LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG TRẠM MẶT ĐẤT VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY BAY CÁNH BẰNG KỸ SƯ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.93 MB, 96 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
LÊ VĂN CHỨC
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
XÂY DỰNG TRẠM MẶT ĐẤT
VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY BAY CÁNH BẰNG
KỸ SƯ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HĨA
TP. HỒ CHÍ MINH, 2016
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
LÊ VĂN CHỨC – 41200388
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
XÂY DỰNG TRẠM MẶT ĐẤT
VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY BAY CÁNH BẰNG
KỸ SƯ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
TS. NGUYỄN VĨNH HẢO
TP. HỒ CHÍ MINH, 2016
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
TP. HCM, ngày….tháng…..năm……..
NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Tên luận văn:
XÂY DỰNG TRẠM MẶT ĐẤT VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY BAY CÁNH BẰNG
Nhóm Sinh viên thực hiện:
Lê Văn Chức
Cán bộ hướng dẫn:
41200388
TS. Nguyễn Vĩnh Hảo
Đánh giá Luận văn
1. Về cuốn báo cáo:
Số trang
__________
Số chương
___________
Số bảng số liệu
__________
Số hình vẽ
___________
Số tài liệu tham khảo
__________
Sản phẩm
___________
Một số nhận xét về hình thức cuốn báo cáo:
2. Về nội dung luận văn:
3. Về tính ứng dụng:
4. Về thái độ làm việc của sinh viên:
Đánh giá chung: Luận văn đạt/không đạt yêu cầu của một luận văn tốt nghiệp kỹ sư,
xếp loại Giỏi/ Khá/ Trung binh
Điểm từng sinh viên:
Lê Văn Chức: ………/10
Người nhận xét
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
TP. HCM, ngày….tháng…..năm……..
NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
Tên luận văn:
XÂY DỰNG TRẠM MẶT ĐẤT VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY BAY CÁNH BẰNG
Nhóm Sinh viên thực hiện:
Lê Văn Chức
Cán bộ phản biện:
41200388
Đánh giá Luận văn
5. Về cuốn báo cáo:
Số trang
__________
Số chương
___________
Số bảng số liệu
__________
Số hình vẽ
___________
Số tài liệu tham khảo
__________
Sản phẩm
___________
Một số nhận xét về hình thức cuốn báo cáo:
6. Về nội dung luận văn:
7. Về tính ứng dụng:
8. Về thái độ làm việc của sinh viên:
Đánh giá chung: Luận văn đạt/không đạt yêu cầu của một luận văn tốt nghiệp kỹ sư,
xếp loại Giỏi/ Khá/ Trung bình
Điểm từng sinh viên:
Lê Văn Chức: ………/10
Người nhận xét
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
LỜI CẢM ƠN
Trải qua 6 tháng thực hiện, vận dụng những kiến thức đã được truyền đạt và bên cạnh
đó cũng được học hỏi thêm nhiều điều, giờ luận văn của em đã hồn tất. Để có được
thành cơng như vậy không chỉ riêng công sức của em bỏ ra, mà trong đó cịn có sự dạy
dỗ của cha mẹ, sự chỉ bảo của thầy cô, sự giúp đỡ của bạn bè. Lời cảm ơn đầu tiên, em
xin gửi đến những thành viên trong gia đình em, bố mẹ và chị đã dùng tình u thương
chăm sóc em, động viên em những lúc khó khăn trong lúc thực hiện đề tài, luôn ở bên
cạnh em những lúc vui buồn. Bên cạnh đó em xin gửi đến tồn thể thầy cơ khoa Điện
– Điện tử nói chung và bộ mơn tự động nói riêng, đã truyền đạt, chỉ bảo, ni dưỡng
cho em một nền kiến thức bổ ích, cần thiết. Đây chính là nền tảng để em có thể hồn
thành luận văn, cũng như hành trang sau này để em vững bước, hịa nhập trong mơi
trường làm việc thực tế. Và đặc biệt hơn, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến
thầy TS. Nguyễn Vĩnh Hảo, người đã dìu dắt chỉ dạy, động viên, gợi ý những ý tưởng,
hướng dẫn những kiến thức chuyên môn cần thiết, chuyên sâu cần thiết cho đề tài
luận văn, nhờ thế mà em mới có thể hồn thành.
