một địa chỉ IP hoặc cũng có thể có một tên miền Giả sử khi người sử dụng đánh vào thanh địa chỉ trên trình duyệt của máy một dòng http://www.abc.com sau đó gõ phím enter khi đó người sử dụng đã gửi một yêu cầu đến một server có tên miền là www.abc.com Server này sẽ tìm trang web có tên là index.htm rồi gửi nó đến trình duyệt của người sử dụng

Bất kỳ một máy tính nào cũng có thể trở thành một web server bởi việc cài đặt lên nó một chương trình phần mềm server software và sau đó kết nối vào internet Khi máy tính kết nối đến một web server và gửi đến yêu cầu truy cập các thông tin từ một trang web nào đó, web server software sẽ nhận yêu cầu và gửi lại những thông tin mà người sử dụng mong muốn

2.2.2 Nguyên lí hoạt động của web server

Khi gõ địa chỉ trang web http://www.abc.com vào trình duyệt web và nhấn Enter, trang web hiển thị ngay trên màn hình Trình duyệt web thực hiện một kết nối

Trang 21

tới máy chủ web, yêu cầu một trang web và nhận lại Sau đây là thứ tự từng bước cơ bản xảy đến đằng sau màn hình Trình duyệt web tách địa chỉ website làm 3 phần:

 Phần giao thức: (“http”)

 Máy chủ tên miền: (www.abc.com)

 Tên tệp: (“index.htm”)

Trình duyệt liên hệ với máy chủ tên miền để chuyển đổi tên miền

"www.abc.com" ra địa chỉ IP Sau đó, trình duyệt sẽ gửi tiếp một kết nối tới máy chủ

có địa chỉ IP tương ứng qua cổng 80 Tiếp đến, máy chủ sẽ gửi đoạn text dạng HTML đến trình duyệt web máy đã gởi yêu cầu Trình duyệt web đọc các thẻ HTML, định dạng trang web và kết xuất ra màn hình

2.2.3 Các giao thức sử dụng của web server

 Giao thức HTTP

HTTP là giao thức cơ bản mà World Wide Web sử dụng để xác định cách các thông điệp được định dạng và truyền tải ra sao, những hành động nào mà các web server và các trình duyệt web phải làm để đáp ứng các lệnh rất đa dạng [4] Chẳng hạn, khi gõ một địa chỉ web URL vào trình duyệt web, một lệnh HTTP sẽ được gửi tới web server để ra lệnh và hướng dẫn tìm đúng trang web được yêu cầu và kéo về

mở trên trình duyệt web Nói cách khác, HTTP là giao thức truyền tải các file từ một web server vào một trình duyệt web để có thể xem một trang web đang hiện diện trên internet HTTP là một giao thức ứng dụng của bộ giao thức TCP/IP

Có một tiêu chuẩn chính khác cũng điều khiển cách thức World Wide Web làm việc là HTML, có chức năng quản lý cách thức mà các trang web được định dạng và hiển thị

Người ta gọi HTTP là một giao thức phi trạng thái bởi vì mỗi lệnh đều được thực thi một cách độc lập, lệnh sau không biết bất cứ điều gì về các lệnh đã đến trước Đây chính là một hạn chế khiếm khuyết của HTTP và nguyên nhân chính của tình trạng rất khó thực thi các trang web có khả năng phản ứng thông minh đối với lệnh

Trang 22

được nạp vào Và sự hạn chế này đang được khắc phục trong các công nghệ mới như activeX, java, javascript và cookies

 Giao thức FTP

FTP là một giao thức dùng để tải lên các file từ một trạm làm việc hay máy tính

cá nhân tới một FTP server hoặc tải xuống các file từ một máy chủ FTP về một trạm làm việc [4] Đây là cách thức đơn giản nhất để truyền tải các file giữa các máy tính trên internet

FTP hiện được dùng phổ biến để upload các trang web từ nhà thiết kế web lên một máy chủ host trên internet, truyền tải các file dữ liệu qua lại giữa các máy tính trên internet, cũng như để tải các chương trình và các file từ các máy chủ khác về máy tính cá nhân Dùng giao thức FTP có thể cập nhật các file tại một máy chủ Nếu dùng chức năng FTP của một ứng dụng quản lý file có thể tiến hành các tác vụ xử lý file trên máy chủ giống

