CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ VÀ THỰC THI CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO Q-UAV BẰNG CÔNG NGHỆ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG
4.2. Tích hợp thiết bị và quy trình khởi động hệ thống thử nghiệm
4.2.1. Tích hợp các thiết bị thử nghiệm
Sơ đồ khối tổng quan kết nối phần cứng và các thiết bị ngoại vi chính cho hệ thống điều khiển Q-UAV được thể hiện trên hình 4.1.
+ Sử dụng GPS/IMU cho mô hình thử nghiệm Q-UAV
Có rất nhiều chủng loại thiết bị khác nhau của INS và GPS, cũng như thiết bị tích hợp sẵn của INS/GPS có thể được ứng dụng Q-UAV. Trên thực tế
105
có thể nhận thấy rằng các thiết bị GPS như: LEA-6H, HOLUX GR89, MediaTek MT3329 và Ublox có các đặc tính kỹ thuật và giá thành gần giống nhau [6]. Trong phạm vi luận án, thiết bị GPS Ublox Neo 6M (hình 4.2a) được lựa chọn và sử dụng trong việc dẫn đường của Q-UAV. Các thiết bị INS như: Crossbow IMU440 và LandMark 40 IMU; các thiết bị tích hợp sẵn INS/GPS như: Microbotics MIDG-II và Tokimec VSAS-2GM có thể cung cấp giá trị thu được có độ chính xác rất cao; tuy nhiên, giá thành của các thiết bị này tương đối cao. Do vậy trong điều kiện thực tại, NCS đã lựa chọn thiết bị IMU có chứa các cảm biến tích hợp MPU6000 (hình 4.2a) được sử dụng trong việc xác định vị trí và trạng thái của Q-UAV.
Hình 4.1. Sơ đồ khối tổng quan kết nối phần cứng và các thiết bị ngoại vi + Sử dụng thiết bị lập trình được
Trên thực tế, cả vi điều khiển và PLC đều có tính năng điều khiển như nhau và có thể được sử dụng để điều khiển MUAV. Tuy nhiên, PLC thường được ứng dụng có ứng xử điều khiển lô gíc trong môi trường sản xuất công nghiệp, như: các dây truyền sản xuất tự động trong các nhà máy lớn, còn vi điều khiển thường được dùng cho các ứng dụng nhỏ hơn nhưng ứng xử điều khiển phức tạp trong dân dụng. Hơn nữa, kết cấu của vi điều khiển thường là
106
nhỏ và gọn hơn rất nhiều so với PLC. Chính vì thế, vi điều khiển sẽ phù hợp với việc thử nghiệm cho hệ thống điều khiển của Q-UAV. Hiện nay có rất nhiều chủng loại vi điều khiển như: Intel MCS-51851, ATMEGA8515, PIC, dsPic, TI, ST, Arduino Atmega2560, Arduino MCU-STM32-Cortex M4, v.v… Trong luận án này, bộ vi điều khiển MCU-STM32-Cortex M4 (hình 4.2b) được sử dụng để nạp chương trình điều khiển Q-UAV.
(a) (b)
Hình 4.2. Thiết bị GPS và IMU được tích hợp trong thử nghiệm (a) và bảng vi mạch MCU-STM32-Cortex M4 lập trình được (b)
Như đã được trình bày trong Chương 3, Arduino [6] là nền công nghệ mã nguồn mở cho phép linh hoạt và dễ dàng sử dụng phần cứng và phần mềm;
nó dành cho các nhà thiết kế và lập trình viên quan tâm đến việc tạo ra các đối tượng hoặc môi trường tương tác. Vi mạch tích hợp với bộ vi điều khiển MCU-STM32-Cortex M4 có các tính năng kỹ thuật sau: 32 bits, 168MHz/256KB RAM/2MB Flash, đầu kết nối GPS với 6 pin, 16 đầu vào ADC, 40 đầu vào/ra số để kết nối với cảm biến, 4 cổng nối tiếp được chỉ định cho giao tiếp từ xa bằng sóng vô tuyến hai chiều sử dụng mô đun RFD900Mhz, 8 kênh RC. Vi mạch này có thể được cung cấp nguồn điện thông qua thiết bị nhận RC hoặc một nguồn điện riêng rẽ. Nó có thể được cho phép lập trình, biên dịch và nạp chương trình dựa trên ngôn ngữ C++ trên Arduino IDE.
107
+ Tích hợp các thiết bị khác
Các hình 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7 và 4.8 lần lượt mô tả thêm: tích hợp vi mạch trên Q-UAV, thiết bị điều khiển bằng tay Futaba T8FG, bộ thu nhận tín hiệu trạng thái của Q-UAV, màn hình hiển thị video thu được tại mặt đất và hiển thị thông số, pin và mạch sạc điện Cellpro và động cơ T-motor kèm theo các thông số kỹ thuật, tham gia vào thử nghiệm và đánh giá hệ thống điều khiển Q-UAV.
Hình 4.3. Tích hợp vi mạch trên Q-UAV
Hình 4.4. Thiết bị điều khiển bằng tay Futaba T8FG
Hình 4.5. Bộ thu nhận tín hiệu trạng thái của Q-UAV
108
Hình 4.6. Màn hình hiển thị video thu được tại mặt đất và hiển thị thông số
Hình 4.7. Pin và mạch sạc điện Cellpro