Trân trọng
TP.HCM, 16 tháng 12 năm 2016
Sinh viên thực hiện
Lê Văn Chức
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
TP. HCM, ngày….tháng…..năm……..
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT
TÊN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG TRẠM MẶT ĐẤT VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY BAY CÁNH BẰNG
Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Vĩnh Hảo
Thời gian thực hiện: Từ ngày 1/8/2016 đến ngày 31/12/2016
Sinh viên thực hiện: LÊ VĂN CHỨC – 41200388
Nội dung đề tài:
Xây dựng trạm mặt đất có tích hợp bản đồ offline để hiển thị các thông số của máy bay
theo thời gian thực. Hiện tọa độ máy bay trên bản đồ, vẽ lại quỹ đạo, đồng thời lưu trữ
lại dữ liệu bay phục vụ cho các mục đích về sau. Xây dựng màn hình để cài đặt các
thơng số điều khiển máy bay, nhập tọa độ đường đi cho máy bay. Điều khiển máy bay
giữ độ cao và đi qua các điểm cho trước trên bản đồ.
Phương pháp thực hiện:
Sử dụng phần mềm visual studio 2015 kết hợp với Maps của Windows 10 và vận dụng
ngôn ngữ C# để thiết kế trạm mặt đất hiển thị trạng thái, tọa độ máy bay theo thời gian
thực, gửi thơng số điều khiển q trình bay.
Vận dụng mạch chuyển chế độ tự động – bằng tay. Ở chế độ tự động, máy bay tự điều
khiển giữ độ cao và đi theo quỹ đạo.
Kết quả mong đợi:
Xây dựng thành công trạm mặt đất hiển thị tất cả các thơng số của q trình bay.
Điều khiển máy bay tự động giữ thăng bằng và độ cao với các thông số được cài
đặt online từ trạm điều khiển mặt đất.
Điều khiển máy bay bay theo quỹ đạo cho trước.
Kế hoạch thực hiện:
TT Công việc
1
Xác định đề tài, những công việc cần làm, lên lịch
làm việc
2
Đọc tài liệu về GPS, Flight management system,
Maps Offline
3
Thời gian
thực hiện
01/08 – 10/08
09/08 – 20/08
Phát hiện Windows 10 có hỗ trợ bản đồ offline,
quyết định viết ứng dụng trên Windows 10 dùng 20/08 – 25/08
visual studio 2015, ngôn ngữ C#
4
Vẽ các đường thẳng, đường trịn, đa giác, chữ
trên map, tính khoảng cách và góc giữa 2 điểm có 25/09 – 05/09
tọa độ
5
Tìm hiểu cấu trúc dữ liệu GPGGA và GPVTG. Dữ
liệu này lấy từ thiết bị của thầy
6
Viết code truyền nhận data dùng UART, đọc dữ
liệu online.
05/09 – 10/09
10/09 – 17/09
7
Vẽ bộ chỉ thị các góc roll, pitch, yaw, độ cao, tốc
độ. Hiện tọa độ máy bay trên bản đồ, vẽ quỹ đạo 12/10 – 01/11
của máy bay
8
Bay thử nghiệm và kiểm tra khoảng cách truyền
nhận của bộ RF
9
Kiểm lại mạch chuyển manual - auto của các anh
khóa trên để lại
10
Tạo 2 Tab, một Tab cài đặt thông số, một Tab
hiển thị dữ liệu.
