Thiết kế và thi công mô hình xe thăm dò môi trường

i


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

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 05 tháng 01 năm 2019

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

Nguyễn Tiến Hòa
Ngô Minh Hiệp
Kỹ thuật Điện - Điện tử
Đại học chính quy
2014

MSSV: 14141117
MSSV: 14141105
Mã ngành: 41
Mã hệ:
1
Lớp:

14141DT2A

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH XE THĂM DÒ MÔI
TRƯỜNG
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
 kit RASPBERRY PI 3
 ARDUINO UNO R3
 MODULE L298N
 SERVO SG90
 MODULE DHT11
 MODULE MPU-6050
 CAMERA LOGITECH
2. Nội dung thực hiện:
 Thiết kế giao diện web server điều khiển xe
 Live camera trên webserver
 Điều khiển camera
 Gửi dữ liệu cảm biến lên web
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
07/10/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/01/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
ThS. Nguyễn Trường Duy
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

ii

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

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 7 tháng 10 năm 2018

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Ngô Minh Hiệp
Lớp:14141DT1B
MSSV: 14141105
Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Tiến Hòa
Lớp: 14141DT1C
MSSV: 14141117
Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH XE THĂM DÒ MÔI
TRƯỜNG

Tuần

Tuần/ngày

Nội dung

1

(01-07/10/2018)

2

(08-14/10/2018)

3

(15-21/10/2018)

4

(22/4 - 28/10/2018)

5, 6

(29/10 -11/11/2018)

7,8,9

(12/11 -02/12/2018)

10

(03 -09/12/2018)

Lắp đặt phần cứng của xe

11,12

(10-23/12/2018)

Kết nối và hoàn thiện xe

13

(24/12 -30/12/2018)

14

01/01/2018

Xác nhận
GVHD

Nhận đồ án, tìm hiểu đề tài, viết
đề cương chi tiết cho đề tài.
Tìm hiểu thông tin về thiết bị
điều khiển lập trình, cơ cấu chấp
hành..
Kết nối và viết code đẩy video
lên web server
Kết nối và viết code đẩy dữ liệu
từ raspberry sang arduino uno.
Kết nối và viết code đẩy dữ liệu
cảm biến DHT11, mpu6050 từ
arduino qua raspberry
Thiết kế giao diện web server

Viết báo cáo, kiểm tra các phần
cứng .
GVHD kiểm duyệt lại đề tài.

GV HƯỚNG 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 trước đó và không sao chép
từ tài liệu hay công trình đã có trước đó.

Nhóm sinh viên thực hiện đề tài
Ngô Minh Hiệp – Nguyễn Tiến Hòa

iv


LỜI CẢM ƠN

Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Trường Duy _ Giảng viên bộ
môn Điện tử công nghiệp – y sinh đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều
kiện để hoàn thành tốt đề tài.
Em chân thành cảm ơn quý thầy cô, Giảng viên bộ môn điện tử công nghiệp –
y sinh đã góp ý và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu cho em thực hiện tốt đề tài.
Em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã
tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài.
Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 14141DT2A đã chia sẻ trao đổi
kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài.
Cảm ơn đến gia đình đã luôn bên cạnh và ủng hộ tinh thần
Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện đề tài
Ngô Minh Hiệp – Nguyễn Tiến Hòa

v


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .......................................................................... ii
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................... iii
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... iv
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................v
MỤC LỤC ................................................................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ viii
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................x
TÓM TẮT ................................................................................................................. xi
Chương 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ...............................................................................................1
1.2. MỤC TIÊU ....................................................................................................3
1.3. NỘi DUNG NGHIÊN CỨU ..........................................................................4
1.4. GIỚI HẠN .....................................................................................................4
1.5. BỐ CỤC ........................................................................................................4
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................6
2.1 CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY ..........................................6
2.1.1 Một số công nghệ kết nối trong truyền thông không dây ..........................6
2.1.3 Tìm hiểu về chuẩn IEEE 208.16 ................................................................8
2.2 GIỚI THIỆU VỀ WEB SERVER VÀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH HTML .....9
2.2.1 Khái niệm web server.................................................................................9
2.2.2 Nguyên lí hoạt động của web server ..........................................................9
2.2.3 Các giao thức sử dụng của web server .....................................................10
2.2.4 Khái niệm ngôn ngữ lập trình HTML ......................................................11

2.2.5 Cấu trúc cơ bản của HTML .....................................................................11
2.3 ROBOT THĂM DÒ MÔI TRƯỜNG .............................................................13
2.3.1 Phân loại robot .........................................................................................13
2.3.2 Một số dạng điều khiển robot ..................................................................14
2.3.3 Các loại chuyển động của robot ...............................................................14
2.4 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ...........................................................................17
2.4.1 RASPBERRY PI 3 ...................................................................................17
2.4.2 ARDUINO UNO R3 ................................................................................18
2.4.3 MODULE L298N ....................................................................................19
2.4.4 CAMERA LOGITECH ............................................................................20
vi


