Trang 59
Hình 4.24 Sơ đồ ngun lý tồn mạch 3
Hình 4.25 Sơ đồ ngun lý tồn mạch 4
Giải thích sơ đồ kết nối:
Hình 4.22 Hình 4.23, hình 4.24, hình 4.25 là sơ đồ ngun lý của tồn hệ thống. Cấp nguồn 24V cho motor 24V điều khiển tiến lùi, cấp nguồn 12V cho Arduino Uno
Trang 60
và motor 12V điều khiển trái rẽ phải, cấp 5V cho cảm biến vật cản hồng ngoại, mạch điều khiển động cơ DC.
Các tín hiệu đầu vào gồm: theo hình 4.23, các chân tín hiệu của các cảm biến vật cản hồng ngoại được nối lần lượt:
Bảng 4.19 Vị trí các chân tín hiệu
Vị trí Kết nối vào chân của Arduino Uno
Trước trái A1 Trước giữa 12 Trước phải A0 Sau trái A2 Sau giữa 8 Sau phải A3
Các tính hiệu ngõ ra gồm: hình 4.19 – điều khiển tiến lùi và hình 4.18 – điều khiển rẽ trái và rẽ phải. Với hình , motor được điều khiển qua 2 chân 9 – điều khiển xe tiến và chân 10 – điều khiển xe lùi. Và hình, motor được điều khiển qua chân 11 của Arduino Uno.
Mạch thực nghiệm:
Trang 61
Hình 4.27 Mạch điều khiển bánh lái
Giải thích:
Mạch điện được bảo vệ trong hai hộp cách điện để đảm bảo không bị thấm nước cũng như ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngồi. Hình 4.27 gồm mạch giảm áp DC LM2596, mạch giảm áp XL4016 8A, mạch điều khiển động cơ DC BTS7960 và mạch Opto cách ly 2 kênh PC817 để điều khiển xe rẽ trái phải (hướng của xe) và tránh hiện tượng tín hiệu điều khiển bị nhiễu. Hình 4.26, gồm Arduino Uno R3, mạch điều khiển động cơ DC BTS7960, mạch Opto cách ly 2 kênh PC817, RX Microzone MC6RE và dây tín hiệu của cảm biến được gửi về Arduino dùng để điều khiển động cơ tiến lùi, thu tín hiệu từ tay cầm cũng như là thu thập tín hiệu từ các cảm biến.
Trang 62
Trang 63
Khi chương trình Python bắt đầu chạy, đầu tiên sẽ kiểm tra kết nối Camera, Arduino, chưa kết nối thì sẽ báo mất kết nối, chúng ta kiểm tra lại phần cứng. Còn nếu kết nối thành cơng thì sẽ khởi tạo Arduino, cho phép Arduino giao tiếp với máy tính. Tiếp theo máy tính sẽ gửi yêu cầu Arduino đọc công tắc chọn chế độ Auto/Manual của tay R/C gửi lại cho máy tính. Tay cầm sẽ có hai chế độ là Auto và chế độ Manual. Nếu sai là tay cầm ở chế độ Manual thì máy tính sẽ in ra “Chế độ Điều khiển bằng tay”, nếu sai thì có nghĩa là Arduino không đọc được, Arduino sẽ đọc lại và ta kiểm tra lại phần cứng.
Hình 4.29 Lựa chọn chế độ hoạt động
Còn nếu đúng tay cầm ở chế độ Auto thì màn hình sẽ ra “Chế độ Điều khiển tự động”
Hình 4.30 Chọn chế độ điều khiển tự động
Ở chế độ Auto, tương tự máy tính sẽ tiếp tục gửi lệnh đọc cảm biến cho Arduino. Arduino sẽ đọc cảm biến gửi về cho máy tính, nếu có vật cản phía trước thì máy tính sẽ in ra “có vật cản phía trước” thì sẽ gán TỐC ĐỘ ĐẶT của động cơ sau là 0 m/s (xe dừng) và gửi lệnh điều khiển này đến Arduino và quay lại bước chọn chế độ tay cầm. Cịn nếu khơng có vật cản phía trước, máy tính sẽ đọc hình ảnh từ Camera và tiến hành xử lý ảnh: Xác định khoảng lệch vạch đường trên khung hình. Và tiếp theo đó sẽ trả về khoảng lệnh.
