Đồ án Điều khiển mô hình xe lăn bằng giọng nói (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Điều khiển mô hình xe lăn bằng giọng nói (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ÐIỆN – ÐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI SVTH: NGUYỄN TRUNG TRƯC MSSV:10101148 GVHD: THS.TRƯƠNG THỊ BÍCH NGÀ SKL003037 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. Đồ án tốt nghiệp Trang 1 PHẦN I ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
3. Đồ án tốt nghiệp Trang 2 TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp.HCM, ngày 12 tháng 07 năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên Nguyễn Trung Trực MSSV: 10101148 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa : 2010 Lớp: 101012 I. TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: - Module RF - Module LD3320 2. Nội dung thực hiện: - Thiết kế và thi công xe mô hình. - Nghiên cứu sử dụng và tiến hành huấn luyện cho module nhận dạng giọng nói. - Thiết kế và thi công mạch điều khiển cho xe . - Viết chương trình điều khiển. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/03/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/07/2014 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Ths.Trương Thị Bích Ngà CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Ths.Trương Thị Bích Ngà TS. NGUYỄN THANH HẢI ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
4. Đồ án tốt nghiệp Trang 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh,ngày 12 tháng 07 năm 2014 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Trung Trực Lớp: 101012 MSSV: 10101148 Tên đề tài: Điều khiển mô hình xe lăn bằng giọng nói Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD 1 Gặp giáo viên hướng dẫn và nhận đề tài. 2 - 4 Nghiên cứu về phần cơ khí của xe , lựa chọn các loại động cơ, chọn giải pháp tối ưu nhất. 5 - 7 Tiếp hành thiết kế và chế tạo phần cơ khí cho xe. Lựa chọn linh kiện sử dụng. 8 - 9 Tiến hành thiết kế và vẽ mạch điều khiển cho xe. Tiếp tục hoàn thiện xe. 10 Hoàn thành phần cơ khí xe. Làm mạch in và chạy thử mạch điều khiển. 11 Viết chương trình để điều khiển thử từng động cơ. Lựa chọn loại module RF thích hợp. 12 -13 Nghiên cứu sử dụng module RF để truyền tín hiệu điều khiển. 14 Thiết kế và thi công mạch điều khiển bằng nút nhấn truyền qua RF để điều khiển xe. 15 - 16 Nghiên cứu module nhận dạng giọng nói và hoàn thiện điều khiển xe bằng nút nhấn. 17 Kết hợp module nhận dạng với mạch điều khiển để thử nghiệm việc điều khiển xe 18 - 19 Tiến hành viết báo cáo. Hoàn thiện mô hình xe điều khiển. 20 Hoàn thiện đồ án tốt nghiệp. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) Ths. Trương Thị Bích Ngà ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
5. Đồ án tốt nghiệp Trang 4 LỜI MỞ ĐẦU Thế giới ngày nay với khoa học kĩ thuật phát triển mạnh mẽ cuộc sống con người ngày càng được phát triển tốt hơn. Khoa học kỹ thuật đem lại nhiều tiện ích thiết thực hơn cho cuộc sống con người. Khoa học kỹ thuật được áp dụng vào nhiều lĩnh vực đời sống của con người, và nó đã đạt đươc nhiều thành tựu to lớn. Trong thời gian trở lại đây, cuộc sống của những người kém may mắn về cơ thể đã được quan tâm và nâng cao. Nhiều thiết bị khoa học được nghiên cứu chế tạo để giúp đỡ cho cuộc sống của những người khuyết tật được tốt hơn. Trong việc di chuyển, đi lại của người khuyết tật thì xe lăn điện đóng vai trò quan trọng. Nó giúp giảm gánh nặng cho người điều khiển cũng như thân nhân của họ. Nhờ sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, hàng loạt công nghệ nhận dạng cử chỉ và hành động của con người được phát minh, thì hệ thống nhận dạng giọng nói có kết quả khá chính xác và đang được nhân rộng. Nhiều sản phẩm trên thị trường có thể điều khiển bằng giọng nói cho thấy xu hướng cũng như tiện ích mà nó đem lại. Do đó, việc áp dụng điều khiển xe lăn điện bằng giọng nói kết hợp với điều khiển bằng tay nhằm tạo ra sản phẩm có thể giúp người sử dụng dễ dàng điều khiển xe, chủ động trong việc di chuyển hằng ngày. Tuy nhiên do một số hạn chế nên chúng em chỉ có thể nghiên cứu đề tài: “ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI ”. Những kiến thức, năng lực đạt được trong quá trình học tập ở trường sẽ được đánh giá qua đợt bảo vệ đồ án cuối khóa. Vì vậy chúng em cố gắng tận dụng những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tòi, nghiên cứu cùng với sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn cùng Thầy/Cô thuộc Khoa Điện-Điện Tử để có thể hoàn thành tốt đồ án này. Mặc dù chúng em đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra và đúng thời hạn nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên thông cảm. Chúng em mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Nguyễn Trung Trực ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
6. Đồ án tốt nghiệp Trang 5 LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành đồ án, bên cạnh sự nỗ lực cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý thầy cô, cũng như sự động viên và ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu đồ án. Chúng em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô Trương Thị Bích Ngà - Giảng viên bộ môn Cơ sở kỹ thuật điện tử đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để nhóm hoàn thành tốt đề tài. Xin gửi lời tri ân nhất của chúng em đến những điều mà cô đã dành cho chúng em. Chúng em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử và các thầy cô trong trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đã tận tình truyền đạt những kinh nghiệm quý báu, và tạo những điều kiện tốt nhất cho chúng em trong suốt quá trình học tập nghiên cứu đến khi hoàn thành đề tài. Chúng em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 101012, đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Nguyễn Trung Trực ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
7. Đồ án tốt nghiệp Trang 6 MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG PHẦN I: GIỚI THIỆU 1 Trang bìa Nhiệm vụ đồ án 2 Lịch trình thực hiện đồ án tốt nghiệp 3 Lời mở đầu 4 Lời cảm ơn 5 Mục lục 6 Liệt kê hình vẽ 8 Liệt kê bảng .10 PHẦN II: NỘI DUNG 11 CHƯƠNG I: DẪN NHẬP 12 1.1. Đặt vấn đề 13 1.2. Lý do chọn đề tài. 13 1.3. Đối tượng nghiên cứu 13 1.4. Giới hạn đề tài 14 1.5. Ý nghĩa thực tiễn 14 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15 2.1 Yêu cầu của đề tài 16 2.2 Giới thiệu một số xe lăn thực tế 16 2.3 Mô hình xe lăn 16 2.4 Động cơ 17 2.4.1 Chọn động cơ DC 17 2.4.2 Chọn động cơ servo 19 2.5 Thiết kế sơ đồ khối 22 2.5.1 Khối điều khiển xe 22 2.5.2 Khối nhận dạng giọng nói 24 2.5.3 Khối thu phát 26 ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