11
01/11 – 05/11
05/11 – 11/11
11/11 – 15/11
Viết Code STM32F5 có nhiệm vụ nhận dữ liệu từ
cảm biến IMU/GPS sau đó gửi dữ liệu xuống trạm 15/11 – 18/11
mặt đất
12
Truyền dữ liệu Ki, Kp, Kd, Setpoint giữa trạm mặt
đất và vi điều khiển có kiểm tra checksum
13
Xây dựng và thực hiện thuật tốn PID điều khiển
các góc Roll, Pitch, Yaw, Độ cao
14
Dùng thuật toán Stanley điều khiển máy bay bám
theo quỹ đạo cho trước
15
15/11 – 20/11
20/11 – 01/12
01/11 – 10/12
Bay thử nghiệm và kiểm tra thuật tốn, chỉnh
thơng số Kp, Ki, Kd online, kiểm tra quá trình 10/11 – 25/12
bám quỹ đạo của máy bay
Xác nhận của Cán bộ hướng dẫn
TP. HCM, ngày….tháng …..năm…..
Sinh viên
DANH SÁCH HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN
Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp, thành lập theo Quyết định số …………………… ngày
………………….. ……..của Hiệu trưởng Trường Đại học Bách khoa TP.HCM.
1. …………………………………………. – Chủ tịch.
2. …………………………………………. – Thư ký.
3. …………………………………………. – Ủy viên.
4. …………………………………………. – Ủy viên.
MỤC LỤC
TĨM TẮT LUẬN VĂN .......................................................................................................................1
Chương 1. MỞ ĐẦU ........................................................................................................................2
Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước ..........................................................2
Mục đích của đề tài ..........................................................................................................6
Nhiệm vụ của luận văn ...................................................................................................6
Nội dung luận văn ............................................................................................................6
Chương 2. PHẦN MỀM VISUAL STUDIO VÀ MAP OFFLINE.........................................7
Một số ngơn ngữ và phần mềm có chức năng vẽ giao diện ...........................7
Visual Studio Community 2015 .................................................................................8
Offline Maps trên Windows 10 ..................................................................................9
Tích hợp Offline Maps ................................................................................................. 11
Chương 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................................ 13
Mơ hình máy bay cánh bằng ..................................................................................... 13
Các động cơ dùng trong mơ hình ........................................................................... 17
3.2.1.
Động cơ Brushless DC và bộ ESC ............................................................... 18
3.2.2.
Động cơ Servo .................................................................................................... 19
Cảm biến GPS và IMU .................................................................................................. 20
3.3.1.
Cảm biến GPS ...................................................................................................... 20
3.3.2.
Hệ thống IMU tích hợp ARM Cortex-M4 STM32F40x và cảm biến
ADIS16405 .............................................................................................................................. 21
Vi điều khiển STM32F40x ......................................................................................... 22
Module phát sóng RF SV611 .................................................................................... 28
Điều khiển máy bay cánh bằng ............................................................................... 29
3.6.1.
RC Transmitter .................................................................................................. 29
3.6.2.
RC Receiver.......................................................................................................... 31
3.6.3.
Mạch driver FPGA ............................................................................................. 31
Chương 4. TỔNG QUAN TRẠM GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN ...................................... 33
Cấu trúc dữ liệu của bộ cảm biến ........................................................................... 33
Phương pháp xử lý và hiển thị dữ liệu ................................................................ 36
4.2.1.
Các hàm cơ bản của q trình đọc dữ liệu thơng qua cổng COM 36
4.2.2.
Phương pháp tách thông số từ dữ liệu nhận được ............................ 38
4.2.3.
Phương pháp hiển thị tốc độ, độ cao, góc nghiêng của máy bay . 38
Vẽ quỹ đạo của máy bay, tính tốn khoảng cách và góc tạo bởi vị trí
máy bay và điểm đến của máy bay.................................................................................... 40
Các chức năng của một trạm mặt đất hoàn chỉnh ........................................... 41
4.4.1.
Tìm kiếm địa điểm trên bản đồ offlline, thay đổi đích đến ............ 42
4.4.2.
