ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, với sự bùng nổ của khoa học và công nghệ, hàng loạt các thiết bị công nghệ cao được ra đời nhằm đáp ứng cho nhu cầu sử dụng của con người. Trong đó, cũng không thiếu các thiết bị dùng để giúp đỡ cho những người khiếm thị. Người khiếm thị ở Việt Nam gặp rất nhiều khó khăn trong việc đi lại và các sinh hoạt hằng ngày, họ cần sự giúp đỡ của người thân hoặc những vật dụng như gậy chỉ đường,. Nên việc cho ra đời càng nhiều thiết bị hỗ trợ cho những người khiếm thị là điều cần thiết, điều này thể hiện sự quan tâm của cộng đồng đối với những người khiếm thị, góp phần giúp đỡ cho người khiếm thị có thể thuận lợi hơn trong việc di chuyển cũng như sinh hoạt hàng ngày.
Ở Việt Nam cũng đã có các thiết bị cũng như phát minh được ra đời để giúp đỡ cho họ như Mắt Thần của Tiến Sĩ Nguyễn Bá Hải, vòng đeo tay hỗ trợ người mù thông báo cho người dùng bằng cách báo rung,… Với sự cần thiết đó, nhóm em xin thực hiện đề tài “Đai đeo hỗ trợ người khiếm thị”. Với đề tài này, nhóm sử dụng cảm biến hồng ngoại GP2Y0A710K0F để có thể phát hiện được vật cản hay cầu thang trong một khoảng cách an toàn với người khiếm thị để họ có thể tránh được các vật cản trước mặt và tìm được hướng đi an toàn hơn bằng việc thông báo bằng âm thanh. MỤC TIÊU Mục tiêu của đề tài này là thực hiện một mô hình hoản chỉnh sử dụng cảm biến hồng ngoại GP2Y0A710K0F kết hợp với động cơ Servo MG90S để phát hiện được vật cản trong phạm vi tối thiểu là 1.2m và phát hiện được cầu thang. Sau đó, sử dụng module DF Player Mini Mp3 để phát các thông báo đã được thiết lập sẵn qua loa hay tai nghe (earphone) đến người sử dụng để họ có thể chọn hướng khác an toàn hơn và tiếp tục di chuyển.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1 Luan van CHƢƠNG 1. NỘi DUNG NGHIÊN CỨU NỘI DUNG 1: Tìm hiểu các đề tài đã có trước đó. NỘI DUNG 2: Tìm hiểu cách xác định góc từ đó xác định được các khoảng cách từ 1 điểm cố định đến 1 điểm bất kì. NỘI DUNG 3: Tìm hiểu các linh kiện sử dụng trong hệ thống.
NỘI DUNG 4: Thiết kệ hệ thống điều khiển. NỘI DUNG 5: Thi công lắp ráp mô hình. NỘI DUNG 6: Viết chương trình hoàn chỉnh cho mô hình. NỘI DUNG 7: Thực nghiệm để quan sát kết quả.
NỘI DUNG 8: Điều chỉnh các thông số cho tối ưu hệ thống. NỘI DUNG 9: Hoàn thiện chương trình. NỘI DUNG 10: Nhận xét, đánh giá kết quả và hoàn thiện mô hình. NỘI DUNG 11:Hoàn thành luận văn.
GIỚI HẠN Phạm vi giới hạn của cảm biến GP2Y0A710K0F từ 1m đến 5,5m. Dưới 1m thì cảm biến hoạt động không chính xác. Sử dụng Board Arduino Nano thay vì phải thiết kế một mạch điều khiển hoàn chỉnh để tiết kiệm thời gian. Thời gian sử dụng còn ngắn do sử dụng pin 18650 dung lượng thấp.
