Mục tiêu nghiên cứu đề tài là nghiên cứu các phương pháp tính toán, ước lượng giá trị cảm biến gia tốc và con quay hồi chuyển được đo đạc (có lỗi) nhằm cải thiện tín hiệu để đáp ứng các thông số điều khiển đầu vào cho các mô hình tự động hóa.
Trang 1CÁC PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG CHO CẢM BIẾN
ĐO LƯỜNG QUÁN TÍNH ỨNG DỤNG TRONG
ROBOT HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG
Mã số: T2017-07-06
Chủ nhiệm đề tài: ThS Dương Ngọc Pháp
Đà Nẵng, 12/2017
Trang 2CÁC PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG
ĐO LƯỜNG QUÁN TÍNH ỨNG DỤNG TRONG
ROBOT HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG
Mã số: T2017-07-06
Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài
Trang 3
MỤC LỤC
i
MỤC LỤC
MỤC LỤC I
DANH MỤC HÌNH VẼ 1
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 2
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3
MỞ ĐẦU 5
I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC ĐỀ TÀI TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 5
1 NGOÀI NƯỚC 5
2 TRONG NƯỚC 5
II TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 5
III MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 6
IV ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 6
1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 6
2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 6
V NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 6
CHƯƠNG 1: CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG QUÁN TÍNH VÀ ỨNG DỤNG 7
1.1 GIỚITHIỆUCHƯƠNG 7
1.2 GIỚITHIỆUVỀCẢMBIẾNĐOLƯỜNGQUÁNTÍNH 7
1.3 ỨNGDỤNGCẢMBIẾNĐOLƯỜNGQUÁNTÍNH 11
1.3.1 Ứng dụng của cảm biến rung động trong giám sát và tiết kiệm điện năng 12 1.3.2 Ứng dụng của nhận biết chấn động, cử động … 13
1.3.3 Ứng dụng của cảm biến nghiêng 14
1.3.4 Con quay hồi chuyển và các thiết bị đo dùng quán tính 15
1.3.5 Xu hướng xử lý tín hiệu mới 16
1.4 KẾTLUẬNCHƯƠNG 16
CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT GIẢM NHIỄU 17
2.1 GIỚITHIỆUCHƯƠNG 17
2.2 YÊUCẦUCỦAHỆTHỐNG 17
2.3 CÁCKỸTHUẬTGIẢMNHIỄU 18
2.4 KẾTLUẬNCHƯƠNG 20
CHƯƠNG 3: THỰC HIỆN GIẢM NHIỄU VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 21
3.1 GIỚITHIỆUCHƯƠNG 21
3.2 MÔPHỎNG,SOSÁNH,ĐÁNHGIÁ 21
3.3 MÔHÌNHĐÁNHGIÁTHỰCNGHIỆM 22
3.3.1 Sơ đồ khối mô hình robot 2 bánh tự cân bằng 22
3.3.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển 24
3.4 KẾTLUẬNCHƯƠNG 25
Trang 4MỤC LỤC
KẾT LUẬN 26 KIẾN NGHỊ 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27
Trang 5DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Link kiện cảm biến gia tốc ba chiều công nghệ số iMEMS – ADXL345 của hãng Analog Devices Nguồn SensorMagazine.com 7Hình 1.2: Cảm biến con quay hồi chuyển ADXRS610 của hãng Analog Devices Nguồn SensorMagazine.com 8Hình 1.3: Năm chế độ cảm biến chuyển động Nguồn EECatalog.com 9Hình 1.4: Thiết bị PocketCPR, một ví dụ về cảm biến gia tốc giúp xác định chuyển động và vị trí Nguồn: EECatalog.com 12Hình 1.5: Ví dụ về ứng dụng của cảm biến rung động để phân biệt máy hoạt động bình thường (phổ màu đen) với máy đã bị mòn (phổ màu đỏ) Nguồn: EECatalog.com 13Hình 1.6: Cơ chế bảo vệ ổ đĩa cứng tự động của máy tính xách tay IBM ThinkPad® là một ví dụ về ứng dụng của khả năng cảm biến chấn động Nguồn: EECatalog.com 14Hình 1.7: Máy giám sát huyết áp Omron Wrist có sử dụng các kỹ thuật cảm biến cao cấp , bao gồm cả cảm biến độ nghiêng, để đảm bảo độ chính xác của dữ liệu
