Điều khiển xe lăn điện bằng giọng nói hoặc smartphone

Các bánh sau lớn hơn thường có vành đẩy có đường kính nhỏ hơn một chút, vượt ra ngoài lốp; những thứ này cho phép người dùng điều khiển ghế bằng cách đẩy vào chúng mà không yêu cầu họ ph

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o

Tp HCM, ngày 20 tháng 12 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên 1: Lê Văn Luận MSSV: 15141206

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 141

Họ tên sinh viên 2: Phạm Minh Kha MSSV: 13141132

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 141

• Sử dụng các module có sẵn trên thị trường để phục vụ thi công đề tài

2 Nội dung thực hiện:

• Tìm hiểu về xe lăn điện

• Tìm hiểu chuẩn truyền thông UART

• Tìm hiểu về cách điều chế độ rộng xung PWM

Recognition V3, mạch giảm áp DC LM2596, cầu H BTS7960

• Tìm hiểu về ứng dụng MIT App Inventor viết phần mềm Android

• Thiết kế giao diện để điều khiển: App android

• Viết chương trình điều khiển cho ESP8266, nạp code và chạy thử nghiệm sản phẩm, chỉnh sửa và hoàn thiện hệ thống

• Thực hiện viết luận văn báo cáo

• Tiến hành báo cáo đề tài tốt nghiệp

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 26/08/2019

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 26/12/2019

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TH S NGUYỄN THANH NGHĨA

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o

-Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan với đề tài: xe

lăn điện, mạch nhận dạng giọng nói Voice Recognition V3,mạch giảm áp DC LM2596 3A, ESP8266 NodeMCU, mạch cầu H BTS7960, các

chuẩn giao tiếp,

Tuần 4

(16/9 – 22/9)

-Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan với đề tài: xe lăn điện, mạch nhận dạng giọng nói Voice Recognition V3, ESP8266 NodeMCU, mạch giảm

áp DC LM2596 3A, động cơ DC giảm tốc, mạch

cầu H BST7960, các chuẩn giao tiếp,

Tuần 5

- Tìm hiểu về giao tiếp giữa các module và thiết bị

- Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng các khối

(30/9 – 6/10) - Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức

GV HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ và tên)

Đề tài này là do chúng 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

Người thực hiện đề tài

Lê Văn Luận Phạm Minh Kha

Sau khi đã hoàn thành đề tài, lời nói đầu tiên nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các quý Thầy, Cô của Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh chung và đặc biệt là các Thầy, Cô của Khoa Điện - Điện Tử nói riêng đã dành hết tâm huyết giảng dạy, truyền đạt những kinh nghiệm và những kiến thức quý báu cho chúng

em trong suốt 4 năm học vừa qua, tạo tiền đề để thực hiện được đề tài này và tạo nền tảng cho tương lai sau này của chúng em

Nhóm em xin cảm ơn sâu sắc và chân thành nhất tới Thầy NGUYỄN THANH NGHĨA đã trực tiếp hướng dẫn chúng em một cách tận tình nhất trong suốt quá trình làm đề tài, Thầy luôn tạo điều kiện và hỗ trợ chúng em hết sức mình, cung cấp các thiết bị và đưa ra hướng đi, cách giải quyết phù hợp nhất để chúng em vượt qua khó khăn Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn Thầy

Cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã giúp đỡ về vật chất lẫn tinh thần để nhóm em có thể hoàn thành đề tài này dễ dàng hơn Xin cảm ơn mọi người

Trong quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài, vì thời gian và kiến thức của chúng

em có giới hạn nên không thể có những thiếu sót Vì vậy, nhóm chúng em mong rằng

sẽ nhận những đóng góp quý báu của các Thầy, Cô để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn

Người thực hiện đề tài

Lê Văn Luận Phạm Minh Kha

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii

LỜI CAM ĐOAN vi

LỜI CẢM ƠN vii

MỤC LỤC viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH xi

DANH MỤC BẢNG xiv

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT xv

TÓM TẮT xvi

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU 2

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

1.4 GIỚI HẠN 3

1.5 BỐ CỤC 3

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 TỔNG QUAN VỀ XE LĂN 4

2.1.1 Lịch sử phát triển 4

2.1.2 Sự đa dạng của xe lăn 6

2.1.3 Ưu và nhược điểm 16

2.2 ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG PWM 16

2.2.1 Giới thiệu 16

2.2.2 Nguyên lý điều chế độ rộng xung PWM 16

2.2.3 Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM 18

2.2.4 Ứng dụng của điều chế độ rộng xung PWM trong điều khiển 18

2.3 CHUẨN GIAO TIẾP UART 18

2.3.1 Khái niệm 18

2.3.2 Các đặc điểm quan trọng trong chuẩn truyền thông UART 20

2.3.3 Ứng dụng 21

2.4 CHUẨN GIAO TIẾP WI-FI 22

2.4.1 Giới thiệu 22

2.4.2 Nguyên tắc hoạt động 22

2.4.3 Một số chuẩn kết nối 23

2.5 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 24

2.5.1 Module Wifi ESP8266 NodeMCU 24

2.5.2 Mạch cầu H - BTS7960 28

2.5.3 Động cơ DC giảm tốc 31

2.5.4 Mạch hạ áp LM2596 37

2.5.5 Mạch nhận dạng giọng nói Voice Recognition V3 38

2.5.6 Nguồn pin 43

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 45

3.1 GIỚI THIỆU 45

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 45

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 45

3.2.2 Tính toán và thiết kế 46

Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 51

4.1 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 51

4.2 GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN 54

4.3 GIỚI THIỆU PHẦN LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN 57

4.4 HUẤN LUYỆN GIỌNG NÓI CHO MODULE VR3 58

4.5 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO ĐIỆN THOẠI 62

4.6 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 64

4.6.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng 64

4.6.2 Quy trình thao tác 67

Chương 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 68

5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 68

5.1.1 Tổng quát kết quả đạt được 68

5.1.2 Kết quả mạch điều khiển trung tâm 68

5.2 NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ 72

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 73

6.1 KẾT LUẬN 73

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 73

PHỤ LỤC 75

Hình 2.1 Miêu tả chiếc xe lăn thời xưa ở Trung Quốc 4

Hình 2.2 Stephan Farffler trên chiếc ghế tự hành đầu tiên trên thế giới 5

Hình 2.3 Ghế gấp và ghế cứng 6

Hình 2.4 Xe lăn hướng dẫn viên hiện nay 9

Hình 2.5 Xe lăn hỗ trợ hiện nay 10

Hình 2.6 Xe lăn nghiêng và ngả 12

Hình 2.7 Xe lăn đứng 13

Hình 2.8 Xe lăn thể thao 14

Hình 2.9 Xe lăn thông minh 15

Hình 2.10 Một số dạng sóng điều chế độ rộng xung 17

Hình 2.11 Một số dạng sóng điều chế độ rộng xung và điện áp trung bình tương ứng 18

