Tải bản đầy đủ

Thiết kế xe điều khiển từ xa có livestream camera

TRƢỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÖC
----o0o---Tp. HCM, ngày 06 tháng 07 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:

Nguyễn Văn Lập
Hà Đăng Lộc
Kỹ thuật Điện - Điện tử
Đại học chính quy
2011

MSSV: 11141113

MSSV: 11141123
Mã ngành: 01
Mã hệ:
1
Lớp:
11141DT1A

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ XE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA CÓ LIVE STREAM
CAMERA.
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
- Nguyễn Đình Phú, Giáo trình kỹ thuật số, Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật, 2014
- Nguyễn Ngọc Hùng, Nguyễn Ngô Lâm, Nguyễn Văn Phúc, Giáo trình Kỹ thuật
truyền số liệu, Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật, 2011
- Nguyễn Mạnh Tiến, Điều khiển robot công nghiệp, Trƣờng ĐH Bách Khoa
Hà Nội, 2007
- Võ Minh Huân, Phạm Quang Huy, Lập trình điều khiển với Rasberry, Nhà xuất
bản Thanh Niên
2. Nội dung thực hiện:
- Điều khiển xe robot chạy tiến ,lùi ,trái và phải
- Sử dụng camera để truyền hình ảnh trực tiếp
- Viết chƣơng trình điều khiển cho kit raspberry pi 3
- Thiết lập web server và thực hiện truyền dữ liệu
- Thi công mô hình xe robot
- Sản phẩm cuối cùng và chạy thực tế
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
06/04/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/07/2018
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN:
TS. Nguyễn Thị Lƣỡng
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

ii


TRƢỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH



CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÖC
----o0o---Tp. HCM, ngày 06 tháng 07 năm 2018

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Hà Đăng Lộc
Lớp: 11141DT1A
MSSV: 11141123
Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Văn Lập
Lớp: 11141DT1A
MSSV: 11141113
Tên đề tài: THIẾT KẾ XE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA CÓ LIVE STREAM CAMERA

Tuần/ngày

Xác nhận
GVHD

Nội dung

TUẦN 1

Gặp GVHD nhận đề tài

TUẦN 2

Viết đề cƣơng chi tiết

TUẦN 3

Tìm hiểu các đề tài đã nghiên cứu lien quan đến
điều khiển tự động

TUẦN 4

Gặp GVHD để báo cáo về hƣớng thực hiện đề tài

TUẦN 5

Tìm hiểu về Rasberry, camera, động cơ servo,
module điều khiển động cơ

TUẦN 6

Lập trình giao tiếp Rasberry với camera và điều
khiển động cơ

TUẦN 7

Tìm hiểu về web server và các giao thức truyền
dữ liệu

TUẦN 8

Truyền hình ảnh trực tiếp từ camera lên web
server

TUẦN 9

Điều khiển xe tiến lùi trái phải từ web server

TUẦN 10

Hoàn thành mô hình, cân chỉnh hệ thống

TUẦN 11

Viết báo cáo đồ án

TUẦN 12

Chỉnh sửa và hoàn thiện báo cáo

GV HƢỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

iii


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trƣớc đó và không sao chép từ tài
liệu hay công trình đã có trƣớc đó.

Ngƣời thực hiện đề tài
SVTH1: NGUYỄN VĂN LẬP
SVTH2: HÀ ĐĂNG LỘC

iv


LỜI CẢM ƠN
Sau khi hoàn thành luận văn, nhóm em xin chân thành cảm ơn đến:
Cô Nguyễn Thị Lƣỡng, ngƣời đã tận tình giúp đỡ và luôn quan tâm chúng em
trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Cô luôn tạo mọi điều kiện và thể hiện sự quan
tâm đến nhóm chúng em. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn cô.
Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô trong khoa Điện Điện tử, những ngƣời đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức vô cùng quý báu làm
hành trang vững chắc cho chúng em bƣớc vào đời. Và cũng cảm ơn trƣờng đã tạo cho
chúng em một môi trƣờng học tập thật tốt trong suốt thời gian qua.
Cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã động viên và
giúp đỡ chúng em trong thời gian thực hiên luận văn này.
Do hạn chế về thời gian và kinh nghiệm nên chắc chắn rằng luận văn này không
tránh khỏi những sai sót nhất định. Em rất mong đƣợc sự góp ý và hƣớng dẫn thêm ttừ
quý thầy cô.
Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn !
Tp. Hồ Chí Minh,ngày 3 tháng 7 năm 2018

Sinh viên

Nguyễn Văn Lập

Sinh viên

Hà Đăng Lộc

iviv

.