2.2.4 Khái niệm ngôn ngữ lập trình HTML

HTML là ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản dùng để tạo nên một trang web có nhiều trang, mỗi trang là một mẩu thông tin được trình bày trên World Wide Web [5] HTML là ngôn ngữ đơn giản nhất, cơ sở của mọi trang web và trình duyệt web đều có thể hiển thị tốt ngôn ngữ HTML HTML là một chuẩn ngôn ngữ internet được tạo ra và phát triển bởi tổ chức World Wide Web Consortium

Một tập tin HTML bao gồm các đoạn văn bản HTML được tạo lên bởi các thẻ HTML Có 2 loại thẻ cơ bản là thẻ có khai báo mở rồi kết thúc bằng cách đóng thẻ

và loại thẻ không cần khai báo mở và đóng

2.2.5 Cấu trúc cơ bản của HTML

Cấu trúc của HTML với bố cục từ trên xuống dưới và từ trái qua phải với 2 phần chính là head và body Các website viết bằng HTML đều tuân theo cấu trúc cơ bản như sau:

 Mọi trang HTML đều phải khai báo doctype (định nghĩa chuẩn văn bản) ngay

từ dòng đầu tiên

Trang 23

 Thẻ <HTML> cho trình duyệt biết mở đầu và kết thúc của trang HTML

 Thẻ <head> chứa tiêu đề và các thông tin khai báo, các thông tin ẩn khác

 Thẻ <body> sẽ hiển thị nội dung của trang web

 Mọi kí tự nằm giữa dấu <!– và –> sẽ được xem là thẻ comment và sẽ bị trình duyệt bỏ qua, không xử lý và không hiển thị

<HTML>

<head>

<title>Đây là thẻ đánh dấu tiêu đề trang web</title>

<! Comment: Các thông tin khai báo, các thông tin ẩn >

 Thẻ ngắt: Phần tử <br> được dùng để ngắt dòng trong tài liệu HTML Thẻ

<br> bổ sung một ký tự xuống dòng tại vị trí của thẻ

Trang 24

 Mỗi thuộc tính có tên thuộc tính và giá trị thuộc tính, giá trịnh đặt trong dấu

“thuộc tính”

 Cú pháp: <tên_thẻ thuộc_tính_1="giá_trị_thuộc_tính_1"/>

Thuộc tính align được sử dụng để canh lề cho các phần tử văn bản, các đối tượng, hình ảnh, các đoạn và các phân đoạn Thuộc tính align gồm các giá trị sau: Canh lề được mặc định dựa vào hướng của văn bản Nếu hướng văn bản là từ trái sang phải thì mặc định là trái

 Thẻ đề mục: Có 6 loại đề mục tất cả với mức độ nhấn mạnh giảm dần từ <h1>

đến <h6>

 Thẻ danh sách

Có hai loại là danh sách có đánh số thứ tự <ol> và danh sách

khôngđánh số thứ tự <ul> Bên trong các thẻ danh sách này các phần

tử được đánh dấu với thẻ <li>

2.3 ROBOT THĂM DÒ MÔI TRƯỜNG

2.3.1 Phân loại robot

 Robot có thể phân loại theo môi trường để di chuyển:

 Robot ngoài trời và robot trong nhà Thông thường được lắp đặt

bánh xe nhưng cũng có loại robot có chân như robot hình người,

hình dạng động vật hoặc côn trùng

 Robot trên không thường dùng cho các phương tiện trên không,

phương tiện không người lái

 Robot dưới nước dùng cho các phương tiện hoặc động dưới nước,

chúng hoạt động độc lập

 Robot phân loại theo phương pháp di chuyển:

 Robot có chân

 Robot có bánh xe

Trang 25

 Robot di chuyển bằng bánh xích

2.3.2 Một số dạng điều khiển robot

 Điều khiển từ xa bằng tay

Robot điều khiển từ xa bằng tay với các bộ phận có cần điều khiển hoặc những thiết bị điều khiển khác Thiết bị điều khiển có thể được gắn trực tiếp vào robot như: một cần gạt không dây, một phụ kiện của máy tính không dây Robot điều khiển từ

xa giúp con người tránh khỏi những nguy hiểm [8]

 Robot theo lộ trình

Một vài robot tự động đầu tiên là những robot theo lộ trình hay những đường được sơn khắc trên sàn, trần nhà hay một dây điện trên sàn Đa số robot này hoạt động dựa vào một thuật toán đơn giản là luôn giữ lộ trình trong bộ cảm biến trung tâm, không thể đi vòng qua các chướng ngại vật và chỉ dừng lại khi có vật nào đó cản