Chế độ phóng to thu nhỏ màn hình và tự động zoom theo vị trí
của máy bay ............................................................................................................................ 43
Vẽ lại quá trình bay theo dữ liệu đã thu trước ................................................. 46
4.5.1.
Cách đọc file .txt và tìm thơng tin của chuyến bay ............................. 46
4.5.2.
Các chức năng nổi bật của quá trình tường thuật lại quá trình bay
47
Màn hình cài đặt thơng số online ........................................................................... 47
Chương 5. TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG..................... 49
Sơ đồ tổng quát của hệ thống .................................................................................. 49
Mạch chuyển chế độ auto/manual trên nền FPGA ......................................... 50
5.2.1.
Chức năng............................................................................................................. 50
5.2.2.
Nguyên lý .............................................................................................................. 50
Mạch vi xử lý STM32F4 .............................................................................................. 51
5.3.1.
Giao tiếp cảm biến IMU, GPS và truyền dữ liệu về trạm mặt đất. 52
5.3.2.
Giao tiếp với trạm điều khiển tại mặt đất. ............................................. 53
Điều khiển máy bay giữ thăng bằng và độ cao ................................................. 56
5.4.1.
Bộ điều khiển PID ............................................................................................. 56
5.4.2.
Điều khiển giữ thăng bằng cho máy bay ................................................ 57
5.4.3.
Điều khiển giữ độ cao cho máy bay .......................................................... 58
Sử dụng thuật toán Standley điều khiển quỹ đạo máy bay ........................ 59
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................... 61
Kết quả đạt được ........................................................................................................... 61
6.1.1.
Trạm mặt đất ...................................................................................................... 61
6.1.2.
Sản phẩm phần cứng. ...................................................................................... 66
6.1.3.
Tiến hành bay thử nghiệm............................................................................ 68
Hướng phát triển của đề tài...................................................................................... 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................................. 76
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Hệ thống quản lý bay với đầy đủ tất cả các chức năng. ...............................2
Hình 1.2: Sản phẩm EFIS-D100 giá 2600$ của DYNON AVIONICS .............................3
Hình 1.3: Sản phẩm iEFIS 8.5’’ màn hình cảm ứng giá 6000$ của MGL Avionics 3
Hình 1.4: Sản phẩm G600 giá 15995$ của GARMIN ..........................................................3
Hình 1.5: Máy bay Barracuda-2 (Liên bang Đức) ...............................................................4
Hình 1.6: Máy bay X-47B Pegasus (Mỹ) ..................................................................................4
Hình 1.7: Máy bay trinh thám M400-CT của Viện Kỹ thuật Phịng khơng - Không
quân Việt Nam ....................................................................................................................................6
Hình 1.8: Chiếc máy bay không người lái (Solar UAV).....................................................6
Hình 2.1: Một số thiết bị có sử dụng nền tảng Windows ................................................8
Hình 2.2: Một số thiết bị tiêu biểu trong dự án Universal Windows Platform ......9
Hình 2.3: Hướng dẫn tải Offline Maps cho Windows 10 .............................................. 10
Hình 2.4: Hướng dẫn download bản đồ Việt Nam trên Windows 10 ..................... 10
Hình 2.5: Cách thêm MapControl vào XAML...................................................................... 11
Hình 2.6: Kết quả sau khi đưa được offline map vào C# .............................................. 12
Hình 3.1: Các thành phần chính của máy bay cánh bằng ............................................. 13
Hình 3.2: Tác động của các góc cánh đến trạng thái máy bay ................................... 14
