Báo cáo hệ thống điện điện tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - - BÁO CÁO MÔN HỌC Chủ đề: Hệ thống điều khiển UAV chữa cháy Học phần : Kỹ thuật điện-điện tử máy bay Lớp : 124535 Giảng viên : TS Phạm Gia Điền Sinh viên thực : Phạm Quang Hưng - 20186051 Trần Đức Thắng - 20186074 Nguyễn Văn Thành – 20186075 Nguyễn Tuấn Dũng – 20186037 Hà Nội, 2021 MỤC LỤC MỤC LỤC GIỚI THIỆU………………………………………………………………………………3 CHƯƠNG 1: Nguyên lý hoạt động Mơ-men xoắn Trạng thái vịng xốy Kết cấu khí Rơto đồng trục…………………………………………………………… CHƯƠNG 2: Thiết kế cấu tạo Lựa chọn phận Thông số chi tiết phận CHƯƠNG 3: Tính tốn lý thuyết phần lập trình Phần tính tốn Phần lập trình KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO GIỚI THIỆU Theo báo cáo giám sát Phó Trưởng Đồn giám sát Quốc hội, Chủ nhiệm Ủy ban Quốc phòng An ninh cho biết, trung bình ngày xảy vụ cháy, làm chết bị thương người, thiệt hại khoảng 4,4 tỷ đồng Giai đoạn từ tháng 7/2014 đến tháng 7/2018, nước xảy 13.149 vụ cháy, làm chết 346 người, bị thương 823 người; thiệt hại tài sản ước tính 6.524,8 tỉ đồng 6.462 rừng Trung bình năm xảy 3.287 vụ cháy, làm chết 87 người, bị thương 206 người, thiệt hại tài sản trị giá 1.631,2 tỉ đồng 1.615,5 rừng Trung bình ngày xảy vụ cháy, làm chết bị thương người, thiệt hại tài sản ước tính 4,4 tỉ đồng 5,3 rừng Địa bàn xảy cháy thành thị chiếm 60,11%, khu vực nông thôn chiếm 39,89%; cháy khu vực nhà dân 5.636 vụ (chiếm 42,86 %), sở kinh tế tư nhân 4.861 vụ (chiếm 36,97%) Các vụ cháy có nguyên nhân cố hệ thống, thiết bị điện 6.458 vụ (chiếm 57,27%), sơ suất sử dụng lửa, xăng dầu khí đốt 3.291 vụ (chiếm 29,18%) Các nguyên nhân gây cháy phổ biến khu vực dân cư là: - - - Do chập điện, cố máy móc, thiết bị tòa nhà dễ dẫn đến cháy nổ Hiện tượng chập mạch điện điều thấy Hiện phần lớn gia đình dùng gas để đun nấu số hành động bất cẩn như: Khơng khóa van bình gas sau đun, qn tắt bếp gas, … gây hỏa hoạn Phương án chữa cháy, cứu hộ, cứu nạn cơng trình xây dựng không phù hợp với đặc điểm thực tế tịa nhà; nhiều sở khơng tổ chức thực tập phương án chữa cháy, cứu nạn định kỳ theo quy định Khơng phổ biến biện pháp nạn cố xảy Do nhiều hầm thuộc khu chung cư nơi lắp đặt bốt điện, dàn tản nhiệt điều hòa, xảy tình trạng chập cháy, hàng trăm xe máy chứa đầy xăng có nguy cháy nổ Do hộ gia đình thường bố trí vật dụng sinh hoạt lối thoát nạn thang bộ, đi…làm tăng mức độ nguy hiểm có cháy xảy ra, làm ảnh hưởng đến cơng tác tự nạn, cứu nạn cứu hộ Đồng thời, vật dụng bén lửa rèm cửa, đồ gỗ trang trí thường hộ gia đình sử dụng Trong nhiệm vụ chiến sĩ cảnh sát phòng cháy chữa cháy nặng nề ẩn chứa nhiều rủi ro nguy hiểm công tác dập lửa cứu người Đã có nhiều vụ việc thương tâm xảy chiến sĩ dân mà liều cứu người Theo thống kê Cục Cảnh sát PCCC&CNCH, từ năm 2014 đến có cán bộ, chiến sĩ cảnh sát PCCC hy sinh, hàng chục người bị thương chiến chống giặc lửa Chính nhóm chúng em nghĩ ý tưởng để giải phần vấn đề giúp chiến sĩ cảnh sát phòng cháy chữa cháy dập tắt đám cháy dễ dàng CHƯƠNG 1: Nguyên lý hoạt động Mô-men xoắn: Điều khiển từ xa điều khiển → Bộ điều khiển chuyến bay trung tâm → Mạch điều khiển tốc độ điện tử (ESC) → Động cánh quạt → Chuyển động quadcopter lơ lửng không 1.1 Sơ đồ mômen phản ứng động máy bay quadcopter, rôto quay Các rôto quay theo hướng, rôto quay theo hướng ngược lại, tạo mômen đối nghịch để điều khiển 1.2 Một quadrotor di chuyển điều chỉnh độ cao cách áp dụng lực đẩy cho tất bốn cánh quạt 1.3 Một quadrotor điều chỉnh góc nghiêng cách tác động nhiều lực vào rôto quay theo hướng 1.4 Một quadrotor điều chỉnh bước cuộn cách tác dụng nhiều lực đẩy vào rôto (hoặc hai rôto liền kề) lực đẩy rôto đối diện theo đường kính Trạng thái vịng xốy: Tất quadcopters phải tuân theo khí động học rotorcraft bình thường, bao gồm trạng thái vịng xốy Kết cấu khí: Các thành phần khí thân máy bay khung, bốn rô-to, động Để có hiệu suất tối đa thuật toán điều khiển đơn giản nhất, động cánh quạt phải cách Rôto đồng trụ: Để có nhiều lượng ổn định với trọng lượng giảm, quadcopters sử dụng rơto đồng trục CHƯƠNG 2: Thiết kế cấu tạo Liệt kê phận: Trong drone bọn em thiết kế bao gồm phận chính: - Động Pin Cánh quạt ESCs Khung Súng bắn Mạch Arduino Bom chữa cháy μIMU Module Bluetooth Camera Tay điều khiển Thông số phận: - Động cơ: XRoto 8120 với công suất 100kV trọng lượng 645g - Pin: * Trọng lượng: 5,5kg * Dung lượng: 23000mAh * Điện áp: 44,4V * Kích thước: 207*91*150mm - Cánh quạt: • Kích thước: 29*11 inch • Khối lượng: 180g - ESCs: XRoto PRO Hv 80A FOC V3 • Khối lượng: 85g - Mạch Arduino: Adruino UNO R3 10 • Sơ đồ lắp: 15 - Bóng chữa cháy: AFO (Auto Fire Off) • Phạm vi chữa cháy: 3m3 • Loại cháy áp dụng:A,B,C • Dung tích: 1,3 Kg • Vỏ đựng: Chai nhựa • Kich thước:18x18x18 cm • Độ Ph:8.7+-0.6 20*C • Tỷ trọng:1.16+-0.06 20*C • Thời hạn sử dụng:05 năm 16 - Tay điều khiển: Futaba 10JH 10-Channel Heli T-FHSS Computer Radio System 17 18 CHƯƠNG 3: Tính tốn số liệu phần lập trình Phần tính tốn: - Sơ đồ mạch: - - PID - Proportional Integral Một điều khiển vi tích phân tỉ lệ ( PID- Proportional Integral Derivative) chế phản hồi vòng điều khiển (lý thuyết điều khiển tự động)|bộ điều khiển]]) tổng quát sử dụng rộng rãi hệ thống điều khiển công nghiệp – điều khiển PID điều khiển sử dụng nhiều điều khiển phản hồi Bộ điều khiển PID tính tốn giá trị "sai số" hiệu số giá trị đo thông số biến đổi giá trị đặt mong muốn Giải thuật tính tốn điều khiển PID bao gồm thơng số riêng biệt, đơi cịn gọi điều khiển ba khâu: giá trị tỉ lệ, tích phân đạo hàm, viết tắt P, I, D 19 - Mơ hình bản: 20 21 Phần lập trình: Flight code nhóm chúng em lấy MultiWii Ở đây, người ta phát triển thuật toán cho drone với nhiều mẫu máy bay khác, bên cạnh có nhiều lựa chọn thiết lập sẵn có, chúng em cần lựa chọn phù hợp cho việc sử dụng drone Trong việc thiết lập drone, chúng em sử dụng cảm biến gia tốc MPU6050, cảm biến la bàn HMC5883L cảm biến áp suất MS5611 để biết thơng số trạng thái drone vị trí drone so với hệ quy chiếu mặt đất 22 Trong phần này, chúng em khơng q sâu mặt thuật tốn đưa mà nói khái quát mặt ý tưởng toán học họ Các bạn đọc tải flight code theo linh sau đây: Arduino multiwii flight controller (electronoobs.com) Chúng em sử dụng cảm biến gia tốc MPU6050, cảm