Đồ án Thiết kế xe điều khiển từ xa có live stream camera

AMERA. II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: - Nguyễn Đình Phú, Giáo trình kỹ thuật số, Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật, 2014 - Nguyễn Ngọc Hùng, Nguyễn Ngơ Lâm, Nguyễn Văn Phúc, Giáo trình Kỹ thuật truyền số liệu, Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật, 2011 - Nguyễn Mạnh Tiến, Điều khiển robot cơng nghiệp, Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2007 - Võ Minh Huân, Phạm Quang Huy, Lập trình điều khiển với Rasberry, Nhà xuất bản Thanh Niên 2. Nội dung thực hiện: - Điều khiển xe robot chạy tiến ,lùi ,trái và phải - Sử dụng camera để truyền hình ảnh trực tiếp - Viết chƣơng trình điều khiển cho kit raspberry pi 3 - Thiết lập web server và thực hiện truyền dữ liệu - Thi cơng mơ hình xe robot - Sản phẩm cuối cùng và chạy thực tế III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/04/2018 IV. NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/07/2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS. Nguyễn Thị Lƣỡng CÁN BỘ HƢỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH ii TRƢỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHƯC BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 06 tháng 07 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Hà Đăng Lộc Lớp: 11141DT1A MSSV: 11141123 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Văn Lập Lớp: 11141DT1A MSSV: 11141113 Tên đề tài: THIẾT KẾ XE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA CĨ LIVE STREAM CAMERA Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD TUẦN 1 Gặp GVHD nhận đề tài TUẦN 2 Viết đề cƣơng chi tiết Tìm hiểu các đề tài đã nghiên cứu lien quan đến TUẦN 3 điều khiển tự động TUẦN 4 Gặp GVHD để báo cáo về hƣớng thực hiện đề tài Tìm hiểu về Rasberry, camera, động cơ servo, TUẦN 5 module điều khiển động cơ Lập trình giao tiếp Rasberry với camera và điều TUẦN 6 khiển động cơ Tìm hiểu về web server và các giao thức truyền TUẦN 7 dữ liệu Truyền hình ảnh trực tiếp từ camera lên web TUẦN 8 server TUẦN 9 Điều khiển xe tiến lùi trái phải từ web server TUẦN 10 Hồn thành mơ hình, cân chỉnh hệ thống TUẦN 11 Viết báo cáo đồ án TUẦN 12 Chỉnh sửa và hồn thiện báo cáo GV HƢỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iii LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do tơi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trƣớc đĩ và khơng sao chép từ tài liệu hay cơng trình đã cĩ trƣớc đĩ. Ngƣời thực hiện đề tài SVTH1: NGUYỄN VĂN LẬP SVTH2: HÀ ĐĂNG LỘC iv LỜI CẢM ƠN Sau khi hồn thành luận văn, nhĩm em xin chân thành cảm ơn đến: Cơ Nguyễn Thị Lƣỡng, ngƣời đã tận tình giúp đỡ và luơn quan tâm chúng em trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Cơ luơn tạo mọi điều kiện và thể hiện sự quan tâm đến nhĩm chúng em. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn cơ. Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cơ trong khoa Điện - Điện tử, những ngƣời đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức vơ cùng quý báu làm hành trang vững chắc cho chúng em bƣớc vào đời. Và cũng cảm ơn trƣờng đã tạo cho chúng em một mơi trƣờng học tập thật tốt trong suốt thời gian qua. Cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã động viên và giúp đỡ chúng em trong thời gian thực hiên luận văn này. Do hạn chế về thời gian và kinh nghiệm nên chắc chắn rằng luận văn này khơng tránh khỏi những sai sĩt nhất định. Em rất mong đƣợc sự gĩp ý và hƣớng dẫn thêm ttừ quý thầy cơ. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn ! Tp. Hồ Chí Minh,ngày 3 tháng 7 năm 2018 . Sinh viên Sinh viên Nguyễn Văn Lập Hà Đăng Lộc iviv MỤC LỤC Trang bìa ....i Nhiệm vụ đồ ánii Lịch trình ..iii Cam đoan ..iv Lời cảm ơn ...v Mục lục ..vi Liệt kê hình vẽ......viii Liệt kê bảng vẽ ....x Tĩm tắt ..xi CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN...1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ.1 1.2. MỤC TIÊU..2 1.4. GIỚI HẠN.......2 1.5. BỐ CỤC..........4 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT...4 2.1. TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỀU KHIỂN LIVE STREAM CAMERA...4 2.1.1. Giới thiệu sơ lƣợc về điều khiển từ xa..4 2.1.2. Giới thiệu và stream video lên trang web.4 2.1.3. Định nghĩa.5 2.1.4. Ƣu điểm ....5 2.2. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG...6 2.2.1. Giới thiệu Raspberry Pi ....6 2.2.2. Module camera ...10 2.2.3. Module điều khiển động cơ L298........11 2.2.4. Động cơ servo SG90....11 2.2.5. Usb Tp-Link Tl-Wn725n.....12 2.2.6. Động cơ giảm tốc DC......13 CHƢƠNG 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ..15 3.1. GIỚI THIỆU ..15 3.2. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ..15 3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống .15 3.2.2. Tính tốn và thiết kế mạch...16 3.2.3. Sơ đồ nguyên lý của tồn mạch...19 CHƢƠNG 4. THI CƠNG HỆ THỐNG.20 4.1. GIỚI THIỆU..20 4.2. THI CƠNG HỆ THỐNG...20 vi 4.2.1. Tìm hiểu kỹ thuật video streaming theo mơ hình server-client...20 4.2.2. Kỹ thuật streaming video..........20 a. Giao thức RTSP.........22 b. Giao thức RTP...........25 c. Giao thức RTMP - Real Time Messaging Protocol...27 d. FFMPEG - Phầm mềm xử lý audio, video hiệu quả .....29 4.2.3. Thiết lập web server và thực hiện truyền dữ liệu..31 4.2.4. Thi cơng phần cứng của xe robot.32 4.2.5. Giao diện web server nhúng hình ảnh camera...33 4.3. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG....34 4.3.1. Lƣu đồ giải thật điều khiển động cơ servo....34 4.3.2. Lƣu đồ giải thật điều khiển động cơ DC....35 4.4. HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC......37 4.4.1 Các bƣớc để tạo một web server cho phép streaming dùng Pi-Camera..35 4.4.2 Cài đặt và điều khiển trên mạng Wan.....40 a. Kết nối với Website trung gian ..40 b.Cài đặt phần mềm cho Raspberry Pi....41 c.Cách kết nối Raspberry với remot3.it......42 CHƢƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ.......46 5.1. KẾT QUẢ.....46 5.2. NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ...46 5.2.1 Khoảng cách........46 5.2.2 Tốc độ mạng.......49 5.2.3 Frame per second....52 CHƢƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN.....56 6.1 KẾT LUẬN ..56 6.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN....56 TÀI LIỆU THAM KHẢO.. PHU LỤC.......................................................................................................................... BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH vi LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1. Hình ảnh điều khiển từ xa xe robot live stream camera. ................................ 5 Hình 2.2. Raspberry Pi Mode B ...................................................................................... 6 Hình 2.3. Cấu tạo của Raspberry Pi ................................................................................ 8 Hình 2.4. Module Camera ............................................................................................. 10 Hình 2.5. Module mạch cầu H L298 ............................................................................. 10 Hình 2.6. Động cơ SG90 ............................................................................................... 11 Hình 2.7. Usb tp-link tl-wn725n ................................................................................... 12 Hình 2.8. Động cơ giảm tốc DC ................................................................................. 13 Hình 3.1. Sơ khối của hệ thống ..................................................................................... 