MỤC LỤC
Trang bìa
……………………………………………………………………………....i
Nhiệm vụ đồ án……………………………………………………………………………ii
Lịch trình
……………………………………………………………………………..iii
Cam đoan ……………………………………………………………………………..iv
Lời cảm ơn ……………………………………………………………………………...v
Mục lục
……………………………………………………………………………..vi
Liệt kê hình vẽ…….………………………………………………………………...…..viii
Liệt kê bảng vẽ …………………………………………………………………………....x
Tóm tắt
………………………………………………………………………….….xi
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN…………………….………………………………………..1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ……………………………………………………………………….1
1.2. MỤC TIÊU…………………………………………………………………………..2
1.4. GIỚI HẠN………….……………………………………………………………......2
1.5. BỐ CỤC…………...…………………………………………………………….......4
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT……………………………………………………...4
2.1. TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỀU KHIỂN LIVE STREAM CAMERA………………...4
2.1.1. Giới thiệu sơ lƣợc về điều khiển từ xa……………….……………………….4
2.1.2. Giới thiệu và stream video lên trang web…………………………………….4
2.1.3. Định nghĩa…………………………………………………………………….5
2.1.4. Ƣu điểm ….………………………………………………………..………….5
2.2. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG………………………………………………………...6
2.2.1. Giới thiệu Raspberry Pi ..……………………………………………………..6
2.2.2. Module camera
……………………………………………………………...10
2.2.3. Module điều khiển động cơ L298……………..…………………………......11
2.2.4. Động cơ servo SG90………………………………………………………....11
2.2.5. Usb Tp-Link Tl-Wn725n………………………………………………….....12
2.2.6. Động cơ giảm tốc DC……………………………………………….…..…...13
CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ………………………………………..……15
3.1. GIỚI THIỆU ……………………………………………………………………..15
3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ………………………………………..15
3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
……………………………………………….15
3.2.2. Tính toán và thiết kế mạch……………………………………………...……16
3.2.3. Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch……………………………………...………19
CHƢƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG………………………………………………….20
4.1. GIỚI THIỆU………………………………………………………………………..20
4.2. THI CÔNG HỆ THỐNG…………………………………………………………...20
vi


4.2.1. Tìm hiểu kỹ thuật video streaming theo mô hình server-client………….…..20
4.2.2. Kỹ thuật streaming video………………………….………….…...….……....20
a. Giao thức RTSP……………………...……………….…………………….…....22
b. Giao thức RTP…………………………......…………….…………….………...25
c. Giao thức RTMP - Real Time Messaging Protocol……….…………….….……27
d. FFMPEG - Phầm mềm xử lý audio, video hiệu quả ……….………………..…..29
4.2.3. Thiết lập web server và thực hiện truyền dữ liệu…………………….……….31
4.2.4. Thi công phần cứng của xe robot………………………………….…………32
4.2.5. Giao diện web server nhúng hình ảnh camera………………….……………..33
4.3. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG…………………………………………..………….….34
4.3.1. Lƣu đồ giải thật điều khiển động cơ servo………………………………...….34
4.3.2. Lƣu đồ giải thật điều khiển động cơ DC……………………………….……...35
4.4. HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC……………………………………...…...37
4.4.1 Các bƣớc để tạo một web server cho phép streaming dùng Pi-Camera…….….35
4.4.2 Cài đặt và điều khiển trên mạng Wan………………………………….……....40
a. Kết nối với Website trung gian…………………………………………… ..…40
b.Cài đặt phần mềm cho Raspberry Pi……………………………….……...……41
c.Cách kết nối Raspberry với remot3.it……………………………….…..…...…42
CHƢƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ……………………….………......46
5.1. KẾT QUẢ………………………………………………………………….…....…46
5.2. NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ…………………………………………………...…46
5.2.1 Khoảng cách………………………………………………………………........46
5.2.2 Tốc độ mạng...……………………………………………………………...….49
5.2.3 Frame per second…………………………………………………………..…..52
CHƢƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN…………………………….....56
6.1 KẾT LUẬN ……………………………………………………………………..…56
6.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN…………………………………………………………....56
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………………..
PHU LỤC..........................................................................................................................

