CHƯƠNG 2 CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT
4. Các thành phần chính của mơ hình
4.3. Kit ESP32 DOIT DevKit V1
Thông số kỹ thuật:
ESP32 là lõi kép, điều này có nghĩa là nó có 2 bộ vi xử lý. Nó được tích hợp Wi-Fi và bluetooth.
Nó chạy các chương trình 32 bit.
Xung nhịp (clock frequency) có thể lên đến 240MHz và nó có RAM 512 kB. Loại board này có 30 hoặc 36 chân, mỗi hàng có 15 chân.
Nó cũng có sẵn nhiều loại ngoại vi (peripheral), như: cảm ứng điện dung (capacitive touch), ADC, DAC, UART, SPI, I2C và nhiều hơn nữa.
Nó được tích hợp với cảm biến hiệu ứng Hall (Hall effect sensor) và cảm biến nhiệt độ.
Mơi trường lập trình
ESP32 có thể được lập trình trên nhiều mơi trường lập trình khác nhau. Bạn có thể sử dụng:
Arduino IDE
Espressif IDF (IoT Development Framework) MicroPython
JavaScript LUA v.v.
Trong những dự án này, chúng ta sẽ lập trình ESP32 chủ yếu bằng Arduino IDE hoặc MicroPython. 4.4. Bánh xe Thông số kỹ thuật: - Chất liệu: Nhựa cứng, lớp đệm mút, cao su tốt. - Đường kính: 65mm. - Độ rộng bánh: 27mm.
Hình 16: Bánh xe 65mm khớp lục giác.
4.5. Mạch Giảm Áp DC XL4015 (5A)
Thông số mạch giảm áp DC XL4015 (5A):
- IC chính: XL4015.
- Tích hợp led báo điện áp đầu ra và nhơm tản nhiệt cho IC chính. - Điện áp đầu vào: 8~36VDC
- Điện áp đầu ra: 1.25 ~ 32VDC. - Dòng đầu ra tối đa: 5A
- Hiệu suất : 96% - Tần số xung: 180KHz
- Tích hợp Mosfet đóng ngắt tần số cao.
- Maximum Duty Cycle: 100% - Minimum Drop Out: 0.3VDC - Nhiệt độ làm việc : -40 ~ 125 độ C Kích thước: 54 x 23 x 18mm 4.6. Mạch Giảm Áp DC LM2596 3A. Hình 17: Mạch giảm áp DC XL4015 (5A).
Hình 18: Mạch giảm áp DCLM2596 3A. LM2596 3A.
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp đầu vào: Từ 3V đến 30V.
- Điện áp đầu ra: Điều chỉnh được trong khoảng 1.5V đến 30V. - Dòng đáp ứng tối đa là 3A. - Hiệu suất: 92%
- Cơng suất: 15W
- Kích thước: 45 (dài) * 20 (rộng) * 14 (cao) mm
4.7. Pin cell 18650 2000mAh.
Thông số kỹ thuật: - Điện áp: 3.7v
- Dung lượng: 2000mah - Điện áp sạc đầy: 4.2v
4.8. Trụ đồng đực cái 20mm.
Hình 19: Pin cell 18650 2000mAh.
4.9. Hộp đế pin 18650 4 cell.
Thông số kỹ thuật:
- Các Cell pin được nối tiếp với nhau với điện áp tối đa: 4.2 x 4 - Dây màu đỏ là +
- Dây màu đen là –
4.10. Cảm biến gia tốc GY-521 6DOF IMU MPU6050
Cảm biến gia tốc GY-521 6DOF IMU MPU6050 được sử dụng để đo 6 thông số: 3 trục Góc quay (Gyro), 3 trục gia tốc hướng (Accelerometer), là loại cảm biến gia tốc phổ biến nhất trên thị trường hiện nay.
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp sử dụng: 3~5VDC - Điện áp giao tiếp: 3~5VDC - Chuẩn giao tiếp: I2C
- Giá trị Gyroscopes trong khoảng: +/- 250 500 1000 2000 degree/sec
Hình 22: Cảm biến gia tốc GY-521 6DOF IMU MPU6050.Hình 21: Hộp để pin 18650 4 cell. Hình 21: Hộp để pin 18650 4 cell.
