Tải bản đầy đủ

Thiết kế và thi công hệ thống xe tự cân bằng

NỘI DUNG ĐỒ ÁN
Đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống xe tự cân bằng“ tập trung vào các nội dung
chính sau:
- Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình C cho Arduino và Arduino IDE.
- Tìm hiểu về Module Cảm Biến Góc Gia Tốc MPU6050 GY-521, Arduino Uno
R3, động cơ giảm tốc GA25 200rpm, Module GPS NEO-7M, LCD 16x2.
- Ứng dụng Module Cảm Biến Góc Gia Tốc MPU6050 GY-521, động cơ GA25
200rpm, Arduino Uno R3, Module GPS NEO-7M, LCD 16x2 vào thiết kế, thi công hệ
thống xe tự cân bằng cho phép định vị GPS và hiển thị tọa độ lên LCD.

1


LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong trường Đại Học Công
Nghệ Thông tin và Truyền thông và các thầy cô trong bộ môn Công nghệ Điện tử
truyền thông khoa công nghệ điện tử và truyền thông đã tận tình giảng dạy, truyền đạt
cho em kiến thức trong thời gian qua. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn ThS.Nguyễn
Thùy Dung đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn
thành đề tài này.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, các thầy cô luôn tạo điều

kiện thuận lợi về cơ sở vật chất cũng như động viên tinh thần, giúp đỡ em trong quá
trình nghiên cứu và thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn !
Thái Nguyên, Tháng 6 Năm 2016
Sinh viên thực hiện

Trần Thanh Phúc

2


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan toàn bộ nội dung của báo cáo này do em tự tìm hiểu và nghiên
cứu dưới sự hướng dẫn và định hướng của cô giáo Thạc sỹ Nguyễn Thùy Dung. Nội
dung báo cáo này không sao chép và vi phạm bản quyền từ bất kỳ công trình nghiên
cứu nào.
Nếu những lời cam đoan trên không đúng, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm
trước pháp luật.

Thái Nguyên, Tháng 6 Năm 2016
Sinh viên thực hiện

Trần Thanh Phúc

3


MỤC LỤC

NỘI DUNG ĐỒ ÁN ....................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................2
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................3
MỤC LỤC...................................................................................................................4
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...........................................................................................6
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN........................................................................................9
1.1. Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài trong và ngoài nước. ......................9
1.1.1. Giới thiệu về hệ thống xe tự cân bằng........................................................9
1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài. ..........................................................9
1.1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước.............................................................15

1.2. Tính cấp thiết và phạm vi nghiên cứu, mục tiêu của đề tài. .............................16
1.2.1. Tính cấp thiết của đề tài...........................................................................16
1.2.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài. ................................................................17
1.2.3. Mục tiêu của đề tài. .................................................................................17
2.1. Yêu cầu bài toán. ............................................................................................18
2.2. Giải pháp thiết kế............................................................................................18
2.2.1. Sơ đồ khối. ..............................................................................................18
2.2.2. Phân tích chức năng các khối...................................................................18
2.3. Nguyên lý hoạt động toàn hệ thống.................................................................19
2.4. Lựa chọn linh kiện. .........................................................................................19
2.4.1. Bộ vi điều khiển Arduino Uno R3. ..........................................................19
2.4.2. GY-521 MPU 6050. ................................................................................24
2.4.3. IC L298N. ...............................................................................................29
2.4.4. Bánh xe V2 65mm khớp lục giác 12mm. .................................................31
2.4.5. Động cơ giảm tốc GA25 200rpm. ............................................................32
2.4.6. Nguồn Pin. ..............................................................................................33
2.4.7. Module GPS NEO-7M. ...........................................................................34
2.4.8. LCD 16x2................................................................................................40

4


CHƯƠNG 3. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH VÀ PHẦN MỀM PHỤ TRỢ .....................42
3.1. Giới thiệu môi trường lập trình .......................................................................42
3.2. Khởi tạo một dự án. ........................................................................................43
3.3. Cấu trúc của một chương trình lập trình Arduino. ...........................................44
3.4. Một số ví dụ lập trình các ứng dụng................................................................49
3.4.1. Lập trình Điều khiển led. .........................................................................49
3.4.2. Chương trình điều khiển 3 led đơn theo tín hiệu đèn giao thông. .............49
3.4.3. Lập trình gửi dữ liệu ra cổng truyền thông nối tiếp. .................................53
3.5. Ứng dụng của Arduino. ..................................................................................54
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ VÀ THỰC THI..................................................................57
4.1. Thiết kế phần cứng. ........................................................................................57
4.2.Thiết kế phần mền. ..........................................................................................61
4.3. Hình ảnh thực tế sản phẩm..............................................................................62
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN..................................................................63
PHỤ LỤC..................................................................................................................65

5


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Hình ảnh về robot Balibot. .........................................................................11
Hình 1.2. Hình ảnh loại robot kiểu rolling của toyota.................................................12
Hình 1.3. Hình ảnh Segway. ......................................................................................13
Hình 2.1. Sơ đồ khối của hệ thống. ............................................................................18
Hình 2.2. Sơ đồ chân Arduino Uno. ...........................................................................19
Hình 2.3. Board cơ bản của Arduino Uno. .................................................................21
Hình 2.4.Hình mặt trên của Arduino Uno. .................................................................21
Hình 2.5.Sơ đồ nguyên lý Arduino Uno.....................................................................22
Hình 2.6 . Module Cảm Biến Góc Gia Tốc MPU6050 GY-521. ................................24
Hình 2.7. Hình ảnh về sơ đồ khối của MPU6050 GY-521..........................................26
Hình 2.8. Chân giao tiếp của MPU6050 GY-521. .....................................................27
Hình 2.9. Hình ảnh về sơ đồ khối của IC L298N........................................................29
Hình 2.10. Hình ảnh về các chân của IC L298N. .......................................................30
Hình 2.11. Hình ảnh về bánh xe.................................................................................31
Hình 2.12. Hình ảnh về động cơ. ...............................................................................32
Hình 2.13. Hình ảnh về pin LI-Ion. ............................................................................33
Hình 2.14. Module GPS NEO-7M. ............................................................................34
Hình 2.15. Màn hình LCD 16x2 ................................................................................40
Hình 2.16 . Chức năng các chân.................................................................................41
Hình 2.17. Kết nối Text LCD.....................................................................................41
Hình 3.1. Link download phần mềm Arduino. ...........................................................42
Hình 3.2. Cài đặt Arduino IDE. .................................................................................42
Hình 3.3. Giao diện lập trình Arduino........................................................................43
Hình 3.4. Chức năng các Menu chính. .......................................................................43
Hình 3.5. Mở ứng dụng mẫu trong Arduino. ..............................................................44
Hình 3.6. Lưu đồ thuật toán .......................................................................................45
Hình 3.7. Ví dụ điều khiển led. ..................................................................................49
Hình 3.8. Dịch và chạy chương trình điều khiển 3 led đơn.........................................51
Hình 3.9. Mạch led giao thông sử dụng Arduino........................................................53
Hình 3.10. Kết quả thu được trên màn hình Serial......................................................54
Hình 3.11. Máy in 3D. ...............................................................................................54
6


