Chương 3 : XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN
4.3. Xây dựng bộ điều khiển mơ hình lái xe
4.3.1. Ghép nối mạch điều khiển và phần mềm mô phỏng
Phần mềm và phần cứng cần ghép nối ở đây là phần mềm WheelConfign và mạch điều khiển Arduino Leonardo R3. Nguyên lý làm việc giữa phần cứng và phần mềm: khi cho khởi chạy một trò chơi đua xe đã đƣợc kết nối với WheelConfign, trạng thái của chiếc xe trong game chính là tín hiệu đầu vào đƣa vào phần mềm WheelConfign. Từ các tín hiệu đầu vào này, WheelConfign sẽ phân tích, tính tốn dựa trên những cài đặt từ trước để nhận được tín hiệu của bậc tự do, các lực cần mơ phỏng, sau đó gửi các
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hữu Hải Âu Người hướng dẫn: Ths. Phạm Minh Mận
Hình 4. 4: Phần mềm điều chỉnh WheelConfig
Hệ thống lái (Steering)
Góc tối đa (Max Angle) - Góc tối đa mà vơ lăng sẽ quay.
Bánh xe trung tâm (Center Wheel) - Khi được nhấn, vị trí vơ lăng của bạn sẽ bằng khơng. Đảo ngược (Invert) - Nếu tay lái của bạn quay sai hướng, hãy đặt hộp kiểm này.
Hiệu chỉnh (Calibrate) - Nhấn nút này nếu vô lăng chưa được hiệu chỉnh hoặc nếu nó bị xê dịch.
Hướng dẫn sử dụng - Nếu bánh xe không thể được hiệu chỉnh tự động (khơng có động cơ), hãy chọn hộp này, nhấp vào nút "Hiệu chỉnh" và xoay bánh xe cho đến khi "Trạng thái thiết bị" là "Homing" hoặc "Sẵn sàng".
Tình trạng (Status)
Trạng thái Thiết bị (Device Status) - Hiển thị trạng thái:
Đã ngắt kết nối (Disconnected) - Đảm bảo rằng cáp được kết nối và bạn đã chọn đúng cổng COM.
Đã kết nối (Connected) - Mọi thứ đều bình thường) Lỗi hiệu chuẩn - Đã xảy ra sự cố với hiệu chuẩn. Sẵn sàng - Hiệu chuẩn thành cơng.
Độ lợi bên ngồi - Nếu bạn đặt chốt trong phần Cài đặt bổ sung và chiết áp bên ngoài được kết nối, bạn sẽ thấy một giá trị để phản ánh cài đặt.
Nó cũng hiển thị vịng quay của tay lái, vị trí của bàn đạp và trạng thái của các nút.
Cập nhật (Update)
Tự động kiểm tra các bản cập nhật - Bật nếu bạn muốn chương trình kiểm tra các bản cập nhật mỗi khi nó khởi động.
Kiểm tra ngay - Kiểm tra các bản cập nhật theo cách thủ công.
Phiên bản phần mềm điều khiển - Phiên bản phần mềm cơ sở của arduino, phải khác 0,0, nếu không, hãy mở chân 6 khỏi mặt đất và quay bánh xe, phiên bản phải thay đổi, sau đó rút chân 6 xuống đất một lần nữa.
Phiên bản phần mềm - Phiên bản chương trình.
Lựa chọn (Select)
Thiết bị chơi game - Chọn Arduino Leonardo.
Cổng Wheel Com - Chọn cổng COM mà Arduino Leonardo được kết nối. Cài đặt nâng cao - Cài đặt "nơi những gì được kết nối" với Arduino Leonardo.
Hồ sơ trò chơi (Game Profiles)
Mới - Nhấp vào nút này để tạo hồ sơ. Chỉnh sửa - Sửa đổi hồ sơ hiện có. Xóa - Xóa hồ sơ hiện có.