Hình 2.12 Kết nối UART giữa hai vi điều khiển 19

Hình 2.13 Các thành phần của một khung dữ liệu 20

Hình 2.14 Kết nối wifi giữa các thiết bị 22

Hình 2.15 Các chuẩn kết nối Wifi 23

Hình 2.16 Sơ đồ chân chip ESP8266EX 25

Hình 2.17 Hình ảnh module wifi ESP8266 nodeMCU ngoài thực tế 26

Hình 2.18 Sơ đồ chân của ESP8266 28

Hình 2.19 Mạch cầu BTS7960 29

Hình 2.20 Sơ đồ nguyên lý 30

Hình 2.21 Cấu tạo của một động cơ giảm tốc 31

Hình 2.22 Cấu tạo động cơ DC 32

Hình 2.23 Ảnh thực tế của stato 33

Hình 2.24 Ảnh thực tế của roto 34

Hình 2.25 Cấu tạo hộp giảm tốc 35

Hình 2.26 Động cơ DC thực tế được sử dụng trên xe lăn 37

Hình 2.27 Module giảm áp LM2596 38

Hình 2.28 Mạch hạ áp LM2596 38

Hình 2.31 Sơ đồ khối của hệ thống nhận dạng giọng nói 41

Hình 2.32 Sơ đồ của quá trình huấn luyện 41

Hình 2.33 Sơ đồ của quá trình nhận dạng 43

Hình 2.34 Nguồn thực tế dùng cho xe lăn điện 43

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 45

Hình 3.2 Sơ đồ kết nối 48

Hình 3.3 Nguồn sử dụng trên xe lăn 49

Hình 4.1 Lưu đồ giải thuật toàn hệ thống 51

Hình 4.2 Lưu đồ giải thuật toàn điều khiển bằng app 52

Hình 4.3 Lưu đồ giải thuật toàn điều khiển bằng giọng nói 53

Hình 4.4 Giao diện thiết kế giao diện ứng dụng 54

Hình 4.5 Giao diện lập trình cho giao diện ứng dụng 55

Hình 4.6 Biểu tượng ứng dụng và ứng dụng điều khiển mô hình 55

Hình 4.7 Các đối tượng có trong ứng dụng điều khiển 57

Hình 4.8 Code mẫu 57

Hình 4.9 Số lệnh mà module có thể thực hiện 58

Hình 4.10 Cửa sổ khi nạp code huấn luyện 59

Hình 4.11 Cửa sổ khi nạp code huấn luyện 59

Hình 4.12 Cửa sổ khi nạp code huấn luyện xong 60

Hình 4.13 Cửa sổ khi nhập lệnh huấn luyện 60

Hình 4.14 Cửa sổ khi đã huấn luyện xong 61

Hình 4.15 Cửa số khi nhập lệnh load 61

Hình 4.16 Cửa sổ khi load thành công 62

Hình 4.17 Giao diện quản lý của project 63

Hình 4.18 Giao diện thiết kế 63

Hình 4.19 Giao diện lập trình 64

Hình 4.20 Công tắc bật/tắt nguồn sử dụng cho xe lăn 65

Hình 4.21 Điểm truy cập wifi 65

Hình 4.22 Biểu tượng của app điều khiển 65

Hình 5.1 Cửa sổ Serial Monitor 69

Hình 5.2 Kết nối các module thực tế 70

Hình 5.3 Hộp điều khiển hoàn chỉnh 70

Hình 5.4 Giao diện hoàn chỉnh 70

Hình 5.5 Xe lăn hoàn chỉnh 70

Bảng 2.1 So sánh thông số các chuẩn wifi 24 Bảng 3.2 Kết nối ESP8266 NodeMCU với module BTS7960 47 Bảng 3.2 Kết nối ESP8266 NodeMCU với module VR3 48

STT Từ viết tắt Từ đầy đủ

3 IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

7 UART Universal Asynchronous Receiver – Transmitter

Có thể thấy thế giới đang trong thời kì thay đổi ngày càng văn minh và hiện đại hơn một cách không ngừng Vì vậy, đời sống càng hiện đại càng không thể thiêú sự hiện diện của các thiết bị điện tử Các thiết bị này xuất hiện ở khắp mọi nơi phục vụ cho lợi ích của con người, từ sinh hoạt cho đến sản xuất Mọi thiết bị điện tử lúc bấy giờ tập trung vào sự chính xác, tốc độ nhanh là trong những thứ mà người tiêu dùng cần thiết khi sử dụng Và trong những số đó nền công nghệ đang được phát triển và ưa chuổng trong lúc bấy giở đó là công nghệ điều khiển từ xa Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị mà con người ta chỉ cần ngồi tại chỗ mà không cần phải đến trực tiếp thiết bị vận hành Hiện nay ứng dụng lớn nhất của ngành điện tử điều khiển từ xa này là thiết kế những ngôi nhà thông minh, ứng dụng này dường như ngày nay đã khá là phổ biến

Và trong suốt hơn 4 năm học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật, em đã được học rất nhiều kiến thức về điều khiển tự động, vi xử lý, lập trình C, …em muốn ứng dụng những kiến thức này để thực hiện một đề tài có ý nghĩa Vì vậy mà em đã quyết

định chọn đề tài “Điều khiển xe lăn điện bằng giọng nói hoặc smartphone” là đề tài

luận văn tốt nghiệp Đây là một đề tài có ý nghĩa nhân văn sâu sắc, giúp ích cho những người tàn tật không có khả năng điều khiển xe lăn bằng tay hoặc chân Xe lăn điều khiển thông minh là một phương tiện tuyệt vời dành cho những người già, người khuyết tật, đặc biệt với những người sức khỏe yếu, chỉ với những câu lệnh đơn giản là

họ có thể yêu cầu xe di chuyển được mà không phải phụ thuộc quá nhiều vào người khác nữa

Nội dung chính trong đề tài:

• Sử dụng Module nhận dạng giọng nói Voice Recognition V3, cầu BTS7960, Module giảm áp DC LM2596 3A, Module ESP8266 NodeMCU làm khối điều khiển trung tâm

H-• Thiết kế giao diện diện khiển trên điện thoại Android

• Sử dụng module BTS7960 điều khiển động cơ

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Thế giới đang trong làn sóng của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 Công nghệ

về điều khiển thông minh và điều khiển tự động cũng phát triển theo, chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trong công nghiệp, đời sống và trong cả y học Dạo gần đây khi mà nhu cầu sống con người đang càng ngày được cải thiện thì những công nghệ ấy càng được quan tâm

Nhận dạng tiếng nói là đề tài nhận được sự quan tâm, nghiên cứu của khá nhiều nhà khoa học trong suốt những thập niên vừa qua Kết quả của những sự nghiên cứu này đã được ứng dụng vào các phần mềm nhận dạng tiếng anh và gần đây chúng ta đã

có phần mềm nhận dạng tiếng việt Tiếng nói cùng với chữ viết là hai thành phần cơ bản nhất của ngôn ngữ, tiếng nói hình thành trước chữ viết và phát triển trong suốt lịch

sử phát triển của loài người Tiếng nói đã, đang và sẽ luôn là phương tiện giao tiếp chủ yếu của con người bởi lẽ giao tiếp bằng tiếng nói là cách thức đơn giản, tự nhiên và đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các nhà khoa học đã tạo ra các loại máy móc dần thay thế lao động chân tay, trí óc của con người nhưng việc giao tiếp giữa người với máy vẫn phổ biến là những thao tác phức tạp và cần được đào tạo Chính vì lẽ đó mà việc nghiên cứu phát triển các loại thiết bị có khả năng giao tiếp với con người qua giọng nói đã và đang nhận được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới, cũng như người tiêu dùng tuy nhiên mức độ phổ biến vẫn còn rất hạn chế