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

vi


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2.1. Hình ảnh điều khiển từ xa xe robot live stream camera. ................................ 5
Hình 2.2. Raspberry Pi Mode B ...................................................................................... 6
Hình 2.3. Cấu tạo của Raspberry Pi ................................................................................ 8
Hình 2.4. Module Camera ............................................................................................. 10
Hình 2.5. Module mạch cầu H L298 ............................................................................. 10
Hình 2.6. Động cơ SG90 ............................................................................................... 11
Hình 2.7. Usb tp-link tl-wn725n ................................................................................... 12
Hình 2.8. Động cơ giảm tốc DC ................................................................................. 13
Hình 3.1. Sơ khối của hệ thống ..................................................................................... 14
Hình 3.2. Camera kết nối Rasberry qua cáp ribbon ...................................................... 15
Hình 3.3. Khối điều khiển kết nối với động cơ ............................................................. 16
Hình 3.4. Động cơ servo SG90 ..................................................................................... 16
Hình 3.5. Động cơ giảm tốc DC ................................................................................... 17
Hình 3.6. Khối xử lý trung tâm ..................................................................................... 17
Hình 3.7. Web server giao tiếp với kit qua Usb Wifi ................................................... 18
Hình 3.8. Sạc dự phòng cấp nguồn cho kit raspberry pi 3 ............................................ 18
Hình 3.9. Nguồn cấp cho khối điều khiển module L298N ........................................... 19
Hình 3.10. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ......................................................................... 19
Hình 4.1. Streaming Video ........................................................................................... 21
Hình 4.2. OPTIONS Request ........................................................................................ 22
Hình 4.3. DESCRIBE Request ..................................................................................... 23
Hình 4.4. SETUP Request ............................................................................................. 24
Hình 4.5. PLAY Request .............................................................................................. 24
Hình 4.6. PAUSE Request ............................................................................................ 25
Hình 4.7. TEARDOWN Request .................................................................................. 25
Hình 4.8. Header của RTP Packet................................................................................. 26
Hình 4.9. Giao thức RTMP - Real Time Messaging Protocol ...................................... 28
Hình 4.10. Tổng hợp các máy chủ trên thế giới ............................................................ 31
Hình 4.11. Giao diện tạo nút nhấn điều khiển .............................................................. 32
Hình 4.12. Kết quả phần cứng xe .................................................................................. 32
Hình 4.13. Kết quả streaming video và điều khiển qua Web ....................................... 33
Hình 4.14. Sơ đồ giải thuật điều khiển servo ................................................................ 34
Hình 4.15. Lƣu đồ giải thuật điều khiển động cơ DC ................................................... 35
viii


Hình 4.16. Giao diện sau khi đăng nhập remot3.it ....................................................... 41
Hình 4.17. Tạo kênh cho phần mềm để kết nối ............................................................ 41
Hình 4.18. Giao diện Putty.............................................................................................. 42
Hình 4.19. Địa chỉ hostname và port thông qua SSH ................................................... 43
Hình 4.20. Hostname và port khi kết nối VNC ............................................................. 43
Hình 4.21. Giao diện phần mềm TightVNC ................................................................. 44
Hình 4.22. Giao diện nhập mật khẩu kết nối ................................................................ 44
Hình 4.23. Giao diện Raspberry sau khi đã kết nối ...................................................... 45
Hình 5.1. Ảnh hƣởng khoảng cách đến quá trình stream video .................................... 47
Hình 5.2. Ảnh hƣởng tốc độ mạng đến quá trình stream video .................................... 50
Hình 5.3 Ảnh hƣởng Frame per second đến quá trình stream video ........................... 53

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

viii


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1: Tổng quan về thông số của Raspberry Pi .............................................................8
Bảng 2.2: Trạng thái của Led khi kit hoạt động ………………………………………. .....9
Bảng 2.3: Thông số kĩ thuật usb tp-link tl-725n …………………………………… .......12
Bảng 4.1: So sánh giữa hai giao thức HTTP với RTMP …………………………… .......29
Bảng 5.1 Ảnh hƣởng khoảng cách đến quá trình stream video ……………………… ....48
Bảng 5.2 Ảnh hƣởng khoảng cách đến quá trình điều khiển robot …………………… ..48
Bảng 5.3 Ảnh hƣởng tốc độ mạng đến quá trình stream video ……….…………...….....51
Bảng 5.4 Ảnh hƣởng tốc độ mạng đến quá trình điều khiển robot ..……………..……...51
Bảng 5.5 Ảnh hƣởng fps đến quá trình stream video ……………………… ................ ..54
Bảng 5.6 Ảnh hƣởng fps đến quá trình điều khiển robot …………………… .................54

x


TÓM TẮT
Với sự cách mạng của nền công nghiệp 4.0, thế giới đã gần nhƣ
không còn khoảng cách. Chỉ cần một nút nhấn, mọi thiết bị có thể đƣợc
điều khiển ở bất cứ đâu. Để bắt kịp xu hƣớng đó, nhóm sinh viên quyết
định thực hiện đề tài “Điều khiển xe từ xa có live stream camera”.
Đề tài trình bày về lý thuyết của Raspberry Pi và một ứng dụng rất
phổ biến trong cộng đồng từ Raspberry Pi. Một ứng dụng có thể thay thế
con ngƣời vào đƣợc những nơi nguy hiểm đến tính mạng.
Nguyên lý hoạt động cụ thể:
 Raspberry Pi sẽ nhận lệnh từ ngƣời điều khiển thông qua
webserver để thực hiện lệnh rồi truyền lệnh để điều
khiển động cơ.


Camera sẽ nhận lệnh stream và phản hồi lại Raspberry
Pi rồi truyền lên webserver để cho ngƣời điều khiển biết
thông tin hoạt động.