Hình 3.12. Robot. ......................................................................................................55
Hình 3.13. Máy bay không người lái..........................................................................55
Hình 3.14. Lập tình game tương tác. ..........................................................................56
Hình 2.15. Điều khiển hiệu ứng ánh sáng...................................................................56
Hình 4.1. Mô tả nguyên lý giữ thăng bằng. ................................................................57
Hình 4.2. Mô tả cách bắt đầu di chuyển. ....................................................................57
Hình 4.3. Trạng thái của xe khi di chuyển ở bề mặt nghiêng. .....................................57
Hình 4.4. Biểu diễn các lực tác động lên xe. ..............................................................58
Hình 4.5. Hình ảnh Arduino kết nối với động cơ và IC L298. ....................................59
Hình 4.6. Hình ảnh Arduino kết nối với MPU6050 GY-521. .....................................60
Hình 4.7. Hình ảnh Arduino kết nối với GPS NEO-7M và LCD. ...............................60
Hình 4.8. Hình ảnh lưu đồ thuật toán của hệ thống. ...................................................61
Hình 4.9. Hình ảnh toàn cảnh sản phẩm.....................................................................62
Hình 4.10. Hình ảnh sản phẩm nhìn từ trên cao xuống...............................................62

7


LỜI MỞ ĐẦU
Trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước nền kinh tế việt nam có
sự tăng trưởng một các vượt trội, với sự tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ như vậy nó đã
thúc đẩy việc gia tăng sự phát triển của ngành điện tử và truyền thông. Nhu cầu cần
các thiết bị thay thế con người ngày càng nhiều và để thay thế con người khi làm việc
thì các thiết bị phải cần có một sự làm việc ổn định và chính xác. Ngoài ra các thiết bị
cần có sự ổn định trong di chuyển. Để đáp ứng được nhu cầu ngày càng cần sự tự động
hóa mà không cần đến sự làm việc của con người thì những thiết bị di chuyển cần sự
cân bằng thì ngày càng quan trọng. Đặc biệt các thiết bị tự cân bằng ngày càng được
ứng dụng nhiều vào thực tế và cần cho cuộc sống của chúng ta. Từ vấn đề trên em đã
nghiên cứu, tìm hiểu đề tài “ Thiết kế và thi công hệ thống xe tự cân bằng ” với mục
đích nhằm giúp người sử dụng có thể kiểm tra, giám sát được hoạt động của thiết bị
nhằm giữ cân bằng cho thiết bị.
Mặc dù em đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đề tài này, song do giới hạn về thời
gian cũng như kiến thức nên nội dung còn nhiều thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp
ý kiến của thầy cô để bài báo cáo của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !

8


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài trong và ngoài nước.
Nội dung chương này sẽ khái quát chung về thực trạng sử dụng hệ thống xe tự cân
bằng trong các ngành công nghiệp, năng lượng, cơ khí, y tế, vận tải… tại Việt Nam.
Và hệ thống xe tự cân bằng ứng dụng vào đời sống của con người hiện nay. Thống kê
và dự đoán về việc sử dụng hệ thống xe tự cân bằng trong tương lai. Và trong chương
này cũng là cơ sở hình thành nên ý tưởng đề tài của em, thiết kế và thi công hệ thống
xe tự cân bằng.
1.1.1. Giới thiệu về hệ thống xe tự cân bằng.
Xe hai bánh tự cân bằng là xe mà chỉ có hai bánh mà khi chúng ta để nó trên một
mặt phẳng thì chúng nó sẽ không đổ và sẽ giữ được thăng bằng khi có một lực tác
dụng lên xe để làm xe ngã.
Đối với các xe ba hay bốn bánh, việc thăng bằng và ổn định của chúng là nhờ
trọng tâm của chúng nằm trong bề mặt chân đế do các bánh xe tạo ra. Đối với các xe
hai bánh có cấu trúc như xe đạp, việc thăng bằng khi không di chuyển là hoàn toàn
khác với xe ba và bốn bánh. Vì thế việc thăng bằng của xe ba và bốn bánh dựa trên
tính chất của con quay hồi chuyển ở bánh xe và trục của nó. Còn đối với xe hai bánh
tự cân bằng, là loại xe có hai bánh và trục của hai bánh xe là trùng nhau, để cho xe cân
bằng thì trọng tâm của xe phải được giữ ngay giữa hai bánh xe.
Để xe hai bánh tự cân bằng được thì ngoài hệ thống cơ khí của xe tương đối chuẩn
xác thì yếu tố quan trọng nhất là hệ thống tự cân bằng của xe. Hệ thống tự cân bằng
của xe được sử dụng với yếu tố chính đó là Arduino với chức năng là trung tâm xử lý
dữ liệu, dữ liệu được lấy từ cảm biến MPU 6050 rồi sẽ được xử lý để giữ xe cân bằng.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài.
Ở nước ngoài thì việc nghiên cứu và ứng dụng hệ thống xe tự cân bằng vào các
ngành kĩ thuật đã không còn xa lạ gì. Nó được ứng dụng nhiều và hiệu qủa trong giao
thông đi lại, vận chuyển hàng hóa... Hệ thống xe tự cân bằng được nhiều ngành công
nghiệp sử dụng ngày càng nhiều như vận chuyển ở những nơi con người không thể
trực tiếp vận hành được. Đặc biệt trong ngành y tế thì nó được ứng dụng trong giường
bệnh tự cân bằng, trong lúc vận chuyển bệnh nhân thì không thể tránh những sai sót
khi đang di chuyển mà xe không giữ được cân bằng và làm cho bệnh nhân bị di
9


