เรอเลกส ารวจเกบภาพตามพกด ROBOAT SURVEY AND SNAPSHOT

วาทรอยตรวนชย พมพงาม นายวรวทย ผวค า นายวจกษ มาระมง

ปรญญานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรวศวกรรมศาสตรบณฑต

ภาควชาวศวกรรมคอมพวเตอร คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลธญบร

พ.ศ. 2556

เรอเลกส ารวจเกบภาพตามพกด

วาทรอยตรวนชย พมพงาม นายวรวทย ผวค า นายวจกษ มาระมง

ปรญญานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรวศวกรรมศาสตรบณฑต

ภาควชาวศวกรรมคอมพวเตอร คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลธญบร

พ.ศ. 2556

ROBOAT SURVEY AND SNAPSHOT

MR.WANCHAI PIM-NGAM MR.WARAWIT PIWKAM MR.WIJAK MARAMING

THIS PROJECT SUBMITTED IN PARTIAL FULFILLMENT OF THE REQUIREMENTS

FOR THE BACHELOR DEGREE OF ENGINEERING DEPARTMENT OF COMPUTER ENGINEERING

FACULTY OF ENGINEERING RAJAMANGALA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY THANYABURI

YEAR 2013

หวขอปรญญานพนธ เรอเลกส ารวจเกบภาพตามพกด นกศกษา วาทรอยตรวนชย พมพงาม นายวรวทย ผวค า นายวจกษ มาระมง อาจารยทปรกษา อาจารยสมรรถชย จนทรตน ภาควชาวศวกรรมคอมพวเตอร คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลธญบร อนมตใหปรญญานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรวศวกรรมศาสตรบณฑต . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . หวหนาภาควชาฯ (อาจารยมาโนช ประชา)

คณะกรรมการสอบปรญญานพนธ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ประธานกรรมการ (อาจารยวระ คมปรยารตน) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . กรรมการ (อาจารยวระชย แยมวจ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . กรรมการ (อาจารยเจษฎา อรณฤกษ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . กรรมการและอาจารยทปรกษา (อาจารยสมรรถชย จนทรตน)

ลขสทธของภาควชาวศวกรรมคอมพวเตอร คณะวศวกรรมศาสตร

มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลธญบร

ง

หวขอปรญญานพนธ เรอเลกส ารวจเกบภาพตามพกด นกศกษา วาทรอยตรวนชย พมพงาม รหส 115330462005-3

นายวรวทย ผวค า รหส 115330462015-2 นายวจกษ มาระมง รหส 115330462041-8 อาจารยทปรกษา อาจารยสมรรถชย จนทรตน ปการศกษา 2555

บทคดยอ

ในบางพนทฝนตกหนกทกปเปนผลใหเกดปญหาอทกภยในพนทนน ๆ นานตดตอกนหลายวน การชวยเหลอผประสบภยตาง ๆ ทตดอยบรเวณอาคาร บานเรอนทไมสามารถออกมาได เนองจากการเจบไขไดปวย วายน าไมเปน หรออยดแลขาวของเครองใชภายในบาน ไมสามารถออกมารบอาหาร เครองใชตาง ๆ จากศนยชวยเหลอได การใชเรอเลกส ารวจเกบภาพตามพกดไปส ารวจบรเวณน าทวมแทนมนษย นอกจากจะท าใหสะดวกมากขนแลวยงปลอดภยตอชวตมนษยอกดวย โดยเรอเลกส ารวจเกบภาพตามพกดสามารถเคลอนทไปในบรเวณทน าทวมโดยใชมอเตอรไฟฟากระแสตรงตอกบใบพดจ านวน 2 ชด ผลกดนน า โดยใชพลงงานจากแบตเตอรทอยทตวเรอ และยงสามารถเคลอนทไปดานหนา เลยวซายและเลยวขวาตามทระบต าแหนงของ GPS0โดยมมอเตอรตดตงไวทดานหลงของเรอ ภายในตวเรอยงสามารถสงภาพกลบมาแบบ Real-time0เพอบนทกเปนขอมลได การน าไปใชงานสามารถใชงานไดอยางคลองตวเนองจากหนยนตมขนาดเลก สามารถขนยายไดสะดวก ไมตองมอปกรณทซบซอน ราคาถกจงเหมาะกบการน าไปพฒนาเปนตนแบบในการใชงานจรง ค าส าคญ เรอเลกส ารวจเกบภาพตามพกด Roboat Survey Snapshot