8. Đồ án tốt nghiệp Trang 7 CHƯƠNG III : MODULE NHẬN DẠNG GIỌNG NÓI LD3320 . 30 3.1 IC LD3320 31 3.1.1 Giới thiệu 31 3.1.2 Vi điều khiển STC11L08XE 36 3.2 Cách điều khiển. 38 CHƯƠNG IV:VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A. 40 4.1 Khái quát 41 4.2 Sơ đồ chân của PIC 16F877A. 42 4.3 Tổ chức bộ nhớ 44 4.4 Khái quát chức năng các port của PIC 16F877A 46 4.5 Timer của PIC 16F877A 48 4.6 Ngắt (Interrupt) 52 4.7 Phương pháp điều chế xung PWM 56 CHƯƠNG V: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 59 5.1 Sơ đồ nguyên lý 60 5.1.1 Khối điều khiển bằng giọng nói 60 5.1.2 Mạch điều khiển xe 62 5.2 Lưu đồ và chương trình 64 5.2.1 Lưu đồ 64 5.2.2 Chương trình 73 CHƯƠNG VI: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU-KẾT LUẬN-HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 87 6.1 Kết quả nghiên cứu. 88 6.2 Thực nghiệm đánh giá độ chính xác. 88 6.3 Kết luận . 88 6.4 Hướng phát triển 89 PHẦN III: PHỤ MỤC . 90 ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
9. Đồ án tốt nghiệp Trang 8 LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1 Xe lăn và xe lăn điện thực tế. 16 Hình 2.2 Hình dạng mô hình xe lăn sau khi đã làm xong. 17 Hình 2.3 Động cơ KM3448A. 17 Hình 2.4 Động cơ LEISON 57BL. 18 Hình 2.5 Động cơ WICTA SG37. 18 Hình 2.6 Động cơ DC giảm tốc V3-3W. 18 Hình 2.7 Bên trong của một động cơ servo R/C. Servo bao gồm một động cơ, một chuỗi các bánh răng giảm tốc, một mạch điều khiển và một bánh răng giảm tốc. 19 Hình 2.8 Một động cơ servo R/C kích thước chuẩn điển hình dùng trong mô hình máy bay và xe đua. 19 Hình 2.9 Điều khiển vị trí của trục ra của động cơ bằng cách điều chế độ rộng xung. 20 Hình 2.10 Một số loại R/C servo trên thị trường. 21 Hình 2.11 Servo Futaba S3003. 21 Hình 2.12 Sơ đồ khối của mạch điều khiển xe. 22 Hình 2.13 Sơ đồ khối bộ điều khiển bằng giọng nói. 24 Hình 2.14 Module RF 315 MHz dạng thô. 27 Hình 2.15 Module NRF2401. 27 Hình 2.16 Module phát RF 315 MHz. 28 Hình 2.17 Module thu RF 315MHz. 29 Hình 3.1 Sơ đồ khối của mạch bên trong IC LD3320. 32 Hình 3.2 Sơ đồ chân của IC LD3320. 34 Hình 3.3 Sơ đồ mô tả chân của STC11L08XE. 36 Hình 3.4 Sơ đồ khối mạch bên trong vi điều khiển STC11L08XE. 37 Hình 4.1 Sơ đồ chân PIC 16F877A. 42 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý PIC 16F877A. 43 Hình 4.3 Cấu trúc bộ nhớ vi điều khiển PIC 16F877A. 44 Hình 4.4 Cấu trúc bộ nhớ dữ liệu của PIC 16F877A. 46 Hình 4.5 Cấu trúc thanh ghi OPTION_REG điều khiển hoạt động của Timer0. 49 Hình 4.6 Cấu trúc thanh ghi INTCON cho phép ngắt Timer0 hoạt động. 50 Hình 4.7 Cấu trúc thanh ghi T1CON điều khiển hoạt động Timer1. 52 ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
10. Đồ án tốt nghiệp Trang 9 Hình 4.8 Sơ đồ hoạt động ngắt của PIC 16F877A. 54 Hình 4.9 Cấu trúc thanh ghi OPTION_REG cho phép ngắt ngoại và ngắt timer0. 54 Hình 4.10 Cấu trúc thanh ghi T1CON điều khiển hoạt động của Timer1. 55 Hình 4.11 Đồ thị dạng xung điều chế PWM. 57 Hình 5.1 Sơ đồ khối của bộ điều khiển. 59 Hình 5.2 Sơ đồ mạch bên trong module nhận dạng giọng nói LD3320. 59 Hình 5.3 Module nhận dạng giọng nói LD3320. 60 Hình 5.4 Mạch điều khiển trung tâm. 60 Hình 5.5 Mạch nguồn ổn áp. 61 Hình 5.6 Sơ đồ khối mạch điều khiển xe. 61 Hình 5.7 Mạch công suất điều khiển động cơ bánh sau. 62 Hình 5.8 Mạch điều khiển trung tâm. 62 Hình 5.9 Mạch ổn áp nguồn. 63 ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
11. Đồ án tốt nghiệp Trang 10 LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 3.1 Chức năng từng chân của IC LD3320. 34 Bảng 3.2 Chức năng các chân của Port 3. 38 Bảng 4.1 Hệ số chia tần số của Timer0 và WDT. 50 Bảng 4.2 Hệ số chia tần số của Timer1 và WDT. 55 Bảng 5.1 Mã RF truyền điều khiển xe. 65 Bảng 5.2 Độ rộng xung điều khiển xe rẽ với tần số 50 Hz. 69 Bảng 6.1 Thực nghiệm thử nghiệm các từ lệnh. 88 ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