Ở phần xử lý ảnh: Xác định khoảng lệch vạch đường trên khung hình thì sẽ tạo vùng xét (vùng xử lý, vùng trên ảnh có xuất hiện mặt đường và line đường).
Trang 64
Hình 4.31 Lưu đồ xác định khoảng lệch vạch đường
Trang 65
Hình 4.33 Tạo vùng xét
Tiếp theo là xóa hình ảnh nằm ngồi vùng xét.
Hình 4.34 Lọc lấy màu trắng đen
Tiếp đến lọc lấy phần màu trắng trên hình – phần này chính là line đường.
Trang 66 Sau đó tách biên hình ảnh.
Hình 4.36 Tìm tọa độ giao điểm giữa biên và trục đo
Và tiếp theo là tìm tọa độ các giao điểm giữa ảnh tách biên và trục đo. Nếu khơng có giao điểm thì sẽ trả về None. Cịn nếu có giao điểm có nghĩa là có vạch kẻ đường. Từ đó tính tọa độ trung bình hai giao điểm của ảnh tách biên với trục đo, tọa độ này là vị trí đại diện của line đường. Sau đó sẽ trả về khoảng lệnh vạch đường.
Hình 4.37 Tính tốn giá trị khoảng lệch
Từ giá trị khoảng lệch sẽ tiến hành điều khiển P.I, giá trị này là giá trị góc rẽ, máy tính sẽ gửi lệnh điều khiển góc rẽ cho Arduino.
Trang 67
Hình 4.38 Tạo vùng xét hình chữ nhật để xác định line đỏ
Hình 4.39 Tách lấy phần màu đỏ
Tiếp đến xử lý ảnh: Xác định % xuất hiện Vạch dừng màu đỏ.
Phần xử lý ảnh: Xác định % xuất hiện Vạch dừng màu đỏ thì tại vị trí đại diện của line đường ta tạo vùng xét hình chữ nhật để xác định line màu đỏ. Tiếp theo là tách màu đỏ của ảnh tại vùng xét, tiếp đến là đếm số điểm ảnh màu đỏ có trong vùng xét và trả về số % xuất hiện Vạch đỏ = (số điểm ảnh màu đỏ / tổng số điểm ảnh trong vùng xét)x100%.
Trang 68
Hình 4.40 Lưu đồ xác định phần trăm xuất hiện vạch đỏ
Hình 4.41 Xe dừng lại khi % vạch màu đỏ lớn hơn 50%
Từ % xuất hiện vạch đỏ, nếu nhỏ hơn 50% thì sẽ gán TỐC ĐỘ ĐẶT của động cơ sau = 0.5 m/s (lúc này xe vẫn chạy) và gửi lệnh điều khiển này đến Arduino. Nếu lớn hơn 50% thì sẽ gán TỐC ĐỘ ĐẶT của động cơ sau = 0 m/s (có nghĩa là xe dừng) và gửi lệnh điều khiển này đến Arduino. Xe sẽ dừng lại 10 giây để lấy hàng và sẽ gán TỐC ĐỘ ĐẶT của động cơ sau 5 m/s (có nghĩa xe tiếp tục chạy), gửi lệnh điều khiển này đến Arduino. Và chờ 1 giây để vượt qua điểm dừng.
Trang 69
Trang 70
Ở phần xử lý của Arduino Uno, kiểm tra kết nối UART đến máy tính, nếu chưa kết nối thì ta kiểm tra lại phần cứng, cịn nếu đã kết nối thì Arduino kiểm tra máy tính có gửi u cầu đọc các cảm biến khơng? Nếu có thì sẽ đọc giá trị của cảm biến, gửi lại đến máy tính, và tiến hành kiểm tra tiếp bước tiếp theo, cịn nếu khơng gửi thì cũng chuyển qua bước tiếp theo là kiểm tra tay cầm ở chế độ nào. Nếu khơng ở chế độ nào thì kiểm tra lại phần cứng và tiếp tục đọc lại.