biến la bàn HMC5883L cảm biến áp suất MS5611 Tuy nhiên phương thức làm việc drone phun thuốc trừ sâu nên thơng số mặt độ cao dùng loại cảm biến siêu âm để có độ xác cao Tiếp đến, ta sang option config.h để lựa chọn loại máy bay cảm biến sử dụng 23 Sang option config.h, ta chỉnh phần comment //#define QUADX sang #define QUADX để lựa chọn model phù hợp với thuật tốn lập trình sẵn Ở mục comment //#defind GY_86, ta chỉnh sang #defind GY_86 để lựa chọn cảm biến có để sử dụng, bao gồm MPU6050, HMC5883L MS5611 Các thuật toán sử dụng viết mơi trường có nhiễu động nhỏ, từ thơng số góc vận tốc góc theo phương ROLL, PITCH YAW thờigian t MPU6050, người ta tìm trạng thái khoảng thời gian sau Cùng với phương trình động lực học Newton xây dựng họ tìm gia tốc góc, quỹ đạo bay, … từ kết hợp với cảm biến la bàn HMC5883L để tìm vị trí từ phương trình quỹ đạo bay so với điểm mặt đất Cịn cảm biến MS5611 đơn giản tìm áp suất vị trí tìm khoảng cách so với mặt đất Dưới phương trình động học động lực học sử dụng để tìm cấc thơng số trạng thái drone 24 Tiếp đến, ta kết nối cảm biến sau upload phần code arduino thiết lập, mở phần mềm MultiWiiConf.exe, hình hiển thị giao diện phần mềm 25 Giao diện phần mềm MultiWiiConf.exe Sau đó, phần mềm Multiwii hoạt động hồn tồn ổn định, thơng số vận tốc góc, vận tốc tịnh tiến, gia tốc góc, quỹ đạo bay để đưa vị trí so với mặt đất, đồ thị thông số, cảm biến la bàn, … 26 Kết hợp với camera, lập trình cho quỹ đạo phun thuốc, chúng em mặt hồn thiện phần đưa thơng số drone 27 KẾT LUẬN Tuy nhóm chưa có sản phẩm thực tế hay có thực nghiệm thực tế dựa ý kiến thầy trình thuyết trình diễn giải ý tưởng, bọn em có điều kiện cố gắng hồn thiện để có sản phẩm thực định Tuy nhiên, vốn kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên tiểu luận khơng tránh khỏi thiếu sót Em hy vọng nhận nhận xét, đóng góp để tiểu luận hồn chỉnh Mặc dù ý tưởng có nhiều bên thực hóa thành cơng đặc biệt cơng ty bên Trung Quốc bọn em mong có ý kiến sáng tạo từ người để giúp có bước cải tiến, tạo sản phẩm làm từ Việt Nam Mong muốn nhóm sản phẩm chiến sĩ cảnh sát phòng cháy chữa cháy sử dụng nhằm giảm thiểu thiệt hại người tài sản vụ cháy xảy tương lai Em xin cảm ơn thầy bạn đồng hành bọn em trình làm đề tài 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO Arduino multiwii flight controller (electronoobs.com) Arduino Quadcopter - IMU GY-86 MultiWii Configuration (Configuración) - YouTube Quadcopter UAV Based Pesticide Spraying System 29 ... nhân cố hệ thống, thiết bị điện 6.458 vụ (chiếm 57,27%), sơ suất sử dụng lửa, xăng dầu khí đốt 3.291 vụ (chiếm 29,18%) Các nguyên nhân gây cháy phổ biến khu vực dân cư là: - - - Do chập điện, cố... thuyết phần lập trình Phần tính tốn Phần lập trình KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO GIỚI THIỆU Theo báo cáo giám sát Phó Trưởng Đồn giám sát Quốc hội, Chủ nhiệm Ủy ban Quốc phịng An ninh cho biết, trung... xoắn: Điều khiển từ xa điều khiển → Bộ điều khiển chuyến bay trung tâm → Mạch điều khiển tốc độ điện tử (ESC) → Động cánh quạt → Chuyển động quadcopter lơ lửng không 1.1 Sơ đồ mômen phản ứng động