12. Đồ án tốt nghiệp Trang 11 PHẦN II ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
13. Đồ án tốt nghiệp Trang 12 CHƯƠNG I DẪN NHẬP ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
14. Đồ án tốt nghiệp Trang 13 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Khoa học kỹ thuật đang ngày càng phát triển, nó đem lại cho con người một cuôc sống tốt đẹp hơn bên cạnh những hạn chế của nó. Nhiều vật dụng là thành tựu của khoa học kỹ thuật đã len lỏi ăn sâu vào cuộc sống của chúng ta và trở thành vật không thể thiếu. Khoa học kỹ thuật được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống như y tế, giáo dục, kinh tế, nhằm giúp cuộc sống con người tốt đẹp hơn. Ngày nay người ta đã quan tâm nhiều hơn tới người khuyết tật, nhiều sản phẩm phát minh được chế tạo nhằm giúp cho người khuyết tật có cuộc sống tốt đẹp hơn. Đối với những người khuyết tật không đi được thì xe lăn hay xe lăn điện là phương tiện di chuyển quan trọng của họ. Nhằm giúp giảm gánh nặng cho người điều khiển cũng như thân nhân của họ. Nhờ sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, hàng loạt công nghệ nhận dạng cử chỉ và hành động của con người được phát minh, thì hệ thống nhận dạng giọng nói có kết quả khá chính xác và đang được nhân rộng. Nhiều sản phẩm trên thị trường có thể điều khiển bằng giọng nói cho thấy xu hướng cũng như tiện ích mà nó đem lại. Do đó, việc áp dụng điều khiển xe lăn điện bằng giọng nói kết hợp với điều khiển bằng tay nhằm tạo ra sản phẩm có thể giúp người sử dụng dễ dàng điều khiển xe, chủ động trong việc di chuyển hằng ngày. 1.2. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Xuất phát từ lý do muốn nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới vào cuộc sống, cũng như để vận dụng những kiến thức đã học được thì chúng em muốn làm một đề tài mang tính ứng dụng thưc tế. Hiện nay trên thị trường có nhiều loại xe lăn tay hay là xe lăn điện, xe lăn điện thì tiện dụng hơn cho người điều khiển. Tuy nhiên do giá cả quá mắc cũng như là việc điều khiển còn hạn chế. Nên chúng em muốn chế tạo một chiếc xe lăn mà có thể điều khiển bằng tay được, và còn có thể điều khiển bằng giọng nói để cho những người bị khuyết tật ở tay, hay là bị thương ở tay cũng có thể điều khiển được xe, cũng như là làm cho việc điều khiển xe trở nên dễ dàng hơn. Tuy nhiên do một số lý do khách quan cũng như là về kiến thức hạn hẹp chúng em quyết định chọn làm đề tài: “ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI”. 1.3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Trong giới hạn của đề tài, chúng em phải làm ra xe mô hình điều khiển bằng giọng nói được. Trước tiên là phải nghiên cứu và làm ra xe mô hình hoàn chỉnh, sau đó nghiên cứu làm bộ điều khiển bằng giọng nói hoạt động ổn định. ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
15. Đồ án tốt nghiệp Trang 14 1.4. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Chỉ mới thiết kế và thi công xe mô hình. Làm bộ điều khiển bằng giọng nói. 1.5. Ý NGHĨA THỰC TIỄN. Việc nghiên cứu và chế tạo thành công mô hình xe lăn được điều khiển bằng giọng nói, có thể xem là thành công bước đầu để từ đó phát triển lên làm xe lăn thực tế. Nếu xe lăn thực tế chế tạo thành công thì sẽ giúp ích hơn cho nhiều người khuyết tật cả tay lẫn chân, và giá của nó cũng rẻ hơn xe lăn điện trên thị trường. Cũng như là tích hợp thêm một số công nghệ cho xe như là làm cho xe tự né vật cản trong quá trình di chuyển, hay là khi hết điện có thể điều khiển bằng tay . Việc ứng dụng thành công điều khiển bằng giọng nói vào xe lăn cho thấy, ta có thể ứng dụng nhiều công nghệ khác như là dùng ý nghĩ hay là chỉ việc lắc đầu cũng như nhiều cử chỉ khác, ta có thể lập trình đường đi cho xe, nó giúp cho xe lăn ngày càng hiện đại và dễ điều khiển hơn. ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