Nếu ở chế độ Auto thì sẽ kiểm tra có lệnh điều khiển góc rẽ từ máy tính hay khơng? Nếu khơng thì sẽ chuyển qua bước tiếp theo, cịn nếu có thì sẽ tách giá trị GĨC RẼ từ lệnh điều khiển góc rẽ, tiếp đến tạo xung điều khiển rẽ trái/phải theo giá trị góc rẽ và chuyển sang bước kiểm tra có lệnh điều khiển tiến lùi từ máy tính gửi hay không? Nếu không sẽ quay lại bước kiểm tra máy tính có gửi u cầu đọc cảm biến hay khơng? Cịn nếu có thì sẽ tách giá trị TỐC ĐỘ ĐẶT từ lệnh điều khiển tiến lùi.
Nếu ở chế độ Manual thì sẽ đọc giá trị GÓC RẼ từ tay gạt điều khiển rẽ trái/phải, tạo xung điều khiển rẽ trái/phải theo giá trị GÓC RẼ, tiếp theo đọc giá trị TỐC ĐỘ ĐẶT theo tay gạt điều khiển tiến/lùi.
Tiếp theo sẽ đọc cảm biến vật cản khi xe đang, nếu xe phát hiện vật cản thì TỐC ĐỘ ĐẶT sẽ được gán bằng 0, cịn nếu khơng có vật cản xe thì TỐC ĐỘ ĐẶT vẫn là 5 m/s và Arduino sẽ đọc tốc độ thực của xe từ encoder, tính tốn bộ điều khiển P.I, tạo xung PWM điều khiển động cơ sau theo P.I. Quá trình sẽ được lặp đi lặp lại để điều khiển tốc độ thực của xe theo tốc độ đặt từ máy tính.
Trang 71 CHƯƠNG V: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 5.1 Kết quả thực nghiệm: Hình 5.1 Mơ hình xe thực tế Hình 5.2 Mơ hình xe thực tế
Trang 72
- Xe đa số cần phải thiết kế các chi tiết hầu như khơng có sẵn trong thị trường, do đó vấn đề thi cơng gặp nhiều khó khăn và chi phí lớn.
- Cơ cấu dẫn động lái và cơ cấu dẫn động cầu sau hoạt động và ổn định, chính xác tốt, hoạt động tốt, ít có tiếng kêu va đập của các chi tiết cơ khí.
- Xe hoạt động ổn định, khơng có hiện tượng chập chờn, nhiễu giữa các động cơ và phần điện.
- Hệ thống treo hoạt động ổn định, xe di chuyển êm ái qua các ổ gà.
- Khi xe vào các cua gắt và bị tường che chắn mất tầm nhìn của camera nên xe vẫn còn bị lỗi tại khúc cua gắt,
- Hệ thống cảm biến hoạt động tốt trong mọi điều kiện thời tiết như nắng gắt và trời tối, khơng có hiện tượng nhiễu, chưa xảy ra tình trạng va chạm.
- Phần Camera thu thập hình ảnh ổn định, đơi khi bị nhiễu trong trường hợp mặt trời chiếu trực tiếp vào mắt camera.
- Xe chạy được ổn định với vận tốc 5Km/h đối với đường có line trắng rõ ràng, xe còn bị nhiễu khi các line trắng bị mờ hoặc line nét đứt, tuy nhiên xe vẫn tiếp tục di chuyển được với vận tốc thấp hơn.
- Phần vỏ xe chưa hoàn thiện tốt do ảnh hưởng của dịch Covid 19 không thể ra khỏi nhà để mua thêm các vật liệu cần thiết, do vậy xe chưa hoạt động được trong điều kiện thời tiết trời mưa.