Sinh trắc học – hay công nghệ sử dụng các đặc điểm sinh học của con người để nhận diện là một lĩnh vực rất đa dạng và có nhiều ứng dụng quan trọng trong thực tiễn Trong các lĩnh vực của sinh trắc học, tiếng nói nhận được rất nhiều sự quan tâm do tính tự nhiên của giọng nói, sự dễ dàng trong thu thập và sử dụng giọng nói trong quá trình nhận diện người nói Nhiều phương pháp đã được nghiên cứu và đạt được những hiệu quả nhất định trong quá trình nhận diện người nói

Nhận dạng tiếng nói của con người đã và đang thu hút sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học khi mà công nghệ tự động hóa ngày càng có nhiều ứng dụng trong thực tiễn cuộc sống

Tác giả Hoàng Ngọc Giàu đã nghiên cứu đề tài: “Xe lăn điện điều khiển bằng tay kết hợp bằng giọng nói” từ năm 2012 dựa vào hai nguyên tắc điều khiển chính đó

là điều khiển bằng tay qua Joystick và điều khiển bằng giọng nói qua hệ thống nhận dạng giọng nói Sản phẩm được thiết kế và thi công nhằm giúp đỡ những người khuyết tật có được sự di chuyển thuận tiện và dễ dàng hơn

Một điều đáng nói nữa, thông qua App Android của Smartphone giờ đây ta có thể điều khiển xử lý và đưa tín hiệu đến vi điều khiển, điều khiển thiết bị như đề tài mà tác giả Trần Minh Luân – Lâm Thành Đạt nghiên cứu: “Thiết kế và thi công hệ thống thiết bị điều khiển nhà thông minh”

Và trong suốt hơn 4 năm học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật, em đã được học rất nhiều kiến thức về điều khiển tự động, vi xử lý, lập trình C … em muốn ứng dụng những kiến thức này để thực hiện một đề tài có ý nghĩa Vì vậy mà em đã quyết

định chọn đề tài “Điều khiển xe lăn điện bằng giọng nói hoặc smartphone” là đề tài

luận văn tốt nghiệp Đây là một đề tài có ý nghĩa nhân văn sâu sắc, giúp ích cho những người tàn tật không có khả năng điều khiển xe lăn bằng tay hoặc chân Xe lăn điều khiển thông minh là một phương tiện tuyệt vời dành cho những người già, người khuyết tật, đặc biệt với những người sức khỏe yếu, chỉ với những câu lệnh đơn giản là

họ có thể yêu cầu xe di chuyển được mà không phải phụ thuộc quá nhiều vào người khác nữa

1.2 MỤC TIÊU

Mục tiêu của đề tài này là sử dụng mạch nhận dạng giọng nói đồng thời kết hợp với việc điều khiển qua smartphone của chúng ta để để ứng dụng vào việc điều khiển

xe lăn Xe lăn sẽ được người dùng điều khiển tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải và tăng, giảm tốc

độ theo nhu cầu

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nội dung nghiên cứu của nhóm được chia ra các nội dung chính sau:

• NỘI DUNG 1: Tìm hiểu về xe lăn điện: lịch sử phát triển, ứng dụng

• NỘI DUNG 2: Nghiên cứu về lý thuyết và cách sử dụng các loại mudule cần thiết

• NỘI DUNG 3: Đề ra các giải pháp thiết kê mô hình, lựa chọn các thiết bị linh kiện trong việc thiết kế mô hình

• NỘI DUNG 4: Tìm hiểu, sử dụng và cài đặt các phần mềm lập trình cũng như phần mềm dùng để thiết kế giao diện điều khiển

• NỘI DUNG 5: Viết chương trình điều khiển và kiểm tra kết quả

1.4 GIỚI HẠN

• Xe lăn chạy trên địa hình bằng phẳng dễ chạy

• Điều khiển thông qua mạng mạng wifi nên chỉ có thể điều khiển ở một phạm vi nhất định nếu vượt quá thì sẽ không hoạt động được

• Nguồn hoạt động chính của mạch là pin nên do đó có hạn chế về thời gian

Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Chương này trình bày về cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài bao gồm cơ sở lý thuyết về xe lăn điện, các chuẩn giao tiếp

Trình bày cơ sở lý thuyết về các thiết bị sử dụng trong mô hình như: Vi điểu khiển các module, thiết bị và phần mềm thiết kế giao diện

Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế

Trong chương này trình bày về thiết kế, tính toán những phần như: thiết kế sơ

đồ khối hệ thống, sơ đồ nguyên lí từng khối

Chương 4: Thi Công Hệ Thống

Trong chương này thiết kế giao diện điều khiển Vẽ lưu đồ giải thuật, viết chương trình cho hệ thống Hướng dẫn quy trình sử dụng cho hệ thống

Chương 5: Kết Quả Nhận Xét Đánh Giá

Chương này trình bày về các kết quả đạt được, những hạn chế, từ những kết quả

đó đưa ra đánh giá về mô hình và đánh giá quá trình thực hiện

Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển

Chương này trình bày về những thảnh quả đạt được trong suốt thời gian thực

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 TỔNG QUAN VỀ XE LĂN

2.1.1 Lịch sử phát triển

Một xe lăn là một chiếc ghế với bánh xe, được sử dụng khi đi bộ rất khó hoặc không thể do bệnh tật, chấn thương, hoặc khuyết tật Xe lăn có nhiều định dạng khác nhau để đáp ứng nhu cầu cụ thể của người dùng Chúng có thể bao gồm sự thích nghi chỗ ngồi chuyên biệt, điều khiển cá nhân và có thể cụ thể cho các hoạt động cụ thể, như được thấy với xe lăn thể thao và xe lăn bãi biển Sự khác biệt được công nhận rộng rãi nhất là giữa xe lăn có trợ lực (‘xe điện’), trong đó lực đẩy được cung cấp bởi pin và động cơ điện, và xe lăn đẩy bằng tay, trong đó lực đẩy được cung cấp bởi người

sử dụng, người ngồi xe lăn đẩy xe lăn bằng tay (‘tự hành’), hoặc do một người phục vụ đẩy từ phía sau (‘tiếp viên đẩy’)

Những ghi chép sớm nhất về đồ nội thất có bánh xe là một dòng chữ được tìm thấy trên một phiến đá ở Trung Quốc và một chiếc giường trẻ em được vẽ trong một bức tranh trên chiếc bình Hy Lạp, cả hai có niên đại từ thế kỷ thứ 6 đến thế kỷ thứ 5 trước Công nguyên Những ghi chép đầu tiên về ghế có bánh xe được sử dụng để vận chuyển người khuyết tật có niên đại đến ba thế kỷ sau tại Trung Quốc; Người Trung Quốc đã sử dụng xe cút kít sớm để di chuyển người cũng như các vật nặng Một sự khác biệt giữa hai chức năng đã không được thực hiện trong vài trăm năm nữa, cho đến khoảng năm 525 sau Công nguyên, khi hình ảnh những chiếc ghế có bánh xe được làm đặc biệt để chở người bắt đầu xuất hiện trong nghệ thuật Trung Quốc