chuyển và gây ra những hậu quả không mong muốn. Và hiện tại trên thế giới cũng đã
có nhiều công ty tập đoàn đã đầu tư và nghiên cứu hệ thống xe tự cân bằng để ứng
dụng nó vào thực tế và càng ngày càng chế tạo ra những thiết bị thông minh linh hoạt
cho con người sử dụng và ngày càng tiện lợi trong cuộc sống.
Vào năm 2003, Jack Wu và Jim Bai là những sinh viên trường đại học Camegie
Mellon dưới sự trợ giúp của GS. Chris Atkeson đã thực hiện đề tài robot hai bánh tự
cân bằng. Robot này có thể xác định vị trí hướng của nó đối với môi trường và lái
động cơ theo hướng này. Để đo góc nghiêng của robot, các sinh viên này đã sử dụng
hệ thống đo lường góc 2DOF được tích hợp sẵn của hãng Rotomotion. Hệ thống này
gồm gia tốc kế ADXL202 và mạch con quay hồi chuyển. Vi mạch điều khiển dùng
trên robot này BasicX24, có nhiều tính năng khác nhau. Nó được dùng như bộ điều
khiển động cơ com1 được nối với pocket PC và com3 được nối với bộ điều khiển
servo Mini SSC12. Nó còn được sử dụng như CPU chính cho việc điều khiển thăng
bằng cho robot.
Phòng thí nghiệm điện tử công nghiệp của viện công nghệ Federal, Lausanme
Thụy sỹ, đã tạo ra cuộc cách mạng đầu tiên khi xây dựng mô hình xe hai bánh. Robot
JOE cao 65cm, nặng 12kg, tốc độ tối đa khoảng 1,5m/s, có khả năng leo dốc nghiêng
đến 30 độ. Nguồn điện cấp là nguồn pin 32v khả năng 1,8Ah. Hình dạng của nó gồm
hai bánh xe, mối bánh gắn với một động cơ DC, chiếc xe này có thể chuyển động xoay
theo hình chữ U. Hệ thống điều khiển được lắp từ hai bộ điều khiển state-space tách
rời nhau, kiểm soát động cơ để giữ cân bằng cho hệ thống. Những thông tin của JOE
được cung cấp bởi hai encoder quang và vận tốc của con quay hồi chuyển. JOE được
điều khiển bởi một bộ điều khiển từ xa R/C thường được sử dụng để điều khiển các
máy bay mô hình. Bộ điều khiển trung tâm và xử lý tín hiệu là một board xử lý tín hiệu
số ( DSP ) được phát triển bởi chính nhóm của viện nghiên cứu. Có khả năng xử lý
dấu chấm động, 12 bộ biến đổi A/D 12 bit và 4 bộ biến đổi D/A 10 bit.
Equibot là robot cân bằng do Dan Piponi thực hiện. Cơ bản nó dựa vào vi điều
khiển ATMega23 RISC. Cả hai servo Hitec-311 chuẩn được sửa đổi cho xoay vòng
360 độ và nguồn điện được nối trực tiếp với các động cơ để PWM kiểm soát chúng.
Một trong hai servo được gắn với bộ điều khiển tứ cực LQR. Đó là phần phức tập nhất
trong cấu trúc robot, bánh còn lại bắt chước tốc độ của bánh thứ nhất. Equibot chỉ có

10


một loại cảm biến hồng ngoại Sharp thay cho cảm biến về góc. Nó được đặt thấp để đo
khoảng cách với sàn. Ngõ ra từ thiết bị được dùng để xác định hướng robot di chuyển.
Balibot, một robot hai bánh tự cân bằng, là một trong các mẫu đầu tiên về robot
hai bánh có trọng tâm phía trên các bánh xe. Không có hệ thống điều khiển hoạt động,
robot sẽ bị ngã. Khi robot có nhận biết hướng mà nó sắp ngã, các bánh xe sẽ di chuyển
về phía ngã và thẳng góc với chính nó. Cảm biến góc nghiêng để đo góc nghiêng của
robot, gia tốc kế Motorola MMA2260 được sử dụng, thiết bị có cấu trúc MEMS.
PIC16F876 của hãng Microchip được chọn làm trung tâm điều khiển cho robot. PIC
tích hợp một bộ biến đối A/D nhiều kênh để đo cảm biến góc nghiêng và các ngõ I/O
để kiểm soát hai servo được mô tả cho sự quay vòng tiếp theo. Điện được cung cấp
bằng bốn cục pin AA và được ổn áp dropout. Nguồn điện 6V không qua ổn áp được
phân phối đến động cơ servo qua tụ điện 3300pF qua bù năng lượng cho vi mạch điều
khiển khi công suất ngõ ra từ các servo được hoạt động. Mạch điện tử được xây dựng
trên bảng project board Radio Shack RS 276-150 và lắp ráp phía trên các motor servo,
trên khung bằng nhôm. Nguồn điện được đặt gần đỉnh và hoạt động như trọng lượng
của con lắc ngược. Một phiên bản khác của BaliBot sử dụng các cảm biến hồng ngoại
để đo khoảng cách thay vì dùng các cảm biến đo góc.

Hình 1.1. Hình ảnh về robot Balibot.
11


Robot cân bằng Bender là đề án do TedLarson, San Francisco thực hiện. Mục tiêu
hiện tại của ông là xây dựng robot tự cân bằng trên mặt sàn, và từ đó dùng làm nền cơ
bản (platíorm) để xây dựng robot tự hành dùng bánh xe.
Loại robot phục vụ con người, kiểu rolling phục vụ con người của hãng
TOYOTA. Đây là một trong những loại robot có công dụng phục vụ cho con người do
hãng toyota thiết kế. Nó cao 100cm và nặng 35kg. Mẫu robot này có khả năng di
chuyển nhanh mà không chiếm một không gian lớn, đồng thời đôi tay của nó có thể
làm nhiều việc khác nhau, chủ yếu được dùng làm trợ lý trong công nghiệp.