16. Đồ án tốt nghiệp Trang 15 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
17. Đồ án tốt nghiệp Trang 16 2.1 Yêu cầu của đề tài: Yêu cầu của đề tài là thiết kế và thi công mô hình xe lăn điều khiển bằng giọng nói: - Thiết kế mô hình xe lăn. - Thiết kế và thi công mạch điều khiển bằng giọng nói. 2.2 Giới thiệu một số xe lăn thực tế: Theo quá trình nghiên cứu thì xe lăn và xe lăn điện trên thực tế có hình dạng như sau: Hình 2.1 Xe lăn và xe lăn điện thực tế Các loại xe lăn cũng như xe lăn điện thưc tế tuy hình dáng có hơi khác nhau nhưng vẫn giống nhau cơ bản là: xe có 4 bánh, hình dáng xe giống với ghế ngồi. Các loại xe lăn này điều khiển chủ yếu bằng tay dùng cơ hoặc điện. Đối với loại xe lăn tay thì tốc độ là phụ thuộc vào người đẩy cũng như người điều khiển xe, xe chịu được tải trọng khoảng 100kg. Còn xe lăn điện thì cũng chịu được tải trọng khoảng 100kg, tốc độ của xe nằm trong khoảng 0-10 km/h. Xe chỉ có thể di chuyển tối đa 20 km, khi mà acquy được sạc đầy, công suất của động cơ là 168W x2. Xét về tính tiện dụng thì xe lăn điện chiếm ưu thế hơn, tuy nhiên giá thành của nó đắt hơn xe lăn tay nhiều vào khoảng hơn 20 triệu đồng. Cả hai loại xe này đều có nhược điểm là nếu người bị khuyết tật tay phải hay cả hai tay lẫn chân thì không thể điều khiển được xe. Chính vì vậy chúng em mới muốn chế tạo ra loại xe lăn có thể điều khiển bằng giọng nói để giúp đỡ những người khuyết tật. Trong giới hạn của đề tài này là thiết kế và thi công xe lăn dưới dạng mô hình. 2.3 Mô hình xe lăn: Chọn mô hình xe lăn có kích thước 25x12, đủ lớn đối với xe mô hình. Thân xe được làm chủ yếu từ các miếng nhựa cứng nhằm giảm trọng lượng xe. Xe được chế tạo có hình dáng tương đối ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
18. Đồ án tốt nghiệp Trang 17 giống với xe lăn. Các bộ phận chính gồm: khung sườn, bánh xe, động cơ điều khiển tốc độ và động cơ điều khiển hướng lái. Hình dạng xe sau khi thi công: Hình 2.2 Hình dạng mô hình xe lăn sau khi đã làm xong Xe có trọng lượng 6kg. Tốc độ tối đa cho phép để xe không bị lật hay hất văng người điều khiển là 10 km/h. Trong mô hình xe gồm động cơ DC và động cơ servo. 2.4 Động cơ: 2.4.1 Chọn động cơ DC: điều khiển chuyển động của xe. Có nhiều loại động cơ DC kích thước lớn hay nhỏ, công suất khác nhau trên thị trường như sau: - Động cơ KM3448A Hình 2.3 Động cơ KM3448A Thông số kỹ thuật: nguồn 24V, tốc độ 100 vòng/phút, công suất 17W, momen xoắn cực đại 2,5Nm, khối lượng 250g, đường kính trục 6mm. - Động cơ LEISON 57BL ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
19. Đồ án tốt nghiệp Trang 18 Hình 2.4 Động cơ LEISON 57BL Thông số kỹ thuật: nguồn 12V, tốc độ 1500 vòng/phút, công suất 15W, momen xoắn cực đại 0,074 Nm, khối lượng 0,43 kg. - Động cơ WICTA SG37 Hình 2.5 Động cơ WICTA SG37 Thông số kỹ thuật: nguồn 12V, tốc độ tối đa 500 vòng/phút, công suất 30W, momen xoắn cực đại 5 Nm, khối lượng 15kg. - Động cơ DC giảm tốc V3- 3W Hình 2.6 Động cơ DC giảm tốc V3- 3W Thông số kỹ thuật : nguồn từ 3V- 12V, tốc độ không tải 300 vòng/phút, công suất 3W, momen xoắn cực đại 0,8 Nm, loại này thường bán kèm với bánh 66mm. ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