14 Hình 3.2. Camera kết nối Rasberry qua cáp ribbon ...................................................... 15 Hình 3.3. Khối điều khiển kết nối với động cơ ............................................................. 16 Hình 3.4. Động cơ servo SG90 ..................................................................................... 16 Hình 3.5. Động cơ giảm tốc DC ................................................................................... 17 Hình 3.6. Khối xử lý trung tâm ..................................................................................... 17 Hình 3.7. Web server giao tiếp với kit qua Usb Wifi ................................................... 18 Hình 3.8. Sạc dự phịng cấp nguồn cho kit raspberry pi 3 ............................................ 18 Hình 3.9. Nguồn cấp cho khối điều khiển module L298N ........................................... 19 Hình 3.10. Sơ đồ nguyên lý tồn mạch ......................................................................... 19 Hình 4.1. Streaming Video ........................................................................................... 21 Hình 4.2. OPTIONS Request ........................................................................................ 22 Hình 4.3. DESCRIBE Request ..................................................................................... 23 Hình 4.4. SETUP Request ............................................................................................. 24 Hình 4.5. PLAY Request .............................................................................................. 24 Hình 4.6. PAUSE Request ............................................................................................ 25 Hình 4.7. TEARDOWN Request .................................................................................. 25 Hình 4.8. Header của RTP Packet ................................................................................. 26 Hình 4.9. Giao thức RTMP - Real Time Messaging Protocol ...................................... 28 Hình 4.10. Tổng hợp các máy chủ trên thế giới ............................................................ 31 Hình 4.11. Giao diện tạo nút nhấn điều khiển .............................................................. 32 Hình 4.12. Kết quả phần cứng xe .................................................................................. 32 Hình 4.13. Kết quả streaming video và điều khiển qua Web ....................................... 33 Hình 4.14. Sơ đồ giải thuật điều khiển servo ................................................................ 34 Hình 4.15. Lƣu đồ giải thuật điều khiển động cơ DC ................................................... 35 viii Hình 4.16. Giao diện sau khi đăng nhập remot3.it ....................................................... 41 Hình 4.17. Tạo kênh cho phần mềm để kết nối ............................................................ 41 Hình 4.18. Giao diện Putty.............................................................................................. 42 Hình 4.19. Địa chỉ hostname và port thơng qua SSH ................................................... 43 Hình 4.20. Hostname và port khi kết nối VNC ............................................................. 43 Hình 4.21. Giao diện phần mềm TightVNC ................................................................. 44 Hình 4.22. Giao diện nhập mật khẩu kết nối ................................................................ 44 Hình 4.23. Giao diện Raspberry sau khi đã kết nối ...................................................... 45 Hình 5.1. Ảnh hƣởng khoảng cách đến quá trình stream video .................................... 