BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG MÔ HÌNH MÁY BAY ÐIỀU KHIỂN TỪ XA TRICOPTER GVHD: ThS. NGUYỄN VĂN HIỆP SVTH: HOÀNG NGỌC DŨNG 12141281 SKL 0 0 4 5 8 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2017 do an CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ----***---- Tp.
Hồ Chí Minh, ngày tháng 2 năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Hoàng Ngọc Dũng MSSV : 12141281 Ngành: C ng nghệ thuật iện tử truyền th ng Lớp: 12141CLDT2 Giảng viên hƣớng dẫn: Th.0000 Ngày nhận ề tài: 12/9/2016 Ngày nộp ề tài: 17/2/2017 1. Tên ề tài: MÔ HÌNH MÁY BAY ĐIỀU KHIỂN TỪ XA TRICOPTER 2. Các số liệu, tài liệu ban ầu: 3. Nội dung thực hiện ề tài: Mục tiêu của ề tài là nghiên cứu ứng dụng board Arduino vào iều khiển máy bay, tìm hiểu cảm biến MPU 6050, tìm hiểu nguyên lý, cấu tạo và iều khiển hoạt ộng của ESC, thiết kế hung và iều khiển cân bằng cho máy bay tricopter.
Sản phẩm: M hình máy bay ƣợc iều khiển bằng tay cầm. TRƢỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN i do an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc ******* P U NHẬN XÉT CỦA G ÁO V ÊN ƢỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: Hoàng Ngọc Dũng. Ngành: C ng nghệ thuật iện tử, truyền th ng. Tên ề tài: MÔ HÌNH MÁY BAY ĐIỀU KHIỂN TỪ XA TRICOPTER.
Họ và tên Giáo viên hƣớng dẫn: Nguyễn Văn Hiệp. Về nội dung ề tài & hối lƣợng thực hiện:. Đề nghị cho bảo vệ hay h ng?. Đánh giá loại:.
Hồ Chí Minh, ngày tháng 2 năm 2017 Giáo viên hƣớng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii do an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc ******* P U NHẬN XÉT CỦA G ÁO V ÊN P ẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: Hoàng Ngọc Dũng. Ngành: C ng nghệ thuật iện tử truyền th ng. Tên ề tài: MÔ HÌNH MÁY BAY ĐIỀU KHIỂN TỪ XA TRICOPTER. Họ và tên Giáo viên phản biện:.
Về nội dung ề tài & hối lƣợng thực hiện:. Đề nghị cho bảo vệ hay h ng?. Đánh giá loại:. Hồ Chí Minh, ngày tháng 2 năm 2017 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) iii do an LỜ NÓ ĐẦU -o0o- Ngày nay khoa học c ng nghệ ang bùng phát và phát triển một cách mạnh mẽ.
Các máy móc và robot tự ộng ang thay thế con ngƣời làm ƣợc nhiều việc trong cuộc sống thƣờng ngày và trong c ng việc. Với việc ứng dụng máy móc tự ộng vào các ngành c ng nghiệp ã làm tăng năng suất và hiệu quả c ng việc lên rất cao iều này làm cho nền kinh tế phát triển nhanh chóng và ời sống con ngƣời ƣợc cải thiện nhiều hơn. Kh ng chỉ dừng lại với các ứng dụng trên mặt ất mà giờ ây con ngƣời còn tăng cƣờng nghiên cứu hai thác các ứng dụng trên h ng nhiều hơn bằng việc phát triển các thiết bị có chức năng bay nhằm chinh phục bầu trời và xa hơn nữa là chinh phục vũ trụ. Một trong những nghiên cứu ang ƣợc con ngƣời chú trọng phát triển là thay thế những thiết bị bay có ngƣời lái bằng các thiết bị bay h ng ngƣời lái với các tính năng ƣu việt nhƣ hoạt ộng tự ộng, làm việc ƣợc ở các iều kiện m i trƣờng và ịa hình hác nhau, thu thập các th ng tin một cách chính xác,.
Những thiết bị bay nhƣ thế này sẽ giúp con ngƣời làm việc ở những nơi nguy hiểm nhƣ giám sát các vụ cháy rừng, núi lửa, giám sát an ninh, thu thập th ng tin thám hiểm ở các hang ộng, vực sâu, hỗ trợ con ngƣời sản xuất n ng nghiệp nhƣ phun thuốc trừ sâu,. Với việc thực hiện ề tài “ M hình máy bay iều khiển từ xa Tricopter” em sẽ cố gắng giúp cho mọi ngƣời hiểu hơn về nguyên lý bay của máy bay ba cánh và các thiết bị bay tƣơng tự, một số lý thuyết cơ bản về iều khiển máy bay, xây dựng bộ iều khiển cho máy bay. Để làm ƣợc ề tài này yêu cầu sinh viên phải có iến thức cơ bản về cơ hí, hí ộng học, ộng lực học và các iến thức chuyên m n về lập trình cho vi iều khiển, ọc và thu thập dữ liệu cảm biến, iều khiển ộng cơ, truyền nhận dữ liệu, iện tử cơ bản,…. iv do an LỜI CẢM ƠN -o0o- Để ề tài ƣợc hoàn thành theo úng thời gian yêu cầu của nhà trƣờng cũng nhƣ của khoa và ạt ƣợc kết quả trên h ng chỉ là sự nỗ lực của bản thân cá nhân em mà còn có sự giúp ỡ của gia ình, sự chỉ bảo của thầy c giáo và các bạn sinh viên.
Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ dẫn và góp ý nhiệt tình của thầy NGUYỄN V N HIỆP. Cám ơn thầy ã hƣớng dẫn và hỗ trợ em trong quá trình hoàn thành ồ án tốt nghiệp. Trong quá trình thực hiện ồ án, chắc chắn sẽ h ng tránh hỏi những thiếu sót. Rất mong nhận ƣợc sự góp ý, phê bình, chỉ dẫn của quý thầy c và các bạn sinh viên.
Sinh viên thực hiện: Hoàng Ngọc Dũng v do an MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. i PHI U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN. ii PHI U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN. iii LỜI NÓI ĐẦU.
iv LỜI CẢM ƠN. vi DANH MỤC HÌNH ẢNH. viii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .1 Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay .2 Mục tiêu nghiên cứu .3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .4 Phƣơng pháp nghiên cứu .5 Bố cục của ồ án. 3 CHƢƠNG 2:CƠ SỞ LÝ THUY T .1 Lý thuyết bay, iều khiển của tricopter .2 Động học và phƣơng trình toán .3 Lý thuyết về hệ thống IMU .4 Một số phƣơng pháp xác ịnh góc nghiêng trong h ng gian .5 Cảm biến MPU .6 Cảm biến Gyro.
Lý thuyết bộ iều khiển PID .1 Lý thuyết ộng cơ DC h ng chổi than (Brushless DC motor) .2 Board iều khiển – Board Arduino Uno .3 Bộ iều tốc – ESC (Electronic speed controler) .1 Giới thiệu chung .2 Tính dung lƣợng pin. 31 vi do an 3.1 Giới thiệu ộng cơ Servo.7 Tay iều khiển FlySky. 35 CHƢƠNG 4 : THI T K .1 Yêu cầu hệ thống: .2 Sơ ồ kết nối phần cứng.3 Thiết kế hung nh m .4 Lựa chọn linh kiện .2 Lựa chọn ESC (electric speed controller) .4 Cảm biến cân bằng MPU 6050 .5 Thiết kế giải thuật iều khiển. 45 CHƢƠNG 5 : THI CÔNG .1 Thi c ng hung và ết nối mạch iện theo sơ ồ.2 Lập trình cho board Arduino .1 Lƣu ồ lập trình hệ thống .2 Phần mềm lập trình cho board Arduino .3 Trang trí cho tricopter.
54 CHƢƠNG 6 : K T LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .1 Kết quả ạt ƣợc .2 Một số hạn chế .2 Hƣớng phát triển cho ề tài. 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 58 vii do an DANH MỤC ÌN ẢNH Hình 2.1 : Các góc roll, pitch, yaw trong h ng gian .2: Trạng thái iều khiển tricopter. 4: Các góc roll, pitch, yaw trong hệ ịnh vị quán tính.5: Mặt phẳng xác ịnh góc Euler.6a : Hình chiếu trục z lên trục chuẩn.8 : Góc Tait-Bryan trong máy bay.9 : Cảm biến Gyro cơ .10 : Gyro vòng laser thực tế.11 : Sơ ồ bộ iều khiển PID .1: Động cơ DC h ng chổi than.2: Các bộ phận chính của một ộng cơ brushless DC iển hình.3: Sơ ồ khối và iều khiển ộng cơ BLDC.4 : Sơ ồ nguyên lý của ộng cơ một chiều h ng chổi than.5 : Dạng sóng dòng iện và xung iều khiển.6 : Board arduino Uno .7: Cấu tạo của board Arduino Uno.8 : ESC S ywal er 40A.9 : Cấu tạo ơn giản mạch c ng suất của ESC .12 : Cấu tạo ộng cơ Servo .13 : Biểu ồ hoạt ộng của ộng cơ Servo.14 : Cánh counter cloc wise 10x45 .15 : Tay iều khiển FlySky i6 .4 : Khung nh m tricopter .5 : Động cơ h ng chổi than Emax 810kv .7 : Pin lipo 3cell-2200mAh.8 : Cảm biến MPU-6050 .9 : Sơ ồ tổng quát của cảm biến .10 : Sơ ồ iều khiển tricopter .1 : Khung Tricopter làm bằng nh m ơn giản.
2 : Khung Tricopter hi gắn ộng cơ. 3 : Tricopter hi trang trí và dán decal .4: Lƣu ồ lập trình iều khiển bay. 51 viii do an Hình 5.5 : Sơ ồ hoạt ộng của tricopter.6 : Lập trình cho board arduino iều khiển trung tâm.7 : Lập trình cho board arduino iều khiển hƣớng bay .8 : Tricopter sau hi trang trí. 54 ix do an C ƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay Ngày nay, khoa học c ng nghệ ang bùng phát và phát triển một cách mạnh mẽ.
Các máy móc và robot tự ộng ang thay thế con ngƣời làm ƣợc nhiều việc trong cuộc sống thƣờng ngày và trong c ng việc. Với việc ứng dụng máy móc tự ộng vào các ngành c ng nghiệp ã làm tăng năng suất và hiệu quả c ng việc lên rất cao iều này làm cho nền kinh tế phát triển nhanh chóng và ời sống con ngƣời ƣợc cải thiện nhiều hơn. Kh ng chỉ dừng lại với các ứng dụng trên mặt ất mà giờ ây con ngƣời còn tăng cƣờng nghiên cứu hai thác các ứng dụng trên h ng nhiều hơn bằng việc phát triển các thiết bị có chức năng bay nhằm chinh phục bầu trời và xa hơn nữa là chinh phục vũ trụ. Một trong những nghiên cứu ang ƣợc con ngƣời chú trọng phát triển là thay thế những thiết bị bay có ngƣời lái bằng các thiết bị bay h ng ngƣời lái với các tính năng ƣu việt nhƣ hoạt ộng tự ộng, làm việc ƣợc ở các iều kiện m i trƣờng và ịa hình hác nhau, thu thập các th ng tin một cách chính xác,.
Những thiết bị bay nhƣ thế này sẽ giúp con ngƣời làm việc ở những nơi nguy hiểm nhƣ giám sát các vụ cháy rừng, núi lửa, giám sát an ninh, thu thập th ng tin thám hiểm ở các hang ộng, vực sâu, hỗ trợ con ngƣời sản xuất n ng nghiệp nhƣ phun thuốc trừ sâu,.