Kết quả mong muốn của nhóm sinh viên sẽ thiết kế đƣợc mô
hình xe hoàn chỉnh, điều khiển tiến, lùi, trái, phải ổn đinh và mƣợt mà,
đồng thời, chất lƣợng hình ảnh truyền từ xe lên trình duyệt web rõ nét và có
độ trễ thấp. Qua đó, nhóm sẽ phát triển đề tài và đƣa sản phẩm vào thực
tiễn nhằm phục vụ đời sống nâng cao của con ngƣời.

xi


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ
Thời gian qua chúng ta thƣờng hay nghe nhắc đến nền công nghiệp 4.0 còn

gọi là công nghiệp lần thứ tƣ. Đó là sự tiến bộ công nghệ tạo ra sự kết nối thế giới
thực, thế giới số và thế giới sinh vật hữu cơ tạo ra những công cụ sản xuất giữa thực
và ảo. Những thành phần điển hình của nền công nghiệp 4.0 bao gồm sự xuất hiện
của Internet vạn vật (IoT), thành phố thông minh, trí tuệ nhân tạo, xe tự lái, robot,
máy in 3D, vật liệu mới, công nghệ nano cùng đột phá về nhận thức trong quy trình
sinh học.
Nói về IoT hay còn có tên đầy đủ là “Internet of Things” dịch nôm na là “Vạn
vật kết nối Internet”. Nó là một hệ thống với mọi thiết bị liên quan đến nhau, mọi
vật đƣợc kết nối với nhau qua một giao thức chung đó là mạng truyền thông hay
Internet. Hiểu một cách đơn giản, bạn chỉ cần một thiết bị kết nối mạng là có thể
điều khiển đƣợc nó mà bất cứ bạn đang ở bất kì đâu. Điều khiển thiết bị từ xa với
IoT thật đơn giản khi bây giờ bạn chỉ cần kết nối internet cho thiết bị mình cần điều
khiển phải không nào?.
Dựa vào các ứng dụng thực tiễn của điều khiển từ xa ta có thể chia làm 2 dạng:
Điều khiển từ xa vô tuyến và điều khiển từ xa hữu tuyến.
 Điều khiển từ xa vô tuyến:
Có thể điều khiển từ xa bằng tia sáng hồng ngoại hay sóng siêu âm. Môi trƣờng
truyền là không khí. Với tia hồng ngoại ta chỉ có thể điều khiển các thiết bị ở
khoảng cách gần. Vì vậy nó đƣợc ứng dụng nhiều cho các thiết bị dân dụng.
 Điều khiển từ xa hữu tuyến:
Với dạng điều khiển này ta lợi dụng vào đƣờng truyền của internet để điều khiển các
thiết bị từ xa.
Đối với hệ thống điều khiển xa bằng mạng không dây thì giới hạn về khoảng
cách là yếu điểm của kỹ thuật này, ngƣợc lại với mạng internet đã đƣợc mở rộng với

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
quy mô toàn thế giới thì giới hạn xa không phụ thuộc vào khoảng cách đã mở ra
một lối thoát mới trong lĩnh vực tự động điều khiển.
Hiện nay, do nhu cầu trao đổi thông tin của ngƣời dân ngày càng tăng đồng
thời việc gắn các thiết bị internet ngày càng phổ biến rộng rãi, do đó việc sử dụng
mạng internet để truyền tín hiệu điều khiển là phƣơng thức thuận tiện nhất, tiết
kiệm nhiều thời gian cho công việc, vừa đảm bảo các tính năng an toàn cho các
thiết bị điện gia dụng vừa tiết kiệm đƣợc chi phí sử dụng và đảm bảo an toàn cho
tính mạng và tài sản của mỗi ngƣời dân.

1.2.

MỤC TIÊU

 Đề tài có những mục tiêu chính nhƣ sau :
- Thiết kế sản phẩm hoàn chỉnh gồm xe điều khiển từ xa, gắn camera live stream qua
web server sử dụng Raspberry Pi, dùng Wifi.
- Viết chƣơng trình điều khiển cho kit Raspberry Pi, thiết lập web server và thực
hiện truyền dữ liệu

1.3. NỘi DUNG NGHIÊN CỨU
 NỘI DUNG 1: Thu thập dữ liệu quy trình thiết kế một hệ thống điều khiển xe có
live stream camera.
 NỘI DUNG 2: Các giải pháp thiết kế hệ thống, mô hình điều khiển xe với chức
năng live stream.
 NỘI DUNG 3: Lựa chọn các thiết bị trong việc thiết kế mô hình điều khiển xe live
stream camera.
 NỘI DUNG 4: Viết chƣơng trình và thiết kế hệ thống điều khiển.
 NỘI DUNG 5: Thiết kế mô hình.
 NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiện.

1.4.

GIỚI HẠN

 Xe kết nối qua wifi nên khoảng cách điều khiển còn hạn chế.
 Bị lỗi khi mạng bất ổn định (<3Mbp/s).
 Thời gian hoạt động liên tục của xe tƣơng đối ngắn.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
 Chất lƣợng video live stream chỉ nhìn rõ trong môi trƣờng ánh sáng đầy đủ.
 Tính bảo mật chƣa cao (Các thành viên truy cập cùng một mạng đều điều khiển
đƣợc khi biết IP của Raspberry Pi).

BỐ CỤC

1.5.