47 Hình 5.2. Ảnh hƣởng tốc độ mạng đến quá trình stream video .................................... 50 Hình 5.3 Ảnh hƣởng Frame per second đến quá trình stream video ........................... 53 BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH viii LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Tổng quan về thơng số của Raspberry Pi .............................................................8 Bảng 2.2: Trạng thái của Led khi kit hoạt động . .....9 Bảng 2.3: Thơng số kĩ thuật usb tp-link tl-725n .......12 Bảng 4.1: So sánh giữa hai giao thức HTTP với RTMP .......29 Bảng 5.1 Ảnh hƣởng khoảng cách đến quá trình stream video ....48 Bảng 5.2 Ảnh hƣởng khoảng cách đến quá trình điều khiển robot ..48 Bảng 5.3 Ảnh hƣởng tốc độ mạng đến quá trình stream video .........51 Bảng 5.4 Ảnh hƣởng tốc độ mạng đến quá trình điều khiển robot .......51 Bảng 5.5 Ảnh hƣởng fps đến quá trình stream video ................ ..54 Bảng 5.6 Ảnh hƣởng fps đến quá trình điều khiển robot .................54 x TĨM TẮT Với sự cách mạng của nền cơng nghiệp 4.0, thế giới đã gần nhƣ khơng cịn khoảng cách. Chỉ cần một nút nhấn, mọi thiết bị cĩ thể đƣợc điều khiển ở bất cứ đâu. Để bắt kịp xu hƣớng đĩ, nhĩm sinh viên quyết định thực hiện đề tài “Điều khiển xe từ xa cĩ live stream camera”. Đề tài trình bày về lý thuyết của Raspberry Pi và một ứng dụng rất phổ biến trong cộng đồng từ Raspberry Pi. Một ứng dụng cĩ thể thay thế con ngƣời vào đƣợc những nơi nguy hiểm đến tính mạng. Nguyên lý hoạt động cụ thể:  Raspberry Pi sẽ nhận lệnh từ ngƣời điều khiển thơng qua webserver để thực hiện lệnh rồi truyền lệnh để điều khiển động cơ.  Camera sẽ nhận lệnh stream và phản hồi lại Raspberry Pi rồi truyền lên webserver để cho ngƣời điều khiển biết thơng tin hoạt động. Kết quả mong muốn của nhĩm sinh viên sẽ thiết kế đƣợc mơ hình xe hồn chỉnh, điều khiển tiến, lùi, trái, phải ổn đinh và mƣợt mà, đồng thời, chất lƣợng hình ảnh truyền từ xe lên trình duyệt web rõ nét và cĩ độ trễ thấp. Qua đĩ, nhĩm sẽ phát triển đề tài và đƣa sản phẩm vào thực tiễn nhằm phục vụ đời sống nâng cao của con ngƣời. xi CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Thời gian qua chúng ta thƣờng hay nghe nhắc đến nền cơng nghiệp 4.0 cịn gọi là cơng nghiệp lần thứ tƣ. Đĩ là sự tiến bộ cơng nghệ tạo ra sự kết nối thế giới thực, thế giới số và thế giới sinh vật hữu cơ tạo ra những cơng cụ sản xuất giữa thực và ảo. Những thành phần điển hình của nền cơng nghiệp 4.0 bao gồm sự xuất hiện của Internet vạn vật (IoT), thành phố thơng minh, trí tuệ nhân tạo, xe tự lái, robot, máy in 3D, vật liệu mới, cơng nghệ nano cùng đột phá về nhận thức trong quy trình sinh học. Nĩi về IoT hay cịn cĩ tên đầy đủ là “Internet of Things” dịch nơm na là “Vạn vật kết nối Internet”. Nĩ là một hệ thống với mọi thiết bị liên quan đến nhau, mọi vật đƣợc kết nối với nhau qua một giao thức chung đĩ là mạng truyền thơng hay Internet. Hiểu một cách đơn giản, bạn chỉ cần một thiết bị kết nối mạng là cĩ thể điều khiển đƣợc nĩ mà bất cứ bạn đang ở bất kì đâu. Điều khiển thiết bị từ xa với IoT thật đơn giản khi bây giờ bạn chỉ cần kết nối internet cho thiết bị mình cần điều khiển phải khơng nào?. Dựa vào các ứng dụng thực tiễn của điều khiển từ xa ta cĩ thể chia làm 2 dạng: Điều khiển từ xa vơ tuyến và điều khiển từ xa hữu tuyến.  Điều khiển từ xa vơ tuyến: Cĩ thể điều khiển từ xa bằng tia sáng hồng ngoại hay sĩng siêu âm. Mơi trƣờng truyền là khơng khí. Với tia hồng ngoại ta chỉ cĩ thể điều khiển các thiết bị ở khoảng cách gần. Vì vậy nĩ đƣợc ứng dụng nhiều cho các thiết bị dân dụng.  