Hình 1.2. Hình ảnh loại robot kiểu rolling của toyota.
Hiện tại trên thế giới đã có rất nhiều công ty đã và đang sản xuất hệ thống xe tự
cân bằng cho người sử dụng và ngày càng cải tiến để càng ngày được mọi người yêu
thích và sử dụng hàng ngày.
Không giống như một chiếc xe hơi, Segway chỉ có hai bánh - trông nó như một
chiếc xe đẩy bằng tay thông thường - nó còn kiểm soát hoạt động ở tư thế thẳng đứng.
Để di chuyển đến trước hay lùi ra sau, người lái đứng trên Segway chỉ việc hơi
nghiêng về phía trước hay phía sau. Để quẹo trái hay phải, người lái quay tay lái qua
phải, hướng ra trước hay ra sau. Hoạt động cân bằng ở Segway là một điều thú vị nhất,
đó là chiếc chìa khóa của quá trình hoạt động. Xem xét về mô hình Karmen về thăng
bằng của cơ thể người để hiểu hệ thống làm việc như thế nào. Nếu ta đứng và nghiêng
người về phía trước không còn thăng bằng bạn sẽ ngã về trước. Bộ não biết rằng bạn
không còn thăng bằng nữa, bởi vì chất dịch trong tai trong dao động, nên nó truyền tín
hiệu ra lệnh cho chân bạn đặt lên phía trước và bạn lấy lại thăng bằng. Nếu bạn giữ
mình trong trạng thái nghiêng về trước, bộ não điều khiển chân bạn đặt lên trước và
giữ bạn đứng thẳng. Thay vì ngã, bạn bước đến trước.
12


Hình 1.3. Hình ảnh Segway.
Segway tạo ra khả giống như vậy, ngoại trừ nó có bánh xe thay vì đôi chân, động
cơ thay cho bắp cơ, tập hợp các vi mạch xử lý thay cho một bộ não và một dãy các
cảm biến nghiêng thay cho hệ thống cân bằng tai trong. Như bộ não của bạn, Segway
nhận biết khi ta hướng về trước. Để duy trì cân bằng, nó quay bánh xe đến trước chỉ
với tốc độ vừa phải (chính xác), nên ta di chuyển đến trước. Sự phân chia rõ ràng (con
quay hồi chuyển chính yếu - trạng thái cân bằng). Khối Segway được lắp đặt nhiều
hơn hai bánh xe. Thiết bị lái tận dụng cả công nghệ drive-by-wire và thiết bị cơ khí
của hệ thống. Trong khi việc thiết kế bốn bánh đưa đến vận động dễ dàng và tốc độ
cao hơn, người lái có thể chọn lựa giữa việc sử dụng bốn bánh hay chỉ hai bánh xe.
Điều cơ bản nhất, Segvvay là sự kết hợp của một dãy các cảm biến, một hệ thống
kiểm soát và một hệ thống động cơ. Hệ thống cảm biến chủ yếu là sự kết hợp các con
quay hồi chuyển (gyroscope). Một con quay hồi chuyển cơ học cơ bản là một bánh xe
quay tròn bên trong cơ cấu vững chắc. Mục đích sự quay tròn nhằm kháng lại sự thay
đổi trục quay của nó, bởi vì lực tác động di chuyển dọc theo cơ cấu. Nếu ta đẩy một
điểm trên bánh xe quay, ví dụ, điểm này di chuyển quanh bánh trước trong khi nó vẫn
còn giữ lực tác động. Khi một điểm lực giữ di chuyển, nó kết thúc lực tác dụng đối
diện với điểm cuối của bánh xe - không còn cân băng lực. Bởi vì nó kháng đối với lực
bên ngoài, bánh xe quay hồi chuyển sẽ duy trì vị trí của nó trong không gian (liên hệ
với mặt đất) thậm chí nếu bạn nghiêng nó đi. Nhưng hệ thống con quay hồi chuyển sẽ
di chuyển tự do trong không gian. Bằng việc đo lường vị trí của bánh xe quay liên hệ
với cơ cấu, cảm biến chính xác có thể cho ta biết độ dốc của vật (nó nghiêng bao nhiêu
so với vị trí thẳng đứng) cũng như tốc độ dốc (nó nghiêng nhanh như thế nào).
Một con quay hồi chuyển thông thường sẽ cồng kềnh và khó bảo dưỡng xe, nên
Segway tiếp thu hiệu quả này với hình thức khác của cơ khí. Segway vận dụng một
13


cảm biến tốc độ nghiêng bán dẫn đặc biệt được tạo từ silic. Loại con quay hồi chuyển
này quy định sự quay vòng của vật thể sử dụng hiệu ứng Coriolis trên một lớp rất nhỏ.
Segway HT có năm cảm biến hồi chuyển, mặc dù nó chỉ cần ba cảm biến để phát
hiện ra mức đẩy ra trước và ra sau cũng như nghiêng bên trái hay bên phải. Các cảm
biến còn lại làm cho phương tiện chắc chắn hơn. Thêm vào đó, Segway có hai cảm
biến nghiêng chứa đầy dung dịch điện phân. Giống như tai trong, hệ thống nhận biết vị
trí nghiêng có liên hệ với mặt đất trong trạng thái nghiêng của bề mặt chất dịch.
Tất cả thông tin về trạng thái nghiêng truyền đến “bộ não” của xe, hai bảng mạch
điều khiển điện tử bao gồm một bó vi mạch xử lý. Segway có tổng cộng 10 bảng mạch
vi xử lý, với năng lực gấp ba lần năng lực PC điển hình. Thông thường cả hai bảng
mạch làm việc chung với nhau nhưng nếu một bảng bị hư, bảng còn lại nhận tất cả các
chức năng để hệ thống báo tín hiệu cho người lái biết sự trục trặc để khởi động lại.
Segway đòi hỏi năng lực làm việc cao của bộ não vì nó cần điều chỉnh cực kỳ
chính xác để giữ không bị ngã. Trong những máy thông thường, bảng mạch điều khiển
kiểm tra vị trí cảm biến khoảng 100 lần/giây. Mạch vi xử lý điều hành phần mềm
tương thích để phát tín hiệu tất cả các thông tin ổn định và điều chỉnh tốc độ cho nhiều
động cơ điện phù hợp. Động cơ điện được nạp năng lượng từ một cặp pin (Ni-MH) có
thể sạc lại, làm quay độc lập mỗi bánh xe với tốc độ khác nhau.
Khi xe nghiêng về trước, động cơ làm cả hai bánh xe quay về trước và giữ về
trạng thái nghiêng. Khi xe nghiêng ra sau, động cơ làm cả hai bánh xe quay ra sau. Khi
người lái điều khiển tay lái quẹo trái hay phải, động cơ làm một trong hai bánh xe
quay nhanh hơn bánh xe kia hay hai bánh xe quay ngược chiều để xe xoay quanh.
Nó chỉ đi khoảng 12 dặm/giờ (20km/giờ), và nó cần nạp điện khoảng 6 giờ để dự
trữ dùng đủ cho một chuyến đi 15 dặm (24km).
Segway là sự lựa chọn cao trong thành phố. Vì các xe hơi đắt tiền và nếu có lượng
lớn xe hơi chạy trên đường phố sẽ gây nên ùn tắt giao thông, và thiếu chỗ đỗ xe. Tất cả
những điều ấy, xe hơi không là phương tiện tối ưu nhất trong khu dân cư đông đúc.
Segway không thể đưa con người đi đến nơi muốn đến với tốc độ cao nhất, nhưng
Segway có thể đi bằng sự di chuyển chậm, nối đuôi nhau. Một khi chúng đến nơi,
người lái có thể mang Segway vào bên trong mà không phải lo lắng gì về chỗ đỗ xe.
Và cũng không cần dừng ở những trạm xăng dầu, mà chỉ cần nạp điện cho xe tại nhà.
Segway cũng là chiếc máy tốt dùng để đi trong các kho hàng, nơi có nhiều hành
14