Hình 3.3: Lực nâng cánh máy bay khi cánh quạt quay .................................................. 14
Hình 3.4: Ảnh hưởng của điều khiển Aileron .................................................................... 15
Hình 3.5: Mô tả hoạt động điều khiển Elevator ................................................................ 16
Hình 3.6: Ảnh hưởng của điều khiển rudder ..................................................................... 17
Hình 3.7: Sơ đồ kết nối động cơ với bộ điều khiển ......................................................... 17
Hình 3.8: Động cơ BLDC và các thiết bị liên quan ........................................................... 18
Hình 3.9: Sơ đồ kết nối ESC, BEC đến các thiết bị trên máy bay ............................... 19
Hình 3.10: Cấu tạo động cơ Servo........................................................................................... 19
Hình 3.11: Sự liên hệ giữ xung PWM và góc quay của Servo...................................... 20
Hình 3.12: Hệ thống định vị toàn cầu.................................................................................... 21
Hình 3.13: IMU-9DOF được chế tạo tại PTN Bộ môn Tự Động ĐHBK TPHCM ... 22
Hình 3.14: Sơ đồ khối của IMU................................................................................................. 22
Hình 3.15: Định dạng 1 ký tự khi truyền bằng UART .................................................... 25
Hình 3.16: Module truyền sóng RF ........................................................................................ 28
Hình 3.17: Sơ đồ chân RF ........................................................................................................... 28
Hình 3.18: RC Transmitter ......................................................................................................... 30
Hình 3.19: Các kênh điều khiển cơ bản ............................................................................... 30
Hình 3.20: Sơ đồ kết nối bộ receiver với các động cơ ................................................... 31
Hình 3.21: Mô tả Look-Up Table ............................................................................................. 32
Hình 4.1: Dữ liệu từ bộ IMU ...................................................................................................... 33
Hình 4.2: Lưu đồ giải thuật quá trình đọc và ghi dữ liệu.............................................. 36
Hình 4.3: Giao diện truyền nhận UART khi chưa có dữ liệu ....................................... 37
Hình 4.4: Giao diện màn hình khi có dữ liệu ...................................................................... 37
Hình 4.5: Ảnh của vận tốc và độ cao ...................................................................................... 39
Hình 4.6: Ảnh của góc pitch và yaw ....................................................................................... 39
Hình 4.7: Màn hình giao diện trạm mặt đất hoàn chỉnh ............................................... 42
Hình 4.8: Kết quả tìm kiểm tỉnh Quảng Ngãi trên bản đồ ............................................ 42
Hình 4.9: Lấy cồn cát trên sông Trà Khúc làm đích đến của máy bay. ................... 43
Hình 4.10: Màn hình giao diện ở chế độ “2 Screen” ....................................................... 44
Hình 4.11: Zoom tất cả những điểm máy bay đã đi qua ở chế độ “1 Screen” ..... 45
Hình 4.12: Zoom cả vị trí máy bay và đích đến ở chế độ “2 Screen” ....................... 45
Hình 4.13: Giải thuật lấy thông tin của file ......................................................................... 46
Hình 4.14: Các thanh cuộn để thay đổi thời gian và tốc độ ......................................... 47
Hình 4.15: Phím chức năng của q trình mơ phỏng .................................................... 47
Hình 4.16: Màn hình cài đặt thơng số của q trình bay.............................................. 47
Hình 5.1: Sơ đồ của hệ thống .................................................................................................... 49
Hình 5.2: Chức năng của vi điều khiển trong hệ thống ................................................. 51
Hình 5.3: Chuỗi dữ liệu nhận được từ cảm biến .............................................................. 52
Hình 5.4: Lưu đồ giải thuật chương trình trên STM32F405....................................... 55
Hình 5.5: PID Controller ............................................................................................................. 56