Hình 2.1 Miêu tả chiếc xe lăn thời xưa ở Trung Quốc

Mặc dù người châu Âu cuối cùng đã phát triển một thiết kế tương tự, phương pháp vận chuyển này không tồn tại cho đến năm 1595 khi một nhà phát minh vô danh đến từ Tây Ban Nha chế tạo một chiếc cho vua Phillip II Mặc dù nó là một chiếc ghế phức tạp có cả tay vịn và gác chân, thiết kế vẫn còn thiếu sót vì nó không có cơ chế đẩy hiệu quả và do đó, cần có sự hỗ trợ để đẩy nó Điều này làm cho thiết kế giống như một chiếc ghế bành hiện đại hoặc di động dành cho người giàu hơn là một chiếc

xe lăn hiện đại cho người khuyết tật

Năm 1655, Stephan Farffler, một thợ sửa đồng hồ Paraplegic 22 tuổi, đã chế tạo chiếc ghế tự hành đầu tiên trên thế giới trên khung gầm ba bánh bằng hệ thống trục và bánh răng Tuy nhiên, thiết bị có hình dáng của một chiếc xe đạp tay hơn là một chiếc

xe lăn vì thiết kế bao gồm các tay quay được gắn ở bánh trước

Hình 2.2 Stephan Farffler trên chiếc ghế tự hành đầu tiên trên thế giới

Việc vận chuyển hoặc ghế Bath không hợp lệ đã đưa công nghệ này vào sử dụng phổ biến hơn từ khoảng năm 1760

Năm 1887, xe lăn ("ghế lăn") đã được giới thiệu đến Thành phố Atlantic để khách du lịch không hợp lệ có thể thuê chúng để thưởng thức Boardwalk Chẳng mấy chốc, nhiều khách du lịch khỏe mạnh cũng đã thuê những chiếc "ghế lăn" được trang trí và những người hầu để đẩy họ như một sự thể hiện sự suy đồi và đối xử mà họ không bao giờ có thể trải nghiệm ở nhà

Năm 1933 Harry C Jennings, Sr và người bạn khuyết tật Herbert Everest, cả hai kỹ sư cơ khí, đã phát minh ra chiếc xe lăn nhẹ, thép, gấp, di động đầu tiên Everest

tiềm năng kinh doanh của phát minh và tiếp tục trở thành nhà sản xuất xe lăn đại trà đầu tiên Thiết kế "X-brace" của họ vẫn được sử dụng phổ biến, mặc dù với các vật liệu cập nhật và các cải tiến khác Ý tưởng X-brace đã đến với Harry từ những chiếc ghế, ghế đẩu gấp trại của người đàn ông, xoay 90 độ, mà Harry và Herbert đã sử dụng

ở ngoài trời và tại hầm mỏ

2.1.2 Sự đa dạng của xe lăn

Có nhiều loại xe lăn, khác nhau bởi phương pháp đẩy, cơ chế điều khiển và công nghệ được sử dụng Một số xe lăn được thiết kế để sử dụng hàng ngày nói chung, một số khác cho các hoạt động đơn lẻ hoặc để giải quyết các nhu cầu truy cập cụ thể

Sự đổi mới trong ngành công nghiệp xe lăn là tương đối phổ biến, nhưng nhiều sự đổi mới cuối cùng lại rơi vào tình trạng, do quá chuyên môn hóa, hoặc do không đưa ra thị trường ở mức giá dễ tiếp cận

a Xe lăn tự hành bằng tay

Hình 2.3 Ghế gấp và ghế cứng

Một chiếc xe lăn tay tự hành kết hợp một khung, ghế ngồi, một hoặc hai chân (chỗ để chân) và bốn bánh xe: thường là hai bánh xe ở phía trước và hai bánh lớn ở phía sau Nhìn chung cũng sẽ có một đệm ghế riêng biệt Các bánh sau lớn hơn thường

có vành đẩy có đường kính nhỏ hơn một chút, vượt ra ngoài lốp; những thứ này cho phép người dùng điều khiển ghế bằng cách đẩy vào chúng mà không yêu cầu họ phải nắm lốp Xe lăn bằng tay thường có phanh chịu trên lốp của bánh sau, tuy nhiên đây chỉ là phanh đỗ và phanh chuyển động được cung cấp bởi lòng bàn tay của người dùng

trực tiếp trên vành đẩy Vì điều này gây ra ma sát và tích tụ nhiệt, đặc biệt là khi xuống dốc dài, nhiều người sử dụng xe lăn sẽ chọn đeo găng tay xe lăn có đệm

Xe lăn thủ công hàng ngày có hai loại chính, gấp hoặc cứng Ghế gấp nói chung

là thiết kế cấp thấp, có ưu điểm nổi trội là có thể gập lại, nói chung bằng cách mang hai bên lại với nhau Tuy nhiên, điều này phần lớn là một lợi thế cho người dùng bán thời gian có thể cần lưu trữ xe lăn thường xuyên hơn là sử dụng nó Xe lăn cứng, ngày càng được ưa chuộng bởi người dùng toàn thời gian và hoạt động, có mối hàn vĩnh viễn và nhiều bộ phận chuyển động ít hơn Điều này làm giảm năng lượng cần thiết để đẩy ghế bằng cách loại bỏ nhiều điểm mà ghế sẽ uốn cong và hấp thụ năng lượng khi

nó di chuyển Hàn chứ không phải gấp khớp cũng làm giảm trọng lượng tổng thể của ghế Ghế cứng thường có bánh sau và tựa lưng giải phóng tức thì có thể gập xuống bằng phẳng, cho phép người dùng tháo dỡ ghế một cách nhanh chóng để cất trong xe

Nhiều mô hình cứng nhắc hiện nay được làm bằng vật liệu siêu nhẹ như máy bay cấp nhôm và titanvà xe lăn của vật liệu composite như sợi carbon đã bắt đầu xuất hiện Xe lăn cứng siêu nhẹ thường được gọi là 'ghế người dùng tích cực' vì chúng phù hợp lý tưởng để sử dụng độc lập Một cải tiến khác trong thiết kế ghế cứng là lắp đặt các bộ giảm xóc, chẳng hạn như Chân ếch, giúp đệm các va đập mà ghế lăn Những bộ giảm xóc này có thể được thêm vào bánh trước, cho bánh sau hoặc cả hai Ghế cứng cũng có tùy chọn cho bánh sau của họ có một camber, hoặc nghiêng, mà nghiêng các đỉnh của bánh xe về phía ghế Điều này cho phép người dùng sử dụng lực đẩy hiệu quả hơn về mặt cơ học và cũng giúp giữ đường thẳng dễ dàng hơn trong khi di chuyển qua một con dốc Xe lăn thể thao thường có góc camber lớn để cải thiện sự ổn định

Ghế có khung cứng thường được chế tạo để đo, phù hợp với cả kích thước cụ thể của người dùng cũng như nhu cầu và sở thích của họ xung quanh các khu vực như

"độ giật" của ghế - độ ổn định của nó quanh trục sau Người dùng có kinh nghiệm với

đủ sức mạnh trên cơ thể nói chung có thể cân bằng ghế trên bánh sau của nó, "bánh xe" và "độ nhanh" của ghế kiểm soát sự dễ dàng mà điều này có thể được bắt đầu Bánh xe cho phép người sử dụng xe lăn độc lập leo lên và xuống lề đường và di chuyển dễ dàng hơn qua các chướng ngại vật nhỏ và mặt đất không đều như đá cuội

Các bánh sau của xe lăn tự hành thường có đường kính từ 20 đường24 inch (51

rắn, khí nén hoặc gel Các bánh xe của ghế gấp có thể được gắn vĩnh viễn, nhưng những bánh cho ghế cứng thường được gắn trục giải phóng nhanh được kích hoạt bằng cách ấn một nút ở giữa bánh xe