Nội dung đề tài gồm các phần sau:
Chƣơng 1: Tổng quan
 Đặt vấn đề
 Mục tiêu của đề tài
 Nhiệm vụ của đề tài
 Giới hạn
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết
 Giới thiệu hệ điều hành Raspberry Pi
 Giới thiệu Board mạch Raspberry Pi
 Giới thiệu mạch công suất L298N
 Giới thiệu về module camera
Chƣơng 3: Tính toán và thiết kế
 Giới thiệu phần mềm lập trình
 Viết chƣơng trình giao tiếp
 Kết quả lập trình
Chƣơng 4: Thi công hệ thống
 Thiết kế phần cứng
 Giới thiệu linh kiện sử dụng trong thiết kế
 Mô hình xe robot
 Giao tiếp các thiết bị và điều khiển mô hình
Chƣơng 5: Kết luận
 Những mục tiêu đạt đƣợc
 Hạn chế của đề tài


Hƣớng phát triển đề tài

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1

TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỀU KHIỂN LIVE STREAM CAMERA

2.1.1 Giới thiệu sơ lƣợc về điều khiển từ xa
Dựa vào các ứng dụng thực tiễn của điều khiển từ xa, ta có thể chia làm 2
dạng: Điều khiển từ xa vô tuyến và điều khiển từ xa hữu tuyến.
 Điều khiển từ xa hữu tuyến:

Có thể điều khiển từ xa bằng tia sáng hồng ngoại hay sóng siêu âm. Môi
trƣờng truyền là không khí. Với tia hồng ngoại ta chỉ có thể điều khiển các thiết bị ở
khoảng cách gần. Vì vậy, nó đƣợc ứng dụng nhiều cho các thiết bị dân dụng.
 Điều khiển từ xa hữu tuyến:
Đối với hệ thống điều khiển xa bằng mạng không dây thì giới hạn về khoảng
cách là yếu điểm của kỹ thuật này, ngƣợc lại với mạng internet đã đƣợc mở rộng
với quy mô toàn thế giới thì giới hạn xa không phụ thuộc vào khoảng cách đã mở ra
một lối thoát mới trong lĩnh vực tự động điều khiển.
Hiện nay, do nhu cầu trao đổi thông tin của ngƣời dân ngày càng tang, đồng
thời việc gắn các thiết bị internet ngày càng phổ biến rộng rãi, do đó việc sử dụng
mạng internet để truyền tín hiệu điều khiển là phƣơng thức thuận tiện nhất, tiết kiệm
nhiều thời gian cho công việc, vừa đảm bảo các tính năng an toàn cho các thiết bị
điện gia dụng vừa tiết kiệm đƣợc chi phí sử dụng và đảm bảo an toàn cho tính mạng
và tài sản của mỗi ngƣời dân.

2.1.2 Giới thiệu và stream video lên trang web
Streaming video là một kỹ thuật đƣợc sử dụng khá phổ biến trong các ứng
dụng mạng. Rất nhiều các địa chỉ ứng dụng rộng rãi trong thực tế nhƣ: các phần
mềm (media player, web browser, ...) trên các máy khách truy cập và xem video từ
các máy chủ theo mô hình server/client; các ứng dụng hội họp trực tuyến, đào tạo từ
xa; giám sát, điều khiển từ xa qua hình ảnh thời gian thực, v.v... Trong đó có nhiều
ứng dụng sử dụng hệ thống nhúng triển khai kỹ thuật này.
Streaming video sử dụng cách thức phát lại các đoạn video đƣợc lƣu trữ trên
các máy tính trên mạng tới ngƣời dùng đầu cuối muốn xem đoạn video mà không
cần tải đoạn video đó về trên máy tính. Về bản chất, streaming video là quá trình
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
chia nhỏ file video thành các frame, rồi lần lƣợt gửi từng frame tới một bộ đệm trên
máy tính của ngƣời xem và hiển thị nội dung frame đó. Và quá trình này tuân thủ
chặt chẽ về ràng buộc theo thời gian, nói khác là tuân thủ chặt chẽ theo giao thức
RTSP, RTP và RTCP. Với đặc tính nhƣ vậy thì streaming video là kỹ thuật cũng
khá phức tạp để triển khai. Nhƣng với những lợi ích mà kỹ thuật streaming video
đem lại, chúng ta hoàn toàn có thể triển khai đƣợc kỹ thuật này trên thực tế.

2.1.3 Định nghĩa
Điều khiển xe robot từ xa có live stream camera với camera đƣợc tích hợp vào
xe sẽ truyền hình ảnh trực tiếp lên hệ thống mạng internet. Từ hệ thống mạng
internet xem đƣợc hình ảnh trực tiếp từ xe robot truyền lên đồng thời có thể điều
khiển xe di chuyển qua động cơ DC đƣợc gắn trên xe trong phạm vi nhất định.
Một xe robot điều khiển từ xa có live stream camera gồm các tính năng:
 Xe có thể chay tới, lui, quay trái, quay phải, dừng.


Điều khiển đƣợc camera quay trái, quay phải.

H nh 2.1. Hình ảnh điều khiển từ xa xe robot live stream camera

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.4. Ƣu điểm
Với mọi thiết bị kết nối vào mạng internet thì chúng ta có thể điều khiển cũng
nhƣ xem hình ảnh trực tiếp từ xe trong phạm vi nhất định khi chúng ta ở bất cứ đâu.