Phát hiện trị chơi - Nếu bạn muốn chương trình tự động phát hiện trị chơi và áp dụng cấu hình, hãy chọn hộp này.
Hiệu ứng trò chơi (Game Effects)
Các hiệu ứng trong quá trình chơi game.
Main Gain - Sức mạnh của tất cả các hiệu ứng. Spring - Trả bánh xe về vị trí trung tâm.
Ma sát - Mô phỏng ma sát tĩnh.
Bộ giảm chấn - Bạn quay vơ lăng càng nhanh, nó càng chống lại bạn.
Qn tính - Mơ phỏng qn tính khối lượng của vô lăng (thêm trọng lượng vào vô lăng). Không đổi - Điều khiển mô-men xoắn vơ lăng trực tiếp bằng trị chơi. Được sử dụng bởi một số trò chơi.
Sine - Dùng để rung.
Hiệu ứng người dùng (User Effect)
Các hiệu ứng này được thêm vào bên trên các hiệu ứng trò chơi.
Các hiệu ứng này độc lập với cài đặt hiệu ứng trò chơi. Chúng nên được sử dụng một cách thận trọng.
4.3.2. Cài đặt kết nối Arduino Leonardo với phần mềm Wheel Confign
Bước 1: Kết nối Arduino với Máy tính hoặc Laptop, Windows sẽ tự động cài đặt hoặc
cài đặt Arduino USB Driver và đợi q trình cài đặt Driver hồn tất.
Bước 2 : Mở Bảng điều khiển Trình quản lý Thiết bị, Nhìn vào Ví dụ về Cổng (COM
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hữu Hải Âu Người hướng dẫn: Ths. Phạm Minh Mận
Hình 4. 5: Bảng điều khiển Device Manager.
Nếu nó giống như hình trên, trình điều khiển đã được cài đặt thành công.
Bước 3: Tiếp theo, cài đặt Phần mềm cấu hình bánh xe AI Wave 2016, phần mềm đã
được tải xuống ở liên kết trên, cho đến khi hoàn tất,
Bước 4: Chạy hoặc mở Wheel Config, thông báo "New Firmware Found" sẽ xuất hiện,
Hình 4. 6: Giao điện phần mềm WheelConfign
Giải nén và chạy XLoader để cài đặt phần mềm theo cách thủ cơng. và điền vào nó như hình và mơ tả bên dưới.
Hình 4. 7: Phần mềm XLOADER
Tệp Hex: Trình duyệt hoặc tìm tệp Phần mềm cơ sở đã được tải xuống trước đó. Thiết bị: Chọn, Leonardo (32U4)
Tốc độ truyền: Đừng thay đổi nó
Cổng COM: Chế độ Arduino Bootloader, ở giai đoạn này chúng ta sẽ sử dụng một thủ thuật nhỏ, Mở bảng điều khiển Device Manager, sau đó nhấn nút Reset (nút màu đỏ ) trên board hoặc board Arduino, sau đó xem trình quản lý thiết bị Arduino Bootloader xem sao. COM? (hãy nhớ điều này sẽ chỉ kéo dài 8 giây), Ví dụ COM7, sau đó điền vào cột cổng COM trong phần mềm Xloader với COM7. sau đó Nhấp vào "Tải
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hữu Hải Âu Người hướng dẫn: Ths. Phạm Minh Mận
Bước 6: Sau đó nhấp vào Cài đặt nâng cao trên cấu hình bánh xe WheelConfign
Hình 4. 8: Giao diện nâng cao của phần mềm
Chỉ định Chế độ lệnh: PWN +/-, trong khi các chân 10 và 11 sẽ gửi tín hiệu PWM để quay động cơ sang trái và phải.
Chỉ định Tần số PWM: 20KHz.
Bộ mã hóa PPR bạn cần chỉ định số lượng xung từ bộ mã hóa của bạn nhận được trên mỗi vịng quay.