Tất cả các loại xe lăn chính có thể được tùy chỉnh cao cho nhu cầu của người dùng Tùy biến này có thể bao gồm các khía cạnh chỗ ngồi, chiều cao, góc ghế, footplates, chân dựa, phía trước bánh xe chân chống, backrests điều chỉnh và điều khiển Có nhiều phụ kiện tùy chọn khác nhau, chẳng hạn như thanh chống lật hoặc bánh xe, dây an toàn, tựa lưng có thể điều chỉnh, tính năng nghiêng và / hoặc ngả, hỗ trợ thêm cho tay chân hoặc đầu và cổ, giá đỡ nạng, xe tập đi hoặc bình oxy, giá đựng

đồ uống, và bùn và bảo vệ bánh xe như bảo vệ quần áo

Trọng lượng nhẹ và chi phí cao có liên quan trong thị trường xe lăn thủ công Ở mức giá rẻ, ghế thép nặng, gấp với ghế sling và ít khả năng thích ứng chiếm ưu thế Người dùng có thể tạm thời bị vô hiệu hóa, hoặc sử dụng một chiếc ghế như một người cho vay, hoặc đơn giản là không thể đủ khả năng tốt hơn Những chiếc ghế này là phổ biến như "người cho vay" tại các cơ sở lớn như sân bay, công viên giải trí và trung tâm mua sắm Một dải giá cao hơn một chút nhìn thấy thiết kế gấp tương tự được sản xuất bằng nhôm Cao cấp của thị trường chứa các mô hình siêu nhẹ, tùy chọn chỗ ngồi và phụ kiện rộng rãi, các tính năng trên mọi địa hình, v.v

b Xe lăn tay hướng dẫn viên

Một chiếc xe lăn tự hành thường tương tự như một chiếc xe lăn tự hành, nhưng

có bánh xe đường kính nhỏ ở cả phía trước và phía sau Chiếc ghế được điều khiển và điều khiển bởi một người đứng ở phía sau và đẩy tay cầm được tích hợp vào khung Phanh được cung cấp trực tiếp bởi người phục vụ, người thường sẽ được cung cấp phanh đỗ xe bằng chân hoặc bằng tay

Những chiếc ghế này là phổ biến trong các thiết lập thể chế và như ghế cho vay tại các địa điểm công cộng lớn Chúng thường được chế tạo từ thép vì trọng lượng nhẹ

ít phải quan tâm khi người dùng không bắt buộc phải tự hành

Ghế chuyển được thiết kế đặc biệt hiện đang là tính năng cần có tại các sân bay

ở hầu hết các nước phát triển để cho phép tiếp cận các lối đi máy bay hẹp và tạo điều kiện cho việc chuyển hành khách sử dụng xe lăn đến và từ ghế ngồi trên máy bay

Hình 2.4 Xe lăn hướng dẫn viên hiện nay

c Xe lăn hỗ trợ

Xe lăn chạy bằng điện, thường được gọi là "xe lăn" là xe lăn kết hợp thêm pin

và động cơ điện vào khung và được điều khiển bởi người dùng hoặc người phục vụ, phổ biến nhất là thông qua một cần điều khiển nhỏ gắn trên tay vịn hoặc trên phía sau phía trên của khung Đối với người dùng không thể quản lý cần điều khiển bằng tay, headswitches, cần điều khiển cằm, điều khiển sip-and-Puff hoặc điều khiển chuyên gia khác có thể cho phép hoạt động độc lập của xe lăn Phạm vi hơn 10 dặm, 15 km thường có sẵn từ pin tiêu chuẩn

Powerchairs thường được chia theo khả năng truy cập của họ Một chiếc ghế trong nhà chỉ có thể đáng tin cậy có thể vượt qua các bề mặt hoàn toàn bằng phẳng, hạn chế chúng sử dụng trong gia đình Một chiếc ghế trong nhà ngoài trời ít bị giới hạn, nhưng có thể có phạm vi hạn chế hoặc khả năng đối phó với độ dốc hoặc bề mặt không bằng phẳng Một chiếc ghế ngoài trời có khả năng hơn, nhưng vẫn sẽ có khả năng rất hạn chế để đối phó với địa hình gồ ghề Một số rất ít thiết kế chuyên gia cung cấp một khả năng xuyên quốc gia thực sự

Powerchairs có quyền truy cập vào đầy đủ các tùy chọn xe lăn, bao gồm cả những lựa chọn khó cung cấp trong một chiếc ghế thủ công không có sức mạnh, nhưng

có nhược điểm của trọng lượng thêm đáng kể Trong trường hợp một chiếc ghế thủ

công siêu nhẹ có thể nặng dưới 10 kg, thì những chiếc ghế điện ngoài trời lớn nhất có thể nặng từ 200 kg trở lên

Ghế điện nhỏ hơn thường có bốn bánh, với bánh trước hoặc sau, nhưng thiết kế ngoài trời lớn thường có sáu bánh, với bánh nhỏ ở phía trước và phía sau và bánh xe

có phần lớn hơn ở trung tâm

Xe lăn hỗ trợ điện là một sự phát triển gần đây sử dụng khung và chỗ ngồi của ghế thủ công cứng nhắc điển hình trong khi thay thế bánh sau tiêu chuẩn bằng bánh xe

có kích thước tương tự kết hợp pin và động cơ chạy bằng pin trong các trung tâm Thiết kế vành nổi cảm nhận áp lực do người dùng áp dụng và kích hoạt các động cơ theo tỷ lệ để cung cấp trợ lực Điều này dẫn đến sự tiện lợi và kích thước nhỏ của một chiếc ghế thủ công trong khi cung cấp hỗ trợ cơ giới cho địa hình gồ ghề / không bằng phẳng và sườn dốc khó có thể hoặc không thể điều hướng, đặc biệt là những người có chức năng trên cơ thể hạn chế Vì các bánh xe nhất thiết phải chịu một hình phạt trọng lượng, thường có thể trao đổi chúng với các bánh xe tiêu chuẩn để phù hợp với khả năng của xe lăn với hoạt động hiện tại

Hình 2.5 Xe lăn hỗ trợ hiện nay

d Xe lăn một tay

Lái xe một tay hoặc một tay cho phép người dùng tự lái xe lăn bằng tay chỉ bằng một tay Bánh xe lớn ở cùng phía với cánh tay được sử dụng được gắn hai tay cầm đồng tâm, một đường kính nhỏ hơn so với cánh tay kia Trên hầu hết các mô hình, vành ngoài, vành nhỏ hơn, được kết nối với bánh xe ở phía đối diện bằng một trục đồng tâm bên trong Khi cả hai tay cầm được nắm với nhau, ghế có thể được đẩy về phía trước hoặc lùi theo một đường thẳng Khi một trong hai handrim được di chuyển độc lập, chỉ có một bánh xe được sử dụng và ghế sẽ quay sang trái hoặc phải để đáp ứng với handrim được sử dụng Một số xe lăn, được thiết kế để sử dụng cho người liệt nửa người, cung cấp một chức năng tương tự bằng cách liên kết cả hai bánh xe với nhau một cách cứng nhắc và sử dụng một trong các chân để điều khiển lái thông qua một liên kết với bánh trước

e Xe lăn nghiêng và ngả

Xe lăn ngả hoặc nghiêng trong không gian có bề mặt ghế có thể nghiêng theo nhiều góc độ khác nhau Khái niệm ban đầu được phát triển bởi một chuyên gia chỉnh hình, Hugh Barclay, người đã làm việc với trẻ em khuyết tật và quan sát thấy các biến dạng tư thế như vẹo cột sống có thể được hỗ trợ hoặc sửa chữa một phần bằng cách cho phép người sử dụng xe lăn thư giãn ở tư thế nghiêng Tính năng này cũng có giá trị đối với người dùng không thể ngồi thẳng trong thời gian dài vì đau đớn hoặc lý do khác