lang. Người ta còn nhận thấy sự hữu dụng khi đi quanh trong các khu dân cư, sân bay
hay công viên. Thật sự không có giới hạn không gian trong việc sử dụng xe. Segway
giúp bạn đi nhanh hơn mà không mất nhiều năng lượng.
- Tốc độ cao nhất: 20 km/giờ. Gấp ba lần tốc độ đi bộ.
- Trọng lượng không tải: 36 kg.
- Chiều rộng: không gian bao phủ trên mặt đất của Segway là 19 - 25 inch (48 -

63 cm). Segway có chiều rộng gần bằng kích thước của một người trung bình, nên nó
không mất nhiều diện tích trên đường.
- Tải trọng: một người nặng 250 pound (110kg) với hàng hóa nặng 75 pound

(34kg).
- Phạm vi: đi khoảng 17 dặm (28 km) với một bình sạc đơn. Trên mô hình tính

toán, thiết kế ước tính xe đi trong phạm vi 11 dặm (17 km) với một bình sạc đơn.
- Giao diện hiển thị xe hoạt động: Segway có màn hình LCD nhỏ cho người lái

biết năng lượng pin còn bao nhiêu và hoạt động của xe như thế nào, còn tốt không,,
biểu diễn trạng thái chung của phương tiện.
Trevor Blackwell chế tạo ra xe scooter dựa theo Segway của hãng Mỹ. Xe scooter
tự cân bằng này được xây dựng từ những bộ phận giống động cơ xe lăn và từ các cục
pin xe RC. Những bộ phận và module để chế tạo có giá thành thấp hơn phân nửa
Segway. Nó không cần phần mềm thực thi cao hay phức tạp. Phiên bản đầu tiên được
viết trong Python và sử dụng port số để truyền thông tin đến con quay hồi chuyển và
mạch điều khiển động cơ. Xe được sử dụng vi điều khiển 8-bit từ Atmel, chạy trên
code C với một số điểm trôi. Nó gửi những lệnh kiểm soát tốc độ ra port serial khoảng
9600 baud trong Ascn đối với bộ phận lái động cơ, có giá 10 USD do Digikey chế tạo.
Một con quay hồi chuyển ceramic và gia tốc kế hai trục để điều chỉnh hướng chính
xác, cùng hoạt động với vi mạch điều khiển Atmel, với giá 149 USD do Rotomotion
tạo ra.
1.1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước.
Như hiện nay trong nước đã có những cơ sở nghiên cứu và chế tạo hệ thống xe tự
cân bằng cho người sử dụng và đã được bán ra thị trường nhằm đáp ứng nhu cầu của
người sử dụng. Ngoài ra các trung tâm còn có những cơ sở sửa chữa xe đã hỏng cho
người sử dụng.

15


Hiện nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng tiên tiến và hiện đại,
thì hệ thống xe tự cân bằng ngày càng đóng vai trò thực tế và quan trọng trong đời
sống của mỗi con người cũng như các ngành công nghiệp hiện nay. Và nó là sự phát
triển hướng tới của mọi người cũng như của xã hội trong tương lai gần và tương lai xa.
Là xu thế của thế giới cũng như của thời đại.
Sự phát triển và đưa vào sử dụng hệ thống xe tự cân bằng ở nước ta tuy phát triển
sau so với các nước trên thế giới nhưng do phát triển sau nên nước ta cũng có những
ưu điểm hơn các nước khác. Do vậy tuy phát triển sau nhưng chúng ta cũng có những
ứng dụng thực tế không kém với các nước trên thế giới. Tuy nhiên bên cạnh đó việc sử
dụng hợp lý và hiệu quả hệ thống xe tự cân bằng trong các ngành kĩ thuật...vẫn là bài
toán khó đối với các kỹ sư, kỹ thuật viên .
Hệ thống xe tự cân bằng là hệ thống khi chiếc xe di chuyển trên đường mà chở
nặng thì như những xe khác thì nó sẽ ngã nhưng với hệ thống tự cân bằng của xe thì nó
giữ cho xe được cân bằng và không gây đổ hàng hóa trên xe. Xe được sử dụng nhiều
trong vận tải và chở hàng hóa trong một nhà máy không cần con người trực tiếp điều
khiển mà con người có thể điều khiển từ xa. Hiện nay đã có nhiều trung tâm, công ty
nghiên cứu và ứng dụng hệ thống xe tự cân bằng và đưa nó vào đời sống.
1.2. Tính cấp thiết và phạm vi nghiên cứu, mục tiêu của đề tài.
1.2.1. Tính cấp thiết của đề tài.
Hiện nay, trong điều kiện đường xá giao thông ngày càng chật hẹp, không khí này
càng ôi nhiễm, việc nghiên cứu và chế tạo mô hình xe điện gọn nhẹ, dễ xoay sở, không
sử dụng nhiên liệu đốt trong là một trong những nhu cầu thực sự. bên cạnh đó, thiết kế
một platform cho mobile robot là một đề tài cần thiết trong lĩnh vực tự động hóa ngày
này, nhằm trợ giúp cho trẻ em, người già, vận chuyển hàng hóa, giám sát…trong cuộc
sống ngày càng có nhu cầu đi lại và vận chuyển trong các thành phố lớn và các nhà
máy sản xuất.
Về khía cạnh khoa học và công nghệ, mô hình xe hai bánh tự cân bằng thực sự là
một bước đệm quan trọng để có kinh nghiệm trong việc tính toán, mô hình và chế tạo
các robot hai chân, là đỉnh cao về khoa học và công nghệ mà các trường đại học trên
toàn thế giới mong muốn vươn tới. Ngoài ra, mô hình cũng có sự bổ sung cần thiết về
các giải pháp công nghệ trong việc chuyển động cũng như giữ được sự cân bằng cho