Trong Đầu vào kỹ thuật số, bạn có thể chỉ định nơi các nút của bạn được kết nối và trong Đầu vào tương tự, ví dụ: trục, tay lái, ga và phanh.
Bước 7: Bây giờ hãy thử quay tay lái và xem hình ảnh tam giác màu đỏ trên softare cấu
Hình 4. 9: Thử nghiệm kết nối với vơ lăng.
Nếu thành cơng thì hình tam giác màu đỏ sẽ theo vòng quay của bộ điều khiển đã được cài đặt bởi bộ mã hóa trước đó. nếu vịng quay của cần lái với vịng của biểu tượng hình tam giác màu đỏ khơng phải là vịng quay giống nhau, cài đặt hoặc thay đổi số lượng PPR trong Cài đặt nâng cao, cho đến khi nó thực sự phù hợp với xoay chỉ đạo.
4.3.3. Ghép nối mơ hình lái xe với bộ điều khiển
Trong phần này, nhóm đồ án sẽ đi giải quyết vấn đề ghép nối các thiết bị phần cứng, đáp ứng đủ cơng suất và điều khiển được mơ hình lái xe theo đúng ý đồ, mục đích của đề tài đã đề ra. Các thiết bị phần cứng cần ghép nối để tạo nên bộ điều khiển hoàn chỉnh bao gồm: Mạch điều khiển arduino leonardo r3, mạch công suất động cơ một chiều BTS7960, cảm biến góc quay, động cơ điện một chiều, bộ biến đổi nguồn AC- DC. Chức năng và cấu tạo của từng thành phần đã được giới thiệu chi tiết ở trên, mục này sẽ giải quyết vấn đề ghép nói các thiết bị để đạt mục đích điều khiển. Sơ đồ điều khiển như trong hình:
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hữu Hải Âu Người hướng dẫn: Ths. Phạm Minh Mận
Hình 4. 10: Sơ đồ điều khiển
Các chân và chức năng điều khiển của chúng được quy định như sau: 1. Kết nối từ BTS7960 H tới Arduino
- VCC - 5v - gnd - gnd - L_EN và R_EN - 5v - R-PWM - chân 10 - L-PWM - chân 11 2. Kết nối từ PSU đến BTS7960 H - B + - 12v hoặc 24v PSU - B - - GND PSU 3. Kết nối từ động cơ DC đến BTS7960 H - M + - Động cơ DC (Đỏ) - M - - Động cơ DC (Đen)
Để thử thực hiện Kiểm tra FFB trên tay lái, trước tiên hãy mở hoặc chạy Phần mềm WheelConfign và cài đặt Hiệu ứng trò chơi. Trượt mọi thứ sang bên phải trên cài đặt như hình dưới đây.
Hình 4. 11: Giao diện điều chỉnh
Sau đó để kiểm tra bảng điều khiển FFB, cần có phần mềm Force FeedBack Test, sau khi tải xuống, hãy mở hoặc chạy phần mềm và thay đổi tùy chọn trong cột Spring Force từ vơ hiệu hóa thành Simple Spring.
Hình 4. 12: Giao diện Force FeedBack Test
Và cuối cùng hãy thử xoay vơ lăng để trải nghiệm mơ hình. [12]
4.4. Kết nối hệ thống điều khiển với phần mềm dạy lái xe 3D
4.4.1. Các tự game mô phỏng lái xe
a. Tựa game mô phỏng xe đầu kéo Euro Truck Simulator 2.