2.4.5 ĐỘNG CƠ SERVO SG90 .......................................................................20
2.4.6 ĐỘNG CƠ GIẢM TỐC ...........................................................................21
2.4.7 MODULE CẢM BIẾN DHT11 ...............................................................22
2.4.8 MODULE CẢM BIẾN MPU-6050 .........................................................22
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .................................................................24
3.1

GIỚI THIỆU ................................................................................................24

3.2

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ................................................24

3.2.1

Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ................................................................24

3.2.2

Tính toán và thiết kế mạch ....................................................................26

3.2.3

Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch ............................................................32

Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ........................................................................33
4.1

GIỚI THIỆU ................................................................................................33

4.2

THI CÔNG HỆ THỐNG .............................................................................33

4.2.1
4.3

Thi công phần cứng ..............................................................................33

LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ...........................................................................37

4.3.1

Lưu đồ giải thuật ...................................................................................37

4.3.2

Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ..................................................41

Chương 5.

KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ .............................................44

5.1 KẾT QUẢ ......................................................................................................46
5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ........................................................................49
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..............................................50
6.1. KẾT LUẬN ....................................................................................................50
6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................51
CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................................52
PHỤ LỤC ..................................................................................................................53

vii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: iRobot 210 negotiator .................................................................................2
Hình 1.2: iRobot 710 Warrior ....................................................................................2
Hình 1. 3: iRobot 510 Packbot ...................................................................................3
Hình 2.1: Robot hai chân BRAT .............................................................................. 15
Hình 2.2: Robot MANOI AT01 và MANOI PF01 .................................................. 15
Hình 2.3: Robot irobot chuyển động bằng xích ....................................................... 16
Hình 2.4: Robot NASA chuyển động bánh xe ......................................................... 16
Hình 2.5. Raspberry pi 3........................................................................................... 17
Hình 2.6: Arduino Uno R3 ....................................................................................... 18
Hình 2.7: Module L298n .......................................................................................... 19
Hình 2.8: Camera Logitech C270 ............................................................................ 20

Hình 2.9: động cơ servo sg90 ................................................................................... 21
Hình 2.10: động cơ giảm tốc .................................................................................... 21
Hình 2.11: Module cảm biến DHT11 ...................................................................... 22
Hình 2.12: module cảm biến mpu-6050 ................................................................... 22
Hình 3.1: Sơ đồ khối toàn mạch ............................................................................... 25
Hình 3.2: Sơ đồ kết nối raspberry với các thiết bị ................................................... 26
Hình 3.3: Sơ đồ kết nối Arduino .............................................................................. 27
Hình 3.4: camera logitech ........................................................................................ 28
Hình 3.5: Servo sg90 ................................................................................................ 28
Hình 3.6: sơ đồ kết nối servo và camera .................................................................. 28
Hình 3.7: sơ đồ kết nối động cơ giảm tốc ................................................................ 29
Hình 3.8: Sơ đồ kết nối cảm biến DHT11 và MPU-6050 ........................................ 29
Hình 3.9: Mạch 3D khối đèn led .............................................................................. 30
Hình 3.10: sơ đồ kết nối đèn .................................................................................... 31
Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch .................................................................... 32
Hình 4.1. Mô hình xe nhìn từ trên ………………………………………………...34
Hình 4.2: Mô hình xe nhìn từ trước .........................................................................35
Hình 4.3: Pin dự phòng cấp cho toàn mạch .............................................................35
Hình 4.4: Nguồn pin cấp cho động cơ .....................................................................36
Hình 4.5: Kích thước thực tế của xe ........................................................................36
Hình 4.6: Lưu đồ chính ............................................................................................37
Hình 4.7: Lưu đồ chương trình con xe chạy. ...........................................................38
Hình 4.8: Lưu đồ chương trình con camera quay ....................................................39
Hình 4.9: Lưu đồ chương trinh con bật tắt đèn ........................................................40
Hình 4.10: Giao diện web server ..............................................................................41
Hình 4.11: Remote Desktop Connection .................................................................42
Hình 4.12: màn hình đăng nhập raspi ......................................................................42
Hình 4.13: Giao diện hệ điều hành raspi ..................................................................43
Hình 4.14: Giao diên phần mềm python. .................................................................43
Hình 4.15 : Giao diện phần mềm arduino. ...............................................................44

Hình 4.16: Giao diện phần mềm LogMeIn Hamachi ...............................................45
Hình 5.1 : Giao diện web………………………………………………………….46
Hình 5.2: Biểu đồ nhiệt độ và độ ẩm .......................................................................47
Hình 5.3: Nhiệt độ và độ ẩm thực tế ........................................................................47
viii