BỐ CỤC Chƣơng 1: Tổng quan Chương này giới thiệu về đề tài, lí do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, giới hạn của đề tài. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết Chương này trình bày về cơ sơ lý thuyết của đề tài, tổng quan về vi điều khiển. Chƣơng 3: Thiết kế và tính toán Chương này trình bày việc thiết kế sơ đồ khối, tìm hiểu các linh kiện được sử dụng, tính toán thông số sử dụng trong mạch và thiết kế sơ đồ nguyên lý của hệ thống. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2 Luan van CHƢƠNG 1.
TỔNG QUAN Chƣơng 4: Thi công hệ thống Chương này trình bày các bước thi công của hệ thống từ phần cứng, phần mềm, các kết quả đạt được sau khi thi công. Chƣơng 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá Chương này trình bày kết quả thực hiện, nhận xét và đưa đánh giá chung về hệ thống dựa trên các mục tiêu ban đầu đã đặt ra. Chƣơng 6: Kết luận và hướng phát triển Chương này trình bày kết luận về đề tài đã thực hiện, nêu ra các hướng phát triển cho đề tài trong tương lai. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 Luan van CHƢƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chƣơng 2.1 GIỚI THIỆU CHUẨN TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU – GIAO TIẾP UART Giao tiếp UART chế độ bất đồng bộ sử dụng một dây kết nối cho mỗi chiều truyền dữ liệu do đó để quá trình truyền nhận dữ liệu thành công thì việc tuân thủ các tiêu chuẩn truyền là hết sức quan trọng. Sau đây là các khái niệm quan trọng trong chế độ truyền thông này. Baud rate (tốc độ Baud): Để việc truyền và nhận bất đồng bộ xảy ra thành công thì các thiết bị tham gia phải thống nhất với nhau về khoảng thời gian dành cho 1 bit truyền, hay nói cách khác tốc độ truyền phải được cài đặt như nhau trước khi truyền nhận, tốc độ này gọi là tốc độ Baud. Tốc độ Baud là số bit truyền trong một giây.
Ví dụ, nếu tốc độ Baud được đặt là 9600 bit/giây thì thời gian dành cho một bit truyền là 1/9600 ~ 104. Frame (khung truyền): Do truyền thông nối tiếp mà nhất là nối tiếp bất đồng bộ rất dễ mất hoặc sai lệch dữ liệu, quá trình truyền thông theo kiểu này phải tuân theo một số quy cách nhất định. Bên cạnh tốc độ Baud, khung truyền là một yếu tố quan trọng tạo nên sự thành công khi truyền và nhận. Khung truyền bao gồm các quy định về số bit trong mỗi lần truyền, các bit báo hiệu như bit Start và bit Stop, các bit kiểm tra như Parity, ngoài ra số lượng các bit dữ liệu trong mỗi lần truyền cũng được quy định bởi khung truyền.
Để bắt đầu cho việc truyền dữ liệu bằng UART, một START bit được gửi đi, sau đó là các bit dữ liệu và kết thúc quá trình truyền là STOP bit. Khung truyễn dữ liệu trong chế độ bất động bộ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 Luan van CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Start bit: Là bit đầu tiên được truyền trong một khung truyền, bit này có chức năng báo cho thiết bị nhận biết rằng có một gói dữ liệu sắp được truyền tới. Start bit là bit bắt buộc phải có trong khung truyền.
Data: Data hay dữ liệu cần truyền là thông tin chính mà chúng ta cần gửi và nhận. Dữ liệu cần truyền không nhất thiết phải là gói 8 bit, có thể quy định số lượng bit của dữ liệu là 5, 6, 7, 8 hoặc 9. Trong truyền thông nối tiếp USART, bit có ảnh hưởng nhỏ nhất của dữ liệu sẽ được truyền trước và cuối cùng là bit có ảnh hưởng lớn nhất. Parity bit: Là bit dùng kiểm tra dữ liệu truyền đúng không (một cách tương đối).
Có 2 loại parity là parity chẵn và parity lẻ. Parity chẵn nghĩa là số lượng bit 1 trong dữ liệu bao gồm bit parity luôn là số chẵn. Ngược lại, tổng số lượng các bit 1 trong parity lẻ luôn là lẻ. Ví dụ, nếu dữ liệu của bạn là 10111011 nhị phân, có tất cả 6 bit 1 trong dữ liệu này, nếu parity chẵn được dùng, bit parity sẽ mang giá trị 0 để đảm bảo tổng các bit 1 là số chẵn (6 bit 1).
Nếu parity lẻ được yêu cầu thì giá trị của parity bit là 1. Parity bit không phải là bit bắt buộc và vì thế chúng ta có thể loại bit này khỏi khung truyền. Stop bits: Là một hoặc các bit báo cho thiết bị nhận rằng một gói dữ liệu đã được gửi xong. Sau khi nhận được stop bits, thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra khung truyền để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu.
Stop bits là các bit bắt buộc xuất hiện trong khung truyền. Khung truyền phổ biến nhất là ( Start bit + 8 bit dữ liệu + stop bit).2 PHƢƠNG PHÁP TÍNH 2.1 Cơ sở thiết kế Vì đề tài sử dụng servo quay tuần tự từ trên xuống và ngược lại kết hợp với cảm biến hồng ngoại GP2Y0A710K0F để xác định được tại một góc bất kì của servo có vật cản hay không. Vậy nên cần phải có một phương pháp tính riêng để xác định được những yêu cầu đó. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 Luan van CHƢƠNG 2.2 Phƣơng pháp tính Sau khi tìm hiểu nhóm đã xây dựng được phương pháp tính toán cụ thể để tại một góc bất kì của servo cảm biến khoảng cách sẽ phát hiện được có vật cản hay không.
Nếu có vật cản thì phát âm thanh thông báo cho người sử dụng biết phía trước có vật cản để họ lựa chọn hướng đi khác. Đầu tiên, nhóm sẽ thiết lập chiều cao ban đầu của người sử dụng như sau: Với: h1: Khoảng cách từ đai đeo xuống đất (mm). h2 = ? h2: Khoảng cách từ đai đeo lên đầu (mm). S: Khoảng cách cảm biến đo được (mm).
α: Góc cố định ban đầu (độ). Thiết lập chiều cao của người sử dụng Chọn góc α bằng 50 độ, S là khoảng cách mà cảm biến đọc được ngay tại góc 50 độ; h1 là khoảng cách từ đai đeo xuống dưới đất; h2 là khoảng cách từ đai đeo lên đầu và để xác định được h1 thì cần sử dụng phương trình lượng giác như sau: h1 = cos(50) * S ( 2.1) Theo thực nghiệm đo đạt trên thực tế thì: h2 = (2/3) * h1 ( 2.2) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 Luan van CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT L = 1200 h2 Với: h1: Khoảng cách từ đai đeo xuống đất (mm). Góc h2: Khoảng cách từ đai đeo lên đầu (mm).
max? L: Khoảng cách cần cảnh báo khi có vật cản (mm). Góc Góc min: Góc nhỏ nhất cần để đo khoảng cách (độ). min? Góc max: Góc lớn nhất cần để đo khoảng cách (độ). Xác định góc min, góc max Từ h1, h2 vừa tìm được, nhóm sẽ xác định lại góc min và góc max là 2 góc nhỏ nhất, lớn nhất cần để đo khoảng cách dựa trên phương trình toán sau: Góc min = arctan (1200 / h1) (2.4) Hai phương trình trên nhóm sử dụng khoảng cách an toàn (L) bằng 1200 mm.
Vì ở đây, dùng số độ (i) tăng, giảm giữa 2 góc quay liên tiếp bằng 2 nên cần xử lý các giá trị góc min và góc max để servo quay lên, quay xuống tuần tự đúng với góc tương ứng bằng cách: A = Góc max – Góc min (2.5) - Nếu A là số chẵn thì góc quay tuần tự là [góc min; góc max].