- Giá trị Acceleration trong khoảng: +/- 2g, +/- 4g, +/- 8g, +/- 16g
- Board mạch mạ vàng, linh kiện hàn tự động bằng máy chất lượng tốt nhất.
Hình 23: Sơ đồ nguyên lý Cảm biến gia tốc GY-521 6DOF IMU MPU6050.
MPU-6050 là cảm biến của hãng InvenSense. MPU-6050 là một trong những giải pháp cảm biến chuyển động đầu tiên trên thế giới có tới 6 trục cảm biến (mở rộng tới 9 trục) tích hợp trong 1 chip duy nhất.
MPU-6050 sử dụng công nghệ độc quyền MotionFusion của InvenSense có thể chạy trên các thiết bị di động, tay điều khiển, ...
Ngồi ra, MPU-6050 cịn có 1 đơn vị tăng tốc phần cứng chuyên xử lý tín hiệu (Digital Motion Processor – DSP) do cảm biến thu thập và thực hiện các tính tốn cần thiết. Điều này giúp giảm bớt đáng kể phần xử lý tính tốn của vi điều khiển, cải thiện tốc độ xử lý và cho ra phản hồi nhanh hơn. Đây chính là 1 điểm khác biệt đáng kể của MPU-6050 so với các cảm biến gia tốc và gyro khác.
Các cảm biến bên trong MPU-6050 sử dụng bộ chuyển đổi tương tự - số (Analog to Digital Converter – ADC) 16-bit cho ra kết quả chi tiết về góc quay, tọa độ... Với 16-bit bạn sẽ có 2^16 = 65536 giá trị cho 1 cảm biến. Tùy thuộc vào yêu cầu của bạn, cảm biến MPU-6050 có thể hoạt động ở chế độ tốc độ xử lý cao hoặc chế độ đo góc quay chính xác (chậm hơn).
MPU-6050 có thể kết hợp với cảm biến từ trường (bên ngoài) để tạo thành bộ cảm biến 9 góc đầy đủ thơng qua giao tiếp I2C.
Hơn nữa, MPU-6050 có sẵn bộ đệm dữ liệu 1Kb cho phép vi điều khiển phát lệnh cho cảm biến, và nhận về dữ liệu sau khi MPU-6050 tính tốn xong.
4.10. Cảm biến siêu âm (HC – SRF04).
Nguyên lý hoạt động:
Để đo khoảng cách, ta sẽ phát 1 xung rất ngắn (5 microSeconds) từ chân Trig. Sau đó, cảm biến siêu âm sẽ tạo ra 1 xung HIGH ở chân Echo cho đến khi nhận lại được sóng phản xạ ở pin này. Chiều rộng của xung sẽ bằng với thời gian sóng siêu âm được phát từ cảm biển và quay trở lại.
Tốc độ của âm thanh trong khơng khí là 340 m/s (hằng số vật lý), tương đương với 29,412 microSeconds/cm (106 / (340*100)). Khi đã tính được thời gian, ta sẽ chia cho 29,412 để nhận được khoảng cách.
Hình 24: Cảm biến siêu âm (HC-SR04).
4.11. Động cơ bước
Thơng số kỹ thuật: - Góc bước: 1.8°.
- Kích thước: 42x42x34mm. - Truyền động bước 2 pha.
- Độ chính xác của điện trở: ±10%.
- Điện cảm chính xác: ±20 %.
- Lực đẩy: 500VAC trong một phút. - Điện áp: 8Vdc ±36Vdc .
Hình 26: Động cơ step size 42 ngắn(NEMA17HS3401S). CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG 1. Thiết kế phần cứng 2. Thiết kế cơ khí 3. Kết nối phần cứng 4. Thiết kế phần mềm 5. Bộ lọc Kalman
6. Lưu đồ giải thuật điều khiển
Dựa trên nền tảng của thuật toán điều khiển PID, giải thuật cân bằng và điều khiển bám theo vị trí ban đầu trên mơ hình robot được xây dựng theo lưu đồ sau:
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
1. Kết quả đạt được.
2. Những hạn chế và hướng phát triển.2.1. Hạn chế. 2.1. Hạn chế.
2.2. Hướng phát triển.