Điều khiển từ xa hữu tuyến: Với dạng điều khiển này ta lợi dụng vào đƣờng truyền của internet để điều khiển các thiết bị từ xa. Đối với hệ thống điều khiển xa bằng mạng khơng dây thì giới hạn về khoảng cách là yếu điểm của kỹ thuật này, ngƣợc lại với mạng internet đã đƣợc mở rộng với BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN quy mơ tồn thế giới thì giới hạn xa khơng phụ thuộc vào khoảng cách đã mở ra một lối thốt mới trong lĩnh vực tự động điều khiển. Hiện nay, do nhu cầu trao đổi thơng tin của ngƣời dân ngày càng tăng đồng thời việc gắn các thiết bị internet ngày càng phổ biến rộng rãi, do đĩ việc sử dụng mạng internet để truyền tín hiệu điều khiển là phƣơng thức thuận tiện nhất, tiết kiệm nhiều thời gian cho cơng việc, vừa đảm bảo các tính năng an tồn cho các thiết bị điện gia dụng vừa tiết kiệm đƣợc chi phí sử dụng và đảm bảo an tồn cho tính mạng và tài sản của mỗi ngƣời dân. 1.2. MỤC TIÊU  Đề tài cĩ những mục tiêu chính nhƣ sau : - Thiết kế sản phẩm hồn chỉnh gồm xe điều khiển từ xa, gắn camera live stream qua web server sử dụng Raspberry Pi, dùng Wifi. - Viết chƣơng trình điều khiển cho kit Raspberry Pi, thiết lập web server và thực hiện truyền dữ liệu 1.3. NỘi DUNG NGHIÊN CỨU  NỘI DUNG 1: Thu thập dữ liệu quy trình thiết kế một hệ thống điều khiển xe cĩ live stream camera.  NỘI DUNG 2: Các giải pháp thiết kế hệ thống, mơ hình điều khiển xe với chức năng live stream.  NỘI DUNG 3: Lựa chọn các thiết bị trong việc thiết kế mơ hình điều khiển xe live stream camera.  NỘI DUNG 4: Viết chƣơng trình và thiết kế hệ thống điều khiển.  NỘI DUNG 5: Thiết kế mơ hình.  NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiện. 1.4. GIỚI HẠN  Xe kết nối qua wifi nên khoảng cách điều khiển cịn hạn chế.  Bị lỗi khi mạng bất ổn định (<3Mbp/s).  Thời gian hoạt động liên tục của xe tƣơng đối ngắn. BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN  Chất lƣợng video live stream chỉ nhìn rõ trong mơi trƣờng ánh sáng đầy đủ.  Tính bảo mật chƣa cao (Các thành viên truy cập cùng một mạng đều điều khiển đƣợc khi biết IP của Raspberry Pi). 1.5. BỐ CỤC Nội dung đề tài gồm các phần sau: Chƣơng 1: Tổng quan  Đặt vấn đề  Mục tiêu của đề tài  Nhiệm vụ của đề tài  Giới hạn Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết  Giới thiệu hệ điều hành Raspberry Pi  Giới thiệu Board mạch Raspberry Pi  Giới thiệu mạch cơng suất L298N  Giới thiệu về module camera Chƣơng 3: Tính tốn và thiết kế  Giới thiệu phần mềm lập trình  Viết chƣơng trình giao tiếp  Kết quả lập trình Chƣơng 4: Thi cơng hệ thống  Thiết kế phần cứng  Giới thiệu linh kiện sử dụng trong thiết kế  Mơ hình xe robot  Giao tiếp các thiết bị và điều khiển mơ hình Chƣơng 5: Kết luận  Những mục tiêu đạt đƣợc  Hạn chế của đề tài  Hƣớng phát triển đề tài BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 3 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỀU KHIỂN LIVE STREAM CAMERA 2.1.1 Giới thiệu sơ lƣợc về điều khiển từ xa Dựa vào các ứng dụng thực tiễn của điều khiển từ xa, ta cĩ thể chia làm 2 dạng: Điều khiển từ xa vơ tuyến và điều khiển từ xa hữu tuyến.  Điều khiển từ xa hữu tuyến: Cĩ thể điều khiển từ xa bằng tia sáng hồng ngoại hay sĩng siêu âm. Mơi trƣờng truyền là khơng khí. Với tia hồng ngoại ta chỉ cĩ thể điều khiển các thiết bị ở khoảng cách gần. Vì vậy, nĩ đƣợc ứng dụng nhiều cho các thiết bị dân dụng.  Điều khiển từ xa hữu tuyến: Đối với hệ thống điều khiển xa bằng mạng khơng dây thì giới hạn về khoảng cách là yếu điểm của kỹ thuật này, ngƣợc lại với mạng internet đã đƣợc mở rộng với quy mơ tồn thế giới thì giới hạn xa khơng phụ thuộc vào khoảng cách đã mở ra một lối thốt mới trong lĩnh vực tự động điều khiển. Hiện nay, do nhu cầu trao đổi thơng tin của ngƣời dân ngày càng tang, đồng thời việc gắn các thiết bị internet ngày càng phổ biến rộng rãi, do đĩ việc sử dụng mạng internet để truyền tín hiệu điều khiển là phƣơng thức thuận tiện nhất, tiết kiệm nhiều thời gian cho cơng việc, vừa đảm bảo các tính năng an tồn cho