Hình 5.4: Xe hoạt động khi trời tối có đèn...............................................................48
Hình 5.5: Xe chạy trên vật cản 3-5cm......................................................................48

ix


DANH MỤC BẢNG
Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện. .......................................................................... 33
Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật mô hình xe robot thăm dò………………………..…49

x


TÓM TẮT
Từ xa xưa khác vọng chinh phục tự nhiên luôn thúc đẩy con người tìm tòi,
nghiên cứu khoa học và không ngừng phát triển kỹ thuật. Đến nay con người đã đạt
được các thành tựu khoa học to lớn trong nhiều lĩnh vực bằng cách tạo ra robot thông
minh có thể hoạt động một cách độc lập và linh hoạt trong các môi trường khắc nghiệt,
nguy hiểm nhất.
Có thể nói robot là một thành tựu đã xuất hiện từ sớm và đang có những thay
đổi mạnh mẽ, robot ngày càng thông minh hơn, linh hoạt hơn và chính xác hơn. Robot
có thể di chuyển với tốc độ và độ chính xác cao để thực hiện những động tác lặp đi
lặp lại như hàn hay sơn. Bên cạnh đó việc ứng dụng công nghệ không dây vào việc

truyền nhận thông tin giữa người điều khiển và robot giúp cho robot hoạt động có
hiệu quả hơn. Robot được điều khiển trực tiếp từ con người trong những tình huống
bất ngờ mà bản thân nó không thể xử lý được, ngoài ra nó cũng mang đến sự an toàn
cho người điều khiển trong các môi trường công việc nguy hiểm.
Robot ngày càng đa dạng và phức tạp hơn, do từng mục đích sử dụng khác nhau
mà có nhiều loại robot như: robot tự hành, robot canh nhà, robot leo cầu thang, robot
vận chuyển hàng hóa… Và ngày nay robot còn được sử dụng nhiều cho mục đích
thám hiểm, thăm dò địa hình và môi trường. Để thực hiện mục đích trên robot được
đòi hỏi phải có khả năng di chuyển ở địa hình phức tạp, quan sát hình ảnh và thu thập
thông số các môi trường. Robot thám hiểm có thể thay thế con người tham dò, khám
phá những môi trường khắc nghiệt, nguy hiểm mà con người chỉ cần điều khiển từ
xa.
Đề tài “Thiết kế và thi công mô hình xe thăm dò môi trường” được trình bày
về lý thuyết robot và thi công mô hình xe robot được điều khiển từ xa qua web server
kết nối với wifi nhằm phục vụ công việc thay thế cho con người ở địa hình bị giới
hạn. Do kiến thức và thời gian có hạn nên nhóm sinh viên thực hiện đề tài rất mong
nhận được sự góp ý của quý Thầy Cô và các bạn sinh viên.

xi


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ
Cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành khoa học kỹ thuật, các ngành

công nghiệp tự động hóa cũng phát triển nhanh chóng. Việc áp dụng máy móc hiện

đại vào sản xuất là một yêu cầu không thể thiếu trong các nhà máy nhằm tăng năng
suất, tăng chất lượng và giảm giá thành sẩn phẩm [1]. Song song với sự phát triển đó,
công nghệ chế tạo robot cũng phát triển nhanh chóng, đặc biệt là ở các nước phát
triển nhằm đáp ứng nhu cầu về sản xuất, sinh hoạt và an ninh quốc phòng [2]. Chủng
loại robot ngày nay khá đa dạng về bề ngoài cũng như có thể thực hiện được rất nhiều
chức năng như thăm dò chinh phục vũ trụ, hỗ trợ giúp đỡ người khuyết tật, vận chuyển
đồ vật và giám sát an ninh cho ngôi nhà [2],[10]...
Thế giới đã chứng kiến rất nhiều thảm họa từ thiên nhiên cũng như từ con người.
Mức độ thiệt hại để lại do sự hủy hoại từ các thảm họa này càng nặng nề hơn khi xảy
ra. Những thảm họa đến từ phía thiên nhiên như động đất, cháy rừng, sóng thần, bão
lũ... Từ phía con người có thể kể đến là chiến tranh, hỏa hoạn, khủng bố, sập hầm
mỏ... Những thảm họa đều mang đến sự thiệt to lớn về người và vật chất. Việc tìm
kiếm, cứu hộ người bị thương mất tích luôn gặp nhiều khó khăn và nguy hiểm.
Tại Việt Nam, hàng năm cũng nhiều vụ gây thiệt hại lớn, đặc biệt là những vụ
sập hầm mỏ, cháy nhà, cháy chung cư... Tuy nhiên công tác cứu hộ còn nhiều khó
khăn do phụ thuộc sức người là chính. Vấn đề an toàn cho người tham gia cứu hộ
không được đảm bảo vì phải hoạt động trong môi trường tiềm ẩn nhiều nguy hiểm,
nhiều chất gây cháy nổ và chất khí độc hại.
Xuất phát từ những điểm nêu trên, cùng với sự phát triển của nhiều loại robot
phục vụ cho nhu cầu khác nhau của con người, robot thám hiểm được rất nhiều nước
nghiên cứu và sản xuất nhờ ứng dụng của nó vào thực tế. Với sự phát triển vượt bậc
của nền kinh tế, khoa học kỹ thuật, sức khỏe và tính mạng của con người ngày càng
được coi trọng. Chính vì thế, trong những điều kiện làm việc độc hại, robot thám hiểm
điều khiển từ xa sẽ được thay thế cho con người. Robot thám hiểm với nhiệm vụ đi
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