20. Đồ án tốt nghiệp Trang 19 Do trọng lượng xe nhỏ 6kg, và tốc độ không cao nên trong đề tài chúng em chọn loại động cơ DC giảm tốc V3-3W, là đủ để cho xe hoạt động và không tiêu hao quá nhiều điện năng cũng như đáp ứng được yêu cầu tốc độ. Ngoài ra loại động cơ này có sẵn bánh răng truyền động nên dễ khởi động xe khi đang dừng lại, đối với các loại động cơ khác ta phải chế tạo thêm bộ truyền động thì mới khởi động xe dễ dàng, mà do kiến thức còn hạn hẹp nên chúng em chọn loại động cơ này cho dễ sử dụng. Để điều khiển động cơ thì ta có thể cấp điện áp trực tiếp hoặc là dùng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM. 2.4.2 Chọn động cơ Servo : Để điều khiển bánh lái cho xe, thường trên thực tế đối với xe mô hình thường dùng động cơ servo. Động cơ servo có hai loại DC Servo và R/C Servo. DC servo thì hoạt động giống động cơ DC bình thường còn R/C servo là loại động cơ quay theo góc, nó thường có giới hạn quay là từ 0 độ đến 180 độ. Trong đề tài chúng em sử dụng loại R/C servo để làm bánh lái bẻ hướng cho xe. Sau đây là mô hình thực tế bên trong của động cơ servo R/C: Hình 2.7 Bên trong của một động cơ servo R/C. Servo bao gồm một động cơ, một chuỗi các bánh răng giảm tốc, một mạch điều khiển và một bánh răng giảm tốc. Dưới đây là hình dạng của động cơ servo R/C chuẩn : ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014
21. Đồ án tốt nghiệp Trang 20 Hình 2.8 Một động cơ servo R/C kích thước chuẩn điển hình dùng trong mô hình máy bay và xe đua. Động cơ và vôn kế nối với mạch điều khiển tạo thành mạch hồi tiếp vòng kín. Cả mạch điều khiển và động cơ đều được cấp nguồn DC (thường 4,8V đến 7,2V). Quy ước các đầu dây của servo là: dây đỏ( +V), dây đen (-V) và dây trắng hoặc dây vàng là dây tín hiệu. Để quay động cơ, tín hiệu số được gửi tới mạch điều khiển. Tín hiệu này khởi động động cơ thông qua chuỗi bánh răng nối với vôn kế. Vị trí của trục vôn kế cho biết vị trí trục ra của servo. Khi vôn kế đạt được vị trí mong muốn, mạch điều khiển sẽ tắt động cơ. Động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn chứ không phải quay liên tục như động cơ DC hay động cơ bước. Nó có thể đạt được góc quay chính xác trong khoảng từ 90 độ tới 180 độ. Việc điều khiển này có thể được ứng dụng để điều khiển robot, di chuyển các tay máy lên xuống, quay một cảm biến để quét khắp phòng Servo và điều biến độ rộng xung: Trục của động cơ R/C servo được định vị nhờ vào kỹ thuật điều biến độ rộng xung (PWM). Trong hệ thống này, servo là đáp ứng của một dãy các xung số ổn định. Cụ thể hơn, mạch điều khiển là đáp ứng của một tín hiệu số có các xung biến đổi từ 1-2ms. Các xung này được gửi đi cứ 50 lần/giây. Chú ý rằng, không phải số xung trong một giây điều khiển servo mà là độ rộng của xung. Servo đòi hỏi khoảng 30-60 xung/ giây. Nếu số này quá thấp thì độ chính xác và công xuất để duy trì servo sẽ giảm. Với độ dài xung 1ms, servo được điều khiển quay theo một chiều (giả sử là theo chiều kim đồng hồ). Với độ dài xung 2 ms, servo quay theo hiều ngược lại. Kỹ thuật này được gọi là tỉ lệ số-chuyển động của servo tỉ lệ với tín hiệu số điều khiển. Dưới đây là độ dài xung ứng với góc quay của servo: Hình 2.9 Điều khiển vị trí của trục ra của động cơ bằng cách điều chế độ rộng xung. ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE LĂN BẰNG GIỌNG NÓI NĂM 2014