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hữu Hải Âu Người hướng dẫn: Ths. Phạm Minh Mận
trò chơi giả lập xe tải được SCS Software phát triển và phát hành cho Microsoft Windows, Linux và macOS và ban đầu được phát hành dưới dạng phát triển mở vào ngày 19 tháng 10 năm 2012
Giới thiệu đôi nét về tựa game mô phỏng Euro truck simulator 2
Với giao diện ban đầu của Euro truck simulator 2 xe khách, chúng ta có thể dễ dàng nhận ra đây là một trị chơi đua xe dưới dạng mơ phỏng cực kỳ sống động. Tựa game này được nghiên cứu và xây dựng bởi SCS Software. Vào năm 2012, game được phát hành lần đầu tiên trên các nền tảng máy tính lúc bấy giờ như window, linux, mac os … Và ngày nay, đã có phiên bản dành cho di động với nguyên tác gần như nguyên vẹn.
Game lái xe tải Euro truck simulator 2 được đánh giá rất cao với hơn 97% lượng người vote thích trị chơi và sự đánh giá cao cho nội dung game. Đây thực sự là một con số đáng ấn tượng dành cho nhà sản xuất của tựa game này.
Game được xây dựng 100% trên nền tảng trò chơi mơ phỏng 3D thuộc kiểu trị chơi điện tử định dạng chỉ có một người chơi duy nhất. Chất lượng hình ảnh game vơ cùng sắc nét đạt chuẩn HD 1080p. Cùng với đó tồn bộ mẫu xe khách đều được lấy hơi hướng từ những thương hiệu nổi tiếng thế giới thực như Mercedes, Volvo, Scania, DAF, BMW … Thêm nữa, hệ thống âm thanh được lấy từ những tiếng động cơ thực tế, nhờ vậy dễ dàng mang lại cảm giác chơi game chân thực và sống động nhất cho cộng đồng game thủ. [13]
b. Tựa game mô phỏng xe ô tô con City Car Driving.
City Car Driving là game mô phỏng đua xe khá thú vị cho máy tính khi đưa người chơi đến nhiều thành phố khác nhau trên thế giới để tham gia giao thông. Tham gia City Car Driving, bạn không chỉ được trải nghiệm cảm giác lái xe mà cịn phải đối phó với những tình huống giao thơng khác nhau, mọi thứ đều được thể hiện một cách khá chân thật như cách bạn thường tham gia giao thơng ngồi đời.
Trong City Car Driving, người chơi sẽ nhận được những chiếc xe khác nhau thông qua mỗi màn chơi, khi vượt qua 1 màn chơi bạn sẽ được đến với 1 thành phố mới, tại đây chúng ta được trải nghiệm giao thông với những điều lệ khác nhau. Có nơi chúng ta sẽ tham gia giao thơng ưu tiên bên phải, có nơi lại ưu tiên bên trái, thậm có nơi người đi bộ khơng có làn đường riêng nên sẽ vơ cùng náo loạn. Nhiệm vụ của bạn là điều khiển xe thật chính xác để di chuyển trên đường phố, mỗi bước đi là một thử thách mới dành cho bạn.
Hình 4. 14: Giao diện phần mềm
Trị chơi có hỗ trợ đầy đủ cho đầu vào bánh xe bao gồm phản hồi lực, đồ họa HD và UHD và thậm chí hỗ trợ VR. Nó được tải xuống từ Steam trong vài phút và được cài đặt rất dễ dàng. Bạn có thể nhìn qua vai qua cửa sổ phía sau và kiểm tra những người ngồi bên cạnh bạn ở đèn dừng. Ngồi ra, khả năng nhìn vào các góc thực tế hơn nhiều so với
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hữu Hải Âu Người hướng dẫn: Ths. Phạm Minh Mận
Trị chơi có chế độ nghề nghiệp trong đó một người hướng dẫn kỹ thuật số dẫn bạn qua một loạt các nhiệm vụ từ thắt dây an toàn và khởi động xe và điều hướng cơ bản thông qua các thao tác né tránh tốc độ cao. Trò chơi được chia ra làm nhiều giai đoạn giúp bạn có thể làm việc với từng giai đoạn đó. Trình mơ phỏng đảm bảo bạn học mọi thứ từ đầu và khiến bạn khó chịu khi bạn làm những việc như quay đầu mà khơng cần đèn nháy hoặc kéo ra ngồi mà khơng nhìn xung quanh. Bạn sẽ mất điểm khi lái xe kém và không lên cấp nhanh.
