Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong công tác khảo sát công trình ngầm hóa (đường hầm giao thông, hệ thống cấp thoát nước, mạng lưới cáp điện lực, viễn thông), thám hiểm hang động hoặc cứu hộ tai nạn lao động (sập hầm, rò rỉ khí gas, khí metan), con người luôn phải đối mặt với điều kiện môi trường nguy hiểm, thiếu dưỡng khí và hạn chế về không gian tiếp cận. Việc khảo sát trước địa hình và đo đạc các yếu tố môi trường đóng vai trò quyết định nhằm bảo đảm an toàn tính mạng cho lực lượng lao động và cứu hộ. Để giải quyết bài toán này, việc chế tạo robot di động nhỏ gọn có khả năng thay thế con người tiếp cận các khu vực nguy hiểm là một nhu cầu thực tiễn cấp thiết.

Trước đây, nhiều mô hình robot di động đã ứng dụng các dòng vi điều khiển như PIC, Atmel, Freescale hoặc các board mạch phát triển như Arduino (sử dụng vi điều khiển AVR). Tuy nhiên, các dòng vi điều khiển này bị hạn chế về năng lực tính toán và bộ nhớ khi phải thực hiện các tác vụ phức tạp, đặc biệt là xử lý luồng hình ảnh thời gian thực và truyền tải dữ liệu dung lượng lớn qua mạng. Trong khi đó, các máy tính nhúng đơn bo (SBC) như Raspberry Pi với cấu hình phần cứng chuyên dụng cho xử lý đa phương tiện, cùng với sự phổ biến và khả năng xử lý của điện thoại thông minh chạy hệ điều hành Android, mở ra giải pháp tối ưu cho việc điều khiển và giám sát robot từ xa.

Đề tài đặt ra mục tiêu thiết kế, chế tạo một mô hình robot di động điều khiển từ xa thông qua điện thoại thông minh Android di chuyển trên địa hình bằng phẳng. Hệ thống sử dụng cảm biến phương hướng (Orientation) tích hợp trên điện thoại để gửi tín hiệu điều khiển bằng cử chỉ nghiêng, đồng thời board Raspberry Pi trên robot tiếp nhận lệnh, điều khiển động cơ DC và truyền luồng hình ảnh thu được từ camera quay về hiển thị trực tiếp trên màn hình điện thoại.

Đề tài xác định 7 nội dung và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể như sau:

  1. Nghiên cứu kỹ thuật lập trình ngôn ngữ Python trong môi trường Linux trên máy tính nhúng.
  2. Sử dụng phần mềm Android Studio để viết ứng dụng điều khiển Robot và nhận dữ liệu hình ảnh truyền về.
  3. Nghiên cứu phương thức lập trình truyền thông Socket TCP giữa board Raspberry Pi và ứng dụng Android.
  4. Xây dựng giải pháp truyền nhận tín hiệu hình ảnh giữa camera trên Raspberry Pi và ứng dụng Android.
  5. Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ và hướng quay của động cơ DC bằng cầu H và kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM).
  6. Ứng dụng phần mềm Solidworks để thiết kế kết cấu khung xe Robot.
  7. Đánh giá, chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh hoạt động của toàn bộ hệ thống.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài bao gồm:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống robot di động dẫn động bánh xe, board máy tính nhúng Raspberry Pi 2, module điều khiển động cơ L298, camera USB và ứng dụng điều khiển trên nền tảng Android.
  • Phạm vi không gian: Thực hiện tại Phòng thí nghiệm D401, Bộ môn Điện Tử Công Nghiệp, Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh; thử nghiệm vận hành trên địa hình bề mặt bằng phẳng trong nhà.
  • Phạm vi thời gian: Từ ngày 25/03/2016 đến ngày 01/07/2016.
  • Các giới hạn kỹ thuật: Kích thước thân xe robot là 25 cm x 15 cm x 10 cm (dài x rộng x cao); vận tốc di chuyển thiết kế đạt 20 cm/s; bán kính điều khiển qua mạng không dây WLAN bị giới hạn trong khoảng cách 20 mét; hình ảnh camera truyền về hoạt động trong điều kiện không gian có ánh sáng tiêu chuẩn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài xây dựng trên các nền tảng lý thuyết chuyên ngành kỹ thuật điện tử, truyền thông không dây, hệ thống nhúng và kỹ thuật lập trình ứng dụng di động:

  • Lý thuyết về robot di động (Mobile Robot): Phân tích các dạng cơ cấu di chuyển (khớp chân, bánh xích, bánh xe). Lựa chọn cơ cấu bánh xe dẫn động (2 bánh chủ động kết hợp bánh bi dẫn hướng) nhằm tối ưu hóa sự cân bằng trọng tâm, giảm độ phức tạp cơ khí và đáp ứng khả năng di chuyển linh hoạt, tốc độ cao trên mặt phẳng.
  • Công nghệ mạng cục bộ không dây (WLAN - IEEE 802.11): Sử dụng chuẩn truyền thông không dây IEEE 802.11b/g/n hoạt động ở băng tần 2.4 GHz, cho phép truyền tải gói tin điều khiển và dòng dữ liệu hình ảnh với băng thông định danh lên đến 150 Mbps mà không cần dây dẫn vật lý.
  • Kiến trúc hệ điều hành Android và cảm biến IMU: Hệ điều hành Android được xây dựng trên nền tảng nhân Linux Kernel, gồm các lớp Application, Application Framework, Libraries và Android Runtime. Khối cảm biến quán tính (IMU - Inertial Measurement Unit) kết hợp giữa cảm biến gia tốc (Accelerometer - đo gia tốc tuyến tính), con quay hồi chuyển (Gyroscope - đo vận tốc góc quay) và cảm biến từ trường (Magnetic - xác định góc lệch từ trường trái đất) để tính toán góc nghiêng phương hướng (Orientation) theo các trục không gian 3 chiều.
  • Lập trình truyền thông Socket TCP: Xây dựng mô hình Client-Server dựa trên giao thức TCP/IP nhằm đảm bảo tính toàn vẹn và độ tin cậy của dữ liệu truyền nhận. Phía Server trên Raspberry Pi sử dụng thư viện socket trong Python (với các hàm bind(), listen(), accept(), recv(), send()). Phía Client trên Android sử dụng các lớp java.net.Socket, ServerSocket, InputStream, OutputStream để duy trì luồng kết nối liên tục.
  • Nguyên lý điều khiển động cơ DC và băm xung PWM: Sử dụng mạch cầu H cấu tạo từ các transistor BJT/MOSFET kết hợp diode bảo vệ chống dòng điện ngược sinh ra từ tải cảm. Tốc độ động cơ được điều chỉnh thông qua kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) với điện áp trung bình trên tải tuân theo công thức:

$$U_t = U \times \text{DutyCycle}$$

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm phương pháp tính toán - thiết kế phần cứng, phương pháp mô hình hóa 3D cơ khí bằng phần mềm Solidworks, phương pháp phát triển phần mềm nhúng đa nền tảng (Python trên Linux Raspbian và Java trên Android Studio), cùng phương pháp thực nghiệm ghép nối và kiểm thử từng khối chức năng. Nguồn dữ liệu tham khảo dựa trên tài liệu kỹ thuật của tổ chức Raspberry Pi (The Official Raspberry Pi Project Book của Russell Barnes), đồ án chuyên ngành khóa trước của Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM và tài liệu đặc tả kỹ thuật phần cứng của các nhà sản xuất (Broadcom, Texas Instruments, STMicroelectronics, TP-Link, Logitech).

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc module phân tầng, bao gồm khối điều khiển trung tâm, khối thu nhận hình ảnh, khối giao tiếp không dây, khối công suất chấp hành, khối nguồn và thiết bị điều khiển đầu cuối.