Hình 5.6: Đáp ứng mong đợi của hệ thống ......................................................................... 56
Hình 5.7: Mô tả các thơng số trong thật tốn standley ................................................. 60
Hình 6.1: Bản đồ của Windows 10 được tích hợp vào trạm mặt đất ...................... 61
Hình 6.2: Các trạng thái của máy bay được hiển thị ở trạm mặt đất ...................... 62
Hình 6.3: Quỹ đạo của máy bay được hiển thị từ lúc bắt đầu bay............................ 62
Hình 6.4: Chương trình đọc file .txt và mơ phỏng lại q trình bay ........................ 63
Hình 6.5: Các chức năng tùy chỉnh trong menu của trạm mặt đất........................... 63
Hình 6.6: Yêu cầu lựa chọn nơi lưu dữ liệu khi bắt đầu chương trình ................... 64
Hình 6.7: Cài đặt các các thông số PID, chỉnh đáp ứng .................................................. 65
Hình 6.8: Quỹ đạo bay là hình lục giác bắt đầu từ vị trí hiện tại của máy bay .... 65
Hình 6.9: Mạch chuyển manual-auto V1.2 .......................................................................... 66
Hình 6.10: Mô hình máy bay cánh bằng hồn chỉnh ...................................................... 67
Hình 6.11: Mơ hình máy bay với đầy đủ thiết bị .............................................................. 68
Hình 6.12: Phương pháp cất cánh của máy bay ............................................................... 72
Hình 6.13: Hình ảnh máy bay trên khơng trung ngày 27/11/2016 ....................... 72
Hình 6.14: Trạm mặt đất của lần bay ngày 03/12/2016 ............................................. 73
Hình 6.15: Hình ảnh chụp từ camera trên máy bay ....................................................... 73
Hình 6.16: Đáp ứng của góc roll khi chuyển sang chế độ auto với giá trị đặt là 0
................................................................................................................................................................ 74
Hình 6.17: Đáp ứng của góc pitch ở chế độ tự động với giá trị đặt là 0 ................. 74
Hình 6.18: Đáp ứng của độ cao khi chuyển sang chế độ lái tự động ....................... 75
DANH MỤC BẢNG
Bả ng 3.1: Sơ đồ chân module RF ............................................................................................. 29
Bả ng 4.1: Cấu trúc data GPS của dữ liệu IMU. ................................................................... 33
Bả ng 4.2: Cấu trúc data GPS của chuỗi GGA. ...................................................................... 34
Bả ng 4.3: Cấu trúc data GPS của chuỗi VTG. ...................................................................... 35
Bả ng 5.1: Kiến trúc chung của Frame truyền .................................................................... 54
Bả ng 5.2: Frame truyền thơng số góc roll ........................................................................... 54
Bả ng 5.3: Frame truyền thơng số góc pitch........................................................................ 54
Bả ng 5.4: Frame truyền thơng số góc yaw.......................................................................... 54
Bả ng 5.5: Frame truyền thơng số độ cao ............................................................................. 54
Bả ng 5.6: Frame truyền tọa dộ các điểm máy bay cần đi qua .................................... 54
Bả ng 5.7: Frame xác nhận đúng .............................................................................................. 54
Bả ng 5.8: Frame xác nhận sai ................................................................................................... 54
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
GPS
Global Positioning System
Hệ thống định vị tồn cầu
IMU
Inertial Measurement Unit
Hệ thống đo qn tính ba trục
RF
Radio Frequency
RC
Radio Control
Điều khiển bằng sóng vơ tuyến
ESC
Electric Speed Control
Bộ điều tốc điện tử
Thiết bị truyền thông qua tần số vô
tuyến
Xây dựng trạm mặt đất và điều khiển máy bay cánh bằng
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Luạ n văn trình bà y những vá n đè sau:
1. Xây dựng và phát triển một trạm mặt đất nhận thông số từ cảm biến trên
máy bay qua bộ thu phát RF, sau đó hiển thị trực quan đến người dùng.
2. Tích hợp bản đồ offline của Windows 10 để hiển thị vị trí và vẽ quỹ đạo
của máy bay đồng thời chỉ ra các vị trí mong muốn máy bay đi qua.
3. Tìm hiểu ngun lý hoạt động của máy bay mơ hình cánh bằng.
4. Sử dụng STM32F405 giao tiếp cảm biến IMU/ GPS thu thập số liệu trạng
thái của máy bay truyền tín hiệu về trạm điều khiển mặt đất.