tiên phong nhằm tìm kiếm, phát họa địa hình, đo đạc một số thông số như nhiệt độ
độ ẩm, gửi hình ảnh về trung tâm điều khiển... Nhờ những tính năng đó con người có
thể đánh giá và kiểm soát được mức độ nguy hiểm của môi trường và đưa ra những
phương án tiếp cận hợp lí.
Nhật Bản và Hoa Kỳ là những nước đi tiên phong trong việc ứng dụng robot
vào đời sống hàng ngày. Công ty I-robot là công ty sản xuất robot lớn hàng đầu Hoa
Kỳ, chuyên nghiên cứu và cung cấp các loại robot thám hiểm, vượt địa hình phục vụ
nhu cầu khác nhau của con người. Đây là mẫu robot chuyên làm nhiệm vụ xâm nhập,
dò thám vào những vùng nguy hiểm [3].

Hình 1.1: iRobot 210 negotiator
Nhiệm vụ của nó chẳng hạn như vào một tòa nhà đang cháy tìm người bị nạn
thay cho lực lượng chữa cháy hoặc được dùng trong nhiệm vụ giải cứu con tin của
cảnh sát với camera truyền hình ảnh trực tiếp về người điều khiển từ đó có thể biết
được vị trí cụ thể của tội phạm cũng như con tin.

Hình 1.2: iRobot 710 Warrior

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Robot này được sử dụng trong quân đội, nó như một chiến binh, mang tải các
vũ khí trong quân sự cũng như vận chuyển các robot khác phục phục cho tác chiến.

Hình 1.3: iRobot 510 Packbot
Robot này ngoài nhiệm vụ vượt địa hình để thâm nhập do thám những nơi nguy
hiểm, chúng còn được trang bị những cánh tay máy để gắp được các vật, đặc biệt để

phục vụ cho công tác gỡ bom mìn.
Ngày nay, robot thám hiểm điều khiển từ xa ngày càng được đầu tư và phát triển
mạnh mẽ, sử dụng trong các mục đích dò tìm bom mìn, thám hiểm hầm mỏ, kiểm tra
các đường ống ngầm, hoạt động trong các môi trường nhiều chất độc hại, có nồng độ
phóng xạ cao... Nguy hiểm đối với con người. Nhận thấy việc nghiên cứu xe robot
thám hiểm là vấn đề cần thiết cho thực tế, nhóm thực hiện chọn đề tài “Thiết kế và
thi công mô hình xe thăm dò môi trường”

1.2.

MỤC TIÊU
Đề tài “Thiết kế và thi công mô hình xe thăm dò môi trường” nhóm sinh viên

thiết kế mô hình xe robot có bánh xe được bao bằng đai cao su, điều khiển bằng
arduino thông qua cổng serial kết nối với raspberry pi 3 với vai trò là server kết nối
internet. Được trang bị camera Logitech độ phân giải 720p truyền video cần quan sát
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
về web server khi cần thiết. Người sử dụng có thể quan sát, điều khiển xe robot, quan
sát video, và biểu đồ độ ẩm nhiệt độ từ web server, có cảm biến để chống lật xe.

1.3.

NỘi DUNG NGHIÊN CỨU

 NỘI DUNG 1: Thu thập dữ liệu , quy trình của xe robot

 NỘI DUNG 2: Các giải pháp thiết kế hệ thống, mô hình xe robot.
 NỘI DUNG 3: Thiết kế hệ thống điều khiển xe.
 NỘI DUNG 4: Thiết kế mô hình.
 NỘI DUNG 5: Đánh giá kết quả thực hiện

1.4.

GIỚI HẠN
Mô hình xe robot được thiết kế chạy trên địa hình bằng phẳng, không thể chạy

trên địa hình đầm lầy và dưới nước. Bên cạnh đó mô hình xe được cấp nguồn dưới
dạng nguồn pin dự phòng nên có hạn chế về thời gian sử dụng.

1.5.