Nguồn: EECatalog.com 15Hình 1.8: Minh họa các điểm có thể đặt cảm biến quán tính giúp người chơi golf ghi lại các chuyển động của mình khi thi đấu hay tập luyện, phục vụ việc phân tích và hoàn thiện kỹ thuật đánh Nguồn: MedCityNews.com 16
Trang 6DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
IMU Inertial Measurement Unit Khối đo lường quán tính MPU Motion Processing Unit Khố xử lý chuyển động DMP Digital Motion Processor Bộ xử lý chuyển động số MEMS Microelectromechanical system Hệ thống vi cơ điện tử LCD Liquid Crytal Display Bộ hiển thị tinh thể lỏng PID Proportional, Integral, Derivative Tỷ lệ, tích phân, đạo hàm PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung ADC Anolog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự số
Trang 7THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1 Thông tin chung:
- Tên đề tài: CÁC PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG ĐO LƯỜNG QUÁN TÍNH ỨNG DỤNG TRONG ROBOT HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG
- Mã số: T2017-07-06
- Chủ nhiệm: DƯƠNG NGỌC PHÁP
- Thành viên tham gia: không
- Cơ quan chủ trì: Trường Cao đẳng Công nghệ thông tin – Đại học Đà Nẵng
- Thời gian thực hiện: từ tháng 04/2017 đến tháng 12/2017
2 Mục tiêu:
- Nghiên cứu các phương pháp tính toán, ước lượng giá trị cảm biến gia tốc và con quay hồi chuyển được đo đạc (có lỗi) nhằm cải thiện tín hiệu để đáp ứng các thông số điều khiển đầu vào cho các mô hình tự động hóa
3 Tính mới và sáng tạo:
- Tín hiệu cảm biến thu được từ cảm biến đo lường quan tính bị tác động mạnh bởi nhiễu và có hiện tượng “trôi” dưới tác dụng của trọng lực trái đất gây khó khăn cho việc xác định đúng góc nghiêng của vật thể
- Trong đề tài, tác giả nghiên cứu điều chỉnh, đánh giá, so sánh các giảm nhiễu cho cảm biến đo lường quán tính
- Bên cạnh đó tác giả cũng tiến hành mô phỏng thực nghiệm trên mô hình robot hai bánh tự cân bằng để đánh giá hiệu quả các kỹ thuật
4 Tóm tắt kết quả nghiên cứu:
- Trình bày tổng quan về cảm biến quán tính, ứng dụng trong các hệ thống MEMS và các tham số mô hình
- Bên cạnh đó, các kỹ thuật ước lượng giá trị cảm biến gia tốc và con quay hồi chuyển bị “trôi” khi đo đạc cũng được nghiên cứu để thực hiện giảm nhiễu cho tín hiệu cảm biến
- Đề tài cũng trình bày việc mô phỏng thực nghiệm trên mô hình robot 2 bánh tự cân bằng để đánh giá ứng dụng của các kỹ thuật
5 Tên sản phẩm:
- Báo cáo tổng kết đề tài;
Trang 8THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
- Bài báo đăng trên kỷ yếu hội thảo cấp trường
6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:
- Về mặt giáo dục - đào tạo: phục vụ công tác giảng dạy, nghiên cứu
- Về mặt khoa học: đóng góp đáng kể của đề tài là trình bày các kỹ thuật giảm nhiễu cho cảm biến đo lường quán tính, qua đó so sánh đánh giá hiệu quả giảm nhiễu nâng cao chất lượng tín hiệu của cảm biến
- Về sản phẩm ứng dụng: ứng dụng thuật toán trong việc giảm nhiễu cho cảm biến IMU, ứng dụng trong các hệ thống vi cơ điện tử MEMS
7 Hình ảnh, sơ đồ minh họa chính:
Hình 0.1: So sánh các giá trị cảm biến gia tốc trục x xử lý bởi ba kỹ thuật khác nhau
sử dụng bộ lọc bù, bộ lọc Kalman và DMP so với tín hiệu gốc
Đà Nẵng, ngày 15 tháng 12 năm 2017
Cơ quan chủ trì Chủ nhiệm đề tài
Dương Ngọc Pháp
Trang 9Với sự ra đời của các cảm biến quán tính, đặc biệt là các sản phẩm được chế tạo