จ

กตตกรรมประกาศ

การจดท าโครงงานเรอเลกส ารวจเกบภาพตามพกดครงน จะด าเนนงานไปดวยดมไดหากขาดการสนบสนนชวยเหลอ ผจดท าโครงงานขอขอบคณ อาจารยสมรรถชย จนทรตน อาจารยทปรกษาโครงงาน ผใหค าแนะน า และขอคดเหนตาง ๆ อนเปนประโยชนอยางยงตอการจดท าโครงงาน และขอบคณอาจารยภาควชาวศวกรรมคอมพวเตอรทกทานทแนะน าแนวทางการด าเนนงาน

ขอขอบคณเพอนนกศกษาของผท าโครงงานทมความเออเฟอในการใชเครองมอ และอปกรณในการด าเนนงาน รวมทงภาควชาวศวกรรมคอมพวเตอร หองสมดคณะวศวกรรมศาสตร ส านกวทยบรการและเทคโนโลยสารสนเทศทใหบรการยมหนงสอ และเออเฟออนเตอรเนตเพอใชในการสบคนขอมลอนเปนประโยชนตอการจดท าปรญญานพนธ และท าใหปรญญานพนธเลมนมความสมบรณ

ทายนขอกราบขอบพระคณบดา มารดา และบพการทสนบสนนดานการเงน และใหก าลงใจในการศกษาเสมอมา

คณะผจดท า

ฉ

สารบญ หนา บทคดยอ ง กตตกรรมประกาศ จ สารบญ ฉ สารบญตาราง ซ สารบญรป ฌ บทท 1 บทน า 1 1.1 หลกการและเหตผล 1 1.2 วตถประสงค 1 1.3 ขอบเขตการด าเนนงาน 1 1.4 ผลทคาดวาจะไดรบ 3 บทท 2 ทฤษฎและขอมลทเกยวของ 4 2.1 บทน า 4 2.2 งานวจยทเกยวของ 4 2.3 ทฤษฎเบองตนของเรอทวไป 5 2.4 ทฤษฎการสงขอมลระบต าแหนง (GPS : Global Positioning System) 10 2.5 ทฤษฎของมอเตอรไฟฟากระแสตรง 18 2.6 ทฤษฎกลองถายภาพเบองตน 28 2.7 Arduino Board 29 2.8 Sensor Ultrasonic 30 2.9 Battery Lithium Polymer 33 2.10 GPS Module 33 2.11 ทฤษฎพนฐาน DC เซอรโวมอเตอร

2.12 ทฤษฎการท างานพนฐานของ XBee 2.13 ทฤษฎการท างานของไจโรสโคป (Gyroscope)

34 36 44

บทท 3 วธการด าเนนงาน 47 3.1 แผนการด าเนนงาน 47 3.2 การออกแบบเรอ 49

ช

สารบญ (ตอ) หนา บทท 4 ผลการด าเนนงานและการวเคราะห 67 4.1 การท างานของโปรแกรม 67 4.2 การท างานของอปกรณฮารดแวร 80 บทท 5 สรปและขอเสนอแนะ 84 5.1 สรป 84 5.2 ปญหาและอปสรรค 84 5.3 ขอเสนอแนะ 85 บรรณานกรม 86 ภาคผนวก ก 87 คมอการใชงานโปรแกรม Roboat Planner 87 ภาคผนวก ข 88 Code Program Arduino 88 ประวตผท าปรญญานพนธ 89

ซ

สารบญตาราง

ตารางท หนา 2.1 PIN Assignments for XBee 38 2.1 PIN Assignments for XBee (ตอ) 39 2.2 2.3 3.1

ระยะรบสงขอมลของสายอากาศตว XBee สวนประกอบของ IMU Combo Board แผนการด าเนนงาน

41 45 47

3.1 4.1

แผนการด าเนนงาน (ตอ) ผลการทดลองโหมด Manual

48 67

4.2 ผลการทดลองโหมด Auto 73 4.3 ผลการทดลองการรบและสงสญญาณภาพ 80 4.4 ผลทดลองการท างานแบตเตอรตอเนอง 80 4.5 การทดลองการหลบสงกดขวาง 81 4.6 การทดลอง GPS 82

ฌ

สารบญรป

รปท หนา 2.1 แรง และโมเมนต ทเกดขนบนเรอ และแรงยกทเกดขนบนหางเสอ 5 2.2 กราฟสมประสทธของแรงผลก (KT) และแรงบด (KQ) และ ประสทธภาพ ηo 6 2.3 หนาตดตามแนวกวางของเรอ 8 2.4 เรอทถกแรงภายนอกกระท า ท าใหเอยงไปเปนมมเลกๆ 9 2.5 การโคจรของดาวเทยม 12 2.6 สถานควบคมระบบดาวเทยม GPS 5 แหง 13 2.7 การโคจรของดาวเทยม GPS รอบโลก 14 2.8 องคประกอบของระบบดาวเทยม GPS 15 2.9 สวนทอยกบทของมอเตอรไฟฟากระแสตรง 18 2.10 สวนทเคลอนทของมอเตอรไฟฟากระแสตรง 19 2.11 วงจรมอเตอรกระแสตรงแบบอนกรม 20 2.12 วงจรมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนาน 20 2.13 วงจรมอเตอรกระตรงแบบผสมชนดชอรทชนท 21 2.14 วงจรมอเตอรกระตรงแบบผสมชนดลองชนท 21 2.15 การปรบฟลดรโอสตาทชนด 3 ขว 22 2.16 การควบคมความเรวมอเตอรโดยใชความตานทาน 23 2.17 การควบคมความเรวโดยการแบงขดลวด 23 2.18 การควบคมความเรวมอเตอรอนกรมใหสงกวาความเรวปกต 24 2.19 การควบคมความเรวมอเตอรต ากวาความเรวปกต 24 2.20 การปรบความเรวชนทมอเตอรใหมความเรวสงกวาปกตโดยใชรโอสตารท 25 2.21 การปรบความเรวชนทมอเตอรใหมคาต ากวาปกตโดยใชรโอสตารท 25 2.22 กลบทางหมนมอเตอรกระแสตรงแบบอนกรมโดยสลบขดลวดอาเมเจอร 26 2.23 วงจรกลบทางหมนมอเตอรกระแสตรงแบบอนกรมโดยสลบขวขดลวด

อนกรม 26

2.24 2.25 2.26

วงจรกลบทศทางการหมนของชนมอเตอร โดยใชสวทชสองขาสบสองทางวงจรกลบทศทางการหมนของมอเตอรกระแสตรงแบบผสม ลกษณะกลอง Camera key

27 27 29

ญ

รปท 2.27 2.28

สารบญรป (ตอ) Arduino Board Sensor Ultrasonic

หนา 30 31

2.29 ระยะสนสดในกรวยเสยง 32 2.30 ระดบพลงงานเสยงเปน dB ทมมตางๆ กน 32 2.31 Battery Lithium Polymer 33 2.32 GPS Module 34 2.33 เซอรโวมอเตอร รน S03T STD 34 2.34 Timing Diagram ของ Control Pulse 35 2.35 XBee Series1 Pro Whip Antenna 36 2.36 รปจาก Datasheet ของ XBee 37 2.37 เครอขาย ZigBee แบบ Star, Cluster, Mesh 40 2.38 การท างานของ XBee 42 2.39 Data Throughput ของ XBee 43 2.40 IMU Combo Board 45 3.1 แผนผงการท างานของเรอเลกส ารวจเกบภาพตามพกด 49 3.2 การรบและสงขอมลดวยคลนสญญาณ XBee (แบบ GPS) 50 3.3 โครงสรางตวเรอ 51 3.4 วงจร Drive Motor เบอร VNH3SP30 52 3.5 XBee Pro 53 3.6 โมดล GPS 53 3.7 ขอมลของ GPS 54 3.8 บอรด ATMEGA1280 54 3.9 สวนประมวลผลของระบบควบคม 56 3.10 การท างานโดยรวมของเรอ 57 3.11 การท างานแบบ Auto 58 3.12 การหลบหลกสงกดขวาง 59 3.13 การเคลอนทไปยงเปาหมาย 60

ฎ

รปท

สารบญรป (ตอ)

หนา

3.14 การท างานแบบ Manual 61 3.15 การท างานของกลอง 62 3.16 วงจรรวม 63 3.17 Schematic Diagram 63 3.18 การเชอมตออปกรณ 64 3.19 หนาหลกโปรแกรม Manual Control 65 4.1 หนาหลกโปรแกรมโหมด Manual 68 4.2 กดปม Connect 68 4.3 หนา Manual Control 69 4.4 หนาเมอกดปม Manual 70 4.5 หนาเมอกดปม Camera Connect 70 4.6 หนาขอมลทรบมาจากเรอ 71 4.7 หนาจดทอยปจจบน 72 4.8 หนาจบการท างาน 72 4.9 หนาหลกโปรแกรมโหมด Auto 74 4.10 กดปม Connect 74 4.11 เลอกจดตามเปาหมายและกดปม Start 75 4.12 ขอมลการท างานของเรอ 76 4.13 ภาพจากกลองทอยบนเรอ 76 4.14 ขอมลทไดรบจากเรอโดยตรง 77 4.15 การเคลอนทของเรอ 78 4.16 ต าแหนงเปาหมายกบการเคลอนทของเรอ 78 4.17 ภาพจากต าแหนงไดถายไว 79 4.18 คาเปาหมายบน Map 82 4.19 คาจรงจาก GPS 83