BỐ CỤC

Chương 1: Tổng quan.
Trong chương này, đồ án được trình bày tổng quan về xe robot cũng như robot
thám hiểm, vượt địa hình và một số ứng dụng xe robot vào thực tế. Từ đó, đi đến làm
rõ mục tiêu, giới hạn và bố cục đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Trong chương này đề cập đến một số khái niệm về phân loại xe robot, một số
dạng điều khiển xe robot, các loại chuyển động của xe robot. Bên cạnh đó tổng quan
về web server, các chuẩn giao tiếp truyền thông không dây và ngôn ngữ lập trình
HTML.
Chương 3: Thiết kế mô hình xe thăm dò môi trường.
Trong chương này mô hình xe robot thám hiểm được nêu rõ các yêu cầu chi tiết
về kỹ thuật. Từ đó người thực hiện sơ đồ khối hóa hệ thống, chọn lựa thiết kế và chọn
lựa phần cứng phù hợp cũng như thiết kế phần mềm.

Chương 4: Kết quả thi công mô hình xe robot.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương này trình bày về kết quả mô hình robot thám hiểm sau khi thực hiện,
các thử nghiệm xe robot theo các mục tiêu đã đặt ra.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài.
Chương này đưa ra những kết luận về quá trình nghiên cứu và khả năng phát
triển cho xe robot trong tương lai.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY
2.1.1 Một số công nghệ kết nối trong truyền thông không dây
Việc kết nối mạng không dây có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một số
chuẩn kết nối sau:
 Công nghệ IrDA
Đây là công nghệ giao tiếp dữ liệu hồng ngoại IR được sử dụng nhiều trong
điều khiển từ xa của vô tuyến, điều hòa nhiệt độ, trong máy tính, máy in... với khoảng
cách ngắn và chi phí thấp [7].
 Công nghệ Bluetooth

Bluetooth là công nghệ mạng không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao
tiếp với nhau trong khoảng cách ngắn bằng sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM
trong dãy tần 2.40–2.48 GHz [6]. Công nghệ này được thiết kế nhằm mục đích thay
thế dây cáp giữa máy tính và các thiết bị truyền thông cá nhân, kết nối các thiết bị
điện tử lại với nhau một các thuận lợi.
Khi được kích hoạt bluetooth có thế tự động định vị các thiết bị khác có chung
công nghệ trong vùng xung quanh và bắt đầu kết nối với chúng.
 Công nghệ Wifi
Đây là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến giống như điện thoại
di động, truyền hình và radio [6]. Hệ thống cho phép truy cập internet tại những khu
vực có sóng của hệ thống mà không cần đến cáp nối. Các sóng vô tuyến sử dụng cho
wifi gần giống các sóng vô tuyến sử dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và
các thiết bị khác. Wifi có thể chuyển và nhận sóng vô tuyến, chuyển đổi các mã nhị
phân sang sóng vô tuyến và ngược lại.
 Công nghệ Wimax
Wimax là công nghệ cho phép các dịch vụ truy nhập không dây mọi lúc mọi
nơi [6]. Công nghệ này cung cấp việc truyền dẫn không dây ở khoẳng cách lớn bằng
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
nhiều cách khác nhau từ kiểu kết nối điểm điểm cho đến kiểu truy nhập tế bào. Wimax
cho phép sử dụng trình duyệt internet trên laptop mà không cần kết nối vật lý bằng
cổng Ethernet tới router hay switch.
2.1.2 Tìm hiểu chuẩn IEEE 802.11
Chuẩn mạng LAN IEEE 802.11 dựa vào kiến thức tế bào, là kiến trúc trong đó
hệ thống được chia nhỏ thành các cell, mỗi cell được kiểm soát bởi một trạm cơ sở
[6]. Chuẩn IEEE 802.11 có các họ sau:

 Chuẩn IEEE 802.11a
Là một chỉ tiêu kỹ thuật IEEE cho mạng không dây hoạt động trong dải tần số
5 GHz với tốc độ truyền dữ liệu cực đại 54Mbps. Dải tần số 5 GHz không nhiều như
tần với chuẩn IEEE 208.11b. Sự bổ sung kênh này giúp tránh giao thoa vô tuyến và
viba.
 Chuẩn IEEE 208.11b
Là chuẩn quốc tế cho mạng không dây doạt động trong dải tần 2.4 GHZ và cung
cấp một lưu lượng trên 11Mbps. Đây là một tần số thường được sử dụng, các lò vi
ba, điện thoại không dây, thiết bị y khoa, y học, cũng như thiết bị Bluetooth đều làm
việc bên trong dải tần 2.4 GHz.
 Chuẩn IEEE 208.11d
Là chuẩn IEEE bổ sung lớp điều khiển truy cập MAC vào chuẩn IEEE 208.11
để đẩy mạnh khả năng sử dụng rộng mạng WLAN chuẩn IEEE 208.11. Chuẩn này
cho phép các điểm truy cập truyền thông thông tin trên các kênh vô tuyến được dùng
với mức công suất chấp nhận được cho các thiết bị khách hàng. Các thiết bị sẽ tự
động điều chỉnh dựa vào yêu cầu vật lý.
 Chuẩn IEEE 208.11g
Tương tự chuẩn IEEE 208.11b, chuẩn này cung cấp một lưu lượng lên đến 54
Mbps, hoạt động ở dải tần số 2.4 GHz nhưng sử dụng một công nghệ vô tuyến khác
để tăng dải thông toàn bộ.
 Chuẩn IEEE 208.11i
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Đây là chuẩn dành cho việc chuẩn hóa bảo mật mạng WLAN. Bảo mật chuẩn
IEEE 208.11i có một khung làm việc dựa vào cơ chế bảo mật tăng cường gồm 2
phần: cơ chế riêng của dữ liệu và quản lý liên kết bảo mật.