từ công ty InvenSense Inc với các hệ thống trên chip (SoC) đã cho phép tích hợp các cảm biến gia tốc, con quay hồi chuyển và la bàn lên các thiết bị điện tử thông minh nhằm hỗ trợ cho các ứng dụng đột phát và quan trọng Các công trình nghiên cứu đã đưa ra các phương pháp tính toán, thuật toán ước lượng từ các giá trị “thô” thu được (do bị trôi dưới tác động của các yếu tố môi trường (nhiệt độ, điện từ trường, ) hoặc bản thân tốc độ biến đổi của các bộ ADC) như sử dụng các bộ lọc số đơn giản (Butterworth), bộ lọc Complementary, bộ lọc Kalman, đặc biệt là khối xử lí chuyển động số (DMP) được tích hợp sẵn trong chip với nhiều kết quả riêng lẻ, tích cực
II TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Đặc tính cân bằng ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các mô hình điều khiển tự động và thông minh: điện thoại thông minh, robot tự cân bằng, điều khiển tương tác, thiết bị đeo tay, Trong đó thành phần đóng vai trò quan trọng nhằm xác định sự thay đổi hướng được gọi là đơn vị đo lường quán tính (IMU - Inertial Measurement Unit) chứa cảm biến gia tốc, con quay hồi chuyển và/hoặc la bàn được tính toán và lập trình để đưa ra các quyết định điều khiển tương ứng Tuy nhiên do nhược điểm thiết kế cơ khí của thiết bị cảm biến và hiện tượng “trôi” dưới tác dụng của trọng lực trái đất mà giá trị cảm biến đo đạc có nhiều lỗi gây khó khăn cho việc xác định đúng góc nghiêng của vật thể Yêu cầu đặt ra là phải có phương pháp để thu được các giá trị trị cảm biến tin cậy nhằm đưa ra các quyết định điều khiển chính xác
Đề tài sẽ tập trung tối ưu, đánh giá, so sánh các phương pháp ước lượng giá trị cảm biến quán tính, được ứng dụng trên robot 2 bánh tự cân bằng để đưa ra góc nhìn đầy
đủ về việc lựa chọn giải pháp phù hợp cho mô hình robot được xây dựng
Trang 10MỞ ĐẦU
III MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
- Nghiên cứu các phương pháp tính toán, ước lượng giá trị cảm biến gia tốc và con quay hồi chuyển được đo đạc (có lỗi) nhằm cải thiện tín hiệu để đáp ứng các thông số điều khiển đầu vào cho các mô hình tự động hóa
IV ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1 Đối tượng nghiên cứu
- Giá trị cảm biến quán tính đo đạc
- Các bộ lọc số
- Ngôn ngữ Matlab thực hiện mô phỏng
2 Phạm vi nghiên cứu
- Ước lượng các giá trị cảm biến quán tính
- Mô phỏng các kỹ thuật ước lượng
- Ứng dụng trên mô hình robot 2 bánh tự cân bằng
V NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1 Đánh giá các phương pháp tính toán, ước lượng cảm biến gia tốc và con quay hồi chuyển: phép tính toán dựa vào sai số, sử dụng bộ lọc Complementary, sử dụng bộ lọc Kalman trên thiết bị phần cứng MPU6050
2 Mô phỏng trên phần mềm Matlab để so sánh kết quả ước lượng
3 Thực nghiệm đánh giá trên kit Arduino cho mô hình robot 2 bánh tự cân bằng
Trang 11Chương 1: CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG QUÁN TÍNH VÀ ỨNG DỤNG
Chương 1: CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG QUÁN TÍNH VÀ ỨNG DỤNG
1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG
Chương 1 trình bày những đặc điểm liên quan đến cảm biến đo lường quán tính
và ứng dụng thực tế trong các hệ thống vi cơ điện tử cũng như các hệ thống đòi hỏi có yếu tố đo đạc chuyển động Bên cạnh đó cũng thấy được vai trò của cảm biến IMU trong các hệ thống hiện đại và các ứng dụng điều khiển thông minh
1.2 GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG QUÁN TÍNH
