MỤC LỤC
MỤC LỤC
Lời nói đầu
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Giới thiệu chung.
1.2. Các vấn đề cần giải quyết.
1.3. Phương pháp nghiên cứu.
1.4. Phạm vi và giới hạn của đề tài
CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TÀU NGẦM
2.1. Giới thiệu chung về tàu ngầm
2.1.1 Tổng quan về lịch sử phát triển
2.1.2. Nguyên lý hoạt động của tàu ngầm.
2.1.2.1. Các định luật cơ bản.
2.1.2.2. Nguyên lý lặn.
2.1.2.3. Nguyên lý lặn sử dụng trong đề tài.
2.1.3. Thiết bị điều khiển
2.2. Giới thiệu về điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến (RF).
2.2.1. Khái niệm.
2.2.2. Các phương pháp mã hóa.
2.2.3. Giới thiệu chung về PT2262 và PT2272.
2.3. Hệ thống cảm biến.
2.2.2.1. Mạch phát RF.
2.2.2.2. Mạch thu RF.
2.2.3. Các phương pháp mã hóa tín hiệu.
2.3. Giao tiếp máy tính.
CHƯƠNG III XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG
3.1. Mô hình cơ khí của hệ thống.
3.2. Mô hình hóa động học
3.2. Thiết kế mạch điện tử
3.3. Sơ đồ khối hệ thống
3.4. Lưu đồ giải thuật

đình, bạn bè và thầy cô đã giúp đỡ chúng em suốt thời gian làm đồ án vừa qua, và đặc biệt
chúng em xin gửi lời cảm ơn đến:
- Thầy Lưu Vũ Hải – Giảng viên ngành Cơ điện tử, trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội – Người
đã trực tiếp hướng dẫn chúng em thực hiện đồ án này.
- Các thầy trong Trung tâm Việt-Hàn trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội, đặc biệt là thầy Đàm
Quang Hưng đã nhiệt tình tư vấn và giúp đỡ chúng em thực hiện mô hình cơ khí của đề tài.
- Các bác công nhân trong Xưởng cơ khí HanSon, thị trấn Phùng-Hoài Đức-Hà Nội đã nhiệt
tình giúp đỡ chúng em gia công mô hình cơ khí.
2
Do thời gian có hạn nên cũng không thể tránh được những sai sót trong quá trình làm
đề tài. Nhóm mong được những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn để có thể hoàn
thiện đề tài tốt hơn.
Xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, tháng 12 năm 2011
Sinh viên thực hiện:
Trần Thế Hiếu
Nguyễn Văn Tập
Trần Hữu Hà
3
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG
1.1)Giới thiệu chung
1.1.1. Tầm quan trọng
Tàu ngầm là một loại phương tiện đặc biệt hoạt động dưới nước. Ngày nay, tàu
ngầm đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực quân sự, vận chuyển hàng hải, trong
nghiên cứu khoa học và đang được phát triển trong ngành du lịch. Nó giúp đạt đến độ sâu
mà con người không thể lặn tới được, các môi trường độc hại...
1.1.2. Nguyên lí hoạt động
Nguyên lý hoạt động của tàu ngầm dựa vào hai định luật cơ bản của Vật lý:
Định luật Ac-si-mét: Với bất cứ một vật nào chìm trong nước, đều chịu một lực đẩy,
thẳng đứng, hướng lên trên và có độ lớn đúng bằng phần chất lỏng mà vật đang chiếm

 Điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ bằng nút bấm.
 Nhận và hiển thị các giá trị của cảm biến nhiệt đô, siêu âm, tiệm cận gia tốc hiển
thị lên LCD.
 Lưu trữ các giá trị đo được vào EEROM của vđk.
 Dồn kênh các tín hiệu từ nút bấm.
 Lập trình điều khiển bằng thuật toán PID.
 Truyền tín hiệu data thông qua mạch RF.
 Lập trình gửi dữ liệu từ VDK lên máy tính.
 Lập trình hiển thị thông qua phần mềm visual basic.
1.2.3.2.Ghép nối các bài toán nhỏ ở trên thành hệ thống hoàn tất điều khiển đưa ra phương
pháp điều khiển tối ưu cho tàu ngầm.
1.3)Phương pháp nghiên cứu.
1.3.1. Phần cơ khí.
 Thiết kế và mô phỏng trên máy tính.
 Đưa ra giải pháp tối ưu tránh lãng phí và dễ dàng trong việc chọn vật liệu và gia
công.
 Chọn vật liệu và linh kiện sẵn có trên thị trường.
 Sử lí bài toán động lực học và nghiên cứu kết cấu an toàn cho tàu khi hoạt động
dưới nước.
1.3.2. Phần mạch.
 Tìm hiểu kĩ datasheet của các linh kiện sử dụng trong mạch.
 Tính toán lựa chọn các cảm biến sử dụng trong mạch.
 Tham khảo các mạch robocon, đồ án như “Ứng dụng RF trong điều khiển và
truyền thông không dây, Ứng dụng của cảm biến siêu âm trong đo khoảng cách,
Đo lường và điều khiển bằng máy tính…”
 Test và mô phỏng các mạch trước khi làm mạch thực tế.
1.3.3 Phần lập trình.
 Giải quyết các bài toán nhỏ như đã nêu.
 Lập trình mô mỏng trên phần mềm.
 Tổng hợp đưa ra phương pháp điều khiển tối ưu.

Đến mùa xuân năm 1776, chiếc tàu ngầm chiến đấu đầu tiên trên thế giới ra đời. Nó
có hình ...quả trứng. Cao: 2 mét. Đường kính thân rộng: 0,9 mét. Kíp chiến đấu chỉ có
đúng ...1 người. Nhân viên duy nhất kiêm nhiệm tất cả các nhiệm vụ, chức năng: Thuyền
trưởng, lái tàu, hoa tiêu, thợ máy và thủy thủ chiến đấu.
Năm 1893, Simon Lake(1867-1945) đã phác họa hình ảnh một chiếc tầu ngầm phóng
thủy lôi vào một tàu chiến.
6
Trong suốt thời gian này đã có rất nhiều các nhà khoa học đã nghiên cứu, thiết kế các
mô hình tàu ngầm khác nhau nhưng mục đích chung và duy nhất là phục vụ cho quân sự.
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học-công nghệ, nhất là trong lĩnh vực điều khiển
và truyền thông, ngày nay, tàu ngầm không chỉ được phát triển trong lĩnh vực quân sự mà nó
còn được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong vận chuyển hàng hải và
nghiên cứu khoa học ở đại dương cũng như ở các vùng nước ngọt, nó giúp đạt tới độ sâu
vượt quá khả năng lặn của con người. Đặc biệt, ngày nay, các mô hình tàu ngầm còn đang
được phát triển trong ngành du lịch khám phá sự đa dạng của đại dương.
2.1.2 Nguyên lý hoạt động của tàu ngầm
2.1.2.1 Các định luật cơ bản
Nguyên lý hoạt động của tàu ngầm dựa vào hai định luật cơ bản trong Vật lý:
 Định luật Ac-si-mét: Với bất cứ một vật nào chìm trong nước, đều chịu một lực đẩy,
thẳng đứng, hướng lên trên và có độ lớn đúng bằng phần chất lỏng mà vật đang
chiếm chỗ.
 Định luật Pascal: Áp suất mà một bề mặt phải chịu tỉ lệ thuận cùng lực tác dụng lên
bề mặt, tỉ lệ nghịch với diện tích bề mặt đó.
2.1.2.2 Nguyên lý lặn
Về cơ bản, có 2 cách để làm tàu lặn xuống : lặn động lực (dynamic diving) và lặn
tĩnh lực (static diving). Có nhiều mô hình tàu ngầm sử dụng phương pháp động lực
(dynamic method) trong khi lặn tĩnh lực (static diving) được sử dụng bởi tất cả các tàu ngầm
quân sự.
Những tàu lặn động lực là những tàu ngầm mà vốn đã có sẵn tính nổi, chúng luôn có
khả năng tự nổi. Loại tàu này thiết kế lặn được nhờ kết hợp tốc độ (chuyển động) của tàu