Cơ chế riêng của dữ liệu hỗ trợ hai sơ đồ được đề xướng: TKIP và AES. TKIP
là một giải pháp ngắn hạn mà định nghĩa phần mềm và cho WEP để cung cấp một
mức riêng tư dữ liệu tối thiểu. AES hay AES-OCB là một sơ đồ riêng tư dữ liệu mạnh
mẽ và một giải pháp thời hạn lâu dài.

2.1.3 Tìm hiểu về chuẩn IEEE 208.16
IEEE 208.16 là hệ thống tiêu chuẩn truy nhập không dây băng rộng cung cấp
đặc tả chính thức cho mạng MAN không dây băng rộng [6]. Chuẩn này cho phép kết
nối bang rộng vô tuyến cố định, mang xách được, di động mà không cần ở trong tầm
nhìn thẳng trực tiếp tới một trạm gốc. Chuẩn IEEE 208.16 có các họ sau:
 Chuẩn IEEE 208.16-2001
Chuẩn này xác định giao diện vô tuyến gồm lớp MAC và PHY của hệ thống
truy nhập vô tuyến cố định điểm điểm, đa điểm với mục đích cho phép triển khai
nhanh chóng, rộng rãi các hệ thống truy nhập vô tuyến bang rộng. Đảm bảo khả năng
tương thích giữa các thiết bị truy nhập vô tuyến băng rộng.
 Chuẩn IEEE 208.16a-2003
Chuẩn này quy định các giao diện không cố định điểm tới đa điểm truy cập
không dây băng thông rộng hệ thống cung cấp nhiều dịch vụ. Các lớp kiểm soát truy
cập trung bình có khả năng hỗ trợ nhiều lớp vật chất kỹ thuật tối ưu hóa cho các dải
tần số của ứng dụng.
 Chuẩn IEEE 208.16c-2002
Đây là bản sửa lỗi chuẩn của bản 802.16-11, có thêm định nghĩa các hồ sơ mới
cho dải băng tần từ 10-66 GHz với mục đích cải tiến thao tác giữa các phần.
 Chuẩn IEEE 802.16-2004

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chuẩn này sử dụng băng tần từ 2-11 GHz, là băng tần được thu hút nhiều sự
quan tâm nhất vì tín hiệu truyền có thể vượt được các chướng ngại vật trên đường
truyền.

2.2 GIỚI THIỆU VỀ WEB SERVER VÀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH
HTML
2.2.1 Khái niệm web server
Web server là máy chủ có dung lượng lớn, tốc độ cao, được dùng để lưu trữ
thông tin như một ngân hàng dữ liệu, chứa những website đã được thiết kế cùng với
những thông tin liên quan khác (các mã Script, các chương trình và các file
Multimedia) [4].
Web server có khả năng gửi đến máy khách những trang web thông qua môi
trường internet qua giao thức HTTP, giao thức được thiết kế để gửi các file đến trình
duyệt web browser và các giao thức khác.
Tất cả các web server đều có một địa chỉ IP hoặc cũng có thể có một tên miền.
Giả sử khi người sử dụng đánh vào thanh địa chỉ trên trình duyệt của máy một dòng
sau đó gõ phím enter khi đó người sử dụng đã gửi một yêu cầu
đến một server có tên miền là www.abc.com. Server này sẽ tìm trang web có tên là
index.htm rồi gửi nó đến trình duyệt của người sử dụng.
Bất kỳ một máy tính nào cũng có thể trở thành một web server bởi việc cài đặt
lên nó một chương trình phần mềm server software và sau đó kết nối vào internet.
Khi máy tính kết nối đến một web server và gửi đến yêu cầu truy cập các thông
tin từ một trang web nào đó, web server software sẽ nhận yêu cầu và gửi lại những
thông tin mà người sử dụng mong muốn.