2.2. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.2.1. Giới thiệu Raspberry Pi
1. Sự ra đời
Raspberry Pi là một máy tính đơn khối có kích thƣớc nhỏ nhƣ chiếc thẻ ATM
đƣợc phát triển bởi Quỹ Raspberry (nƣớc Anh) với mục tiêu khuyến khích học tập
khoa học máy tính trong trƣờng học.

Hình 2.2 Raspberry Pi Mode B
Raspberry Pi đƣợc bắt đầu phát triển từ năm 2006, phiên bản đầu tiên dựa trên
vi điều khiển AVR Atmel ATmega644. Ngày 16 tháng 6 năm 2012, những chiếc
Raspberry Pi đầu tiên đƣợc gửi đến tay ngƣời nhận. Đến ngày 22/5 hơn 20.000 chiếc
đã đƣợc bán ra. Ngày 16/7/2012, Quỹ Raspberry Pi thông báo có 4000 sản phẩm
đƣợc phân phối mỗi ngày và bắt đầu cho phép ngƣời dùng mua “máy tính nhỏ” này
với số lƣợng lớn. Trong vòng 3 năm kể từ khi đƣợc bán ra, đã có hơn 5 triệu chiếc
Pi đã đƣợc bán ra thị trƣờng (theo số liệu thống kê của trang chủ Raspberry Pi). Vậy
điều gì làm nên thành công ngoài sức tƣởng tƣợng của Raspberry Pi ?

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Raspberry Pi có mức giá quá hấp dẫn: chỉ từ 25$ cho một chiếc bo mạch có
thể làm hầu nhƣ mọi ứng dụng hằng ngày nhƣ lƣớt web, lập trình, xem phim HD
đến những ý tƣởng mà bạn không ngờ đến nhƣ điều khiển robot, nhà thông minh,..
Một điều quan trọng là nó tiết kiệm điện và khả năng chạy liên tục 24/24.
Raspberry Pi chạy hệ điều hành Linux: 99% những thứ mà bạn có thể làm trên
máy tính đều có thể làm trên Window và quan trọng là tất cả đều miễn phí.
Raspberry Pi có kích thƣớc tí hon: chỉ tƣơng đƣơng nhƣ một chiếc thẻ ATM và
nặng chƣa đầy 50 gram. Gắn với chiếc tivi bạn có thể biến nó thành một thiết bị giải
trí thông minh trong phòng khách. Gắn với màn hình và bàn phím, chuột bạn có thể
biến nó thành một chiếc máy tính đúng nghĩa. Nhỏ gọn và tiện lợi.
Cộng đồng Raspberry Pi phát triển rất nhanh trên thế giới: Hầu hết những thắc
mắc của bạn đều đƣợc giải đáp rất nhanh va còn hơn thế nữa: bạn có thể tìm thấy
hàng ngàn dự án đã thực hiện và vố số ý tƣởng độc đáo. Với những ƣu điểm độc
đáo trên, Raspberry đã vƣợt khỏi biên giới vủa trƣờng học và trở thành thiết bị ƣa
thích của rất nhiều ngƣời đam mê điện tử và lập trình. Sự thành công của nó đã mở
đã một bƣớc phát triển mới cho tin học: đem máy tính và cảm hứng lập trình đến
gần mọi ngƣời hơn bao giờ hết.
Raspbery Pi sử dụng chip Broadcom BCM2835 SoC (System on Chip) có chứa
bộ xử lý ARM1176JZF-S 700 Mhz (có thể ép xung lên 1Ghz), GPU Video Core IV,
và bộ nhớ RAM 256 sau nâng cấp lên 512MB. Nó không có ổ cứng hay SSD đi
kèm mà sử dụng thẻ SD để lƣu trữ dữ và khởi động hệ điều hành.
Raspbery Pi sử dụng chip Broadcom BCM2835 SoC (System on Chip) có
chứa bộ xử lý ARM1176JZF-S 700 Mhz (có thể ép xung lên 1Ghz), GPU Video
Core IV, và bộ nhớ RAM 256 sau nâng cấp lên 512MB. Nó không có ổ cứng hay
SSD đi kèm mà sử dụng thẻ SD để lƣu trữ dữ và khởi động hệ điều hành.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2. Phần cứng
Bảng 2.1 Tổng quan về thông số của Raspberry Pi
Video outputs

Composite RCA hoặc HDMI

Audio outputs

3.5 mm jack , HDMI

Lƣu trữ

SD/MMC/SDIO Card Slot

Mạng

802.11 b/g/n Wireless LAN

Xuất nhập

40 GPIO pins

Nguồn

5v , 2.5A

Kích thƣớc

85 x 56 x 17 mm

Trọng lƣợng

45g

Hệ điều hành

Debian GNU/Linux, Raspian OS, Arch Linux
ARM, RIC OS, Free BSD, Plan 9…

Thông số

Module B

CPU

1.2Ghz, lõi ARM Cortex-A53

Chip

(Soc)Broadcom BCM2837

Dual core Videocore IV Multimedia coprocessor
Bộ nhớ (SDRAM) 1GB
4x USP port
USB 2.0 ports
GPU

Hình 2.3 Cấu tạo của Raspberry Pi
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
-

CPU: “Trái tim “ của Raspberry Pi. Chip của Raspberry Pi là 32 bit, 700 Mhz
System on Chip, đƣợc xây dựng trên kiến trúc ARM11. Model B có 512MB RAM.