+-------------------------------------------------------------+
|               KHỐI GIAO DIỆN & ĐIỀU KHIỂN (CLIENT)           |
|  - Điện thoại Android                                       |
|  - Thu nhận góc nghiêng qua cảm biến Orientation            |
|  - Giao diện hiển thị luồng video MJPEG & bảng điều khiển   |
+------------------------------+------------------------------+
                               | (Sóng Wifi / Socket TCP)
                               v
+-------------------------------------------------------------+
|              KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM (SERVER)             |
|  - Board Raspberry Pi 2 (SoC BCM2836 Quad-Core 900MHz)      |
|  - USB Wifi TP-Link TL-WN722N (Giao tiếp mạng 802.11b/g/n)  |
|  - USB Webcam Logitech 3MP (Chuẩn nén chuỗi khung ảnh MJPEG)|
+------------------------------+------------------------------+
                               | (Tín hiệu logic GPIO & PWM)
                               v
+-------------------------------------------------------------+
|                   KHỐI CÔNG SUẤT VÀ CHẤP HÀNH               |
|  - Module cầu H kép L298 (Điện áp 5V-35V, dòng 2A/cầu)       |
|  - 02 Động cơ DC 12V kèm hộp giảm tốc tỷ số 1:48            |
|  - Nguồn cấp hệ thống                                       |
+-------------------------------------------------------------+

1. Thông số kỹ thuật các thành phần phần cứng

STT Tên thành phần / Module Thông số kỹ thuật chi tiết Vai trò trong hệ thống
1 Board Raspberry Pi 2 Model B SoC Broadcom BCM2836 (4 lõi ARM Cortex-A7 @ 900MHz), GPU VideoCore IV, 1GB SDRAM, 40 chân GPIO, nguồn 5V-1A qua MicroUSB Khối xử lý trung tâm, chạy Socket Server và streaming video
2 USB Wifi TP-Link TL-WN722N Chuẩn IEEE 802.11b/g/n, tần số 2.4 GHz, tốc độ tối đa 150 Mbps, chipset Atheros AR9271L-AL3A Thu phát sóng vô tuyến kết nối mạng cục bộ không dây
3 USB Webcam Logitech Cảm biến hình ảnh 3.0 Megapixel, giao tiếp chuẩn USB 2.0, hỗ trợ xuất luồng ảnh MJPEG Thu nhận hình ảnh không gian phía trước robot
4 Module công suất L298 Tích hợp 2 mạch cầu H, điện áp hoạt động 5V - 35V, dòng đỉnh 2A mỗi cầu, điện áp điều khiển 5V - 7V Khuếch đại công suất và đổi chiều dòng điện cấp cho động cơ
5 Động cơ một chiều (DC Motor) Điện áp định mức 12V DC, tích hợp hộp số giảm tốc tỷ lệ 1:48 Cơ cấu chấp hành dẫn động quay 2 bánh xe chủ động
6 Thẻ nhớ MicroSD Dung lượng 16GB Cài đặt hệ điều hành Raspbian Linux và lưu trữ mã nguồn

2. Logic điều khiển chiều quay động cơ qua mạch cầu H

Tín hiệu điều khiển logic từ các chân GPIO của Raspberry Pi được nối trực tiếp vào các chân ngõ vào IN1, IN2, IN3, IN4 và các chân điều khiển băm xung Enable A, Enable B trên module L298 để xác định hướng chuyển động của robot:

Lệnh điều khiển Tín hiệu IN1 Tín hiệu IN2 Tín hiệu IN3 Tín hiệu IN4 Trạng thái ĐC Trái Trạng thái ĐC Phải Hướng di chuyển Robot
Tiến 1 0 1 0 Quay thuận (Tiến) Quay thuận (Tiến) Robot chạy thẳng tới
Lùi 0 1 0 1 Quay nghịch (Lùi) Quay nghịch (Lùi) Robot chạy lùi lại
Rẽ Trái 0 1 1 0 Quay nghịch (Lùi) Quay thuận (Tiến) Robot quay sang trái
Rẽ Phải 1 0 0 1 Quay thuận (Tiến) Quay nghịch (Lùi) Robot quay sang phải
Dừng 0 0 0 0 Ngắt điện (Dừng) Ngắt điện (Dừng) Robot đứng yên