2.2.2 Nguyên lí hoạt động của web server
Khi gõ địa chỉ trang web vào trình duyệt web và nhấn
Enter, trang web hiển thị ngay trên màn hình. Trình duyệt web thực hiện một kết nối

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
tới máy chủ web, yêu cầu một trang web và nhận lại. Sau đây là thứ tự từng bước cơ
bản xảy đến đằng sau màn hình. Trình duyệt web tách địa chỉ website làm 3 phần:
 Phần giao thức: (“http”)
 Máy chủ tên miền: (www.abc.com)
 Tên tệp: (“index.htm”)
Trình duyệt liên hệ với máy chủ tên miền để chuyển đổi tên miền
"www.abc.com" ra địa chỉ IP. Sau đó, trình duyệt sẽ gửi tiếp một kết nối tới máy chủ
có địa chỉ IP tương ứng qua cổng 80. Tiếp đến, máy chủ sẽ gửi đoạn text dạng HTML
đến trình duyệt web máy đã gởi yêu cầu. Trình duyệt web đọc các thẻ HTML, định
dạng trang web và kết xuất ra màn hình.

2.2.3 Các giao thức sử dụng của web server
 Giao thức HTTP
HTTP là giao thức cơ bản mà World Wide Web sử dụng để xác định cách các
thông điệp được định dạng và truyền tải ra sao, những hành động nào mà các web
server và các trình duyệt web phải làm để đáp ứng các lệnh rất đa dạng [4]. Chẳng
hạn, khi gõ một địa chỉ web URL vào trình duyệt web, một lệnh HTTP sẽ được gửi
tới web server để ra lệnh và hướng dẫn tìm đúng trang web được yêu cầu và kéo về
mở trên trình duyệt web. Nói cách khác, HTTP là giao thức truyền tải các file từ một
web server vào một trình duyệt web để có thể xem một trang web đang hiện diện trên
internet. HTTP là một giao thức ứng dụng của bộ giao thức TCP/IP.
Có một tiêu chuẩn chính khác cũng điều khiển cách thức World Wide Web làm
việc là HTML, có chức năng quản lý cách thức mà các trang web được định dạng và
hiển thị.

Người ta gọi HTTP là một giao thức phi trạng thái bởi vì mỗi lệnh đều được
thực thi một cách độc lập, lệnh sau không biết bất cứ điều gì về các lệnh đã đến trước.
Đây chính là một hạn chế khiếm khuyết của HTTP và nguyên nhân chính của tình
trạng rất khó thực thi các trang web có khả năng phản ứng thông minh đối với lệnh

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

10


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
được nạp vào. Và sự hạn chế này đang được khắc phục trong các công nghệ mới như
activeX, java, javascript và cookies.
 Giao thức FTP
FTP là một giao thức dùng để tải lên các file từ một trạm làm việc hay máy tính
cá nhân tới một FTP server hoặc tải xuống các file từ một máy chủ FTP về một trạm
làm việc [4]. Đây là cách thức đơn giản nhất để truyền tải các file giữa các máy tính
trên internet.
FTP hiện được dùng phổ biến để upload các trang web từ nhà thiết kế web lên
một máy chủ host trên internet, truyền tải các file dữ liệu qua lại giữa các máy tính
trên internet, cũng như để tải các chương trình và các file từ các máy chủ khác về
máy tính cá nhân. Dùng giao thức FTP có thể cập nhật các file tại một máy chủ. Nếu
dùng chức năng FTP của một ứng dụng quản lý file có thể tiến hành các tác vụ xử lý
file trên máy chủ giống.

2.2.4 Khái niệm ngôn ngữ lập trình HTML
HTML là ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản dùng để tạo nên một trang web có
nhiều trang, mỗi trang là một mẩu thông tin được trình bày trên World Wide Web
[5]. HTML là ngôn ngữ đơn giản nhất, cơ sở của mọi trang web và trình duyệt web
đều có thể hiển thị tốt ngôn ngữ HTML. HTML là một chuẩn ngôn ngữ internet được

tạo ra và phát triển bởi tổ chức World Wide Web Consortium.
Một tập tin HTML bao gồm các đoạn văn bản HTML được tạo lên bởi các thẻ
HTML. Có 2 loại thẻ cơ bản là thẻ có khai báo mở rồi kết thúc bằng cách đóng thẻ
và loại thẻ không cần khai báo mở và đóng.

2.2.5 Cấu trúc cơ bản của HTML
Cấu trúc của HTML với bố cục từ trên xuống dưới và từ trái qua phải với 2
phần chính là head và body. Các website viết bằng HTML đều tuân theo cấu trúc cơ
bản như sau:


Mọi trang HTML đều phải khai báo doctype (định nghĩa chuẩn văn bản) ngay
từ dòng đầu tiên.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

11


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT



Thẻ <HTML> cho trình duyệt biết mở đầu và kết thúc của trang HTML.



Thẻ <head> chứa tiêu đề và các thông tin khai báo, các thông tin ẩn khác.



Thẻ <body> sẽ hiển thị nội dung của trang web.