16


xe, và tiến tới làm bước đệm cho sự lựa chọn phong phú về giải pháp chuyển động của
các robot trong tương lai.
Về yếu tố tâm lý con người, mô hình xe hai bánh tự cân bằng thực sự là một dấu
chấm hỏi lớn cho những người từng dùng nó: tại sao có thể di chuyển và thăng bằng
được? điều này cuốn hút nhu cầu được sử dụng một chiếc xe hai bánh tự cân bằng. Và
đó là yếu tố hình thành của sự thành công của các công ty, trung tâm nghiên cứu về hệ
thống xe tự cân bằng được bán trên thị trường cho con người sử dụng ngày càng nhiều.
Hệ thống xe tự cân bằng có những ưu điểm vô cùng to lớn nhưng bên cạnh đó
việc thực hiện và giám sát và đưa vào sử dụng còn có nhiều bất cập nên đây là những
vẫn đề khó cho các nhà sản xuất và ứng dụng cảm biến gia tốc vào cuộc sống.
Việc ra đời hệ thống xe tự cân bằng là cần thiết và là mong mỏi của nhiều người
sử dụng. Hệ thống xe tự cân bằng là thiết bị rất cần thiết trong cuộc sống của chúng ta
cũng như quan trọng trong các ngành công nghiệp và là thiết bị không thể thiếu trong
cuộc sống của chúng ta sau này được.
Hệ thống xe tự cân bằng là một trong những phần không thể thiếu trong các ứng
dụng của công nghệ thông tin trong thời buổi hiện nay. Nó góp phần hiện đại hóa các
bước thủ công. Đặc biệt góp phần phát triển của công nghệ được ứng dụng vào thực tế
của con người. Và là sự phát triển mong muốn của nhiều người và nhiều ngành nghề
cần đến hệ thống xe tự cân bằng nên nó được mọi người quan tâm nhiều.
1.2.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài.
Dựa trên những phần cứng đã được tìm hiểu, sử dụng các kiến thức đã học và tài
liệu đã có để thiết kế và chế tạo hệ thống xe tự cân bằng kết hợp với định vị GPS để
xây dựng thành một hệ thống hoàn chỉnh.
1.2.3. Mục tiêu của đề tài.
Thiết kế và thi công hệ thống xe tự cân bằng sử dụng Module cảm biến góc gia tốc
MPU6050 GY-521, trên hệ thống xe tự cân bằng có định vị GPS được hiển thị kinh độ
và vĩ độ trên LCD được gắn trên xe.
.

17


CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH BÀI TOÁN

2.1. Yêu cầu bài toán.
Ứng dụng Module Cảm Biến Góc Gia Tốc MPU6050 GY-521, động cơ GA25
200rpm, Arduino Uno R3, Module GPS NEO-7M, LCD 16x2_I2C vào thiết kế, thi
công hệ thống xe tự cân bằng cho phép định vị GPS và hiển thị tọa độ lên LCD.
2.2. Giải pháp thiết kế.
2.2.1. Sơ đồ khối.

Khối cảm biến
gia tốc

Khối động cơ

Khối xử lý
trung tâm

Khối nguồn

Khối hiển thị

Khối định vị
GPS

Hình 2.1. Sơ đồ khối của hệ thống.
2.2.2. Phân tích chức năng các khối.
Khối cảm biến gia tốc: Có chức năng thu thập dữ liệu, thông số góc của xe thông
qua module cảm biến góc gia tốc MPU6050 GY-521 sau đó được xử lý và tính toán
rồi gửi dữ liệu về khối xử lý trung tâm.
Khối định vị GPS: Định vị kinh độ và vĩ độ vị trí của hệ thống được gắn vào xe
sau đó sẽ gửi dữ liệu thu được về trung tâm xử lý.
Khối xử lý trung tâm: Đây là khối xử lý trung tâm, nó có chức năng nhận tín
hiệu của cảm biến góc gia tốc GPU6050 và Module GPS NEO-7M và xử lý rồi xuất
các tín hiệu điều khiển ra các Port để điều khiển Servo tương ứng.
Khối động cơ: Nhận các tín hiệu điều khiển từ Khối xử lý trung tâm sau đó sẽ di
chuyển theo điều khiển của trung tâm xử lý.
18


Khối hiển thị: Nhận dữ liệu từ khối xử lý trung tâm để hiển thị kinh độ và vĩ độ
lên màn hình hiển thị.
Khối nguồn: Cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống.
2.3. Nguyên lý hoạt động toàn hệ thống.
Hệ thống được cân bằng do Module cảm biến góc gia tốc thu nhập dữ liệu gửi dữ
liệu và update dữ liệu liên tục về trung tâm xử lý là Arduino Uno R3 từ đó Arduino sẽ
xử lý dữ liệu và gửi tín hiệu điều khiển về khối động cơ để di chuyển theo trung tâm
điều khiển. Và Module GPS NEO-7M sẽ thu nhập dữ liệu về vị trí xe đang đứng và
gửi dữ liệu thu được về trung tâm xử lý từ đó màn hình hiển thị sẽ nhận dữ liệu từ
trung tâm điều khiển để hiển thị thông số về vị trí hiện tại của xe.
2.4. Lựa chọn linh kiện.
2.4.1. Bộ vi điều khiển Arduino Uno R3.
2.4.1.1. Giới thiệu chung về Arduino Uno R3.