Trong trường hợp xe lăn ngả, lưng ghế có thể ngả ra sau và phần gác chân có thể được nâng lên, trong khi chân ghế vẫn giữ nguyên vị trí, hơi giống với ghế ngả thông thường Một số xe lăn ngả ra sau đủ xa để người dùng có thể nằm xuống hoàn toàn bằng phẳng Xe lăn ngả được ưu tiên trong một số trường hợp cho một số mục đích y tế, chẳng hạn như giảm nguy cơ loét áp lực, cung cấp chuyển động thụ động của khớp hông và đầu gối, và làm cho nó dễ dàng hơn để thực hiện một số thủ tục điều dưỡng, chẳng hạn như đặt ống thông gián đoạn để làm trống bàng quang và chuyển lên giường, và cũng vì lý do cá nhân, chẳng hạn như những người thích sử dụng khay kèm theo Việc sử dụng xe lăn ngả đặc biệt phổ biến ở những người bị chấn thương cột sống như liệt tứ chi

Trong trường hợp xe lăn nghiêng, lưng ghế, chân ghế và chân tựa lưng là một đơn vị, hơi giống với cách một người có thể nghiêng một chiếc ghế bốn chân về phía sau để giữ thăng bằng trên hai chân sau Trong khi ngả hoàn toàn trải đều trọng lượng của người trên toàn bộ phía sau cơ thể, xe lăn nghiêng chuyển nó từ chỉ mông và đùi (ở vị trí ngồi) sang một phần trên lưng và đầu (ở vị trí nghiêng) Xe lăn nghiêng được

ưu tiên cho những người sử dụng ghế đúc hoặc đường viền, những người cần duy trì một tư thế cụ thể, người bị ảnh hưởng xấu bởi lực tuyệt đối (ngả khiến cơ thể trượt nhẹ mỗi lần) hoặc những người cần giữ một thiết bị liên lạc, xe lăn chạy bằng điện điều khiển hoặc thiết bị kèm theo khác ở cùng một vị trí tương đối trong suốt cả ngày Xe lăn nghiêng thường được sử dụng bởi những người bị bại não, những người mắc một

số bệnh cơ và những người có phạm vi chuyển động hạn chế ở khớp hông hoặc khớp gối Tùy chọn nghiêng là phổ biến hơn so với tùy chọn ngả trong xe lăn được thiết kế

để trẻ em sử dụng

Hình 2.6 Xe lăn nghiêng và ngả

f Xe lăn đứng

Hình 2.7 Xe lăn đứng

Một chiếc xe lăn đứng là một trong những hỗ trợ người dùng trong tư thế gần như đứng Chúng có thể được sử dụng như cả xe lăn và khung đứng, cho phép người dùng ngồi hoặc đứng trên xe lăn theo ý muốn Một số phiên bản hoàn toàn thủ công, một số phiên bản khác có chân đỡ trên ghế thủ công, trong khi các phiên bản khác có toàn bộ sức mạnh, độ nghiêng, độ ngả và các biến thể của chức năng chân đứng có sẵn Những lợi ích của một thiết bị như vậy bao gồm, nhưng không giới hạn ở: hỗ trợ

sự độc lập và năng suất, nâng cao lòng tự trọng và tâm lý, nâng cao vị thế xã hội, mở rộng quyền truy cập, giảm áp lực, giảm loét áp lực, cải thiện chức năng, cải thiện chức năng hô hấp, giảm sự xuất hiện của UTI, cải thiện tính linh hoạt, giúp duy trìmật độ khoáng xương, cải thiện chuyển động phạm vi thụ động, giảm trương lực cơ bất thường và co cứng, và biến dạng xương Xe lăn khác cung cấp một số lợi ích tương tự

ổn định và hữu ích để thực hiện các vòng quay sắc nét), và thường được làm bằng vật liệu tổng hợp, nhẹ Ngay cả vị trí chỗ ngồi cũng có thể hoàn toàn khác nhau, với xe lăn đua thường được sử dụng trong tư thế quỳ Xe lăn thể thao hiếm khi phù hợp để sử dụng hàng ngày và thường là ghế 'thứ hai' dành riêng cho sử dụng thể thao, mặc dù một số người dùng thích các tùy chọn thể thao để sử dụng hàng ngày Một số người khuyết tật, cụ thể là các ống chân tay thấp hơn, có thể sử dụng xe lăn cho thể thao, nhưng không phải cho các hoạt động hàng ngày

h Xe lăn thông minh

Hình 2.9 Xe lăn thông minh

Xe lăn thông minh là bất kỳ chiếc xe lăn nào sử dụng hệ thống điều khiển để tăng cường hoặc thay thế điều khiển người dùng Mục đích của nó là giảm hoặc loại

bỏ nhiệm vụ lái xe điện của người dùng Thông thường, một chiếc xe lăn thông minh được điều khiển thông qua máy tính, có bộ cảm biến và áp dụng các kỹ thuật trong robot di động, nhưng điều này là không cần thiết Giao diện có thể bao gồm một phím điều khiển xe lăn thông thường, thiết bị " nhấm nháp " hoặc màn hình cảm ứng Điều này khác với một chiếc xe lăn thông thường, trong đó người dùng thực hiện kiểm soát thủ công về tốc độ và hướng mà không cần sự can thiệp của hệ thống điều khiển của

xe lăn

Xe lăn thông minh được thiết kế cho nhiều loại người dùng Một số được thiết

kế cho người dùng bị suy giảm nhận thức, chẳng hạn như chứng mất trí, những kỹ thuật này thường áp dụng các kỹ thuật tránh va chạm để đảm bảo rằng người dùng không vô tình chọn lệnh lái xe dẫn đến va chạm Những người khác tập trung vào

những người dùng bị khuyết tật vận động nghiêm trọng, chẳng hạn như bại não hoặc liệt tứ chi, và vai trò của xe lăn thông minh là diễn giải các kích hoạt cơ bắp nhỏ như các mệnh lệnh cấp cao và thực hiện chúng Những chiếc xe lăn như vậy thường sử dụng các kỹ thuật từ trí tuệ nhân tạo, chẳng hạn như lập kế hoạch đường đi

2.1.3 Ưu và nhược điểm

a Ưu điểm

• Dễ dàng quẹo trái, phải, phanh chính xác, di chuyển nhanh

• Không tiêu hao sức lực, đồng thời không cần có người phía sau hỗ trợ nên rất tiện dụng

• Tạo tâm lý thoải mái, tự do nên hỗ trợ cuộc sống người dùng tốt hơn

• Thích hợp với đối tượng sử dụng khác nhau: người già, trẻ em, người khuyết tật, người rất cần hạn chế vận động, đặc biệt là trong thời gian dài