3. Quy trình triển khai phần mềm

  • Lập trình phía Raspberry Pi: Hệ điều hành Raspbian được ghi lên thẻ nhớ MicroSD 16GB. Chương trình điều khiển viết bằng Python khởi tạo Socket TCP Server, lắng nghe yêu cầu kết nối từ địa chỉ IP và Port chỉ định. Khi nhận chuỗi mã lệnh từ điện thoại, chương trình tiến hành phân tích cú pháp và xuất mức điện áp ra các chân GPIO tương ứng để điều khiển module L298, đồng thời khởi chạy dịch vụ streamer mã hóa các khung ảnh từ USB Webcam Logitech thành luồng MJPEG gửi qua cổng mạng.
  • Lập trình ứng dụng Android: Viết trên môi trường Android Studio sử dụng ngôn ngữ Java (JDK 8). Ứng dụng đăng ký dịch vụ SensorManager để lắng nghe dữ liệu từ cảm biến Orientation. Khi người dùng nghiêng thiết bị theo các trục, thuật toán tính toán góc nghiêng vượt ngưỡng cho phép sẽ đóng gói ký tự điều khiển tương ứng gửi qua Socket TCP Client. Một thành phần giao diện đồ họa riêng biệt liên tục nhận luồng byte dữ liệu từ server để giải mã và hiển thị hình ảnh video từ camera theo thời gian thực.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng Quan

Chương 1 trình bày lý do chọn đề tài xuất phát từ nhu cầu khảo sát thực tế tại các công trình ngầm hóa, cứu hộ sự cố rò rỉ khí độc và thám hiểm môi trường nguy hiểm. Tác giả chỉ ra hạn chế của các hệ thống vi điều khiển truyền thống (như PIC, Arduino) trong xử lý hình ảnh, từ đó đề xuất giải pháp tích hợp máy tính nhúng Raspberry Pi 2 và hệ điều hành Android. Chương này xác định rõ mục tiêu đề tài, 7 nội dung nghiên cứu kỹ thuật cụ thể, các giới hạn vận hành (kích thước 25 x 15 x 10 cm, tốc độ 20 cm/s, khoảng cách 20 m) cùng bố cục 6 chương của khóa luận.

Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Chương 2 cung cấp toàn bộ nền tảng lý thuyết phục vụ việc thiết kế hệ thống:

  • Trình bày lịch sử phát triển, phân loại robot di động và phân tích cơ cấu chuyển động bằng bánh xe.
  • Giới thiệu công nghệ mạng không dây WLAN, phân loại mạng (WPAN, WLAN, WMAN, WWAN), các chuẩn IEEE 802.11 cùng ưu nhược điểm về băng thông và tính bảo mật.
  • Phân tích kiến trúc hệ điều hành Android, vòng đời hoạt động của Activity (onCreate, onStart, onResume, onPause, onStop, onDestroy) và các thành phần ứng dụng (Service, Broadcast Receiver, Content Provider, Intent).
  • Trình bày cấu tạo và nguyên lý của cụm cảm biến IMU (Gia tốc kế, Con quay hồi chuyển, Cảm biến từ trường) trong việc xác định hướng và góc nghiêng của điện thoại.
  • Trình bày kỹ thuật lập trình Socket TCP kết nối Client - Server trên nền ngôn ngữ Python và Java.
  • Giới thiệu thông số chi tiết của các phần cứng sử dụng: Board Raspberry Pi 2 (SoC BCM2836), USB Wifi TP-Link TL-WN722N, Webcam Logitech (chuẩn nén MJPEG), mạch cầu H L298 và nguyên lý điều chế độ rộng xung PWM trên động cơ DC.