City Car Driving mô phỏng mọi loại thời tiết: sương mù, mưa, băng và tuyết. Tất cả các mặt đường bạn có thể gặp: đá cuội, đất, sỏi, mặt đường và bê tơng cũng có sẵn. Nó cho phép bạn lái xe trong quận, trong thành phố, và thậm chí trong cơng viên. Có người đi bộ, lái xe hung hãn, giao thông vào giờ cao điểm, tai nạn, và cảnh sát để giải quyết. Những con đường nhỏ như đường mòn đến xa lộ 8 làn là những tuyến đường bắt buộc trong các nhiệm vụ khác nhau. Trên thực tế, nó hồn tồn mơ phỏng cho việc lái xe trong cuộc sống thực. [14]
4.5. Thực nghiệm mơ hình.
4.5.1. Sơ lược về các thiết bị phần cứng và nguyên lí hoạt động: 4.5.1.1. Vơ lăng:
Vô lăng được thiết kế cứng cáp bằng chất liệu nhựa PVC và khung cố định bằng kim loại, có thiết kế gần như giống với các vơ lăng thật, có nút ấn cịi xe ở giữa, viền vô lăng được bo nhám nhằm tạo cảm giác cầm nắm, cảm giác lái chân thật nhất.
4.5.1.2. Cần số:
Hình 4. 16: Sơ đồ điều khiển hộp số
Phần hộp số được thiết kế khối hộp vuông bằng chất liệu ván ép, cấu tạo theo kiểu hộp số 6 cấp và số lùi. Phần than cần số được làm bằng kim loại và được kết nối với chân GND của Arduino Leonardo. Các khe số sẽ trang bị các nút Limit Switch, các nút này sẽ được kết nối với các chân Digital (4,5,7,8,9,12,13). Khi ta vào số thì các Limit Switch sẽ được cấp nguồn từ cần số thơng qua chân GND và gửi tín hiệu về Arduino. Ngồi ra chân cần số còn được thiết kế bộ phận lò xo cố định đàn hồi giúp cho việc trả số vào số chân thực đến tuyệt đối.
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hữu Hải Âu Người hướng dẫn: Ths. Phạm Minh Mận
Các chân ga, phanh, chân côn được gia công bằng kim loại. Ở chân của các chân được thiết kê với các lò xo đàn hồi lực phù hợp, ở chân phanh sẽ được trang bị lị xo có lực đàn hồi lớn hơn các chân khác để cảm giác của các chân giống so với việc lái xe thực tế. Thân của các chân trang bị cảm biến góc quay chiết áp Potension. Khi ta đạp các chân thì tùy theo lực đạp tín hiệu góc xoay của cảm biến sẽ được gửi về Arduino Leonardo.
4.5.1.4. Hơp điều khiển
Hình 4. 18: Hộp điều khiển.
Hộp điều khiển bao gồm các thiết bị bao gồm: Arduino Leonardo, Encoder, Motor DC, Mạch điều khiển động cơ DC BTS7960 và các bánh răng, băng truyền dộng, ...
Nguyên lí hoạt động của hộp điều khiển :
Vô lăng sẽ được ăn khớp truyền động với mơ tơ cảm biến vịng quay Encoder và mô tơ trợ lực phản hồi, khi xoay vô lăng. Ở bàn đạp và cần số cũng được trang bị các cảm biến chạm ở chân ga, côn, phanh và các số 1, 2,3,…
Các cảm biến trên sẽ trả tín hiệu về Arduino Leonardo và thơng qua cổng usb truyền tín hiệu về phần mền Wheelconfig. Phần mền sẽ liên kết với game mô phỏng, qua màn hình