Sự xuất hiện của các cảm biến gia tốc và con quay hồi chuyển (thiết bị đo góc hay gia tốc góc) dựa trên công nghệ MEMS (Microelectromechanical system), có giá thành rẻ và đáng tin cậy tạo điều kiện cho việc tích hợp khả năng nhận biết chuyển động vào ngày càng nhiều loại hình ứng dụng
Mặc dù cảm biến MEMS đã được dùng cho việc phóng túi khí và trong các cảm biến áp suất ở ô tô từ hai thập kỷ trước nhưng công chúng chỉ hiểu được tiềm năng của những thiết bị này khi họ tiếp xúc với các máy chơi trò chơi Wii của Nintendo và điện thoại iPhone của Apple
Sự hữu dụng của cảm biến quán tính chỉ dừng lại ở các sản phẩm trong đó cần phát hiện được gia tốc và giảm tốc Điều này chỉ đúng nếu nhìn ở khía cạnh kỹ thuật nhưng lại bỏ qua tiềm năng ứng dụng ngày càng lớn của cảm biến gia tốc (Hình 1.1)
và con quay hồi chuyển (Hình 1.2) dùng MEMS trong nhiều lĩnh vực như thiết bị y tế, công nghiệp, đồ điện tử trong tiêu dùng và ô tô
Hình 1.1: Link kiện cảm biến gia tốc ba chiều công nghệ số iMEMS – ADXL345 của
hãng Analog Devices Nguồn SensorMagazine.com
Trang 12Chương 1: CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG QUÁN TÍNH VÀ ỨNG DỤNG
Nếu ta xem xét các khả năng của từng loại cảm biến chuyển động – gia tốc (bao gồm cả thông tin về chuyển động tịnh tiến như vị trí và hướng), rung động, chấn động,
độ nghiêng, và quay – thì tầm ứng dụng của chúng sẽ mở rộng ra thêm rất nhiều
Ví dụ như một cảm biến gia tốc có thể dùng để thực hiện các kỹ thuật quản lý điện năng bằng cách ra lệnh cho một thiết bị chuyển sang chế độ tiêu thụ năng lượng thấp nhất khi thiết bị này được cho là ở trạng thái nghỉ do cảm biến không nhận thấy
có chuyển động hay rung động Các bảng điều khiển với các nút điều khiển vật lý phức tạp cũng đang dần được thay thế bởi các giao diện nhận biết được cử động và được điều khiển bằng các cú chạm ngón tay Trong các trường hợp sử dụng khác thì cảm biến giúp cho hoạt động của hệ thống trở nên chính xác hơn, ví dụ như một chiếc
la bàn được hiệu chỉnh tùy theo độ nghiêng của nó khi người dùng cầm trên tay
Bài viết này sẽ cung cấp các ví dụ về việc các cảm biến gia tốc và con quay hồi chuyển cao cấp dùng MEMS hiện có trên thị trường sẽ thay đổi bộ mặt của rất nhiều loại sản phẩm nhờ vào năm kiểu chuyển động chúng nhận biết được
Hình 1.2: Cảm biến con quay hồi chuyển ADXRS610 của hãng Analog Devices
Nguồn SensorMagazine.com
Trang 13Chương 1: CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG QUÁN TÍNH VÀ ỨNG DỤNG
Hình 1.3: Năm chế độ cảm biến chuyển động Nguồn EECatalog.com
Gia tốc, bao gồm cả chuyển động tịnh tiến, đo sự biến đổi của vận tốc theo thời gian Vận tốc, được biểu diễn bởi đơn vị m/s, bao gồm thông tin cả về tốc độ và hướng của chuyển động Gia tốc được tính theo đơn vị m/s2 Khi gia tốc có giá trị âm, như khi một chiếc ô tô đi chậm lại do lái xe đạp phanh, thì được gọi là giảm tốc
Nếu xét gia tốc theo thời gian thì rung động có thể coi như là gia tốc và giảm tốc thay nhau xảy ra theo chu kỳ tuần hoàn Tương tự như vậy, chấn động là gia tốc xảy ra tức thì nhưng khác với rung động, gia tốc trong chấn động là một quá trình không tuần hoàn và thường chỉ xảy ra một lần
Hãy xem xét trong một khoảng thời gian dài hơn Khi một vật bị di chuyển làm thay đổi độ nghiêng của nó thì sẽ có sự thay đổi tương ứng về mặt lực hấp dẫn Chuyển động này thường xảy ra chậm hơn so với rung và chấn động