đường chúng [8]

 Robot ngẫu nhiên hoạt động độc lập

Robot hoạt động độc lập với những chuyển động ngẫu nhiên, về cơ bản đó là những chuyển động như nhẩy bật lên tường, những bức tường này được cảm nhận

do sự cản trở về mặt vật lí [8]

2.3.3 Các loại chuyển động của robot

Có nhiều loại chuyển động nhưng tậo trung chủ yếu vào 3 loại chuyển động sau đây [8]:

 Chuyển động bằng chân

Robot di chuyển bằng chân là những loại robot có chuyển động phức tạp bằng cách rời rạc hóa việc tiếp xúc với mặt đất theo các điểm, việc chuyển động như thế làm cho loại robot này có ưu thế trên các địa hình phức tạp, ghồ ghề và không liên tục Đồng thời bằng cáh thay đổi chiều dài hiệu dụng của các chân cho phù hợp với môi trường nên robot di chuyển rất êm Tùy thuộc vào số chân mà phân thành các loại robot một chân, hai chân, bốn chân, sáu chân hoặc nhiều hơn Tuy có ưu điểm trên nhưng loại robot này khó điều khiển và khó chế tạo

Trang 26

Hình 2 1: Robot hai chân BRAT

Trên đây là hình ảnh robot 2 chân BRAT đời đầu còn khá thô sơ về mặt bề ngoài, kết cấu khá phức tạp để robot có thể di chuyển dễ dàng bằng 2 chân Cách hoạt động, di chuyển khá linh hoạt do các khớp chân có thể chuyển động được Đã

có những sự phát triển vượt bậc về robot di chuyển bằng chân như sự xuất hiện của thế hệ robot MANOI, robot với bề ngoài đẹp đẽ hơn những thế hệ cũ, cách hoạt động

di chuyển cũng dễ dàng, linh động hơn

ra hiện tượng trượt do đó khó điều khiển chính xác Một vấn đề nữa là loại robot này rất dễ làm hỏng bề mặt của nền, đặc biệt là khi chuyển hướng

Trang 27

 Di chuyển bằng bánh xe

Hình 2 4: Robot NASA chuyển động bánh xe

Robot trên được NASA dùng để thám hiểm sao hỏa với tên gọi Curiosity, robot này được lập trình chế độ tự hành có khả năng di chuyển linh hoạt trên địa hình bằng phẳng và di chuyển khá nhanh.

Trang 28

Loại robot này dùng bánh xe để di chuyển do bánh xe dễ điều khiển, ổn định và chuyển động nhanh so với bánh xích hay là chân Nhưng nhược điểm chỉ phù hợp với bề mặt nhẵn và cứng, bề mặt mềm robot dễ bị xa lầy

2.4 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

2.4.1 RASPBERRY PI 3

Raspberry Pi 3 Model B+ là sản phẩm mới nhất trong gia đình Raspberry Pi, nổi bật với chip 4 nhân 64-bit có tốc độ 1.4GHz – nhanh nhất từ trước đến nay! Phiên bản mới còn hỗ trợ Wifi Dual-band 2.4GHz và 5GHz, Bluetooth 4.2/Bluetooth Low Energy, cổng Ethernet tốc độ cao (300Mbps) và Power over Ethernet (PoE) thông qua PoE HAT

Trang 29

 Video và âm thanh: 1 cổng full-sized HDMI, Cổng MIPI DSI Display, cổng MIPI CSI Camera, cổng stereo output và composite video 4 chân

 Multimedia: H.264, MPEG-4 decode (1080p30), H.264 encode (1080p30); OpenGL ES 1.1, 2.0 graphics

Hình 2 6: Arduino Uno R3

Thông số kỹ thuật:

 Chip điều khiển chính: ATmega328

 Chip nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2

Trang 30

 Nguồn nuôi mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngoài cắm từ giắc tròn DC

 Số chân Digital: 14 (hỗ trợ 6 chân PWM)

 Số chân Analog: 6

 Dòng ra tối đa trên GPIO: 40mA

 Dòng ra tối đa trên chân cấp nguồn 3.3VDC: 150 mA

 Dung lượng bộ nhớ Flash: 32 KB, 0.5 KB used by bootloader

Hình 2 7: Module L298n

 IC chính: L298

Trang 31

 Điện áp đầu vào: 5~30VDC

 Công suất tối đa: 25W 1 cầu (lưu ý công suất = dòng điện x điện áp nên áp cấp vào càng cao, dòng càng nhỏ, công suất cố định 25W)

 Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A

 Mức điện áp logic: Low -0.3V~1.5V, High: 2.3V~Vss

 Kích thước: 43x43x27mm

2.4.4 CAMERA LOGITECH

Hình 2.8: Camera Logitech C270

 Độ phân giải tối đa: 720p/30fps

 Loại tiêu cự: lấy nét cố định

 Công nghệ thấu kính: tiêu chuẩn

 Microtích hợp: đơn âm

 Trường ngắm: 60°

 Độ dài dây cáp:1,5 m

2.4.5 ĐỘNG CƠ SERVO SG90

Trang 32

Trang 33

Hình 2.11: Module cảm biến DHT11

2.4.8 MODULE CẢM BIẾN MPU-6050

Module cảm biến gia tốc MPU-6050 GY-521 tích hợp gia tốc 3 trục + con quay hồi chuyển 3 trục giúp kiểm soát cân bằng hoặc định hướng chuyển động cho robot, máy bay, drone, tay cầm chơi game, hệ thống giữ thăng bằng cho camera/máy ảnh, nhận biết sự rơi, rung, lấc,…

Hình 2.12: module cảm biến mpu-6050

Trang 34

Thông số kỹ thuật

 Chip: MPU-6050 ( 16bit ADC, 16bit data out )

 Giá trị Gyroscapes trong khoảng: +/- 250 500 1000 2000 degree/sec

 Giá trị Acceleration trong khoảng: +/- 2g, +/- 4g, +/- 8g, +/- 16g

 Giao tiếp: I2C

 Nguồn sử dụng: 3V - 5V (DC)

Trang 35

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 GIỚI THIỆU

Mô hình robot xe có 2 bánh xích với kích thước 30x15x12cm, phục vụ mục đích thăm dò một số nơi nguy hiểm như có khí độc hại, hỏa hoạn, sập hầm mỏ và chung cư

Mô hình xe được thiết kế chạy trên địa hình bằng phẳng, ghồ ghề và địa hình dốc nghiêng dưới 30o Không chạy trên địa hình đầm lầy hay nước Từ đó, chọn mô hình truyền động bằng bánh xích với đường kính bánh khoảng 5cm, để bám lấy bề mặt đường, giúp chạy tốt trên bề mặt bằng phẳng và vượt các bề mặt ghồ ghề Xe có tốc độ chậm và lực mạnh để vượt qua các địa hình

Robot xe thăm dò được điều khiển qua web server Truyền video, hình ảnh về web server và camera có nhiều góc quay dễ dàng quan sát xung quanh Có cảm biến nhiệt độ, độ ẩm hiển thị dữ liệu lên web server , và cảm biến mpu-6050 để giúp tránh

xe lật

Sử dụng nguồn pin 7.4VDC cung cấp cho động cơ sử dụng trong khoảng 2 tiếng

và nguồn pin 5V DC 2.5A cung cấp cho raspberry pi và các module liên kết

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

 Chức năng các khối như hình 3.1

Khối động cơ: Dùng mạch cầu H-L298 kết nối với 4 chân của arduino, khi ra

lệnh điều khiển cho xe chạy thì mạch cầu H sẽ điều khiển cho 2 động cơ hoạt động

Khối trung tâm xử lý chính: Sử dụng kit raspberry pi 3 chịu trách nhiệm điều

khiển các khối trung tâm xử lý phụ, camera, cảm biến thông qua internet giao tiếp với web server

Khối trung tâm xử lý phụ: Sử dụng kit arduino uno để nhận dữ liệu từ kit

raspberry pi3 Sau đó điều khiển các khối động cơ, servo, đèn

Trang 36

Khối web server: Nhận dữ liệu hình ảnh , cảm biến hiển thị web server thông

qua raspberry pi 3

Khối camera: Bao gồm camera và 2 động cơ servo Camera gửi video về khối trung tâm xử lý truyền luồng video lên web server Động cơ servo điều khiển quay

camera được 10 góc độ, quan sát được nhiều hướng khác nhau

Khối đèn: Mạch đèn led sử dụng 3 led siêu sáng điều khiển thông qua web

server

Khối cảm biến: sử dụng raspberry pi3 đọc dữ liệu từ cảm biến DHT11, gửi dữ

liệu về nhiệt độ và độ ẩm lên web server Cùng đó kết nối cảm biến mpu-6050 để

chống lật xe

Khối động cơ giảm tốc: gồm hai động cơ điều khiển hai bánh xe robot Được

điều khiển qua module giao tiếp L298N và arduino uno R3

Khối servo: gồm hai servo, trong đó một servo điều khiển camera lên/xuống và

servo còn lại điều khiển camera trái/phải Được điều khiển trực tiếp qua arduino

Khối nguồn: dùng nguồn pin dự phòng 5V/2.5A để cung cấp cho kit raspberry

pi chạy ổn định Dùng thêm một nguồn pin 7.2V cung cấp cho khối động cơ điều khiển xe