Hình 2.2. Sơ đồ chân Arduino Uno.
19


Môi trường Arduino được thiết kế đơn giản cho người mới bắt đầu sử dụng.
Không phải phần mềm hay các thiết bị điện tử thực nghiệm, với Arduino bạn có thể
xây dựng một dự án đáp ứng được các yêu cầu về điều khiển ánh sáng, âm thanh,
chuyển động một cách thông minh tự động… Arduino được sử dụng để tạo ta rất nhiều
thứ tuyệt vời như nhạc cụ, robot, điêu khắc ánh sáng, trò chơi, đồ nội thất tương tác
thậm chí là quần áo thông minh có khả năng tương tác với cơ thể.
Arduino được sử dụng rất nhiều trong các chương trình giáo dục trên toàn thế
giới, đặc biệt đối với các nhà thiết kế và nghệ sĩ những người muốn tạo ra những cái
mới độc đáo mà không cần am hiểu sâu về vấn đề của kỹ thuật. Bởi vì Arduino được
thiết kế sử dụng cho những người không am hiểu về kỹ thuật, phần mềm Arduino có
rất nhiều ví dụ được cung cấp bởi nhà phát triển nên rất dễ dàng để tiếp cận.
Mặc dù dễ dàng sử dụng nhưng Arduino có phần cứng được thiết kế rất tinh tế nên
các kỹ sư có thể dễ dàng nhúng nó vào trong các ứng dụng nhúng. Những người đã sử
dụng và phát triển các ứng dụng nhúng bằng vi điều khiển cũng bị thu hút bởi Arduino
do khả năng phần cứng tốt và và phần mềm tiện dụng dễ dàng cho việc giải quyết các
ý tưởng.
Arduino được biết đến nhiều nhất là phần cứng của nó, nhưng phải có phần mềm
để lập trình phần cứng. Cả phần cứng và phần mềm gọi chung là “Arduino’’. Sự kết
hợp đó cho phép bạn tạo ra các dự án có ý nghĩa và kiểm soát thế giới vật chất. Các
phần mềm là tự do, mã nguồn mở thông qua một nền tảng. Các board bạn có thể mua
với giá rẻ hoặc bạn có thể tự thiết kế với mã nguồn schematic mở. Ngoài ra, có một số
hoạt động liên quan tới Arduino được giải đáp bởi diễn đàn Arduino trên toàn thế giới
và Wikimedia gọi chung là sân chơi Arduino.
Phần mềm Arduino: được gọi là sketches, được tạo ra trên máy tính có tích hợp
môi trường phát triển(IDE). IDE cho phép bạn viết, chỉnh sửa code và chuyển đổi sao
cho phần cứng có thể hiểu. IDE dùng để biên dịch và nạp vào Arduino ( quá trình sử lý
này gọi là UPLOAD).
Phần cứng Arduino: là các board Arduino nơi thực thi các chương trình lập trình.
Các board này có thể điều khiển hoặc đáp trả các tín hiệu điện, vì vậy các thành phần
được ghép trực tiếp vào nó để tương tác với thế giới thực để cảm nhận hoặc truyền
thông. Ví dụ các cảm biến bao gồm các thiết bị chuyển mạch, cảm biến siêu âm, gia
tốc. Các thiết bị truyền động bao gồm đèn , motor, loa và các thiết bị hiển thị.
20


Hầu hết các board Arduino sử dụng kết nối kiểu USB dùng để cấp nguồn và
upload dữ liệu cho board Arduino.
Arduino Uno sử dụng 2 vi điều khiển trên board để xử lý tất cả các kết nối USB.
Chíp dán nhỏ (ATmega8U2) nằm gần cổng cắm dây kết nối kiểu USB. Cho phép nạp
chương trình và quản lý các thiết bị USB khác cắm vào. Chíp ATMega328 chứa
chương trình nạp để thực thi chương trình đã được lập trình. Trên hầu hết các board
Arduino đều sử dụng 1 chip FTDI cung cấp giải pháp cho vấn đề kết nối với cổng nối
tiếp của máy tính. Ngoài Arduino Uno ra nhà sản xuất cung cấp nhiều board khác như:
Arduino Fio, Arduino Nano, Arduino Mega 2560. Với tùy vào ứng dụng có thể chọn các
loại board nhỏ hoặc board hỗ trợ nhiều chân TX và RX như Arduino 2560.

Hình 2.3. Board cơ bản của Arduino Uno.
2.4.1.2.Cấu trúc phần cứng
a. Thông số kỹ thuật.

Hình 2.4.Hình mặt trên của Arduino Uno.
21


Trên board có cổng USB connector để cắm vào máy tính, đèn báo nguồn màu
xanh. Có công tắc Reset, các pin giao tiếp, LED ở chân 13 và các led báo truyền nhận
nối tiếp. Ngoài ra còn có các cổng đọc tín hiệu số và tín hiệu tương tự và các chân
chức năng PWM và truyền nhận dữ liệu nối tiếp. Các chân giao tiếp I2C phục vụ giao
tiếp hai dây SDA và SCL, dưới đây là thông số kỹ thuật chính của Arduino:

Hình 2.5.Sơ đồ nguyên lý Arduino Uno.
Vi điều khiển ATMega328.
- Điện áp hoạt động 5V; Đầu vào điện áp 7-12V; Điện áp đầu vào tới hạn 6-20V.
- Chân vào ra số là 14 chân( trong đó có 6 chân băm xung PWM).
- Chân đầu vào tương tự có 6 chân.
- Dòng DC vào ra trên chân là 40mA; Dòng đầu ra ở chân 3.3V là 50mA.
22


- Bộ nhớ Flash 32KB(ATMega328) trong đó 0.5KB sử dụng cho bootloader.
- SRAM là 2KB(ATMega328); EEPROM là 1KB(ATMega328).
- Tần số 16MHz.
Trong mạch sử dụng 2 chíp vi điều khiển là ATMega328 và ATMega16U2 với
các chức năng như sau: ATMega16U2 được kết nối với cổng USB chứa chương trình
bootloader để nạp chương trình, ATMega 328 chứa chương trình lập trình để thực thi
ứng dụng.
b , Nguồn nuôi.
Arduino có thể được hỗ trợ thông qua kết nối USB hoặc với một nguồn cung cấp
điện bên ngoài. Các nguồn năng lượng được lựa chọn tự động, hệ thống vi điều khiển
có thể hoạt động bằng một nguồn cung cấp bên ngoài từ 6V đến 20V nên cung cấp lớn
hơn 7V. Tuy nhiên nếu thể cung cấp ít hơn 5V hệ thống vi điều khiển có thể không ổn
định. Nếu sử dụng nhiều hơn 12V bộ chuyển đổi điện áp có thể nóng mạnh, phạm vi
khuyến nghị là 7V đến 12V.
- Chân Vin: Điện áp đầu vào Arduino khi chúng ta dùng nguồn điện bên ngoài
(khác với nguồn 5V lấy từ USB hoặc nguồn thông qua jack cắm nguồn riêng).
Chúng ta có thể cung cấp nguồn thông qua chân này.
- Chân 5V: Cung cấp nguồn vi điều khiển và các bộ phận khác trên bo mạch và
cung cấp nguồn cho các thiết bị ngoại vi khi kết nối tới bo mạch.
- Chân 3V3: Cung cấp nguồn cho các thiết bị cảm biến.
- Chân GND : Chân nối đất.
c, Chân giao tiếp đầu vào và đầu ra.
Trong số 14 chân tín hiêu số chúng ta có thể cấu hình để làm chân nhận dữ liệu
vào từ các thiết bị ngoại vi hoặc làm chân để truyền tín hiêu ra các thiết bị ngoại vi.
Bằng cách sử dụng các chức năng pinMode(), digitalWrite() và digitalRead() hoạt
động ở điện áp 5V. Mỗi chân có thể cung cấp hoặc nhận một dòng điện tối đa 50mA
và có một điện trở kéo nội (ngắt kết nối theo mặc định) 20-50 kOhms. Ngoài ra có một
số chân có chức năng khác.
-

