Khóa luận Thiết kế và chế tạo mô hình quadrocopter để thu thập không ảnh

hồ (ví dụ trước-sau) sẽ quay chậm hơn cặp motor quay ngược chiều kim đồng hồ(ví dụ trái-phải). Ngược lại , muốn xoay ngược chiều kim đồng hồ thì cặp motor quay ngược chiều kim đồng hồ (trái-phải) sẽ quay chậm hơn cặp motor quay cùng chiều kim đồng hồ(trước-sau). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 5 1.4 Công nghệ điều khiển Xét về mặt này thì quadcopter đòi hỏi hệ thống mạch điều khiển phức tạp hơn vì phải sử dụng các cảm biến quán tính như gyro (gyroscope) và gia tốc (accelero-meter) để tính toán được góc nghiêng và vận tốc quay theo ba trục để giữ thăng bằng, nếu không sẽ không thể nào điều khiển được. Tuỳ theo hệ thống mạch điều khiển tốt tới mức nào sẽ quyết định tới khả năng điều khiển quadcopter dễ hay khó. Nhưng khi đã được thiết kế tốt, một người chưa từng điều khiển qua lần nào cũng có thể điều khiển được quadcopter một cách dễ dàng, theo như nguyên lý hoạt động đã đề cập tới ở trên thì quadcopter thực chất chỉ là điều khiển tốc độ của 4 motor để có được chuyển động mong muốn. Đối với Helcopter, việc điều khiển bao gồm nhiều yếu tố, điều khiển các servo để thay đổi góc tấn của quạt chính, thay đổi tốc độ cánh quạt chính, thay đổi tốc độ hoặc góc tấn của cánh quạt đuôi để dễ bẻ lái, thay đổi mặt phẳng quay của cánh quạt chính . . . Loại này rất khó điều khiển, cần phải có nhiều kỹ năng và kinh nghiệm. Để có thể điều khiển được mô hình loại này, người điều khiển phải mất một thời gian khá lâu để làm quen, và thường phải tập lái trên các phần mềm mô phòng được mới đủ tự tin cầm lái. Nếu không, rớt máy bay là một điều rất dễ xảy ra. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 6 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 2.1 Thiết kế khung máy bay Hình 2.1: Frame quadcopter Máy bay trực thăng bốn cánh quạt (quadcopter) cỡ nhỏ là một loại máy bay không người lái phổ biến. Gồm 4 cánh tay (arm) với một động cơ (motor) đặt ở đầu mỗi cánh tay được liên kết với nhau qua “phần kết nối”. Các cánh tay được đặt đối xứng với nau qua tâm. Thiết kế máy bay trực thăng bốn cánh quạt có thể bắt đầu từ việc mô hình hoá sau đó tính toán kích thước các cánh tay máy bay, lưc nâng đề xuất phù hợp hay không. Tuy nhiên, thiết kế máy bay trực thăng bốn cánh quạt chủ yếu tập trung đến tính đối xưng, trọng tâm và khối lượng của mô hình.Vì vậy, bài báo cáo trình bày giải pháp thiết kế thực nghiệm dựa vào kích thước các mô hình máy bay trực thăng bốn cánh quạt phổ biến. Ở thiết kế 1, vật liệu dạng hợp kim nhôm được sử dung để gia công cánh tay và vật liệu bảng mạch in vẫn còn phủ lớp đồng được sử dụng để tăng độ cứng của phần kết nối. Thiết kế này có khối lương nhẹ nhất nhưng lại có độ bền cơ học kém trước những chấn động hay va chạm mạnh của máy bay với vật cản. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 7 Thiết kế 2, tối ưu hoá của thiết kế 1, loại bỏ bản mạch in bên trên vì không cần thiết, thay vào bằng vật liệu nhựa mica để tối ưu hoá trọng lượng của máy bay.Góp phần thay đổi độ bền máy bay, loại bỏ cánh tay bằng vật liệu nhôm, thay vào đó bằng thanh ống carbon 3K 16mm, giúp cải thiện đáng kể độ bền máy bay. Thiết kế 3 sử dụng vật liệu nhựa có độ bền cao hơn thiết kế 1 và thiết kế 2 vì sử dụng vật liệu nhựa sợi cacbon. Bảng mạch điện được thiết kế chi tiết hơn ở thiết kế 1và thiết kế, gồm 2 bảng mạch trên và dưới, để tạo thêm không gian lắp đặt các chi tiết.Vì sử dụng vật liệu nhựa cacbon độ bền cao, nên thiết kế 3 có chi phí khá cao so với thiết kế 1 và thiết kế 2. 