BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN XE SỬ DỤNG KIT MYRIO GVHD: ThS. NGUYỄN NGÔ LÂM SVTH: NGUYỄN THANH BẢO MSSV: 11119155 SVTH: NGUYỄN ĐÌNH HOÀNG MSSV: 11119064 SKL 0 0 3 8 7 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 do an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN XE SỬ DỤNG KIT NI MYRIO SVTH : NGUYỄN THANH BẢO MSSV: 11119155 NGUYỄN ĐÌNH HOÀNG MSSV: 11119064 Khóa : 2011 – 2015 Ngành : Côngnghệkỹthuậtmáytính GVHD: ThS.NGUYỄN NGÔ LÂM Tp. HồChí Minh, tháng 07 năm 2015 do an LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, nhóm sinh viên thực hiện đề tàixin đƣợc phép chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Ngô Lâm, giáo viên hƣớng dẫn đề tài đã định hƣớng và trao đổi những kinh nghiệm quý báu để nhóm thực hiện đề tài hoàn thành những nội dung trong đề tài một cách hoàn chỉnh nhất, cũng nhƣ tạo những điều kiện thuận lợi nhất từ cơ sở vật chất, không gian nghiên cứu và những góp ý quý báu cho nhóm để nhóm thực hiện đề tài có thể thực hiện và hoàn thành tốt đề tài này.
Nhóm thực hiện đề tài cũngxin trân trọng cảm ơn các thầy(cô) trong trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM nói chung và thầy(cô) khoa Điện – Điện Tử nói riêng đã tận tình truyền đạt những kiến thức nền tảng để từ đónhóm thực hiện đề tài có các kỹ năng cơ bản để phát triển, hoàn thành đề tài nghiên cứu cho riêng mình. Cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, các bạn sinh viên trong lớp đã trao đổi, góp ý tạo điều kiện thuận lợi về mặt vật chất và tinh thần để nhóm sinh viên thực hiện đề tài hoàn thành một cách tốt đẹp và đúng thời gian. Mặc dù đã có nhiều cố gắng và nỗ lực thực hiện, nhƣng do kiến thức cũng nhƣ khả năng bản thân còn nhiều hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh khỏi những sai phạm, thiếu sót…Rất mong nhận đƣợc sự góp ý, chỉ dẫn từ hội đồng bảo vệ, quý thầy cô và các bạn sinh viên. Giáo viên hƣớng dẫn Nhóm thực hiện đề tài Nguyễn Ngô Lâm Nguyễn Thanh Bảo Nguyễn Đình Hoàng v do an MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN.
v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .ix DANH MỤC BẢNG. x DANH MỤC HÌNH. xiii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.1 Tình hình nghiên cứu hiện nay .2 Tính cấp thiết của đề tài.3 Mục tiêu nghiên cứu .4 Nhiệm vụ nghiên cứu .5 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .6 Phƣơng pháp nghiên cứu .7 Bố cục của đồ án. 3 CHƢƠNG 2: PHẦN MỀM LẬP TRÌNH LABVIEW .1 Phần mềm lập trình Labview .2 Ứng dụng của Labview .3 Cách sử dụng phần mềm Labview .4 Giao tiếp giữa kit NI myRio với phần mềm Labview trên PC.2 Phần mềm tạo giao diện trên máy tính bảng (Data Dashboard trên iOS).
13 CHƢƠNG 3: KIT MYRIO VÀ CÁC LINH KIỆN.1 Kit Nation Instruments myRio 1900 .2 Thông số kỹ thuật .3 Các chuẩn giao tiếp. 29 vi do an 3.1 Giới thiệu chung .2 Tóm tắt chức năng: .3 Thông số kỹ thuật .5 Kết nối trên Labview .3 Nguyên lý hoạt động .5 IR Range Finder.2 Thông số kỹ thuật .3 Nguyên lý hoạt động. 46 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG .1 Sơ đồ khối hệ thống .1 Yêu cầu của hệ thống .2 Sơ đồ khối và chức năng của hệ thống .3 Hoạt động của hệ thống .2 Thiết kế, tính toán hệ thống .1 Khối nguồn của hệ thống .2 Khối servo GWS S03N .3 Khối cảm biến Sharp GP2Y0A21 .4 Khối điều khiển động cơ DC .5 Khối xử lý trung tâm .6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống. 55 vii do an 4.7 Lƣu đồ giải thuật của hệ thống .3 Giao tiếp với máy tính bảng iPad .3 Phần mềm NI Data Dashboard trên iOS.
59 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT .1 Kết quả và nhận xét .2 Kết quả thực nghiệm.1 Chế độ bằng tay .2 Chế độ tự động .3 Phân tích kết quả. 64 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .3 Hƣớng ứng dụng và phát triển. 66 Phụ lục A: Hƣớng dẫn sử dụng. 66 Phụ lục B: Code chƣơng trình.
69 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 74 viii do an DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ cái viết tắt Cụm từ giải thích ADC Analog Digital Convert ARM Advanced RISC Machine AI Analog Input DIO Digital Input Output FPGA Field programmable Gate Array GND Ground GPIB General-Purpose Interface Bus I2C Inter-Integrated Circuit IC Integrated Circuit IDE Integrated Development Environment IR InfraRed sensor LCD Liquid Crystal Display LED Light Emitting Diode MXP myRio Expansion Port MSP Mini System Port NI Nation Instrument LabVIEW Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench PC personal compute PCI Peripheral Component Interconnect PWM Pulse Width Modulation TCP/IP Transmission Control Protocol / Internet Protocol UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter USB Universal Serial Bus ix do an DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Bảng mô tả tín hiệu trên các kênh kết nối MXP A và MXP B .2: Bảng mô tả tín hiệu kết nối MSP C .3: Các chế độ truyền thông trong giao thức SPI .1: Thông số của xe. 62 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Labview khi khởi động .3: Cửa sổ giao diện Labview khi mới khởi động .4: Front Panel và Block Diagram .5: Control và Indicator trên Front Panel .6: Các hàm trên Block Diagram .7: Click Run để chạy chƣơng trình .9: Các lựa chọn khi lƣu file bằng Save As .10: Giao diện cửa sổ NI MAX .11: Các bƣớc thiết lập IP cho kit NI myRio.12: Gán địa chỉ kit myRio trên phần mềm Labview .13: Giao diện ứng dụng NI Data Dashboard.1: Kit Nation Instruments myRio 1900 .2: Mặt nhìn từ bên trên của kit myRio. 15 x do an Hình 3.3: Mặt nhìn từ bên dƣới của kit myRio .4: NI myRIO MXP A và MXP B .5: NI myRIO MSP C, Audio I/O .6: Board mở rộng MXP Breadboard .7: Sơ đồ khối tổng quát của kit NI myRio .8:Mạch điện thể hiện analog input của myRio .9: Mạch điện thể hiện analog output của NI myRio .0> trên Kết nối MXP A và B.14> trên Kết nối MXP A và B .0> trên Kết nối MSP C .13: Giản đồ thời gian của SPI ở Mode 0 .14: Giản đồ thời gian của SPI ở Mode 1 .15: Giản đồ thời gian của SPI ở Mode 2 .16: Giản đồ thời gian của SPI ở Mode 3 .18: Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H .19: SubVi điều khiển động cơ chạy tiến, lùi .20: Kết nối động cơ DC 12V với mạch cầu H .21: Servo GWS S03N STD .22: Cấu tạo bên trong servo .23: Các chân tín hiệu của servo .24: Kết nối servo với kit myRio .25: Nguyên lý hoạt động của servo .26: Hình thể hiện độ rộng xung thay đổi theo góc quay.27: IR Range Finder .28: Hình mô phỏng cách tính khoảng cách của IR sensor .29: Sơ đồ kết nối chân.
48 xi do an Hình 4.1: Sơ đồ khối của hệ thống .3: Sơ đồ kết nối khối Servo .4: Sơ đồ kết nối khối cảm biến.5: Sơ đồ kết nối mạch cầu H – L298 .6: Lƣu đồ giải thuật hệ thống .7: Lƣu đồ giải thuật trên máy tính bảng iPad .8: Giao diện điều khiển xe trên phần mềm NI Data Dashboard .1: Xe điều khiển dùng kit myRio .2: Góc quẹo tối đa của xe .3: Bật wifi bằng nút nhấn trên kit. 4: Kết nối tới mạng wifi “myRIO test” .5: Nhấn RUN để chạy ứng dụng. 68 xii do an TÓMTẮT Trong thời kì công nghệ luôn phát triển không ngừng, nền khoa học kĩ thuật của nƣớc ta cũng cần phải bắt kịp xu hƣớng chung của thế giới nếu không muốn bị tụt hậu. Các mạch điện, thiết bị điện tử luôn đổi mới, phát triển, hiện nay đa số kit đều lập trình trên ngôn ngữ là các “kí tự” nhƣ C, Python… có thể kể tên một số kit sử dụng ngôn ngữ truyền thống đó là Arduino, Raspberry Pi, Xbee… Và sau khi thảo luận, nhóm thực hiện đề tài đã quyết định thực hiện nghiên cứu về kit myRio của hãng Nation Instruments, đây là kit khá mới và chƣa có nhiều đề tài thực hiện nghiên cứu về kit.
Đề tài mà nhóm quyết định thực hiện đó là: “Điều khiển xe sử dụng kit myRio”.Tuy đề tài điều khiển xe không phải là quá mới, đã đƣợc nhiều nhóm đề tài thực hiện, nhƣng với kit NI myRio thì khá mới và nhóm thực hiện đề tài hy vọng sẽ là tiên phong trong việc sử dụng kit NI myRio để thực hiện đề tài này. Một trong những điểm mới của đề tài này đó là lập trình bằng phần mềm Labview, không phải lập trình bằng ngôn ngữ truyền thống nữa mà lập trình bằng ngôn ngữ “hình ảnh”, có tính tƣ duy, trừu tƣợng hơn, việc ứng dụng trên giao diện Dash Board để điều khiển xe trên iPad cũng là một điểm sáng, giúp cho đề tài có tính sáng tạo hơn, ngƣời sử dụng đƣợc dễ dàng hơn. Đề tài này đƣợc nhóm thực hiện đề tài dựa trên sự hƣớng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Ngô Lâm, cũng nhƣ sự hỗ trợ về thiết bị của nhà trƣờng, của công ty Nation Instruments, qua tìm hiểu trên mạng, thông tin datasheet của một số linh kiện điện tử song do kiến thức có hạn, kinh nghiệm còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài còn nhiều thiếu sót. Nhóm thực hiện đề tài rất mong nhận đƣợc sự góp ý của hội đồng bảo vệ, thầy cô, và các bạn sinh viên để có thể nâng cao chất lƣợng của đồ án.
xiii do an CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu hiện nay Trong vài thập niên gần đây nền kinh tế thế giới đã có những dấu hiệu chuyển mình rõ rệt, các ngành kĩ thuật của các nƣớc có những đột phá vô cùng mạnh mẽ, chuyển dần từ lao động máy móc sang trí tuệ nhân tạo. Để bắt kịp xu hƣớng chung của thế giới, cùng với sự đi lên của nên kinh tế mở, năng động mang tính thị trƣờng của thế giới, nền khoa học kỹ thuật của nƣớc ta cũng có những bƣớc phát triển nhất định. Một trong những xu hƣớng phát triển của khoa học kỹ thuật mà nƣớc ta đang hƣớng tới là tự động hóa, hiện đại hóa. Hiện nay, đa phần các nhà máy đã thay thế việc dùng sức lao động của con ngƣời, thay vào đó là các dây chuyền sản xuất tự động, giảm thiểu sức lao động của con ngƣời, đem lại sự hiệu quả, chính xác, năng suất cao.