Chân 0 (Rx) : Chân được dùng để nhận dữ liệu nối tiếp

-

Chân 1 (Tx) : Chân được dùng để truyền dữ liệu nối tiếp

-

Chân 2 và 3: Chân ngắt ngoài

-

Chân 3, 5, 6, 9, 10 và 11: Chân để điều chế độ rộng xung PWM
23


-

Chuẩn giao tiếp SPI: Sử dụng chân 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK)

-

Chuẩn giao tiếp I2C: Sử dụng chân đầu vào tương tự A4 (SDA) và A5 (SCL).

-

Chân Aref : Tham chiếu điện áp đầu vào analog.

2.4.1.3. Ứng dụng của Arduino.
Trong thực tế Arduino có rất nhiều ứng dụng bởi khả năng xử lý linh hoạt, phần
cứng dễ dàng tích hợp vào hệ thống khác. Do đó có thể ứng dụng trong hầu hết các hệ
thống điều khiển tự động từ đơn giản từ các thiết bị báo cháy, báo khí ga, đo các thông
số môi trường (nồng độ khí, nhiệt đô, độ ẩm, ánh sáng ), hay phức tạp hơn là xử lý
máy in 3D. Ngoài ra Arduino còn được ứng dụng trong giải trí như thiết kế robot dò
đường, tay cầm điều khiển. Arduino còn có thể kết hợp ghép nối với các thiết bị điện
tử khác như kết nối với máy tính nhúng raspberry để thu thập dữ liệu gửi lên mạng
internet, hay có thể ghép nối với các board mở rộng như WiFi, Ethernet Shield …
2.4.2. GY-521 MPU 6050.
Sân chơi Robot năm 2015 như các bạn đã thấy có rất ít line nên việc đo lường theo
line sẽ làm tốc độ robot giảm đáng kể. Theo như quá trình chạy thử nghiệm thì yêu cầu
được đặt ra là robot chạy thẳng được theo 1 đường giả định. Quay chính xác góc mà ít
ảnh hưởng đến yếu tố bên ngoài, và vì con cảm biến gia tốc này có độ chính xác cao, ít
nhiễu, không đòi hỏi lập trình cao, giá thành hợp lý.
Ưu điểm của Gyro: Quay với góc chính xác, ít phụ thuộc yếu tố bên ngoài, Khá rẻ.
Modul GY-521 tại một số nơi bán có 200k, Thuật toán lập trình khá đơn giản. Chuẩn
giao tiếp I2C. Nhược điểm: Dễ trôi điểm gốc. nhưng chống trôi ổn hoạt động có thể có
độ chính xác cao.

Hình 2.6 . Module Cảm Biến Góc Gia Tốc MPU6050 GY-521.
24


Khái niệm: Cảm Biến Góc Gia Tốc MPU6050 GY-521 là cảm biến có 6 trục được
thiết kế cho các ứng dụng nguồn nuôi thấp, giá rẻ, và có hiệu suất cao, được ứng dụng
trong các điện thoại máy tính bảng, và các thiết bị di động khác.
Cảm Biến Góc Gia Tốc MPU6050 GY-521 gồm có 3 trục con quay hồi chuyển
(gyroscope) và 3 trục gia tốc (accelerometer) được thiết kế cùng nhau trong nhân chíp
Digital Motion Processor (DMP) sử dụng thuật toán MotionFusion. Thuật toán
MotionFusion có khả năng giao tiếp với 1 số cảm biến khác qua các chân 12C phụ trợ
(auxiliary master I2C bus), giúp cho thiết bị có thể trang bị đầy đủ các loại cảm biến
trong 1 hệ thống điều khiển. board Cảm Biến Góc Gia Tốc MPU6050GY-521 đã được
thiết kế với IC nguồn 3.3V trên board và trở kéo trên bus I2C.
Cảm Biến Góc Gia Tốc MPU6050GY-521sử dụng công nghệ độc quyền
MotionFusion của InvenSense có thể chạy trên các thiết bị di động, tay điều khiển…
Nó được điều hành ra một nguồn cung cấp 3.3v/5v, và giao tiếp thông qua I2C với tốc
độ tối đa 400khz. Chíp này cũng có sẵn trong một gói SPI được gọi là MPU6000 cho
giao tiếp lên tới 10Mbs.
2.4.2.1. Thông số kĩ thuật Cảm Biến Góc Gia Tốc MPU6050 GY-521
-

Điện áp cấp: 3-5v.

-

3 góc con quay hồi chuyển với độ nhạy lên đến 131 LSBs/sps và đầy đủ các độ
±250, ±500, ±1000, and ±2000dps.

-

3 góc gia tốc kế với đầy đủ khả năng lập trình với ±2g, ±4g, ±8g and ±16g.

-

kích thước: 14 x 21mm.

-

Có 16 bit đầu ra.

-

Con quay nhạy cảm của cảm biến tuyến tính 0.1 độ/ s.

-

Tiếng ồn thấp trên cả hai kết quả đầu ra.

-

Tỷ lệ sản lượng dữ liệu lên đến 1000Hz, mặc dù được xây dựng bằng kỹ thuật
số thấp vượt qua bộ lọc có tần số góc tối đa là 256Hz.
Một tính năng của chip này là bộ xử lý chuyển động kỹ thuật số trên máy bay

(DMP). Trong lý thuyết có thể được sử dụng để sản xuất trực tiếp các góc Euler,
quaternions, hoặc một hướng cosin ma trận, và thậm chí thực hiện lọc cùng với việc
tích hợp dữ liệu từ một la bàn I2C bên ngoài.
MPU-6050 có thể kết hợp với cảm biến từ trường (bên ngoài) để tạo thành bộ cảm
biến 9 góc đầy đủ thông qua giao tiếp I2C.
25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×