KHỐI TRUNG TÂM XỬ LÝ CHÍNH (Raspberry pi 3)

WEB SERVER

KHỐI TRUNG TÂM

XỬ LÝ PHỤ (Arduino uno)

SERVO

ĐÈN MODULE

L298N

KHỐI CẢM BIẾN NGUỒN 5V

NGUỒN 7.4V

CAMERA

ĐỘNG CƠ GIẢM TỐC

Hình 3.1: Sơ đồ khối toàn mạch

Trang 37

3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch

a Khối trung tâm xử lý

Khối này có chức năng xử lý các tín hiệu nhận vào từ camera, và web server Truyền các tín hiệu điều khiển Arduino Hơn nữa khối kết nối được với wifi để điều khiển tín hiệu thông qua web server

Với việc thiết kế khối xử lý trung tâm thì thị trường hiện nay đáp ứng nhiều phương án khác nhau như dùng ARM, adruino, raspberry pi… Các dòng ARM và Arduino cơ bản hiện nay chưa có tích hợp mạng không dây và các cổng giao tiếp trực tiếp với camera Dòng raspberry pi 3 mode B có kích thước nhỏ gọn phù hợp với mô hình xe, có thể kết nối cáp mạng hay wifi, giao tiếp với module camera và có giao diện dễ dàng sử dụng Vì thế lựa chọn kit raspberry pi 3 để thiết kế

Hình 3.2: Sơ đồ kết nối raspberry với các thiết bị

Khối trung tâm xử lý phụ xử lý chức năng giao tiếp các thiết bị ngoại vi như servo, động cơ, đèn Trên thị trường dòng arduino uno R3 dễ dàng sử dụng, nhiều

Trang 38

chân kết nối phần cứng, rất bền khi kết hợp phần cứng Vì thế lựa chọn kit Arduino uno R3 kết hợp với raspberry pi 3

10 8

Hình 3.3: Sơ đồ kết nối Arduino

b Thiết kế khối camera

Mô hình xe robot cần trang bị camera để quan sát địa hình, giúp điều khiển xe tránh các vật cản Do camera chỉ dùng để quan sát nên không đòi hỏi chất lượng hình ảnh, độ nét cao và cần nhỏ gọn để phù hợp với mô hình xe Thị trường hiện nay có nhiều loại camera phù hợp với raspberry pi 3 như camera pi V1, V2… tuy nhiên để chọn camera sắc nét với giá thành hợp lí, do đó lựa chọn camera Logitech có độ phân giải 720p/30fps

Trang 39

Hình 3.4: camera logitech

Khối camera quan sát nhiều hướng, quay được nhiều góc độ khác nhau để có góc nhìn tổng quan và nhiều góc độ do đó cần sử dụng thêm động cơ để điều khiển hướng quan sát của camera Hiện nay động cơ servo thường được lựa chọn để điều khiển các cử động của robot cũng như các góc quay của camera, có giá thành hợp lí

và tương thích với nhiều dòng vi điều khiển Lựa chọn động cơ servo để điều khiển hướng quan sát của camera

Trang 40

c Thiết kế khối động cơ

Để mô hình xe robot chạy được trên cả địa hình bằng phẳng và mấp mô, động

cơ sử dụng cần có lực mạnh để vượt qua được những vật cản cao dưới 5cm Để kịp quan sát các hình ảnh từ camera và đảm bảo xe chạy vững nên chọn tốc độ động cơ phù hợp với mô hình xe robot Mô hình sử dụng hai động cơ giảm tốc GA25

ARDUINO UNO

7.4VL298N

Hình 3.7: sơ đồ kết nối động cơ giảm tốc

d Thiết kế khối cảm biến như hình 3.8

Hình 3.8: Sơ đồ kết nối cảm biến DHT11 và MPU-6050

Định dạng
Số trang	82
Dung lượng	2,95 MB