Nghiên cứu và chế tạo Quadrotor ứng dụng năng lượng mặt trời để kéo dài thời gian bay

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
  

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
Nghiên cứu và chế tạo Quadrotor
ứng dụng năng lượng mặt trời để kéo dài thời gian bay
Người thực hiện

Lớp
Người hướng dẫn

: Phan Kế Hiển
Lê Bá Anh Phước
: 08DT3
: KS. Vũ Vân Thanh
KS. Phạm Xuân Trung
Đà Nẵng – 6/2013

1


Nội dung trình bày
1. Giới thiệu về đề tài
2. Lý thuyết điều khiển Quadrotor
3. Tính toán thiết kế phần cứng
4. Hệ thống điều khiển Quadrotor
5. Kết luận và hướng phát triển đề tài
6. Bay thử mô hình

2


Nội dung trình bày
1. Giới thiệu về đề tài
2. Lý thuyết điều khiển Quadrotor
3. Tính toán thiết kế phần cứng
4. Hệ thống điều khiển Quadrotor
5. Kết luận và hướng phát triển đề tài
6. Bay thử mô hình
3


Giới thiệu về đề tài
Giới thiệu về Quadrotor.

Mô hình Quadrotor

4


Nội dung trình bày
1. Giới thiệu về đề tài
2. Lý thuyết điều khiển Quadrotor
3. Tính toán thiết kế phần cứng
4. Hệ thống điều khiển Quadrotor
5. Kết luận và hướng phát triển đề tài
6. Bay thử mô hình

5

Lý thuyết điều khiển Quadrotor
Chuyển động lên:

6


Lý thuyết điều khiển Quadrotor
Chuyển động sang phải:

7


Lý thuyết điều khiển Quadrotor
Chuyển động tiến trước:

8


Lý thuyết điều khiển Quadrotor
Chuyển động xoay cùng chiều kim đồng hồ:

9


Nội dung trình bày
1. Giới thiệu về đề tài
2. Lý thuyết điều khiển Quadrotor
3. Thiết kế phần cứng cho Quadrotor

4. Hệ thống điều khiển Quadrotor
5. Kết luận và hướng phát triển đề tài
6. Bay thử mô hình
10


Sơ đồ khối tổng thể

11


Tay điều khiển và bộ thu phát RF

Bộ điều khiển từ xa của hãng FlySky
12


Nguồn năng lượng
Pin Li-polymer và tấm thu năng lượng mặt trời

13


Mach nạp pin
U3
2
1

2
1

R8
R6

pin 1

R7

220

D3
LED

470

U4
100k

C2

U5
2
1

2
1 470uf

C1

5

3

2

2
D1
DIODE

L200
470uf

R1
R2

pin 3

R3

R5
47k

2
1

2
1

R10
1k
R11

U2

_
+

2
1

470

D4
LED

SPEAKER

2
1

pin 4

7

6

D2

100k
220

1k

LM741

DIODE

15k

U6
2
1

3

pin 2

IC2

4

1

R4 1R/1W

1
5

IC1

R9

8

2
1

4

2
1

U1

pin lipo

14


Bộ điều khiển trung tâm
Mạch Nguồn
Mạch điều khiển trung tâm
Mạch cảm biến
Mạch điều tốc
15