-

SD Card Slot: Raspberry không có ổ cứng. Vì thế mọi thứ đều đƣợc lƣu trữ trên SD
Card từ hệ điều hành đến dữ liệu.

-

Cổng USB: Model B có 2 cổng USB 2.0, có thể sử dụng để cắm các thiết bị ngoại vi
nhƣ bàn phím, con chuột.

-

Cổng Ethernet: Model B có cổng Ethernet chuẩn RJ45.

-

Cổng HDMI: Cổng HDMI cung cấp âm thanh và video số. Có 14 chuẩn video khác
nhau đƣợc hỗ trợ, và tín hiệu HDMI có thể chuyển đổi về DVI (Digital Video
Interface – Cổng truyền trực tiếp từ video số tới màn hình), cáp Composite (là loại 3
đầu dây ra 2 cho âm thanh và 1 cho hình ảnh) hoặc SCART (chuẩn giao tiếp châu
Âu) với bộ chuyển đổi bên ngoài.
Bảng 2.2 Trạng thái của kit khi hoạt động

-

Led

Màu

Trạng thái

ACT

Xanh

Sáng khi SD card đƣợc truy cập

PWR

Đỏ

Đèn nguồn ( luôn sáng khi có nguồn)

FDX

Xanh

Sáng nếu mạng truyền song công

LNK

Xanh

Hoạt động của mạng

100

Vàng

Sáng nếu kết nối mạng 100Mps

Ngõ ra Audio analog: thiết kế cắm giắc audio chuẩn 3.5mm, hƣớng tới lái tải có trở
kháng cao, tuy nhiên chất lƣợng nhõ ra kém hơn so với cổng HDMI khi bạn kết nối
tới TiVi thông qua HDMI.

-

Ngõ ra Composite video: Cổng chuẩn loại RCA cung cấp tín hiệu video NTSC hoặc
PAL. Định dạng video qua cổng này độ phân giải thấp hơn so với cổng HDMI.

-

Nguồn ngõ vào: Điều đầu tiên bạn nhận ra là không có cổng chuyển đổi nguồn trên
Pi. Cổng micro USB chỉ đƣợc sử dụng là nguồn cho Pi.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.2.2 Module camera

Hình 2.4 Module Camera
 Thông số kĩ thuật:
- Ống kính tiêu cự cố định.
- Cảm biến độ phân giải 8megapixel cho khả năng chụp ảnh kích thƣớc
3280x2464.
- Hỗ trợ video 1080p30, 720p60 , 640x480p90.
- Kích thƣớc 25mm x 23mm x 9mm.
- Trọng lƣợng chỉ hơn 3g.
- Kết nối raspberry thông qua cáp ribbon đi kèm dài 15cm.
- Camera Module đƣợc hỗ trợ phiên bản mới nhất của Raspbian.
.

2.2.3 Module điều khiển động cơ L298N

Hình 2.5 Module mạch cầu H L298N

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

10


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Module L298N có thể điều khiển 2 động cơ DC hoặc 1 động cơ bƣớc, có 4 lỗ
nằm ở 4 góc thuận tiện cho ngƣời sử dụng cố định vị trí của module.
+ Có thể gắn tản nhiệt chống nóng cho IC, giúp IC có thể điều khiển với dòng đỉnh
đạt 2A.
+ IC L298N đƣợc gắn với các đi-ốt trên board giúp bảo vệ vi xử lý chống lại các
dòng điện cảm ứng từ việc khởi động/ tắt động cơ.
 Thông số kĩ thuật:
- Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H.
- Điện áp điều khiển: +5V ~ +12 V.
- Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A.
- Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V.
- Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36 mA.
- Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 °C).

2.2.4. Động cơ servo SG90
Servo là một dạng động cơ điện đặc biệt. Không giống nhƣ động cơ thông
thƣờng cứ cắm điện vào là quay liên tục, servo chỉ quay khi đƣợc điều khiển
(bằng xung PWM) với góc quay nằm trong khoảng bất kì từ 0 o - 180o. Mỗi loại
servo có kích thƣớc, khối lƣợng và cấu tạo khác nhau. Có loại thì nặng chỉ 9g (chủ
yếu dùng trên máy bay mô mình), có loại thì sở hữu một momen lực rất lớn (vài
chục Newton/m), hoặc có loại thì khỏe và nhông sắc chắc chắn…

Hình 2.6 Động cơ SG90

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

11


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 Thông số kỹ thuật SG90:
- Khối lƣợng : 9g.
- Kích thƣớc: 22.2x11.8.32 mm.
- Momen xoắn: 1.8kg/cm.
- Tốc độ hoạt động: 60 độ trong 0.1 giây.
- Điện áp hoạt động: 4.8V(~5V).
- Nhiệt độ hoạt động: 0 ºC – 55 ºC.