2.1.1 Thiết kế 1 (Bản vẽ CAD) Hình 2.2: Bản vẽ “Thiết kế 1” ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 8 Hình tổng quát frame “Thiết kế 1” Hình 2.3: Frame “Thiết kế 1” Kích thước mạch điện “Thiết kế 1” Hình 2.4: Mạch điện “Thiết kế 1” 2.1.2 Thiết kế 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 9 Hình 2.5: Carbon 3K 16mm Hình 2.6: Carbon 3K 16mm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 10 Hình 2.7: Aluminium Clamp Spyer 260 - Kẹp ống 16mm Hình 2.8: Aluminium Clamp Spyer 260 - Kẹp ống 16mm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 11 Hình 2.9: Aluminium Clamp Spyer 260 - Kẹp ống 16mm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 12 Hình 2.10: Thiết kế 2 2.1.3 Thiết kế 3 (Bản vẽ Solid Works) Hình 2.11: Mô phỏng 3D Arm(cánh tay) – Tổng quát ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 13 Hình 2.12: Mô phỏng 3D Arm(Cánh tay) – Mặt bên Hình 2.13: Mô phỏng 3D Arm(Cánh tay) – Mặt trên Hình 2.14: Kích thước Arm(cánh tay) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 14 Hình 2.15: Mô phỏng 3D Bản điện 2.2 Ảnh thực tế của Fram Quadrocopter Hình 2.16: Thiết kế 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 15 Thông số kỹ thuật: Khung Trọng lƣợng 152g Chiều dài cơ sở chéo 600mm Trọng lƣợng cất cánh 800g ~ 1600g Pin đƣợc khuyến nghị 3S ~ 4S LiPo Motor khuyến nghị 22 x 15mm hoặc 22 x 12mm (Kích thước Stator) Khuyến nghị ESC 30A OPTO Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật Thiết kế 2 Hình 2.17: Thiết kế 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 16 Hình 2.18: Thiết kế 3 Tính năng, đặc điểm: - Làm cho dây ESCs và pin an toàn hơn và dễ dàng kết nối hơn. - Tối ưu thiết kế khung: Cung cấp nhiều không gian lắp ráp cho các hệ thống tự động. - Khung màu khác nhau: Màu đỏ và trắng Thông số kỹ thuật: Khung Trọng lƣợng 282g Chiều dài cơ sở chéo 450mm Trọng lƣợng cất cánh 800g ~ 1600g Pin đƣợc khuyến nghị 3S ~ 4S LiPo Motor khuyến nghị 22 x 15mm hoặc 22 x 12mm (Kích thước Stator) Khuyến nghị ESC 30A OPTO Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật F450 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 17 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.1 Thiết kế hệ thống điều khiển Các yêu cầu cần thiết khi thiết kế hệ thống điều khiển: - Tốc độ xử lý phải nhanh, luôn ở mức cao nhất có thể - Khả năng xử lý tín hiệu phải tốt, loại bỏ tối đa nhiễu xuất hiện trong quá trình điều khiển - Tính ổn định và độ bền cao. Theo đó , hệ thống điều khiển trên Quadrocopter sẽ bao gồm các khối với các chức năng nhiệm vụ riêng như sau: 3.1.1 Tay điều khiển – Tx (Transmitter) – Máy phát sóng Máy phát có nhiệm vụ mã hóa vị trí của các cần điều khiển (stick) thành một dãy các tín hiệu điện (singal) và phát tín hiệu này ra không gian. Tx có một số khái niệm như sau: -Channel: Đó là số kênh, số lệnh hay đơn giản nhất là số "servo" mà nó điều khiển được. Tùy vào Tx dùng cho mục đích gì mà số kênh có thể từ 1 đến 14 hay nhiều hơn nữa. Trong RC thì thông dụng có từ 2 đến 14 kênh. -AM và FM: Tất cả các Tx đều sử dụng radio để truyền tín hiệu ra không gian, tần số của sóng được xác định bởi thạch anh (crystal). Sóng radio đơn thuần chỉ là sóng mang (carrier frequency), một công cụ truyền dẩn, do đó để có thể truyền tín hiệu đến máy thu (Rx), sóng radio cần phải được điều chế (modulation) trước khi phát đi! Có 2 dạng điều chế là AM và FM . + AM (amplitude modulation) điều biên: là tín hiệu được điều chế vào sóng mang dưới dạng thay đồi biên độ của sóng mang. + FM (frequency modulation) điều tần: là tín hiệu được điều chế vào sóng mang dưới dạng thay đổi tần số sóng mang. Tất cả các máy phát dùng cơ chế mã hóa PCM đều dùng sóng mang là FM. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 18 + Sóng FM nếu so sánh với sóng AM thì có khã năng chống nhiểu cao hơn hẵn. Với AM thì các thiết bị điện thông dụng đều là nguồn gây nhiểu cho sóng AM, trong khi đó với FM thì các nguồn này không thể gây nhiểu trừ trường hợp các thiết bị đó có tần số gần hoặc bằng với tần số mà ta đang dùng. - PPM và PCM: Đây là cơ chế mã hóa tín hiệu trước khi phát ra của Tx + PPM vị trí của servo được quyết định bởi thời gian của 2 xung tín hiệu liên tiếp, xét theo hình thức làm việc có thể xem nó thuộc nhóm Analog. + PCM vị trí max & min của servo được chia ra thành nhiều khoảng nhỏ và được đánh số (VD với PCM1028 thì từ min tới max của servo được chia ra thành 1028 vị trí...) Và tùy theo vị trí của tay điều khiển mà Tx gởi đi 1 con số ứng với vị trí đó. - Module RF: Với một số máy phát chất lượng cao, phần phát sóng được tách rời và người dùng có thể thay đổi dễ dàng. Khi đó với cùng một bộ diều khiển người dùng có thể dùng được ở nhiều băng tầng khác nhau bằng cách thay đổi module cho tần số tương ứng. - Spektrum: Cũng là một loại sóng radio nhưng dùng tần số 2.4G và dùng kỹ thuật tương tự như các thiết bị Wifi của máy tính để tự điều chỉnh tần số. Do đó về lý thuyết Spektrum không bị trùng tần số như AM hay FM thông thường. Nhiệm vụ của tay điều khiển là phát tín hiệu điều khiển trên 4 kênh chính yếu là throttle, yaw, pitch, roll đến board trung tâm để điều khiển mô hình máy bay theo ý muốn. Về vấn đề chuẩn giao tiếp, chọn kỹ thuật vô tuyến trái phổ (Spread Spectrum) tần số FM 2.4 GHz vốn thông dụng trong lĩnh vực mô hình điều khiển này vì những lý do về kinh tế, kinh nghiệm sử dụng, khả năng ứng dụng, mở rộng và phát triển sau này của đề tài. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 19 Ở đây , đề tài sử dụng bộ thu phát song RadioLink AT10. Radiolink AT10 là một trong các tay điều khiển nhanh nhất hiện nay sử dụng băng tần 2.4GHz ISM (2400MHz ~ 2485MHz), tốc độ phản ứng 3ms hỗ trợ hiển thị menu tiếng Anh, Hoa, với nhiều kiểu mẫu lựa chọn. Receiver có thể kết nối bên ngoài với mô-đun backhaul, người chơi có thể dễ dàng nắm bắt thông tin chuyến bay trên tay điều khiển. Kiểm soát đường bay dài: khoảng cách điều khiển dưới mặt đất là 1.1 km, trên không có thể đạt đến 2 km. Màn hình 3.5 inches, màu sắc trung thực: màn hình 3.5 inches 16 bit, độ phân giải 320*480, màu sắc sống động và trung thực . Chính xác, Logic : nhiều chức năng tự thiết lập và lập trình trọn bộ, đảm bảo mỗi một thiết kế đều có thể tiến hành không BUG một cách chính xác. Độ chính xác cao: cấp số thực 4096, mỗi cấp 0.25 us, đảm bảo Servo không bi lắc Thông số khuếch đại DSSS : có thể trong nhiều tạp âm trích xuất được tín hiệu, ngay cả khi gặp phải tình huống bị nhiễu sóng mạnh vẫn có thể xác định một cách hiệu quả, đạt được hiệu ứng giao thoa một cách tốt nhất. Phản ứng cực nhay, chỉ mất 3/1000 giây : từ lúc ra hiệu lênh đến receiver tiếp nhận chỉ mất 3/1000 giây, cho dù có 10 kênh vẫn có thể đạt được tốc độ phản ứng nhanh. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 20 Hình 3.1: Bộ thu – phát sóng Radiolink AT10 Thông số kỹ thuật: Kích thƣớc 18 x 9.5 x 22 cm Trọng lƣợng 0,95kg Tần số băng tần ISM 2.4GHz (2400MHz ~ 2485MHz) Chế độ điều chế QSPK ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 21 Kênh băng thông 5.0MHz Phổ phổ DSSS Từ chối kênh lân cận > 38dBM Điện áp hoạt động 8.6 ~ 15V Dòng hoạt động <95mA Kiểm soát khoảng cách 800 mét mặt đất Kênh 10 kênh, 8 ~ 10 kênh được tùy chỉnh Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật RadioLink AT10 10 channel Mô hình tương thích: Bao gồm tất cả các máy bay trực thăng swap 120 độ và 90 độ, tất cả các cánh cố định và máy lượn, năm mô hình bay; Mô hình mô phỏng: theo mô hình mô phỏng các hành động máy phát tắt, thay đổi mô hình tiết kiệm năng lượng; Màn hình: 16 màn hình đầy màu sắc, kích thước 78 x 52mm, 320 * 480 pixel. 