Chương 3: Tính Toán và Thiết Kế

Chương 3 tập trung vào công tác tính toán và thiết kế sơ đồ khối toàn hệ thống. Tác giả phân tích chi tiết sơ đồ nguyên lý ghép nối giữa Raspberry Pi, module L298, hai động cơ DC, nguồn cấp và các cổng ngoại vi USB. Chương này tính toán thông số dòng điện, điện áp làm việc của mạch cầu H, thiết lập bảng chân tín hiệu điều khiển logic (IN1 - IN4) và xây dựng cấu trúc giao tiếp mạng truyền hình ảnh và dữ liệu giữa robot với điện thoại thông minh.

Chương 4: Thi Công Hệ Thống

Chương 4 mô tả toàn bộ quy trình chế tạo phần cứng và xây dựng phần mềm:

  • Chế tạo kết cấu cơ khí khung xe robot từ các bản vẽ thiết kế trên Solidworks và tiến hành lắp ráp động cơ, bánh xe dẫn động, module mạch cùng nguồn pin.
  • Hướng dẫn định dạng thẻ nhớ, cài đặt hệ điều hành Raspbian cho Raspberry Pi và cấu hình biến môi trường Java JDK 8, Android Studio trên máy tính phát triển.
  • Trình bày lưu đồ thuật toán chương trình chính trên Android, lưu đồ xử lý thông số cảm biến Orientation, lưu đồ nhận dữ liệu hình ảnh camera và lưu đồ chương trình điều khiển Socket Server trên Raspberry Pi.
  • Cung cấp tài liệu hướng dẫn sử dụng và các bước thao tác vận hành mô hình trên thực tế.

Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá

Chương 5 công bố kết quả thực nghiệm sau khi hoàn thiện chế tạo và đóng gói mô hình:

  • Trình bày hình ảnh mô hình robot thực tế với đầy đủ các linh kiện bố trí ở mặt trên và mặt dưới khung xe.
  • Minh chứng hoạt động của cảm biến Orientation và giao diện ứng dụng Android khi đăng nhập, hiển thị hình ảnh camera truyền về và gửi lệnh điều khiển.
  • Đưa ra nhận xét, đánh giá về độ ổn định truyền tín hiệu không dây, độ trễ hiển thị hình ảnh và khả năng đáp ứng chuyển động của robot so với các mục tiêu ban đầu đã đề ra.

Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển

Chương 6 tổng kết các hạng mục công việc đã hoàn thành: thiết kế thành công khung robot, lập trình điều khiển động cơ qua PWM trên Raspberry Pi, truyền nhận dữ liệu qua Socket TCP và xây dựng ứng dụng Android điều khiển bằng cảm biến góc nghiêng kèm hiển thị video. Đồng thời, chương này đề xuất các giải pháp nâng cấp trong tương lai như bổ sung cảm biến quét laser (Laser Scanner) để phục vụ lập bản đồ và tự động tránh vật cản.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật đạt được

  • Về phần cứng: Chế tạo hoàn chỉnh mô hình robot 3 bánh với kích thước cơ khí 25 cm x 15 cm x 10 cm. Khối công suất L298 kết hợp với nguồn cấp vận hành ổn định 2 động cơ DC 12V (hộp giảm tốc 1:48), giúp robot đạt vận tốc di chuyển 20 cm/s trên mặt sàn bằng phẳng.
  • Về truyền thông và xử lý tín hiệu: Thiết lập thành công kết nối mạng không dây qua giao thức Socket TCP giữa Server (Raspberry Pi 2) và Client (ứng dụng Android) với tầm hoạt động ổn định trong bán kính 20 mét.
  • Về truyền hình ảnh: Luồng hình ảnh từ USB Webcam Logitech 3 MP được mã hóa theo chuẩn MJPEG và truyền trực tiếp về điện thoại Android, cho phép người điều khiển quan sát không gian phía trước xe với chất lượng hình ảnh rõ nét.
  • Về ứng dụng điều khiển: Ứng dụng Android thu nhận chính xác các vector góc nghiêng từ cảm biến Orientation, tự động chuyển đổi thành 5 trạng thái lệnh (Tiến, Lùi, Rẽ Trái, Rẽ Phải, Dừng) và gửi đến robot theo thời gian thực.