các thiết bị điện gia dụng vừa tiết kiệm đƣợc chi phí sử dụng và đảm bảo an tồn cho tính mạng và tài sản của mỗi ngƣời dân. 2.1.2 Giới thiệu và stream video lên trang web Streaming video là một kỹ thuật đƣợc sử dụng khá phổ biến trong các ứng dụng mạng. Rất nhiều các địa chỉ ứng dụng rộng rãi trong thực tế nhƣ: các phần mềm (media player, web browser, ...) trên các máy khách truy cập và xem video từ các máy chủ theo mơ hình server/client; các ứng dụng hội họp trực tuyến, đào tạo từ xa; giám sát, điều khiển từ xa qua hình ảnh thời gian thực, v.v... Trong đĩ cĩ nhiều ứng dụng sử dụng hệ thống nhúng triển khai kỹ thuật này. Streaming video sử dụng cách thức phát lại các đoạn video đƣợc lƣu trữ trên các máy tính trên mạng tới ngƣời dùng đầu cuối muốn xem đoạn video mà khơng cần tải đoạn video đĩ về trên máy tính. Về bản chất, streaming video là quá trình BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 4 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT chia nhỏ file video thành các frame, rồi lần lƣợt gửi từng frame tới một bộ đệm trên máy tính của ngƣời xem và hiển thị nội dung frame đĩ. Và quá trình này tuân thủ chặt chẽ về ràng buộc theo thời gian, nĩi khác là tuân thủ chặt chẽ theo giao thức RTSP, RTP và RTCP. Với đặc tính nhƣ vậy thì streaming video là kỹ thuật cũng khá phức tạp để triển khai. Nhƣng với những lợi ích mà kỹ thuật streaming video đem lại, chúng ta hồn tồn cĩ thể triển khai đƣợc kỹ thuật này trên thực tế. 2.1.3 Định nghĩa Điều khiển xe robot từ xa cĩ live stream camera với camera đƣợc tích hợp vào xe sẽ truyền hình ảnh trực tiếp lên hệ thống mạng internet. Từ hệ thống mạng internet xem đƣợc hình ảnh trực tiếp từ xe robot truyền lên đồng thời cĩ thể điều khiển xe di chuyển qua động cơ DC đƣợc gắn trên xe trong phạm vi nhất định. Một xe robot điều khiển từ xa cĩ live stream camera gồm các tính năng:  Xe cĩ thể chay tới, lui, quay trái, quay phải, dừng.  Điều khiển đƣợc camera quay trái, quay phải. H nh 2.1. Hình ảnh điều khiển từ xa xe robot live stream camera BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 5 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.4. Ƣu điểm Với mọi thiết bị kết nối vào mạng internet thì chúng ta cĩ thể điều khiển cũng nhƣ xem hình ảnh trực tiếp từ xe trong phạm vi nhất định khi chúng ta ở bất cứ đâu. 2.2. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.2.1. Giới thiệu Raspberry Pi 1. Sự ra đời Raspberry Pi là một máy tính đơn khối cĩ kích thƣớc nhỏ nhƣ chiếc thẻ ATM đƣợc phát triển bởi Quỹ Raspberry (nƣớc Anh) với mục tiêu khuyến khích học tập khoa học máy tính trong trƣờng học. Hình 2.2 Raspberry Pi Mode B Raspberry Pi đƣợc bắt đầu phát triển từ năm 2006, phiên bản đầu tiên dựa trên vi điều khiển AVR Atmel ATmega644. Ngày 16 tháng 6 năm 2012, những chiếc Raspberry Pi đầu tiên đƣợc gửi đến tay ngƣời nhận. Đến ngày 22/5 hơn 20.000 chiếc đã đƣợc bán ra. Ngày 16/7/2012, Quỹ Raspberry Pi thơng báo cĩ 4000 sản phẩm đƣợc phân phối mỗi ngày và bắt đầu cho phép ngƣời dùng mua “máy tính nhỏ” này với số lƣợng lớn. Trong vịng 3 năm kể từ khi đƣợc bán ra, đã cĩ hơn 5 triệu chiếc Pi đã đƣợc bán ra thị trƣờng (theo số liệu thống kê của trang chủ Raspberry Pi). Vậy điều gì làm nên thành cơng ngồi sức tƣởng tƣợng của Raspberry Pi ? BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 6 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Raspberry Pi cĩ mức giá quá hấp dẫn: chỉ từ 25$ cho một chiếc bo mạch cĩ thể làm hầu nhƣ mọi ứng dụng hằng ngày nhƣ lƣớt web, lập trình, xem phim HD đến những ý tƣởng mà bạn khơng ngờ đến nhƣ điều khiển robot, nhà thơng minh,.. Một điều quan trọng là nĩ tiết kiệm điện và khả năng chạy liên tục 24/24. Raspberry Pi chạy hệ điều hành Linux: 99% những thứ mà bạn cĩ thể làm trên máy tính đều cĩ thể làm trên Window và quan trọng là tất cả đều miễn phí. Raspberry Pi cĩ kích thƣớc tí hon: chỉ tƣơng đƣơng nhƣ một chiếc thẻ ATM và nặng chƣa đầy 50 gram. Gắn với chiếc tivi bạn cĩ thể biến nĩ thành một thiết bị giải trí thơng minh trong phịng khách. Gắn với màn hình và bàn phím, chuột bạn cĩ thể biến nĩ thành một chiếc máy tính đúng nghĩa. Nhỏ gọn và tiện lợi. Cộng đồng Raspberry Pi phát triển rất nhanh trên thế giới: Hầu hết những thắc mắc của bạn đều đƣợc giải đáp rất nhanh va cịn hơn thế nữa: bạn cĩ thể tìm thấy hàng ngàn dự án đã thực hiện và vố số ý tƣởng độc đáo. Với những ƣu điểm độc đáo trên, Raspberry đã vƣợt khỏi biên giới vủa trƣờng học và trở thành thiết bị ƣa thích của rất nhiều ngƣời đam mê điện tử và lập trình. Sự thành cơng của nĩ đã mở đã một bƣớc phát triển mới cho tin học: đem máy tính và cảm hứng lập trình đến gần mọi ngƣời hơn bao giờ hết. Raspbery Pi sử dụng chip Broadcom BCM2835 SoC (System on Chip) cĩ chứa bộ xử lý ARM1176JZF-S 700 Mhz (cĩ thể ép xung lên 1Ghz), GPU Video Core IV, và bộ nhớ RAM 256 sau nâng cấp lên 512MB. Nĩ khơng cĩ ổ cứng hay SSD đi kèm mà sử dụng thẻ SD để lƣu trữ dữ và khởi động hệ điều hành. Raspbery Pi sử dụng chip Broadcom BCM2835 SoC (System on Chip) cĩ chứa bộ xử lý ARM1176JZF-S 700 Mhz (cĩ thể ép xung lên 1Ghz), GPU Video Core IV, và bộ nhớ RAM 256 sau nâng cấp lên 512MB. Nĩ khơng cĩ ổ cứng hay SSD đi kèm mà sử dụng thẻ SD để lƣu trữ dữ và khởi động hệ điều hành. BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 7 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Phần cứng Bảng 2.1 Tổng quan về thơng số của Raspberry Pi Video outputs Composite RCA hoặc HDMI Audio outputs 3.5 mm jack , HDMI SD/MMC/SDIO Card Slot Lƣu trữ Mạng 802.11 b/g/n Wireless LAN Xuất nhập 40 GPIO pins Nguồn 5v , 2.5A Kích thƣớc 85 x 56 x 17 mm Trọng lƣợng 45g Hệ điều hành Debian GNU/Linux, Raspian OS, Arch Linux ARM, RIC OS, Free BSD, Plan 9 Thơng số Module B CPU 1.2Ghz, lõi ARM Cortex-A53 (Soc)Broadcom BCM2837 Chip GPU Dual core Videocore IV Multimedia co- processor Bộ nhớ (SDRAM) 1GB USB 2.0 ports 4x USP port Hình 2.3 Cấu tạo của Raspberry Pi BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 8 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - CPU: “Trái tim “ của Raspberry Pi. Chip của Raspberry Pi là 32 bit, 700 Mhz System on Chip, đƣợc xây dựng trên kiến trúc ARM11. Model B cĩ 512MB RAM. - SD Card Slot: Raspberry khơng cĩ ổ cứng. Vì thế mọi thứ đều đƣợc lƣu trữ trên SD Card từ hệ điều hành đến dữ liệu. - Cổng USB: Model B cĩ 2 cổng USB 2.0, cĩ thể sử dụng để cắm các thiết bị ngoại vi nhƣ bàn phím, con chuột. - Cổng Ethernet: Model B cĩ cổng Ethernet chuẩn RJ45. - Cổng HDMI: Cổng HDMI cung cấp âm thanh và video số. Cĩ 14 chuẩn video khác nhau đƣợc hỗ trợ, và tín hiệu HDMI cĩ thể chuyển đổi về DVI (Digital Video Interface – Cổng truyền trực tiếp từ video số tới màn hình), cáp Composite (là loại 3 đầu dây ra 2 cho âm thanh và 1 cho hình ảnh) hoặc SCART (chuẩn giao tiếp châu Âu) với bộ chuyển đổi bên ngồi. Bảng 2.2 Trạng thái của kit khi hoạt động Led Màu Trạng thái ACT Xanh Sáng khi SD card đƣợc truy cập PWR Đỏ Đèn nguồn ( luơn sáng khi cĩ nguồn) FDX Xanh Sáng nếu mạng truyền song cơng LNK Xanh Hoạt động của mạng 100 Vàng Sáng nếu kết nối mạng 100Mps - Ngõ ra Audio analog: thiết kế cắm giắc audio chuẩn 3.5mm, hƣớng tới lái tải cĩ trở kháng cao, tuy nhiên chất lƣợng nhõ ra kém hơn so với cổng HDMI khi bạn kết nối tới TiVi thơng qua HDMI. - Ngõ ra Composite video: Cổng chuẩn loại RCA cung cấp tín hiệu video NTSC hoặc PAL. Định dạng video qua cổng này độ phân giải thấp hơn so với cổng HDMI. - Nguồn ngõ vào: Điều đầu tiên bạn nhận ra là khơng cĩ cổng chuyển đổi nguồn trên Pi. Cổng micro USB chỉ đƣợc sử dụng là nguồn cho Pi. BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 9 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2.2 Module camera Hình 2.4 Module Camera  Thơng số kĩ thuật: - Ống kính tiêu cự cố định. - Cảm biến độ phân giải 8megapixel cho khả năng chụp ảnh kích thƣớc 3280x2464. - Hỗ trợ video 1080p30, 720p60 , 640x480p90. - Kích thƣớc 25mm x 23mm x 9mm. - Trọng lƣợng chỉ hơn 3g. - Kết nối raspberry thơng qua cáp ribbon đi kèm dài 15cm. - Camera Module đƣợc hỗ trợ phiên bản mới nhất của Raspbian. . 