5. Xây dựng và tiến hành điều khiển tự động các góc cánh của máy bay, điều
khiển máy bay tự giữ độ cao và bay theo quỹ đạo cho trước với các thông
số được cài đặt online.
6. Tié n hà nh thử nghiẹ m và đá nh giá ké t quả .
1
Xây dựng trạm mặt đất và điều khiển máy bay cánh bằng
Chương 1. MỞ ĐẦU
Hệ thống quản lý bay là một thành phần cơ bản trong các máy bay hiện đại. Nó
gồm một hệ thống các máy tính tự động thực hiện một khối lượng nhiệm vụ thu
thập dữ liệu và hiển thị, giúp giảm khối lượng công việc cho phi hành đoàn. Hệ
thống này gồm rất nhiều cảm biến (GPS, IMU, Compass, …) để xác định vị trí,
trạng thái của máy bay, từ đó giúp phi cơng, trạm mặt đất giám sát máy bay, hoặc
có thể cài đặt chế độ tự lái cho máy bay. Từ buồng lái, hệ thống được điều khiển
thơng qua bàn phím hoặc màn hình cảm ứng. Các thông số của máy bay sẽ được
hiển thị trên màn hình hoặc các đồng hồ kim. Ngồi ra, hệ thống quản lý bay mặt
đất cũng là phần không thể thiếu trong tất cả các sân bay. Thiết bị bay tự động
khơng người lái (UAV) đóng một vai trò quan trọng trong mọi hoạt động của con
người, từ mục đích dân sự, quân sự đến kinh tế và an ninh. UAV với nhiều thế
mạnh như có thể điều khiển từ xa, do khơng có con người trên máy bay nên chi
phí sản xuất, nghiên cứu, bảo trì giảm đáng kể. Cùng với đó, sự sai sót do yếu tố
con người trong việc điều khiển máy bay giảm mạnh, do phi công không phải lái
liên tục trong thời gian dài.
Hình 1.1: Hệ thống quản lý bay với đầy đủ tất cả các chức năng.
Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
Ngày nay, đi đơi với việc sản xuất máy bay thì việc phát triển thiết bị giám sát
quá trình bay cũng ra đời. Nhiều công ty lớn trên thế giới đã nghiên cứu và tung
2
Xây dựng trạm mặt đất và điều khiển máy bay cánh bằng
ra các sản phẩm thương mại với độ chính xác cao, chức năng đa dạng và giá thành
cạnh tranh. Cịn trong nước ta, đã có nhiều đề tài nghiên cứu về hệ thống giám
sát cho các máy bay, đặc biệt là các trạm mặt đất. Các luận văn của các anh chị
khóa trước cũng chỉ tập trung vào viết giao diện cho các trạm mặt đất, và tích
hợp thu thập dữ liệu trên máy bay mơ hình.
Ví dụ một số sản phẩm đã được tung ra thị trường tính đến thời điểm hiện tại.
Hình 1.2: Sản phẩm EFIS-D100 giá
Hình 1.3: Sản phẩm iEFIS 8.5’’ màn
2600$ của DYNON AVIONICS
hình cảm ứng giá 6000$ của MGL
Avionics
Hình 1.4: Sản phẩm G600 giá 15995$ của GARMIN
3
Xây dựng trạm mặt đất và điều khiển máy bay cánh bằng
Trên thế giới, hầu hết các phòng nghiên cứu hàng không và tự động đều coi việc
phát triển các mơ hình UAV và trạm điều khiển mặt đất là việc hết sức quan trọng.
Việc phát triển các UAV mang tính chiến lược đối với các nước phát triển, ứng
dụng mạnh mẽ trong quân sự, nhằm thực hiện các mục tiêu quan trọng như trinh
thám, các nhiệm vụ nguy hiểm cao mà con người khó có thể thực hiện được, do
đó giảm thiểu mạnh chi phí về người và ngân sách quốc phòng. Những mẫu UAV
nổi tiếng trên thị trường qn sự thế giới có những tính năng, kỹ chiến thuật nổi
bật như khối lượng hữu ích lớn, tầm bay xa và thời gian bay dài là: Euro Hawk
(chấu Âu/Mỹ), RQ-4 Global Hawk (Mỹ), Chacal-2 (Pháp), RQ-8A/MQ-8 Fire
Scout (Mỹ), A160 Hummingbird (Mỹ), Barracuda-2 (Liên bang Đức), X-47B
Pegasus (Mỹ), Aerostar (Israel), Zephyr (Anh) và Falco (Ý).