2. Giải pháp và đóng góp của đề tài

  • Khóa luận đã chứng minh tính khả thi của việc thay thế các vi điều khiển cấp thấp bằng máy tính nhúng đơn bo Raspberry Pi chạy Linux trong các bài toán robot di động yêu cầu truyền dữ liệu đa phương tiện.
  • Đề xuất giải pháp giao tiếp đa ngôn ngữ (Python trên Linux kết hợp Java trên Android) thông qua giao thức Socket TCP tiêu chuẩn, tạo ra mô hình truyền thông gọn nhẹ, độ trễ thấp và dễ dàng mở rộng cho các hệ thống nhúng điều khiển từ xa.
  • Thay thế phương thức điều khiển truyền thống bằng nút bấm cơ học/nút ảo sang phương thức tương tác bằng cử chỉ nghiêng điện thoại (dựa trên cảm biến phương hướng IMU), mang lại trải nghiệm điều khiển trực quan.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

1. Hạn chế của đề tài

  • Khả năng phản hồi của robot dưới sự kiểm soát của board Raspberry Pi thông qua việc điều khiển động cơ DC chưa thực sự nhanh nhạy; vẫn còn tồn tại sai số nhất định trong quá trình điều khiển góc quay và tốc độ.
  • Hệ thống chỉ vận hành tốt trên các bề mặt bằng phẳng, ít gồ ghề và độ dốc thấp; chưa có cơ cấu giảm chấn hoặc vượt chướng ngại vật phức tạp.
  • Phạm vi truyền nhận tín hiệu điều khiển và video bị giới hạn trong khoảng cách 20 mét do phụ thuộc vào công suất phát của thiết bị USB Wifi và Access Point.
  • Hệ thống chưa được tích hợp các cảm biến đo đạc môi trường chuyên sâu (nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí gas) hoặc thuật toán tự động tránh vật cản.

2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Trang bị thêm cảm biến quét laser (Laser Scanner / LiDAR) hoặc cảm biến siêu âm để robot có khả năng tự động nhận diện chướng ngại vật và xây dựng bản đồ môi trường di chuyển.
  • Tối ưu hóa thuật toán điều khiển động cơ trên Raspberry Pi nhằm giảm độ trễ phản hồi và hạn chế tối đa sai số điều khiển.
  • Nâng cấp phần cứng thu phát không dây hoặc chuyển đổi sang các giải pháp truyền thông mạng diện rộng (WWAN / 3G / 4G) để mở rộng khoảng cách điều khiển robot vượt quá giới hạn 20 mét.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận mang lại giá trị tham khảo chuyên môn cho các đối tượng sau:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử, Điện tử - Viễn thông, Công nghệ Thông tin, Kỹ thuật Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu mẫu mực về quy trình thiết kế, thi công một hệ thống nhúng điều khiển kết hợp ứng dụng di động; là tài liệu tham khảo cho các học phần Hệ thống nhúng, Lập trình ứng dụng di động và Đồ án tốt nghiệp.
  • Kỹ sư và người nghiên cứu phát triển robot di động: Có thể tham khảo trực tiếp các nội dung:
    • Phương pháp lập trình Socket TCP kết nối liên thông giữa ngôn ngữ Python trên môi trường Linux Raspbian và ngôn ngữ Java trên nền tảng Android.
    • Kỹ thuật truyền nhận và giải mã luồng video thời gian thực định dạng MJPEG từ webcam qua cổng mạng không dây.
    • Sơ đồ mạch nguyên lý, phương pháp phối ghép chân GPIO của Raspberry Pi với module công suất L298 và kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) điều khiển động cơ DC.