3.1.2 Rx(Receiver) - Mạch nhận sóng Có chức năng nhận sóng radio từ Tx và giải mã các tín hiệu thành tín hiệu điều khiển cho từng servo. Tùy theo nhu cầu dùng Tx gì mà chọn Rx theo Tx đó, có một số thông số như sau: - Tần số: phải cùng tần số với máy phát - Số kênh (channel): Tùy vào nhu cầu mà chọn Rx có số kênh tương ứng - PPM hay PCM: Đương nhiên 2 loại này có chất lương khác nhau, nhưng khi chọn lựa có một số lưu ý như sao. Các máy dùng chế độ PCM thông thường đều có chế dộ PPM. Nhưng những máy phát dùng chế độ PPM chưa chắc có chế độ PCM. - Single Convertion hay Dual Convertion: Nhằm tăng chất lượng nhận sóng và khã năng kháng nhiểu các mạch thu thường chuyển tần số sóng mang (cao tần) xuống tần số thấp hơn (trung tần) để khuếch dại và giải mã. Có 2 phương pháp là ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 22 + Single Convertion: chuyển đổi tần số sóng mang thành tần số 455KHz chỉ qua một lần chuyển đổi. Để dể dàng hình dung có thể xem bài toán sau đây: Gọi tần số sóng mang là F1 (VD 72.550MHz), tần số định bởi thạch anh Rx là F2 thì ta có 0.455MHz = F1 - F2 Từ đó suy ra F2 = 72.095MHz Tần số này được định bởi thạch anh Rx. + Dual Convertion: Cách thức thực hiện cũng giống như Single convertion nhưng có 2 lần chuyển đổi, trong dual convertion tần số được chuyển lần 1 xuống còn 10,7MHz và chyển tiếp một lần nữa thành 455KHz. Để hình dung ta có bài toán sau: Gọi tần số sóng mang là F1 (VD 72.550MHz), tần số định bởi thạch anh là F2, tần số định bởi thạch anh có sẵn trong Rx là F3 ta có: 10.7MHz = F1 - F2 từ đó suy ra F2 = 61.85MHz 0.455MHz = F2 - F3 từ đó suy ra F3 = 10.245MHz Với F2 là tần số quyết định bỡi thạch anh Rx Ở đây, đi chung với bộ phát sóng Tx RadioLink AT10 là Rx R6DII . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 23 Hình 3.2: Mạch thu sóng RadioLink R6D II – Rx (Receiver) R6DII là bộ tiếp nhận 6 kênh mới nhất và nhỏ nhất của Radiolink. Nó sử dụng công nghệ DSSS tần số nhảy tần số, có đầu ra chế độ PPM / PWM và tương thích với bộ tiếp nhận AT9 và AT10. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 24 Thông số kỹ thuật Tên thƣơng hiệu RadioLink Tên sản phẩm Máy thu sóng RadioLink R6DII Dải 2.4G Kênh Đèn LED đỏ chỉ thị cho chế độ PWM. LED màu xanh cho PPM có thể được mở rộng đến 10 kênh Nguồn vào 6V Phạm vi kiểm soát 600m Dòng hoạt động 38-45mA (Điện áp vào: 5V) Kích thƣớc 38 x 16 x 11mm Trọng lƣợng 3.7g Độ phân giải 4096 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật Receiver RX R6DII Tính năng, đặc điểm: - Phiên bản được nâng cấp, chống nhiễu mạnh mẽ, tín hiệu sẽ ổn định hơn - Kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ, dễ lắp đặt. - Tất cả các kênh đồng thời đáp ứng nhanh trong 3ms. - Một cáp đơn kết nối với bộ điều khiển máy bay, thiết lập dễ dàng. - Hai chế độ hoạt động: + Ngõ ra PWM: Tín hiệu PWM ra đồng thời 6ch + Ngõ ra PPM: Tín hiệu PPM CH1 cho 10 kênh, và kênh 2 đến kênh 6 tín hiệu PWM độc lập ra đồng thời. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 25 Hình 3.3: Mạch RadioLink R6D II 3.1.3 Servo Servo là một thiết bị thừa hành, nó có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ Rx và biến tín hiệu đó thành Kích thước: - Super Size: các servo cở siêu lớn dùng cho máy bay hạng nặng hay trong các tàu thuyền, xe... - Standart size: cở thông dụng cho các loại máy bay - Mini size: Cho một vài loại máy bay cở nhỏ - Naro & Micro: Dành cho các máy bay cở siêu nhỏ - Submicro: nếu heli thì con Zoom 100 dùng servo loại này một hành động cụ thể, hành động đó có thể là xoay tròn hay tịnh tiến. Tốc độ (speed): ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 26 Thông thường được tính bằng thời gian servo quay được 60° khi dùng với điện áp là bao nhiêu volt (Vd: 0.11 sec/60° 4.8V) Sức mạnh (torque): Sức mạnh servo được tính theo đơn vị moment là Kg/cm Kết cấu servo thường bao gồm một mạch điều khiển làm việc theo nguyên lý Analog hay Digital, một motor DC, nhiều bánh răng làm nhiệm vụ giảm tốc. 3.2 Mạch trung tâm 3.2.1 Mạch Arduino Uno V3 Nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình, cái đầu tiên mà người ta thường nói tới chính là dòng Arduino UNO. Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (R3). Hình 3.4: Mạch Arduino Uno V3 Một vài thông số của Arduino UNO R3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 27 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3 Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD, Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V. Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu không có sẵn nguồn từ cổng USB. Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, sẽ làm hỏng Arduino UNO. Các chân năng lượng: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 28  GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO.  5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.  3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.  Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.  IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở chân này. Và dĩ nhiên nó luôn là 5V. Mặc dù vậy không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn.  RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ. Bộ nhớ Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng: 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash của vi điều khiển. 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây. Khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM. Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà phải bận tâm. Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất. 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi có thể đọc và ghi dữ liệu của mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM. Các cổng vào ra: Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối). Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:  2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 29 thiết bị khác thông qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết.  Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite(). Nói một cách đơn giản, có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.  Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.  LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút Reset, sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng. Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit. Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác. Lập trình cho Arduino Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng. Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung. Và Wiring lại là một biến thể của C/C++. Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++. Riêng mình thì gọi nó là “ngôn ngữ Arduino”, và đội ngũ phát triển Arduino cũng gọi như vậy. Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễ học, dễ hiểu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 30 Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự án này đã cũng cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình Arduino được gọi là Arduino IDE (Intergrated Development Environment) như hình dưới đây. Hình 3.5: Lập trình cho Arduino 3.2.2 Cảm biến 3 trục L3G4200D L3G4200D là cảm biến Gyroscape( con quay hồi chuyển) 3 trục dùng để đo gia tốc góc, cảm biến có độ phân giải rất cao (16bit) có thể đo ở tốc độ 2000độ/giây (dps). Cảm biến con quay hồi chuyển sẽ đo được vật thể quay được góc bao nhiêu độ quanh 3 trục cố định của nó, khoảng đo có thể được tuỳ chỉnh tuỳ ứng dụng. Cảm biến L3G4200D rất ổn định, nó có tốc độ đo cao và không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ hơn nhiều loại cảm biến có sẵn trên thị trường hiện nay. Cảm biến có thể giao