Mọi kí tự nằm giữa dấu <!– và –> sẽ được xem là thẻ comment và sẽ bị trình
duyệt bỏ qua, không xử lý và không hiển thị.
<HTML>
<head>
<title>Đây là thẻ đánh dấu tiêu đề trang web</title>
<!-- Comment: Các thông tin khai báo, các thông tin ẩn -->
</head>
<body>
<!-- Comment: Nội dung trang web mà người dùng sẽ thấy -->
<b>Đây là dòng chữ in đậm</b>
<i>Đây là dòng chữ in nghiêng</i>
</body>
</HTML>

 Thẻ ngắt: Phần tử
được dùng để ngắt dòng trong tài liệu HTML. Thẻ

bổ sung một ký tự xuống dòng tại vị trí của thẻ.
 Thẻ thuộc tính
 Là những đặc tính, tính chất mang theo để trình duyệt định dạng và hiển thị
thẻ.
 Mỗi thẻ có thể có một hoặc nhiều thuộc tính.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

12

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 Mỗi thuộc tính có tên thuộc tính và giá trị thuộc tính, giá trịnh đặt trong dấu
“thuộc tính”.
 Cú pháp: <tên_thẻ thuộc_tính_1="giá_trị_thuộc_tính_1"/>
Thuộc tính align được sử dụng để canh lề cho các phần tử văn bản, các đối
tượng, hình ảnh, các đoạn và các phân đoạn. Thuộc tính align gồm các giá trị sau:
Canh lề được mặc định dựa vào hướng của văn bản. Nếu hướng văn bản là từ
trái sang phải thì mặc định là trái.
 Thẻ đề mục: Có 6 loại đề mục tất cả với mức độ nhấn mạnh giảm dần từ

đến

.
 Thẻ danh sách
Có hai loại là danh sách có đánh số thứ tự <ol> và danh sách
khôngđánh số thứ tự <ul>. Bên trong các thẻ danh sách này các phần
tử được đánh dấu với thẻ <li>.

2.3 ROBOT THĂM DÒ MÔI TRƯỜNG
2.3.1 Phân loại robot
 Robot có thể phân loại theo môi trường để di chuyển:
 Robot ngoài trời và robot trong nhà. Thông thường được lắp đặt
bánh xe nhưng cũng có loại robot có chân như robot hình người,
hình dạng động vật hoặc côn trùng.
 Robot trên không thường dùng cho các phương tiện trên không,
phương tiện không người lái.
 Robot dưới nước dùng cho các phương tiện hoặc động dưới nước,
chúng hoạt động độc lập.
 Robot phân loại theo phương pháp di chuyển:
 Robot có chân
 Robot có bánh xe
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

13


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 Robot di chuyển bằng bánh xích

2.3.2 Một số dạng điều khiển robot
 Điều khiển từ xa bằng tay
Robot điều khiển từ xa bằng tay với các bộ phận có cần điều khiển hoặc những
thiết bị điều khiển khác. Thiết bị điều khiển có thể được gắn trực tiếp vào robot như:
một cần gạt không dây, một phụ kiện của máy tính không dây... Robot điều khiển từ
xa giúp con người tránh khỏi những nguy hiểm [8].
 Robot theo lộ trình
Một vài robot tự động đầu tiên là những robot theo lộ trình hay những đường
được sơn khắc trên sàn, trần nhà hay một dây điện trên sàn. Đa số robot này hoạt
động dựa vào một thuật toán đơn giản là luôn giữ lộ trình trong bộ cảm biến trung
tâm, không thể đi vòng qua các chướng ngại vật và chỉ dừng lại khi có vật nào đó cản
đường chúng [8].
 Robot ngẫu nhiên hoạt động độc lập
Robot hoạt động độc lập với những chuyển động ngẫu nhiên, về cơ bản đó là
những chuyển động như nhẩy bật lên tường, những bức tường này được cảm nhận
do sự cản trở về mặt vật lí [8].

2.3.3 Các loại chuyển động của robot
Có nhiều loại chuyển động nhưng tậo trung chủ yếu vào 3 loại chuyển động sau
đây [8]:
 Chuyển động bằng chân
Robot di chuyển bằng chân là những loại robot có chuyển động phức tạp bằng
cách rời rạc hóa việc tiếp xúc với mặt đất theo các điểm, việc chuyển động như thế
làm cho loại robot này có ưu thế trên các địa hình phức tạp, ghồ ghề và không liên

tục. Đồng thời bằng cáh thay đổi chiều dài hiệu dụng của các chân cho phù hợp với
môi trường nên robot di chuyển rất êm. Tùy thuộc vào số chân mà phân thành các
loại robot một chân, hai chân, bốn chân, sáu chân hoặc nhiều hơn. Tuy có ưu điểm
trên nhưng loại robot này khó điều khiển và khó chế tạo.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

14