Mach nguồn
 Mạch Nguồn 5V
U1

LM2576

U3

C1

Cin

ON/OFF

Vin

GND

1

Output

4
L1

R3

2

1k 1
2

100uH

R2
1k D2

Cout

5

IN

2
1

3

2
1

Feedback

D1
100uF
1000uF

U2
1
2
OUT

1000uF
SS34

R1
3k LED

 Mạch Nguồn 3.3V
3.3V
5V

C23
4.7uF

4

C22

TPS79133

5

4.7uF

IN OUT
GND
!EN
BY PASS

C11

1
2

3

0.1uF

0.1uF

C21

U3

16


Mạch điều khiển trung tâm

Vi điều khiển ATMEGA2560
17


Mach cảm biến MPU-6000
SCK
C13
0.1uF

24
23
22
21
20
19

MOSI

CLKIN
NC1
NC2
NC3
NC4
AUX_DA

GND
NC8
NC7
NC6
NC5
VDD

MPU 6000

18
17
16
15
14
13

3.3V

C9
0.1uF

7
8
9
10
11
12

AUX_CL
VLOGIC
AD0
REGOUT
FSYNC
INT

1
2
3
4
5
AUX_SDA 6

SDA
SCL
CLKOUT
RESV2
CPOUT
RESV1

U1

MISO

C7

INT
ESYNC

SS

0.1uF

AUX_SCL

18


2.2uF 2.2uF 100uF
R10
10k

R15

4K7
4K7

Q6

4K7

R19

IRFR1205

4K7

R11

R14

WL

W

R20

R10

4K7

1k

R13

4K7

Q5

IRFR5305

IRFR1205

V

100n

B_EMF_U
R21

T3
BC846

R9
270

R6
10k

Q4

Q3

IRFR5305

R17
10K

R12

12V

T2
BC846

R5
270

Q2
IRFR1205

U

R18
10K

33

R7

1k

12V

R2
10k

Q1

R22
33

WH

VL

VH

C10
R8

C4
C1

C11
100n

100n
C3
SUMME_UVW

12V

100n
OUT
RESET
SCL
SDA
WL

B_EMF_W

B_EMF_V
B_EMF_U

C12
100n

C2
C15 100n

12V

C14
IN
VCC

33

1
U2
LM7805

UL

12V

R3

100
100
Jump 5 J2

SCK 1
MISO 2
3
MOSI/UH
RESET4
5

1k

SCA
SCL

T1
BC846

3
2
1
R24
R25
24
23
22
21
20
19
18
17 SCK

R4

MOSI/UH

22p
ATmega168PA
PC1 (ADC1/PCINT9)
PC0 (ADC0/PCINT8)
ADC7
GND
AREF
ADC6
AVCC
PB5 (SCK/PCINT5)

C13
100n

J1
(PCINT19/OC2B/INT1) PD3
(PCINT20/XCK/T0) PD4
GND
VCC
GND
VCC
(PCINT6/XTAL1/TOSC1) PB6
(PCINT7/XTAL2/TOSC2) PB7

IRFR5305

10K
32

31
30
29
28
27
26
25

U1

R1
270

VCC
PD2 (INT0/PCINT18)
PD1 (TXD/PCINT17)
PD0 (RXD/PCINT16)
PC6 (RESET/PCINT14)
PC5 (ADC5/SCL/PCINT13)
PC4 (ADC4/SDA/PCINT12)
PC3 (ADC3/PCINT11)
PC2 (ADC2/PCINT10)

R23

12V

C9

(PCINT21/OC0B/T1) PD5

(PCINT22/OC0A/AIN0) PD6
(PCINT23/AIN1) PD7
(PCINT0/CLKO/ICP1) PB0
(PCINT1/OC1A) PB1
(PCINT2/SS/OC1B) PB2
(PCINT3/OC2A/MOSI) PB3
(PCINT4/MISO) PB4

VCC

12V

Jump 3
VH 9
SUMME_UVW10
11
12
UL13
VL14
15
MOSI/UH
MISO 16

22p

GND

C8

WH 1

2
3
4
5
6
7
8
Y1
12M

2

Mach điều khiển tốc độ
B_EMF_W

B_EMF_V
U

V

W

R16 C5 C6 C7
10K
100n100n100n

VCC

3

19


Thiết kế khung Quadrotor

20


Thiết kế khung Quadrotor

Bản vẽ 3D Quadrotor

21


Nội dung trình bày
1. Giới thiệu về đề tài
2. Lý thuyết điều khiển Quadrotor
3. Thiết kế phần cứng cho Quadrotor
4. Hệ thống điều khiển Quadrotor
5. Kết luận và hướng phát triển đề tài
6. Bay thử mô hình
22


Hệ thống điều khiển

Tần

Sai

Góc đặt

số

_

Hiệu chỉnh

PWM

tín hiệu

số 3
Điều tốc

Góc thực

Động cơ

Quadrotor

pha

Cảm Biến

Cấu trúc hệ thống điều kiển
23


Hệ thống điều khiển

Thuật toán điều khiển chính
24


Hệ thống điều khiển

Thuật toán điều khiển động cơ
25