• Những chiếc xe lăn chạy điện dễ dàng di chuyển ở mọi loại địa hình khác nhau

b Nhược điểm

• Có giá thành tương đối cao so với xe lăn tay

• Xe có thiết kế khá nặng nên khó vận chuyển nếu như muốn đi xa

• Xe có sự thuộc vào điện nên nếu hết điện sẽ rất bất tiện

2.2 ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG PWM

2.2.1 Giới thiệu

Pulse Width Modulation (PWM) là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến thay đổi điện áp trung bình hoặc dòng trung bình Các PWM khi biến đổi có cùng tần số và khác nhau về hệ số công tác – duty cycle

2.2.2 Nguyên lý điều chế độ rộng xung PWM

Nguyên lý điều chế độ rộng xung là mạch tạo ra xung vuông có chu kỳ là hằng

số nhưng hệ số công tác (còn gọi là hệ số chu kỳ - duty cycle) có thể thay đổi được Sự thay đổi hệ số chu kỳ làm thay đổi điện áp trung bình hoặc dòng điện trung bình

Sự thay đổi điện áp và dòng điện trung bình dùng để điều khiển các tải như: động cơ DC thì làm thay đổi tốc độ động cơ, điều khiển bóng đèn thì làm thay đổi cường độ sáng của bóng đèn

Hình 2.10 Một số dạng sóng điều chế độ rộng xung

Hệ số chu kỳ được tính theo công thức:

Hệ số chu kỳ = ((Độ rộng xung)/(Chu kỳ xung))*100 (2.1 )

Với chu kỳ không thay đổi, muốn thay đổi thời gian xung mức 1 thì ta thay đổi

hệ số chu kỳ Khi hệ số chu kỳ thay đổi thì điện áp trung bình hay dòng trung bình thay đổi Hệ số chu kỳ càng lớn thì điện áp trung bình hay dòng trung bình càng lớn, nếu điều khiển động cơ sẽ làm thay đổi tốc độ động cơ

Hình 2.11 Một số dạng sóng điều chế độ rộng xung và điện áp trung bình

Điện áp trung bình được tính theo công thức:

Utb = ((Độ rộng xung) / (Chu kỳ xung)) * Umax ( 2.2 )

Ví dụ với hình 2.11 ta tính được điện áp trung bình trong ba trường hợp có hệ

số công tác là 10%, 50%, 80% và Umax = 24V lần lượt là 2.4V, 12V, 19.2V

2.2.3 Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM

Để tạo ra xung PWM thì hiện nay có hai cách thông dụng:

• Tạo trực tiếp từ các IC dao động như: NE555, LM556

• Sử dụng phần mềm để lập trình tạo xung PWM trên các vi điều khiển Tạo xung PWM bằng phương pháp này cho độ chính xác rất cao

Tùy thuộc vào từng yêu cầu thực tế mà ta có thể chọn phương pháp tạo xung PWM sao cho phù hợp với yêu cầu đó

2.2.4 Ứng dụng của điều chế độ rộng xung PWM trong điều khiển

PWM được ứng dụng nhiều trong điều khiển Điển hình nhất mà chúng ta thường hay gặp là điều khiển động cơ và các bộ xung áp, điều áp… Sử dụng PWM điều khiển độ nhanh chậm của động cơ, hay cao hơn nữa nó còn được dùng để điều khiển sự ổn định tốc độ động cơ

Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tải thì PWM còn tham gia và điều chế các mạch nguồn như: boot, buck, nghịch lưu 1 pha và 3 pha…

PWM còn gặp nhiều trong thực tế ở các mạch điện điều khiển Điều đặc biệt là PWM chuyên dùng để điều khiển các phần tử điện tử công suất có đường đặc tính là tuyến tính khi có sẵn 1 nguồn 1 chiều cố định Như vậy PWM được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện, điện tử

2.3 CHUẨN GIAO TIẾP UART

2.3.1 Khái niệm

UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter có nghĩa

là truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ UART chuyển đổi giữa dữ liệu nối tiếp và song song Một chiều, UART chuyển đổi dữ liệu song song bus hệ thống ra dữ liệu nối tiếp

để truyền đi Một chiều khác, UART chuyển đổi dữ liệu nhận được dạng dữ liệu nối tiếp thành dạng dữ liệu song song cho CPU có thể đọc vào bus hệ thống Để truyền được dữ liệu thì cả bên phát và bên nhận phải tự tạo xung clock có cùng tần số và thường được gọi là tốc độ baud, ví dụ như 2400 baud, 4800 baud, 9600 baud

UART của máy tính hỗ trợ cả hai kiểu giao tiếp là giao tiếp đồng thời và không giao tiếp đồng thời Giao tiếp đồng thời tức là UART có thể gửi và nhận dữ liệu vào cùng một thời điểm Còn giao tiếp không đồng thời là chỉ có một thiết bị có thể chuyển

dữ liệu vào một thời điểm, với tín hiệu điều khiển hoặc mã sẽ quyết định bên nào có thể truyền dữ liệu Giao tiếp không đồng thời được thực hiện khi mà cả 2 chiều chia sẻ một đường dẫn hoặc nếu có 2 đường nhưng cả 2 thiết bị chỉ giao tiếp qua một đường ở cùng một thời điểm

Thêm vào đường dữ liệu, UART hỗ trợ bắt tay chuẩn RS232 và tín hiêu điều khiển như RTS, CTS, DTR, DCR, RT và CD

Hình 2.12 Kết nối UART giữa hai vi điều khiển

Để giao tiếp giữa 2 thiết bị thông qua chuẩn giao tiếp UART, ta tiền hành nối dây Tx (chân gửi tín hiệu) của bên phát với chân Rx (chân nhận tín hiệu) của bên thu

và ngược lại nối chân Rx (chân nhận tín hiệu) của bên phát với chân Tx (chân gửi tín hiệu) của bên thu Cách nối dây này được gọi là nối chéo dây Bên cạnh đó, cần phải nối chung GND cho cả 2 bên nhận và phát với nhau và muốn truyền nhận được, 2 bên phải có cùng tốc độ baud

2.3.2 Các đặc điểm quan trọng trong chuẩn truyền thông UART

Dưới đây là khung truyền dữ liệu:

Hình 2.13 Các thành phần của một khung dữ liệu

Baudrate: Số bit truyền được trong 1s, ở truyền nhận không đồng bộ thì ở các

bên truyền và nhận phải thống nhất Baudrate Các thông số tốc độ Baudrate thường hay sử dụng để giao tiếp với máy tính là 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200,

38400, 56000, 57600, 115200

Frame: Ngoài việc giống nhau của tốc độ baud 2 thiết bị truyền nhận thì khung

truyền của bên cũng được cấu hình giống nhau Khung truyền quy định số bit trong mỗi lần truyền, bit bắt đầu (Start bit), các bit kết thúc (Stop bit), bit kiểm tra tính chẵn

lẻ (Parity), ngoài ra số bit quy định trong một gói dữ liệu cũng được quy định bởi khung truyền Có thể thấy, khung truyền đóng một vai trò rất quan trọng trong việc truyền thành công dữ liệu…