2.2.3 Module điều khiển động cơ L298N Hình 2.5 Module mạch cầu H L298N BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 10 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Module L298N cĩ thể điều khiển 2 động cơ DC hoặc 1 động cơ bƣớc, cĩ 4 lỗ nằm ở 4 gĩc thuận tiện cho ngƣời sử dụng cố định vị trí của module. + Cĩ thể gắn tản nhiệt chống nĩng cho IC, giúp IC cĩ thể điều khiển với dịng đỉnh đạt 2A. + IC L298N đƣợc gắn với các đi-ốt trên board giúp bảo vệ vi xử lý chống lại các dịng điện cảm ứng từ việc khởi động/ tắt động cơ.  Thơng số kĩ thuật: - Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H. - Điện áp điều khiển: +5V ~ +12 V. - Dịng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A. - Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V. - Dịng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36 mA. - Cơng suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 °C). 2.2.4. Động cơ servo SG90 Servo là một dạng động cơ điện đặc biệt. Khơng giống nhƣ động cơ thơng thƣờng cứ cắm điện vào là quay liên tục, servo chỉ quay khi đƣợc điều khiển (bằng xung PWM) với gĩc quay nằm trong khoảng bất kì từ 0o - 180o. Mỗi loại servo cĩ kích thƣớc, khối lƣợng và cấu tạo khác nhau. Cĩ loại thì nặng chỉ 9g (chủ yếu dùng trên máy bay mơ mình), cĩ loại thì sở hữu một momen lực rất lớn (vài chục Newton/m), hoặc cĩ loại thì khỏe và nhơng sắc chắc chắn Hình 2.6 Động cơ SG90 BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 11 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT  Thơng số kỹ thuật SG90: - Khối lƣợng : 9g. - Kích thƣớc: 22.2x11.8.32 mm. - Momen xoắn: 1.8kg/cm. - Tốc độ hoạt động: 60 độ trong 0.1 giây. - Điện áp hoạt động: 4.8V(~5V). - Nhiệt độ hoạt động: 0 ºC – 55 ºC. 2.2.5. Usb Tp-Link Tl-Wn725n Bộ chuyển đổi USB Nano chuẩn N khơng dây tốc độ 150Mbps TL-725N của TP-LINK cho phép người dùng kết nối một máy tính để bàn hoặc máy tính xách tay với mạng khơng dây tốc độ 150Mbps. H nh 2.7 Usb tp-link tl-wn725n  Thơng số kĩ thuật Bảng 2.3 Thơng số kĩ thuật usb tp-link tl-725n Chuẩn khơng dây IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n Tần số 2.400-2.4835 GHz 11b: lên tới 11 Mbps (động) Tốc độ tín hiệu 11g: lên tới 54 Mbps (động) EIRP 11n: lên tới 150 Mbps (động) < 20 dBm 130M: -68 dBm@10% PER 108M: -68 dBm@10% PER 54M: -68 dBm@10% PER Độ nhạy tiếp nhận 11M: -85 dBm@10% PER 6M: -88 dBm@10% PER 1M: -90 dBm@10% PER Chế độ khơng dây Chế độ Ad-Hoc / Infrastructure Bảo mật khơng dây Hỗ trợ các mã hĩa: 64/128 WEP, WPA/WPA2, WPA-PSK/WPA2-PSK(TKIP/AES), hỗ trợ IEEE 802.1X Cơng nghệ khơng dây BDPSK, DQPSK, CCK, OFDM, 16-QAM, 64-QAM BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 12 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2.6. Động cơ giảm tốc DC Động cơ giảm tốc DC đƣợc sử dụng nhiều để thiết kế các loại robot mơ hình. Với giá thành rẻ, dễ sử dụng và mang tính chất ƣu việt nên đƣợc ứng dụng rất nhiều. Hình 2.8 Động cơ giảm tốc DC  Thơng số kỹ thuật - Điện áp hoạt động: 3V~9V (hoạt động tố ở 6V~8V). - Moment xoắn cực đại: 800gf cm min 1:48 (3V). - Tốc độ khơng tải: 125 vịng/ 1 phút (3V) (Với bánh xe 66mm: 26m/1p). 208 vịng/ 1 phút (5V) (Với bánh xe 66mm: 44m/1p). - Dịng khơng tải: 70mA (tối đa 250mA). BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 13 CHƢ