Hình 1.5: Máy bay Barracuda-2 (Liên
Hình 1.6: Máy bay X-47B Pegasus
bang Đức)
(Mỹ)
Trong nước, các chương trình phát triển UAV dưới nhiều hình thức đang được
phát triển mạnh. Từ năm 2010 Viện Công nghệ không gian HTI đã hợp tác với
tập đoàn Irkut Nga nghiên cứu phát triển công nghệ thiết kế chế tạo các UAV đa
dụng. Trung tâm khí cụ bay Tập đồn Viettel cũng đang có những nghiên cứu
phát triển các UAV quân sự. Các nhà lãnh đạo Việt Nam đã và đang rất quan tâm
tới công nghệ UAV. Ngày 15/9/2005, 2 mẫu M400-CT do Viện Kỹ thuật Phịng
khơng - Khơng qn chế tạo đã cất cánh thử nghiệm thành công tại sân bay Kép
(Bắc Giang) với trần bay đạt được 2.000m, bán kính hoạt động 15km. Năm 2016
4
Xây dựng trạm mặt đất và điều khiển máy bay cánh bằng
thầy trị bộ mơn Kỹ thuật Hàng khơng và Vũ trụ (Đại học Bách khoa Hà Nội) đã
tung ra máy bay không người lái sử dụng pin năng lượng mặt trời (Solar UAV)
Hình 1.7: Máy bay trinh thám M400-
Hình 1.8: Chiếc máy bay khơng
CT của Viện Kỹ thuật Phịng khơng -
người lái (Solar UAV)
Khơng qn Việt Nam
Mục đích của đề tài
Luận văn nhằm xây dựng thành công một mô hình máy bay cánh bằng có chức
năng bay tự động và một phần mềm giám sát đặt tại mặt đất.
Để đạt được mục tiêu đó, chúng ta cần một mơ hình máy bay cánh bằng, một
trạm điều khiển mặt đất, một bộ điều khiển từ xa phục vụ trong chế độ lái bằng
tay, một mạch xử lý và điều khiển để giao tiếp trạm mặt đất và điều khiển tự
động máy bay cách bằng.
Nhiệm vụ của luận văn
Nhiệm vụ của luận văn:
Tích hợp bản đồ offline vào chương trình viết bằng C#.
Vẽ giao diện cho các cảm biến dùng cho máy bay bằng cách xử lý dữ liệu
mà cảm biến gửi về.
Hiển thị đúng tọa độ máy bay trên bản đồ offline, vẽ quỹ đạo máy bay.
Xây dựng màn hình cài đặt thơng số online.
6
Xây dựng trạm mặt đất và điều khiển máy bay cánh bằng
Sử dụng STM32F405 đọc dữ liệu từ cảm biến và gửi về trạm mặt đất, nhận
thông số từ trạm mặt đất.
Vận dụng mạch chuyển manual - auto chuyển chế độ tự động và bằng tay.
Ở chế độ tự động, điều khiển góc cánh, giữ độ cao và điều khiển quỹ đạo
của máy bay.
Gắn camera trên máy bay để thu thập hình hình ở mặt đất.
Nội dung luận văn
Luận văn gồm 5 phần:
Chương 1: Mở đầu
Chương 2: Phần mềm Visual Studio và Map Offline
Chương 3: Cơ sở lý thyết
Chương 4: Tổng quan trạm giám sát và điều khiển
Chương 5: Tổng quan quá trình hoạt động của hệ thống
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
6