Idle frame: Đường truyền UART ở mức “1”, để xác nhận hiện tại đường

truyền dữ liệu trống, không có frame nào đang được truyền đi

Break frame: Đường truyền UART ở mức “0”, để xác nhận hiện tại trên đường

truyền đang truyền dữ liệu, có frame đang được truyền đi

Start bit: Bit đầu tiên được truyền trong một frame, bit này có chức năng báo

cho bên nhận rằng sắp có một gói dữ liệu truyền đến Đường truyền UART luôn ở trạng thái cao mức “1” cho đến khi chip muốn truyền dữ liệu đi thì nó gởi bit start

bằng cách kéo xuống mức “0” Như vậy bit start có giá trị điện áp 0V và phải bắt buộc

có bit start trong khung truyền

Data: Data hay dữ liệu là thông tin mà chúng ta nhận được trong quá trình

truyền và nhận Trong quá trình truyền UART, bit có trọng số thấp nhất (LSB – least significant bit – bên phải) sẽ được truyền trước và cuối cùng là bit có ảnh hưởng cao nhất (MSB – most significant bit – bên trái)

Parity bit: Parity bit dùng để kiểm tra dữ liệu truyền có đúng hay không Có 2

loại Parity đó là Parity chẵn (even parity) và parity lẽ (odd parity) Parity chẵn nghĩa là

số bit 1 trong trong dữ liệu truyền cùng với bit Parity luôn là số chẵn, ngược lại nếu Parity lẻ nghĩa là số bit 1 trong data truyền cùng với bit Parity luôn là số lẻ Bit Parity không phải là bit bắt buộc và vì thế chúng ta có thể loại bỏ bit này ra khỏi khung truyền

Stop bits: Stop bits là một bit báo cáo để cho bộ truyền/nhận biết được gói dữ

liệu đã được gởi xong Stop bits là bit bắt buộc phải có trong khung truyền Stop bits

có thể là 0.5bit, 1bit, 1.5bit, 2bit tùy thuộc vào ứng dụng UART của người sử dụng

2.3.3 Ứng dụng

UART thường được dùng trong máy tính công nghiệp, truyền thông, vi điều khiển, hay một số các thiết bị truyền tin khác Mục đích của UART là để truyền tín hiệu qua lại lẫn nhau (ví dụ truyền tín hiệu từ Laptop vào Modem hay ngược lại) hay truyền từ vi điều khiển tới vi điều khiển, từ laptop tới vi điều khiển

UART thường được sử dụng trong các bộ vi điều khiển cho các yêu cầu chính xác và chúng cũng có sẵn trong các thiết bị liên lạc khác nhau như giao tiếp không dây, thiết bị GPS, module Bluetooth và nhiều ứng dụng khác Các tiêu chuẩn truyền thông như RS422 & TIA được sử dụng trong UART ngoại trừ RS232

2.3.4 Ưu và nhược điềm

a Ưu điểm

• Đơn giản hiệu quả tương đối cao

• Nó chỉ cần hai dây để truyền dữ liệu

• Tín hiệu đồng bộ là không cần thiết

• Có thể kiểm tra dữ liệu ở bên nhận được có bị lỗi hay không

b Nhược điểm

• Do tồn tại các bit start, bit stop, và khoảng trống dẫn đến thời gian truyền nhận chậm

• Kích thước khung dữ liệu tối đa là 9 bit

2.4 CHUẨN GIAO TIẾP WI-FI

2.4.1 Giới thiệu

Giới thiệu Wifi là viết tắt của Wireless Fidelity, được gọi chung là mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, loại sóng vô tuyến này tương tự như sóng truyền hình, điện thoại và radio Wifi phát sóng trong phạm vi nhất định, các thiết bị điện tử tiêu dùng ngày nay như laptop, smartphone hoặc máy tính bảng có thể kết nối và truy cập internet trong tầm phủ sóng Nguyên tắc hoạt động Để tạo được kết nối Wifi nhất thiết phải có bộ thu phát, thông tin từ mạng Internet qua kết nối hữu tuyến rồi chuyển nó sang tín hiệu vô tuyến và gửi đi, bộ chuyển tín hiệu không dây trên các thiết bị di động thu nhận tín hiệu này rồi giải mã nó sang những dữ liệu cần thiết

2.4.2 Nguyên tắc hoạt động

Hình 2.14 Kết nối wifi giữa các thiết bị

Để tạo được kết nối Wifi nhất thiết phải có Router (bộ thu phát), Router này lấy thông tin từ mạng Internet qua kết nối hữu tuyến rồi chuyển nó sang tín hiệu vô tuyến

và gửi đi, bộ chuyển tín hiệu không dây (adapter) trên các thiết bị di động thu nhận tín hiệu này rồi giải mã nó sang những dữ liệu cần thiết Quá trình này có thể thực hiện ngược lại, Router nhận tín hiệu vô tuyến từ adapter và giải mã chúng rồi gởi qua Internet

Kết nối wifi sử dụng chuẩn kết nối 802.11 trong thư viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), chuẩn này bao gồm 4 chuẩn nhỏ a/b/g/n:

Hình 2.15 Các chuẩn kết nối Wifi

• Chuẩn wifi đầu tiên 802.11: năm 1997, IEEE đã giới thiệu chuẩn đầu tiên này cho WLAN Tuy nhiên, 802.11 chỉ hỗ trợ cho băng tần mạng cực đại lên đến 2Mbps – quá chậm đối với hầu hết mọi ứng dụng Và với

lý do đó, các sản phẩm không dây thiết kế theo chuẩn 802.11 ban đầu không được sản xuất nữa

• Chuẩn wifi 802.11b: IEEE đã mở rộng trên chuẩn gốc 802.11 để tạo ra chuẩn 802.11b vào tháng 7/1999 Chuẩn này hỗ trợ băng thông lên đến 11Mbps, tương ứng với Ethernet truyền thông

• Chuẩn wifi 802.11a: trong khi 802.11b vẫn đang được phát triển, IEEE

đã tạo ra một mở rộng thứ 2 có tên gọi là 802.11a Do giá thành cao hơn nên 802.11a thường được sử dụng cho các mạng doanh nghiệp, còn

• Chuẩn wifi 802.11g: vào năm 2002 và 2003, các sản phẩm WLAN hỗ trợ một chuẩn mới hơn đó là 802.11g, được đánh giá rất cao trên thị trường Đây là một nỗ lực kết hợp ưu điểm của cả 802.11a và 802.11b,

hỗ trợ băng thông lên đến 54Mbps và sử dụng tần số 2.4Ghz để có phạm

vi rộng

• Chuẩn wifi 802.11n: 802.11n đôi khi được gọi tắt là wireless, được thiết

kế để cải thiện cho 802.11g trong tổng số băng thông được hỗ trợ bằng cách tận dụng nhiều tín hiệu không dây và anten Được phê chuẩn vào năm 2009, với băng thông tối đa lên đến 600Mbps, 802.11n cũng cung cấp phạm vi tốt hơn những chuẩn wifi trước đó, do cường độ tín hiệu của

nó đã tăng lên

• Chuẩn wifi 802.11ac: đây là chuẩn wifi lớn nhất, được sử dụng phổ biến nhất hiện nay 802.11ac sử dụng công nghệ không dây băng tần kép, hỗ trợ các kết nối đồng thời trên cả băng tần 2.4Ghz và 5Ghz 802.11ac có băng thông đạt tới 1.300Mbps trên băng tần 5Ghz và 450Mbps trên 2.4Ghz

Bảng 2.1 So sánh thông số các chuẩn wifi

CÁC CHUẨN WIFI 802.11 Chuẩn IEEE 802.11a 802.11b 802.11g 802.11n 802.11ac