Trong đó, P
tàu
cố định, P
tđ
thay đổi nhờ lượng nước hút hoặc xả trong 2 xilanh:
P
tđ
= γ
H2O
.V
H2O
+ γ
KK
.V
KK
Muốn tàu nổi lên thì dùng động cơ truyền chuyển động tới xinh lanh qua hệ thống vít
me đẩy nước ra khỏi xilanh làm V
H2O
giảm đi và V
kk
tăng lên đồng nghĩa với P
tđ
(trọng lực
thay đổi sẽ giảm đi) làm cho Ptd >P.
2.1.3 Thiết bị điều khiển
Có 2 dạng điều khiển chính:
- Remotely operated Vehicle : có điều khiển bằng dây.
- Autonomous underwater vehicle : điều khiển bằng truyền sóng tín hiệu.
Trong đề tài này, chúng em lựa chọn phương pháp điều khiển bằng truyền sóng tín
hiệu, mà cụ thể là truyền tín hiệu thông qua sóng RF, bởi một số ưu điểm sau:

chỉ mã hóa và 6 địa chỉ dữ liệu. Thông dụng nhất ở VN là loại 8 địa chỉ mã hóa + 4 địa chỉ
dữ liệu
PT2272 cũng có 2 kiểu : PT2272 có 8 địa chỉ giải mã và 4 dữ liệu đầu ra Thường
được kí hiệu : PT2272 - L4; và một loại nữa là PT2272 có 6 địa chỉ giải mã và 6 giữ liệu ra :
kí hiệu PT2272 - L6 . Ở Việt Nam thông dụng nhất là loại L4
9
2.3. Hệ thống cảm biến
2.3.1. Cảm biến nhiệt độ LM_35
2.3.1.1. Giới thiệu chung
LM35 là cảm biến nhiệt độ có độ chính xác cao và điện áp đầu ra tuyến tính tỷ lệ
thuận với nhiệt độ (°C). LM35 do đó có lợi thế hơn các cảm biến nhiệt độ tuyến tính được
hiệu chỉnh trong độ Kelvin, người sử dụng là không bắt buộc phải trừ đi một điện áp lớn liên
tục từ đầu ra của nó để có được nhân rộng. LM35 không đòi hỏi bất kỳ hiệu chỉnh bên ngoài
để cung cấp độ chính xác điển hình của ± ¼ ° C ở nhiệt độ phòng và ± ¾ ° C trên toàn dải
đo từ -55 đến 150 °C. Trở kháng đầu ra của LM35 thấp, đầu ra tuyến tính, và hiệu chuẩn
vốn có chính xác làm cho giao tiếp với mạch đặc biệt là dễ dàng đọc ra hoặc kiểm soát. Nó
có thể được sử dụng với nguồn cung cấp năng lượng duy nhất, hoặc với nguồn thêm. Dòng
hoạt động nhỏ chỉ khoảng 60 μA. Nhiệt đọ tự sưởi thấp ít hơn 0,1°C trong không khí tĩnh.
2.3.1.2. Thông số kỹ thuật
- Hiệu chỉnh trực tiếp °C
- Độ nhạy 10,0 mV / °C
- Dải đo đầy đủ -55 đến 150 °C
- Điện áp hoạt động từ 4 đến 30 volt
- Độ phi tuyến < ± ¼ °C ở dải đo 0-100 °C
2.3.1.3. Cách sử dụng
10
Có 2 cách sử dụng LM_35 là:
 Cách 1: Đầu ra nối trục tiếp với bộ biến đổi ADC đây là phương pháp sử dụng cơ
bản, tuy nhiên dải đo trong trường hợp này nhỏ chỉ từ 2- 150 °C.
 Cách 2: Đầu ra của cảm biến được mắc với nguồn –V