tiếp I2C hoặc SPI, nếu sử dụng giao tiếp I2C các bạn chỉ cần hàn 1 số jumper ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 31 để chọn địa chỉ trên board. Cảm biến còn tích hợp them 32 thanh ghi buffer FIFO giúp truy xuất dữ liệu nhanh và thuận tiện hơn làm giảm độ xử lý của VĐK. Thông số kỹ thuật : Nguồn 3.6 -> 6 VDC Giao tiếp I2C hoặc SPI Đo 3 trục gia tốc góc 250, 500, 2000 dps Có thể điều chỉnh độ phân giải 8.75 mdps/LSB Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật Cảm biến 3 trục Gyroscape L3G4200D Hình 3.6: Cảm biến 3 trục Gyroscape L3G4200D 3.3 Động cơ và ESC 3.3.1 Động cơ – Motor Định nghĩa chổi than: Một chổi than sử dụng trong công nghiệp sản xuất điện là một vật dẫn điện, thường được tạo ra từ một số lớp nguyên tố carbon, phục vụ duy trì kết nối điện giữa bộ phận tĩnh (stato) và các phần chuyển động của máy móc hoặc thiết bị. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 32 Hình 3.7: Chổi than các loại Trong thế giới RC (đồ chơi điều khiển từ xa) chạy điện thường sử dụng hai loại động cơ, đó là động cơ chổi than (Brush) và động cơ không chổi than (Brushless). - Cấu tạo của hai động cơ này là khác nhau nên ESC dùng cho hai loại động cơ này cũng khác nhau. Tức là esc brush thì chỉ sử dụng cho motor brush và esc brushless chỉ sử dụng cho motor brushless. Tuy nhiên vẫn có một số loại esc brushless có thể dùng được cho cả motor brush và brushless. Hình 3.8: Cấu tạo Motor Brushless và Motor Brush ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 33 Ở đây, trong đồ án này chúng ta sử dụng motor brushless Emax RS2205 – 2300Kv Racing Edition CW/CCW Động cơ RS2205 KV2300 Racing Edition mới của Emax là một số động cơ đua tốt nhất .Sử dụng nam châm N52 Neodyum cường độ cao, và có vây lạnh hoạt động làm giảm đáng kể nhiệt độ của động cơ. Có thiết kế trọng lượng nhẹ và đang sử dụng vòng bi Nhật Bản để thực hiện tốt hơn. Hình 3.9: Motor Brushless Emax RS2205- 2300 Racing Edition Hình 3.10 : Kích thước Motor Emax RS2205 – 2300Kv Racing Edition ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 34 Thông số kỹ thuật: Nhãn hiệu Emax Model RS2205-2300 Khung 12N14P Pin 3 - 4S Màu đỏ Chiều dài 31.7mm Trục M5 KV 2300 Lực đẩy tối đa 1024g Đƣờng kính 27,9mm Propeller Đề xuất HQ 5045 BN Trọng lƣợng 30g Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật : Motor Brushless Emax RS2205- 2300 Racing Edition Tính năng, đặc điểm: 1. Nam châm Neodyum cường độ cao N52 2. Tấm làm lạnh hoạt động giảm nhiệt độ động cơ 3. Thiết kế CG thấp, trọng lượng nhẹ 4. Vòng bi Nhật Bản biểu diễn 5. Khóa kép Khóa CW / CCW 3.3.2 ESC(Electronic Speed Controller) - Bộ điều tốc Đây là thiết bị mạch điện giúp phân bố tăng hay giảm điện áp cho động cơ: điện tăng động cơ sẽ quay mạnh và ngược lại. Những loại mô hình thường dùng bộ điều tốc chính là những mô hình điện như: xe, máy bay, tàu,.... thật ra thiết bị này cũng không có gì xa lạ với mọi người đâu. Ngay cả cái quạt bàn mà chúng ta hay dùng cũng có một bộ điều tốc cơ (phải nhấn từng nút cho nó điều chỉnh) đó. Ở đây , ta sử dụng Emax BLHeli Racing Multi Rotor. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Bình Trang 35 Hình 3.11 : Bộ điều tốc ESC Emax BLHeli 3.4 Nguồn - Pin Pin Lipo (viết tắt từ Lithium Polymer) là loại pin sạc, chính nó đã làm thế giới RC điện trở thành trào lưu như ngày nay, đặc biệt là với máy bay, trực thăng và ôtô. Pin LIPO cũng là lý do chính khiến đồ RC điện hiện nay có nhiều sự lựa chọn hơn so với đồ RC chạy xăng. Pin RC LiPo có ba đặc điểm chính làm nên sự lựa chọn hoàn hảo khi chơi RC điện và vượt qua cả các loại pin sạc thông thường như NiCad, hoặc NiMH. • Pin RC LiPo nhỏ, nhẹ và có thể làm ở mọi hình dáng kích thước. • Pin RC LiPo có dung lượng cao, nghĩa là nó chứa được nhiều năng lượng hơn t