Do cả bốn dạng cảm biến chuyển động này đều liên quan tới gia tốc nên chúng được đo bằng lực g, đơn vị của lực hấp dẫn tác dụng lên một vật trên Trái đất (1g = 9.8m/s2) Cảm biến MEMS phát hiện độ nghiêng bằng cách đo mức ảnh hưởng của lực hấp dẫn lên từng trục chuyển động Ví dụ với cảm biến gia tốc ba chiều sẽ cho ra
ba kết quả đo biểu thị gia tốc trên các trục chuyển động X, Y, và Z
Trang 14Chương 1: CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG QUÁN TÍNH VÀ ỨNG DỤNG
Phần lớn các cảm biến có mặt trên thị trường hiện nay đo gia tốc bằng cách sử dụng các cặp tụ điện vi sai Mức khác biệt về điện dung của các cặp tụ điện này tỉ lệ thuận với gia tốc của cảm biến Mức khác biệt này sau đó được chuyển đổi sang dạng điện thế hoặc các tín hiệu nhị phân (đối với các cảm biến có đầu ra số), rồi thông tin này được chuyển tới bộ vi xử lý để thực thi các hoạt động tiếp theo Những tiến bộ công nghệ gần đây cho phép sản xuất các cảm biến gia tốc MEMS nhỏ gọn trong dải gia tốc thấp (low-g) lẫn gia tốc cao (high-g) với băng thông rộng hơn trước đây rất nhiều, do đó càng gia tăng hơn nữa tiềm năng ứng dụng của chúng Cảm biến trong dải gia tốc thấp (gia tốc dưới 20 g) phù hợp để phát hiện các chuyển động do con người tạo ra Cảm biến trong dải gia tốc cao thì hữu dụng trong các ứng dụng liên quan tới máy móc hay xe cộ – về bản chất là các chuyển động không thể tạo ra bởi con người Cho tới lúc này chúng ta mới chỉ bàn tới chuyển động tịnh tiến, loại chuyển động này bao gồm gia tốc, rung động, chấn động, và nghiêng Chuyển động quay được định lượng bằng tốc độ góc Điểm khác biệt của kiểu chuyển động này là nó có thể diễn ra
mà không hề có sự thay đổi về gia tốc Để hiểu rõ vấn đề này hãy thử tưởng tượng một cảm biến quán tính 3 chiều, trong đó chiều X và Y nằm song song với mặt đất còn trục
Z thì hướng tới tâm trái đất Ở vị trí này, trọng lực đo được trên ba trục X, Y, và Z lần lượt là 0, 0, và 1 g Tiếp đó, quay cảm biến xung quanh trục Z (Hình 4) Trục X và Y
sẽ quay theo, và vẫn chỉ đo được 0 g trọng lực, trong khi trên trục Z vẫn là 1 g Để phát hiện được chuyển động quay như trên cần sử dụng cảm biến con quay hồi chuyển Do một số sản phẩm cần phải đo được chuyển động quay cùng với các dạng chuyển động khác nên các cảm biến con quay hồi chuyển có thể được tích hợp với các cảm biến gia tốc trong bộ IMU (Inertial Measurement Unit – bộ đo quán tính) đa chiều
MPU-6050 là cảm biến của hãng InvenSense MPU-6050 là một trong những giải pháp cảm biến chuyển động đầu tiên trên thế giới có tới 6 (mở rộng tới 9) trục cảm biến tích hợp trong 1 chip duy nhất
MPU-6050 sử dụng công nghệ độc quyền MotionFusion của InvenSense có thể chạy trên các thiết bị di động, tay điều khiển
Trang 15Chương 1: CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG QUÁN TÍNH VÀ ỨNG DỤNG
tốc độ xử lý và cho ra phản hồi nhanh hơn Đây chính là 1 điểm khác biệt đáng kể của MPU-6050 so với các cảm biến gia tốc và gyro khác
MPU-6050 có thể kết hợp với cảm biến từ trường (bên ngoài) để tạo thành bộ cảm biến 9 góc đầy đủ thông qua giao tiếp I2C
Các cảm biến bên trong MPU-6050 sử dụng bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC) 16-bit cho ra kết quả chi tiết về góc quay, tọa độ Với 16-bit bạn sẽ có 2^16 = 65536 giá trị cho 1 cảm biến
Tùy thuộc vào yêu cầu của bạn, cảm biến MPU-6050 có thể hoạt động ở chế độ tốc độ xử lý cao hoặc chế độ đo góc quay chính xác (chậm hơn) MPU-6050 có khả năng đo ở phạm vi:
+ Con quay hồi chuyển: ± 250 500 1000 2000 dps
+ Gia tốc: ± 2 ± 4 ± 8 ± 16g
Hơn nữa, MPU-6050 có sẵn bộ đệm dữ liệu 1024 byte cho phép vi điều khiển phát lệnh cho cảm biến, và nhận về dữ liệu sau khi MPU-6050 tính toán xong
Các thông số kĩ thuật khác của module MPU-6050
+ Nguồn: 3-5V, trên module MPU-6050 đã có sẵn LDO chuyển nguồn 5V -> 3V + Giao tiếp I2C ở mức 3V
+ Khoảng cách chân cắm: 2.54mm
+ Địa chỉ: 0x68, có thể cấp mức cao vào chân AD0 để chuyển địa chỉ thành 0x69
1.3 ỨNG DỤNG CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG QUÁN TÍNH
Trong phần trước của bài viết chúng ta đã bàn tới vai trò của gia tốc trong việc xác định chuyển động và vị trí Một cảm biến gia tốc MEMS có thể giúp nhận biết việc một thiết bị được cầm lên hay đặt xuống Khi phát hiện được những chuyển động trên, cảm biến có thể phát một tín hiệu điều khiển để tự động bật hoặc tắt các chức năng của thiết bị này Ngoài ra, các tổ hợp chức năng khác nhau của thiết bị cũng có thể được điều khiển để hoạt động ở chế độ bình thường hay chế độ tiêu thụ điện năng thấp nhất Tính năng bật/tắt dựa trên chuyển động rất có ích với người dùng vì nó loại
bỏ được các thao tác lặp đi lặp lại cho họ Hơn nữa, tính năng này còn giúp cải thiện việc quản lý điện năng, tăng thời gian sử dụng thiết bị giữa các lần xạc hay thay pin Những chiếc điều khiển từ xa thông minh sử dụng màn hình LCD là một trong những
ví dụ về ứng dụng tiềm năng của kỹ thuật này
Một ứng dụng tiềm năng khác của cảm biến gia tốc là phát hiện chuyển động rồi phát ra một tín hiệu điều khiển cho thiết bị điện đàm vô tuyến trong lĩnh vực quân sự hay an ninh Để đảm bảo tính bảo mật của việc liên lạc, nếu một máy điện đàm không được đeo hay mang theo bởi người sử dụng trong một khoảng thời gian thì máy sẽ yêu cầu người sử dụng xác thực lại danh tính trước khi cho phép tiếp tục sử dụng Cần lưu
Trang 16Chương 1: CẢM BIẾN ĐO LƯỜNG QUÁN TÍNH VÀ ỨNG DỤNG
ý rằng, đối với những thiết bị di động hay thiết bị nhỏ gọn như trong hai ví dụ vừa kể trên thì các cảm biến gia tốc phải tiêu thụ ít năng lượng, tối đa là vài micro ampe (μA),
để ứng dụng có tính thực tế
Thiết bị y tế là một mảng ứng dụng khác cho cảm biến chuyển động Máy trợ tim (Automatic External Defibrillator – AED) là thiết bị dùng để tạo ra sốc điện giúp tim của bệnh nhân đập trở lại Khi ADE không có tác dụng thì cần tiến hành hô hấp nhân tạo (CPR) Một nhân viên cứu hộ ít kinh nghiệm có thể nén ngực bệnh nhân không đủ mạnh, khiến CPR không có hiệu quả Nếu gắn một cảm biến gia tốc lên miếng nén ngực của AED thì có thể đo được khoảng cách miếng nén này di chuyển, giúp cho nhân viên cấp cứu biết được mức nén tối ưu
Hình 1.4: Thiết bị PocketCPR, một ví dụ về cảm biến gia tốc giúp xác định chuyển
động và vị trí Nguồn: EECatalog.com
1.3.1 Ứng dụng của cảm biến rung động trong giám sát và tiết kiệm điện năng
Những thay đổi nhỏ trong rung động là biểu hiện của vòng bi bị mòn, các bộ phận cơ khí không khít, và các vấn đề máy móc khác Các cảm biến MEMS nhỏ gọn với băng thông rộng có thể được sử dụng để giám sát rung động ở động cơ, quạt máy,
và các máy nén Khả năng bảo trì nhờ thông tin dự báo như trên giúp cho các nhà máy sản xuất tránh được hư hỏng trên các thiết bị đắt tiền cũng như là các hỏng hóc ở quy
mô lớn Việc định lượng được các thay đổi về đặc tính rung động của thiết bị còn có thể được dùng để đánh giá liệu thiết bị này đã được tinh chỉnh để hoạt động một cách