Câu hỏi thường gặp

1. Board Raspberry Pi 2 sử dụng trong đề tài có cấu hình vi xử lý và thông số phần cứng như thế nào?
Board Raspberry Pi 2 Model B được trang bị vi xử lý SoC Broadcom BCM2836 với 4 lõi ARM Cortex-A7 tốc độ 900 MHz, GPU Broadcom VideoCore IV hỗ trợ OpenGL ES 2.0, bộ nhớ RAM 1GB SDRAM Hynix, 40 chân kết nối ngoại vi GPIO, 4 cổng USB 2.0 và hoạt động với nguồn điện 5V - 1A qua cổng MicroUSB.

2. Nguyên lý điều khiển hướng di chuyển của Robot thông qua ứng dụng Android hoạt động ra sao?
Ứng dụng Android khai thác cụm cảm biến phương hướng (Orientation) tích hợp trên điện thoại (kết hợp dữ liệu từ cảm biến gia tốc kế Accelerometer, con quay hồi chuyển Gyroscope và từ trường Magnetic). Khi người dùng nghiêng điện thoại về các hướng, ứng dụng tính toán góc nghiêng và gửi chuỗi ký tự điều khiển tương ứng qua kết nối Socket TCP đến Raspberry Pi để kích hoạt trạng thái tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải hoặc dừng.

3. Bảng logic tín hiệu điều khiển các chân của module L298 để Robot thực hiện rẽ trái và rẽ phải được thiết lập như thế nào?
Để điều khiển Robot rẽ trái, các chân ngõ vào được cấp mức logic: IN1 = 0, IN2 = 1, IN3 = 1, IN4 = 0 (động cơ trái quay lùi, động cơ phải quay tiến). Để Robot rẽ phải, mức logic được cấp là: IN1 = 1, IN2 = 0, IN3 = 0, IN4 = 1 (động cơ trái quay tiến, động cơ phải quay lùi).

4. Dữ liệu hình ảnh từ Robot truyền về điện thoại Android sử dụng thiết bị phần cứng và chuẩn truyền nào?
Hệ thống sử dụng thiết bị USB Webcam Logitech độ phân giải 3.0 Megapixel kết nối qua cổng USB của Raspberry Pi. Hình ảnh thu được từ webcam được đóng gói thành chuỗi khung hình phẳng liên tiếp theo chuẩn mã hóa MJPEG và truyền qua môi trường mạng không dây WLAN (Wifi) đến ứng dụng Android để giải mã và hiển thị.

5. Mô hình Robot hoàn thiện có các thông số giới hạn vận hành cụ thể là bao nhiêu?
Robot có kích thước cơ khí 25 cm x 15 cm x 10 cm (dài x rộng x cao), vận tốc di chuyển đạt 20 cm/s trên địa hình bằng phẳng ít dốc, và khoảng cách điều khiển không dây qua giao thức Socket bị giới hạn trong phạm vi bán kính 20 mét.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Điều khiển Robot bằng board Raspberry Pi và ứng dụng Android" của tác giả Phạm Quan Sơn đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu thiết kế, chế tạo phần cứng và lập trình hệ thống theo nhiệm vụ được giao. Bằng việc kết hợp năng lực tính toán của máy tính nhúng Raspberry Pi 2 và tính linh hoạt của điện thoại thông minh Android qua giao thức Socket TCP, đề tài đã xây dựng thành công một mô hình robot di động có khả năng truyền hình ảnh trực tiếp và điều khiển chuyển động trực quan bằng cảm biến góc nghiêng. Công trình là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích về phương pháp tích hợp hệ thống nhúng, truyền thông không dây và điều khiển thiết bị ngoại vi trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử - viễn thông.