2.2.5. Usb Tp-Link Tl-Wn725n
Bộ chuyển đổi USB Nano chuẩn N không dây tốc độ 150Mbps TL-725N
của TP-LINK cho phép người dùng kết nối một máy tính để bàn hoặc máy tính
xách tay với mạng không dây tốc độ 150Mbps.

H nh 2.7 Usb tp-link tl-wn725n
 Thông số kĩ thuật
Bảng 2.3 Thông số kĩ thuật usb tp-link tl-725n
Chuẩn không dây
Tần số
Tốc độ tín hiệu
EIRP

Độ nhạy tiếp nhận

Chế độ không dây

IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n
2.400-2.4835 GHz
11b: lên tới 11 Mbps (động)
11g: lên tới 54 Mbps (động)
11n: lên tới 150 Mbps (động)
< 20 dBm
130M: -68 dBm@10% PER
108M: -68 dBm@10% PER
54M: -68 dBm@10% PER
11M: -85 dBm@10% PER
6M: -88 dBm@10% PER
1M: -90 dBm@10% PER
Chế độ Ad-Hoc / Infrastructure

Bảo mật không dây

Hỗ trợ các mã hóa: 64/128 WEP, WPA/WPA2,
WPA-PSK/WPA2-PSK(TKIP/AES), hỗ trợ IEEE 802.1X
Công nghệ không dây
BDPSK, DQPSK, CCK, OFDM, 16-QAM, 64-QAM

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

12


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.2.6. Động cơ giảm tốc DC
Động cơ giảm tốc DC đƣợc sử dụng nhiều để thiết kế các loại robot mô hình.
Với giá thành rẻ, dễ sử dụng và mang tính chất ƣu việt nên đƣợc ứng dụng rất
nhiều.

Hình 2.8 Động cơ giảm tốc DC
 Thông số kỹ thuật
- Điện áp hoạt động: 3V~9V (hoạt động tố ở 6V~8V).
- Moment xoắn cực đại: 800gf cm min 1:48 (3V).
- Tốc độ không tải: 125 vòng/ 1 phút (3V) (Với bánh xe 66mm: 26m/1p).
208 vòng/ 1 phút (5V) (Với bánh xe 66mm: 44m/1p).
- Dòng không tải: 70mA (tối đa 250mA).

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

13


CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.1. GIỚI THIỆU
Trong đề tài này nhóm thiết kế mô hình xe robot gồm một kit Raspberry Pi
tích hợp camera, thông qua mạch cầu H điều khiển 2 động cơ giảm tốc DC, điều
khiển góc quay camera thông qua động cơ RC Servo 9G.
Mô h nh cần thiết kế nhƣ sau:
 Hệ thống điều khiển trung tâm: sử dụng board Raspberry Pi 3.
 Hệ thống mạch công xuất điều khiển động cơ: sử dụng module L298N để
điều khiển động cơ DC và Servo.
 Hệ thống xe robot: Sử dụng 2 động cơ cho 2 bánh xe và 1 khung xe.
 Hệ thống Web Server: Sử dụng giao diện Web để nhận hình ảnh truyền
lên và điều khiển xe

3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

KHỐI
CÔNG
SUẤT

WEB
SERVER
KHỐI XỬ LÝ
TRUNG TÂM

KHỐI
NGUỒN

CAMERA

H nh 3.1. Sơ khối của hệ thống

Mạch gồm các khối chính:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

14


CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
 Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn bộ mạch hoạt động.
 Web Server: Nhận hình ảnh truyền lên và gởi tín hiệu điều khiển động cơ về
khối xử lý trung tâm.
 Khối xử lý trung tâm: nhận tín hiệu từ Web Server từ ngõ vào để xử lý tín
hiệu đƣa ra khối điều khiển.
 Khối công suất : nhận tín hiệu từ ngõ ra của khối xử lý trung tâm để điều
khiển động cơ.
 Camera: Nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm để xử lý tín hiệu đƣa hình ảnh
về.

3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch
a. Camera

Hình 3.2 Camera kết nối Rasberry qua cáp ribbon
Camera đƣợc tích hợp trên kit Rasberry qua cáp ribbon nên sẽ dùng nguồn
trên kit mà không cần sử dụng nguồn bên ngoài.
Module camera có một cảm biến 8-Megapixel sử dụng để quay video với độ
nét cao, cũng nhƣ chụp ảnh tĩnh. Khá là đơn giản để sử dụng cho ngƣời mới bắt đầu
chỉ việc kết nối với kit qua cáp ribbon. Đặc biệt hỗ trợ video 1080p30, 720p60 rất
thích hợp trong việc quay video ứng dụng để live stream chẳng hạn. Nhóm đã khai
thác đặc điểm này để chọn thiết bị ghi hình cho quá trình live stream lên web.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

15


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×