Sau khi nhận được xung từ chân Trigger thì SRF05 sẽ tạo ra 8 xung để phát siêu âm, sau khi
hoàn thành việc phát 8 xung này thì SRF05 sẽ kéo chân echo lên mức 1, độ rộng của mức 1
trên chân echo tương ứng với khoản cách của vật cản với SRF05, nếu ko có vật cản thì nó sẽ
được trả về mức 0 sau 30ms ( ở đây nhiều người thường hiểu sai là khi có vật cản thì SRF05
mới trả về 1 xung mức cao có độ rộng từ 100uS ->30mS tương ứng với khoảng cách). Đặc
biệt là SRF05 chỉ có thể nhận xung trên chân Trigger tối đa là 20Hz, cho nên việc kích xung
trên chân Trigger phải phù hợp thì SRF05 mới hoạt động chính xác
Chế độ 2: Dùng một chân cho cả kích hoạt và phản hồi.
Chế độ này sử dụng một chân duy nhất cho cả tín hiệu kích hoạt và hồi tiếp, và được thiết kế
để lưu các giá trị trên chân lên bộ điều khiển nhúng. Để sử dụng chế độ này, chân chế độ kết
nối vào chân mát. Tín hiệu hồi tiếp sẽ xuất hiện trên cùng một chân với tín hiệu kích
hoạt. SRF05 sẽ không tăng dòng phản hồi cho đến 700uS sau khi kết thúc các tín hiệu kích
hoạt. Bạn đã có thời gian để kích hoạt pin xoay quanh và làm cho nó trở thành một đầu vào
và để có pulse đo mã của bạn đã sẵn sàng. Lệnh PULSIN được tìm ra và được dùng phổ
biến hiện nay để điều khiển tự động.
12
Để sử dụng chế độ 2 với các Stamps BS2 cơ bản, bạn chỉ cần sử dụng PULSOUT và
PULSIN trên cùng một chân, như thế này:
SRF05 PIN 15 sử dụng pin cho cả hai và kích hoạt echo
Range VAR Word xác định phạm vi biến 16 bit
SRF05 = 0 bắt đầu bằng pin thấp
PULSOUT SRF05, 5 đưa ra kích hoạt pulse 10uS (5 x 2uS)
PULSIN SRF05, 1, Range echo đo thời gian
Range = Range/29 để chuyển đổi sang cm(chia 74 cho inch).
2.3.2.4. Tính toán khoảng cách
Giản đồ định thời SRF05 thể hiện trên đây cho mỗi chế độ. Bạn chỉ cần cung cấp
một đoạn xung ngắn 10us kích hoạt đầu vào để bắt đầu đo khoảng cách. Các SRF05 sẽ gửi
cho ra một chu kỳ 8 xung của siêu âm ở tần số 40khz và tăng cao dòng phản hồi của nó
(hoặc kích hoạt chế độ dòng 2). Sau đó chờ phản hồi, và ngay sau khi phát hiện nó giảm các
dòng phản hồi lại. Dòng phản hồi là một xung có chiều rộng là tỷ lệ với khoảng cách đến đối

- Sử dụng các thanh ghi User Assigned để chỉnh Offset.
- Lập trình giá trị ngưỡng cho phép ngắt.
- Phát hiện chuyển động: Shock, dao động, rơi.
- Phát hiện xung: xung đơn và xung kép.
- Độ nhạy: 64 LSB/g @ 2g và @ 8g ở 10;Bit Mode.
- Có thể chọn tầm đo (±2g, ±4g, ±8g).
- Chịu shock tới 10000g.
2.3.3.2. Mô tả các chân
14
- 1: DVdd_IO, cấp nguồn digital cho các chân I/O.
- 2: GND, nối ground.
- 3: NC, không dùng, để hở hoặc nối đất.
- 4:IADDR0, Bit 0 của địa chỉ I2C.
- 5: GND, nối đất.
- 6: AVdd, nguồn Analog.
- 7: CS, Chip Select, chọn kiểu truyền thông: mức 0 cho SPI, mức 1 cho I2C.
- 8: INT1/DRDY, ngắt 1 và báo Data Ready.
- 9: INT2, Ngắt 2.
- 10: NC, không dùng, để hở hoặc nối đất.
- 11: Reserved, dự trữ, nối đất.
- 12: SDO, dữ liệu ra trong truyền thông nối tiếp kiểu SPI.
- 13: SDA/SDI/SDO, dữ liệu truyền thông nối tiếp kiểu I2C (SDA) / dữ liệu vào của truyền
thông SPI (SDI) / dữ liệu ra của truyền thông nối tiếp kiểu 3;wire.
- 14: SCL/SPC, xung clock của truyền thông nối tiếp I2C (SCL) hay SPI (SPC).
2.3.3.3. Sơ đồ khối
15
2.3.3.4. Thông số hoạt động.
3. Bảng 1.1: Các giá trị tối đa cho phép
- Nguồn Analog: AVDD 2.4 V ; 3.6 V (tiêu chuẩn 2.8V)
- Nguồn digital: DVDD_IO 1.71 V – AVDD (tiêu chuẩn 1.8 V)