Phần tấm pin năng lượng mặt trời nhóm chưa thể gắn được và chạy thử nghiệm do dịch bệnh covid 19. Và chưa thể tính tốn được thời gian hoạt động của xe dưới điều kiện thời tiết khác nhau và xem hiệu năng cũng như tính ổn định của hệ thống được
Đánh giá:
Với kết quả thử nghiệm ở trên nhóm đã thực hiện cơng đoạn đánh giá những tiêu chí đề ra đối với xe như sau:
Bảng 5.1 Bảng đánh giá tiêu chí
Tiêu chí Hồn thiện Trung Bình Chưa hồn thiện
Hoạt động ổn định. x
Trang 73 triển. Vận hành êm, rung động ít. x Ngoại hình, hình dáng. x Khả năng chuyển động Dễ sử dụng. x Dễ hiệu chỉnh. x
Hiệu quả kinh tế khi chế tạo. x Phần điện sử dụng đúng kỹ thuật, bố trí dây gọn gàng. x Phần lập trình ngắn gọn, dễ hiểu. x
- Sau khi trải qua các tiêu chí đánh giá nhận thấy xe hoạt động tốt đáp ứng các yêu cầu cơ bản đề ra.
- Nhưng bên cạnh đó xe gặp một vấn đề phát sinh đó là nhóm vẫn chưa thể lắp được pin năng lượng mặt trời và hồn thiện ngoại hình hơn
5.2 Hiệu chỉnh
Với vấn đề bị phát sinh như đã nêu ở trên thì nhóm đã thay đổi 1 số cơ cấu và phần lập trình như sau:
- Thay đổi vị trí Camera từ bên phần gương phải qua phần gương bên trái.
- Thay đổi kiểu bám line đường từ bên phải qua bám line giữa của đường, việc này giúp xe quan sát được nhiều line hơn, giảm hiện tượng bị khuất tầm nhìn của Camera.
Trang 74
CHƯƠNG VI:
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
6.1 Kết luận
Sau thời gian hơn 3 tháng rưỡi thực hiện đồ án, nhóm chúng tơi đã hồn thành được đồ án “thiết kế, mô phỏng và chế tạo xe chạy bằng năng lượng mặt trời”.
Trong suốt quá trình thực hiện đồ án đồ án, nhóm chúng tơi đã học hỏi thêm nhiều kiến thức bổ ích, như các kỹ năng gia công chế tạo xe, mô phỏng được các phần mềm như solidworks và mạch điện trên proteus và tìm hiểu thêm về phần xử lý ảnh. Được sự chỉ dạy tận tình của thầy Nguyễn Đỗ Minh Triết về lý thuyết cũng như thi cơng mơ hình đã giúp cho chúng tôi hiểu biết sâu sắc hơn những kiến thức chuyên ngành cũng các kiến thức khác liên quan đến đồ án này, từ đó nhóm chúng tơi đã hoàn thành được đồ án đúng tiến độ đặt ra với khối lượng cơng việc khơng hề nhỏ, đó là một thành cơng lớn của nhóm chúng tơi và cụ thể nhóm chúng tơi đã thực hiện được một số công việc như sau:
- Hiểu rõ hơn về hệ thống mặt trời. - Hiểu rõ hơn về công nghệ xử lý ảnh.
- Thiết kế và mô phỏng được xe thông phần mềm xử lý ảnh. - Thi công và chế tạo được mơ hình.
- Thiết kế được hệ thống mạch điện.
Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đề tài chúng em cũng gặp các trở ngại, đặc biệt nhất là do Covid 19 nên chúng em không thể ra khỏi nhà để mua thêm các vật liệu cần thiết, linh kiện điện tử cũng như là không thể gặp nhau để làm việc chung với nhau nên sản phẩm xe chưa đạt được độ thẩm mỹ cao nhất và chưa thể lắp được pin năng lượng mặt trời vào hệ thống được, về phần sản phẩm chúng tôi chỉ dừng lại ở việc tránh xe va chạm vào tường vì khơng được ra đường thử xe nhiều. Chúng tôi cũng chưa thể chạy thử nghiệm xe trong môi trường rộng hơn mà chỉ dừng lại tại chạy thử trên các đoạn đường ngắn gần nơi sinh hoạt
6.3 Những hạn chế:
Do cịn hạn chế về mặt kiến thức nên mơ hình chưa thể hồn thiện nhất mà cũng có những mặt hạn chế:
Trang 75
- Nhóm chưa thể lắp được hệ thống pin năng lượng mặt trời vào xe
- Xe chỉ có thể di chuyển khi có line đường, nếu ngồi line đường thì phải xử dụng tay cầm để điều khiển xe hoạt động và vẫn chưa tối ưu hóa được tay cầm.
- Xe chưa thể né vật cản được, chỉ có thể trách va trạm. - Chưa thể tối ưu hóa được máy tính trên xe.
- Phần vỏ chưa được hoàn thiện.
6.2 Hướng phát triển
Dựa vào nguồn kiến thức tham khảo và học hỏi. Nhóm chúng tơi nghĩ đề tài này có thể phát triển và mở rộng thêm một số khía cạnh sau:
- Hồn thiện phần vỏ có độ thẩm mỹ cao hơn.
- Lắp pin năng lượng mặt trời vào hệ thống và chạy thử nghiệm. - Tối ưu hóa các thuật tốn trên xe để xe có thể vận hành tốt hơn. - Có thể dùng xử lý ảnh để tránh vật cản.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TS. Nguyễn Phụ Thượng Lưu, Vật liệu mới, Đại Học Công Nghệ TP.HCM. [2] ThS. Dương Kim Anh, Vẽ Autocad, Đại Học Công Nghê TP.HCM.
[3] ThS. Võ Minh Thiện, ThS. Trần Hữu Huy, Sức bền vật liệu 1, Đại Học Công Nghệ TP.HCM.
[4] ThS. Phạm Uyên Phương, Solid Works, Đại Học Công Nghệ Tp.HCM. [5] Đặng Vũ Ngoạn. Vật liệu kỹ thuật. NXB ĐHQG TPHCM, 2002.
[6] Nguyễn Xuân Phú. Vật liêu kỹ thuật điện. NXB KH&KT, 2001. [7] Ninh Đức Tốn. Dung sai và lắp ghép. NXB Giáo Dục, 2002. [8] Nguyễn Oanh. Khung gầm bệ ô tô. NXB Tổng hợp, 2007. [9] Nghiêm Hùng. Vật liệu học cô sở. NXB KH&KT, 2002.
[10] Nghiêm Hùng Kim loại học và nhiệt luyện. NXB Giáo Dục, 1993. [11] TS. Nguyễn Nước. Lý thuyết ô tô. NXB Giáo Dục, 2002.
[12] Hướng dẫn trình bày đồ án tốt nghiệp, http://www.ntu.edu.vn/Portals/7/ThongBao SinhVien/Mau%205%20-%20DATN.pdf
[13] Sơ đồ mạch điện xe chạy bằng năng lượng mặt trời, https://www.google.com/ sodomachdienxechaybangnangluongmattroi
[14] Mơ hình 3d xe, https://www.google.com/mohinh3Dchaythuxenangluongmattroi [15] Xử lý ảnh, https://viblo.asia/p/tuan-1-gioi-thieu-xu-ly-anh-yMnKMdEQ57P
PHỤ LỤC 1 Chương trình hệ thống Trên phần mềm Pycharm Chương trình main: 1. import time 2. import lanes 3. import UNO
4. from pid_controller import pid 5. pid = pid.PID(5, 10, 0)
6. if __name__ == "__main__":
7. if lanes.Select_camera() is None:
8. print("camera not found")
9. while lanes.Select_camera() is None:
10. pass
11. UNO.find_UNO_ComPort()
12. autoMode = UNO.getRunningMode()
13. while True:
14. if autoMode() == 1:
15. print("Chế độ Điều khiển tự động")
16. while autoMode() == 1: