CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Giới hạn Vì hạn chế về mặt kinh phí, thời gian cũng như kiến thức chuyên môn, đồ án này sẽ có những giới hạn như sau: - Mô hình robot chỉ có kích thước và không gian làm việc nhỏ - Giao diện điều khiển chỉ bao gồm những tính năng cơ bản, không có các tính năng về bảo mật, tài khoản hay thống kê dữ liệu… - Nội dung hình ảnh SVG theo một kiểu định dạng cụ thể và chỉ có thể phân tích những hình ảnh có dạng nét vẽ - Robot chỉ có thể được điều khiển qua WiFi bằng máy tính có hệ điều hành từ Windows 10 trở lên. 3 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2. Tổng quan về Linear Delta Robot Delta Robot là một loại robot song song bao gồm ba cánh tay được nối với các khớp ở bệ cố định.
Đặc điểm thiết kế chính của nó là sử dụng hình bình hành trong các cánh tay, giúp duy trì sự định hướng của bộ phận đầu cuối. Robot Delta được sử dụng phổ biến trong công việc gắp thả và đóng gói trong các nhà máy nhờ đặc tính di chuyển rất nhanh của chúng [24]. Từ năm 1983, “Laboratoire de Systèmes Robotiques” tại Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL, LSRO) đã nghiên cứu thiết kế và phát triển động học song song. Delta Robot song song đầu tiên được cấp bằng sáng chế vào năm 1985 [3].
Linear Delta Robot dạng trục ngang (bên trái) và trục dọc (bên phải) [3] 2. Giới thiệu về Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 NodeMCU LuaNode32 2. Tổng quan về vi xử lý ESP32 và dòng ESP32-WROOM ESP32 là một vi xử lý mạch mẽ với tích hợp Wi-Fi và Bluetooth thích hợp cho những ứng dụng có phạm vi kết nối rộng [30]. ESP32 có khả năng hoạt động đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp, với nhiệt độ hoạt động trong khoảng từ –40°C đến +125°C.
Được hỗ trợ bởi các mạch hiệu chỉnh tiên tiến, ESP32 có thể tự động loại bỏ các điểm không hoàn hảo của mạch bên ngoài và thích ứng với những thay đổi trong điều kiện bên ngoài. Mặc khác, vì được thiết kế cho các thiết bị di động, thiết bị điện tử đeo được và ứng dụng IoT, ESP32 đạt được mức tiêu thụ điện năng cực thấp nhờ sự kết hợp của một số loại phần mềm độc quyền. ESP32 được tích hợp các công tắc ăng-ten, balun RF, bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại thu nhiễu thấp, bộ lọc và module quản 4 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT lý nguồn tạo nên tính linh hoạt, giảm thiểu yêu cầu về thiế kế chân trong bảng mạch in (PCB). ESP32 không những có thể hoạt động độc lập trong một hệ thống hoàn chỉnh mà còn có thể hoạt động như một thiết bị ngoại vi bên cạnh vi xử lý chính, giúp giảm những tiến trình mà vi xử lý đó cần phải thực hiện.
ESP32 có thể giao tiếp với những hệ thống khác để cung cấp chức năng Wi-Fi, Bluetooth thông qua các giao tiếp SPI/SDIO, I2C hoặc UART. Dòng module ESP32-WROOM được thiết kế dưới dạng SoC (System on Chip) dựa trên lõi là ESP32-D0WD-V3 Dual Core. Các module này rất phù hợp với các ứng dụng kết nối dựa trên Wi-Fi và Bluetooth/Bluetooth LE, đồng thời cung cấp hiệu suất mạnh mẽ dựa trên cấu tạo lõi kép. Tần số xung tốt đa có thể hoạt động của dòng module này là 240MHz.
Bên cạnh đó, mô-đen cũng được trang bị bộ nhớ flash từ 4 đến 16 GB. Dòng module ESP32-WROOM có thể giao tiếp với các thiết bị ngoại vi hoặc các vi xử lý khác thông qua thẻ SD, UART, SPI, SDIO, I2C, LED PWM, Motor PWM, I2S, IR, bộ đếm xung, GPIO, ADC và DAC. Ngoài ra, dòng module này cũng được tích hợp cảm biến chạm, cảm biến từ Hall và ăng-ten PCB/IPEX. Tổng quan về Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 NodeMCU LuaNode32 Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 NodeMCU LuaNode32 được phát triển trên nền module trung tâm là ESP32-WROOM với ưu điểm là cách sử dụng dễ dàng, ra chân đầy đủ, tích hợp mạch nạp và giao tiếp UART CP2102.
Ngoài ra, kit này cũng được tính hợp LED báo trạng thái, các nút nhấn BOOT và EN [17]. Module ESP32-WROOM có tổng cộng 38. Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 NodeMCU LuaNode32 chỉ ra 30 chân trong số trên vì đã loại trừ những chân dùng cho bộ nhớ flash cũng như kết nối với IC nạp. Sơ đồ ra chân của kit được dựa trên ESP32 DEVKIT V1 – DOIT như sau: 5 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.
Sơ đồ ra chân Kit ESP32 NodeMCU LuaNode32 [21] Trong 30 chân ra của kit, có 4 chân được sử dụng để nối nguồn là VIN, 3V3 và 2 chân GND; 1 chân EN và 25 chân GPIO. Nguồn hoạt động cho vi xử lý có thể được cấp thông qua cổng Micro USB hoặc cấp nguồn từ 3,3V đến 5V (tối đa không quá 12V) vào chân VIN. Chân 3V3 có thể dùng để cấp nguồn hoạt động cho các thiết bị ngoại vi khác có mức điện áp này. Các chân GND của nguồn, ESP32 và các thiết bị ngoại vi khác đều phải được nối chung mới nhau.
Trong 25 chân GPIO, ngoại trừ 4 chân 34, 35, 36 và 39 chỉ có thể được dùng với chức năng input, các chân GPIO còn lại đều có thể được sử dụng ở cả chế độ input và output. Một số chân GPIO phải được đặt ở một mức logic nhất định trong quá trình bootloader hoặc flashing. Tuy nhiên, chúng ta không cần quan tâm điều này khi sử dụng devkit vì những mạch này sẽ đưa những chân đó vào chế độ thích hợp. Trong kit NodeMCU LuaNode32, chân GPIO0 được nối với nút nhấn BOOT và không có ra chân.
LED tích hợp trên board được nối với chân GPIO2. 6 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ESP32 được tích hợp 10 chân có khả năng phát hiện được sự thay đổi về điện áp cảm ứng trên chân, có được sử dụng như các nút nhấn cảm ứng. Các chân này bao gồm: - TOUCH0 (GPIO 4) - TOUCH1 (GPIO 0) - TOUCH2 (GPIO 2) - TOUCH3 (GPIO 15) - TOUCH4 (GPIO 13) - TOUCH5 (GPIO 12) - TOUCH6 (GPIO 14) - TOUCH7 (GPIO 27) - TOUCH8 (GPIO 33) - TOUCH9 (GPIO 32) Trong số các chân ra của kit có 15 chân có thể sử dụng chức năng ADC với độ phân giải 12bit, có giá trị tương tự là 0 tương ứng với 0V và 4096 tương ứng với 3,3V. Các chân ADC này cũng có thể được lập trình với độ phân giải tuỳ chỉnh miễn sao không vượt quá độ phân giải 12bit.
Các chân ADC bao gồm: - ADC1_CH0 (GPIO 36) - ADC1_CH1 (GPIO 37) - ADC1_CH2 (GPIO 38) - ADC1_CH3 (GPIO 39) - ADC1_CH4 (GPIO 32) - ADC1_CH5 (GPIO 33) - ADC1_CH6 (GPIO 34) - ADC1_CH7 (GPIO 35) - ADC2_CH0 (GPIO 4) - ADC2_CH1 (GPIO 0) - ADC2_CH2 (GPIO 2) - ADC2_CH3 (GPIO 15) - ADC2_CH4 (GPIO 13) - ADC2_CH5 (GPIO 12) - ADC2_CH6 (GPIO 14) 7 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT - ADC2_CH7 (GPIO 27) - ADC2_CH8 (GPIO 25) - ADC2_CH9 (GPIO 26) Không như việc có nhiều chân ADC với độ phân giải cao, ESP32 chỉ có 2 chân DAC với độ phân giải 8bit, có giá trị từ 0 – 255 tương ứng với mức điện áp từ 0 – 3,3V. Các chân DAC bao gồm: - DAC1 (GPIO25) - DAC2 (GPIO26) ESP32 có tổng cộng 15 chân thời gian thực RTC có tác dụng đánh thức module này khỏi chế độ Low Power Mode. Các chân RTC bao gồm: - RTC_GPIO0 (GPIO36) - RTC_GPIO3 (GPIO39) - RTC_GPIO4 (GPIO34) - RTC_GPIO5 (GPIO35) - RTC_GPIO6 (GPIO25) - RTC_GPIO7 (GPIO26) - RTC_GPIO8 (GPIO33) - RTC_GPIO9 (GPIO32) - RTC_GPIO10 (GPIO4) - RTC_GPIO11 (GPIO0) - RTC_GPIO12 (GPIO2) - RTC_GPIO13 (GPIO15) - RTC_GPIO14 (GPIO13) - RTC_GPIO15 (GPIO12) - RTC_GPIO16 (GPIO14) - RTC_GPIO17 (GPIO27) 8 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nói về giao tiếp, trong số các chân ra của kit có 2 chân giao tiếp I2C, 4 chân bao gồm 2 kênh giao tiếp UART, 8 chân bao gồm 2 kênh giao tiếp SPI. Các chân này bao gồm: - SDA (GPIO 21) - SCL (GPIO 22) - VSPI MOSI (GPIO23) - VSPI MISO (GPIO19) - VSPI CLK (GPIO18) - VSPI CS (GPIO5) - HSPI MOSI (GPIO13) - HSPI MISO (GPIO12) - HSPI CLK (GPIO14) - HSPI CS (GPIO15) - UART0_TXD (GPIO1) - UART0_RXD (GPIO3) - UART2_TXD (GPIO17) - UART2_RXD (GPIO16) ESP32 có 16 kênh độc lập có thể cấu hình để tạo PWM với các thuộc tính khác nhau.
Tất cả các chân có thể hoạt động với chế độ output đều có thể được sử dụng như chân PWM (tức là ngoại trừ 4 chân input only đã nêu). Ngoài ra, tất cả các chân GPIO của module này để có thể được sử dụng với chế độ ngắt ngoại. Các chế độ Webserver của ESP32 Webserver hay máy chủ web là một máy tính cài đặt các chương trình phục vụ các ứng dụng web. Webserver có khả năng tiếp nhận request từ các trình duyệt web và gửi phản hồi đến client thông qua giao thức HTTP hoặc các giao thức khác.
Có 3 phương pháp có thể dùng để tạo ra một Webserver từ ESP32 để giao tiếp với các thiết bị khác thông qua sóng WiFi bao gồm: Access Point, WiFi Station, và kết hợp cả hai chế độ trên. - Khi ESP32 khi kết nối với một mạng WiFi hiện có (thường được tạo từ router) thì nó sẽ được gọi là một Station (STA). Ở chế độ này, ESP32 sẽ nhận được một địa chỉ IP được cấp từ router mà nó kết nối. Với địa chỉ này, nó có thể thiết lập một web server và cung cấp đến các trang web đến 9 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT tất các các thiết bị kết nối với mạng WiFi đó.
- Khi ESP32 được dùng để tự tạo ra một trung tâm phát WiFi (giống như một router) cho nhiều STA khác có thể truy cập thì nó được gọi là Access Point (AP). Không giống như mạng WiFi được tạo từ router, AP tạo từ ESP32 không thể kết nối đến internet, do vậy nó còn được gọi là soft-AP. Ngoài ra, số lượng STA có thể kết nối với mạng này cũng bị giới hạn. Giao thức cơ bản nhất để kết nối và điều khiển ESP đó là HTTP (Hyper Text Transfer Protocol).
HTTP là giao thức truyền tải một chiều. Trong giao thức này, client (máy khách) sẽ gửi yêu cầu và server (máy chủ) sẽ gửi phản hồi ngược lại. Do đó, đây là một giao thức có độ trễ cao. WebSocket ra đời để khác phục nhược điểm độ trễ cao của giao thức HTTP.
WebSoket là một giao thức truyền tải 2 chiều giữa server và client. Ban đầu, client sẽ gửi một yêu cầu Handshake (bắt tay) đến máy chủ. Sau khi máy chủ xác nhận yêu cầu Handshake của máy khách, hai bên sẽ xác nhận thiết lập kết nối với nhau và gửi tín hiệu (message) từ cả 2 phía mà không cần phải nhận bất kỳ yêu cầu nào trước đó.