công nghiệp do các chức năng của nó, chất lượng, ứng dụng linh hoạt và đáng tin cậy trong
khi vẫn còn sự cạnh tranh mạnh mẽ về giá cả thuộc về toàn bộ ngành công nghiệp.
2.3.4.2. Thông số kĩ thuật.
Trong đồ án này nhóm bọn e sử dụng cảm biến BPS300-DDT của hãng Autonics với thông
số kĩ thuật cơ bản sau.
 Nguồn hoạt động 12->24VDC.
 Khoảng cách nhận biết là 300 mm.
 Dạng đầu ra là NPN hoặc PNP.
2.4. Giao tiếp máy tính
Có nhiều chuẩn giao tiếp giữa máy tính và thiết bị ngoại vi bên ngoài như chuẩn giao
tiếp nối tiếp (RS 232, RS 485, USB), chuẩn giao tiếp song song (cổng LPT). Trong đề tài
17
này sử dụng chuẩn giao tiếp RS232 để hiển thị giá trị của 2 bộ cảm biến (cảm biến nhiệt độ
và cảm biến siêu âm) lên máy tính thong qua phần mềm Visual Basic. Chuẩn giao tiếp
RS232 khá phổ biến và thuận tiện cho việc nghiên cứu.
Việc truyền dữ liệu qua cổng COM được tiến hành theo cách nối tiếp nghĩa là dữ
liệu được truyền đi nối tiếp nhau trên một đường dẫn.Loại truyền này có khả năng dùng cho
các ứng dụng có yêu câu truyền ở khoảng cách lớn
Cổng Com có tổng cộng 8 đường dẫn,chưa kể nối đất.Việc truyền dữ liệu xảy ra trên
2 đường dẫn.Qua chân cắm ra TXD máy tính gởi dữ liệu của nó đến KIT vi điều khiển
.Trong khi đó các dữ liệu mà máy tính nhân được lại được dẫn đến chân RXD các tín hiệu
khác đóng vai trò tín hiệu hỗ trợ khi trao đổi thông tin, và vì thế không phải trong mọi
trường hợp ứng dụng đều dùng hết.
Các vi điều khiển có các chân truyền nhận tín hiệu ở mức TTL,không phù hợp với
chuẩn RS232,do vậy muốn kết nối với máy tính phải qua mạch chuyển đổi điện áp từ mức
điện áp RS232 sang TTL và ngược lại.
Chuẩn RS232:
- Mức thấp(logic 0) có trị số từ +3V đến +25V
- Mức cao(logic 1)có trị số từ -3V đến -25V
- Miền giữa -3V đến +3V không hợp lệ

Phương pháp gia công: đúc
Kích thước: đường kính 150mm
- Chân vịt:
Vật liệu chế tạo: nhôm nguyên chất
Phương pháp gia công: cắt và hàn
Ngoài ra còn một số bộ phận khác
- Đai ốc bu lông được chế tạo bằng thép
- Vòng bị chế tạo bằng thép chuyên dụng, kích thước tiêu chuẩn
- Trục : làm bằng hợp kim inoc, đường kính 8mm
Xây dựng mô hình hệ thống
Sau quá trình thiết kế và tham khảo các tài liệu thì mô hình hệ thống đã được xây
dựng như hình dới , hệ thống có 6 bậc tự do hình dới vì vậy để điều khiển được 6
bậc tự do này cần sự dụng đến lưu đồ thuật toán điều khiển của hệ thống
19
Hệ thống cấu tạo khá phức tạp nhiều chi tiết và hệ thống kín nên vấn đề bảo hành
sữa chữa rất khó khăn
Mô hình lắp ghép sơ bộ của tàu
20