BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-------------------------------

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY
Chủ đề: Thiết kế Ground Control Station (GCS)
Giảng viên hướng dẫn:

TS. Hà Mạnh Tuấn
PGS.TS Vũ Đình Q

Nhóm sinh viên thực hiện:
Họ và tên

MSSV

Lê Minh Hồng

20186049

Trần Trọng Tuyển

20186080

Hà Nội, 02/2022


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................... 3
I. ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 4

1.Khái niệm và chức năng của trạm điều khiển mặt đất (GCS) ................ 4
2.Cách thức hoạt động của trạm điều khiển mặt đất (GCS) ...................... 4
II. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ ......................................................... 8
1.Thông số kỹ thuật ......................................................................................... 8
2.Nguyên lý hoạt động..................................................................................... 9
III.TÍNH TỐN THIẾT KẾ ............................................................................ 10
1.Lựa chọn các linh kiện ............................................................................... 10
2.Tính tốn thiết kế hộp đựng và các chi tiết cơ khí .................................. 27
3.Các loại vít, đai ốc sử dụng........................................................................ 44
IV.KIỂM TRA HỆ THỐNG ............................................................................ 47
1.Sơ đồ điện tồn hệ thống ........................................................................... 47
2.Tính tốn cơng suất, thời gian làm việc của hệ thống: ........................... 47
V.KẾT LUẬN .................................................................................................... 48
1.Những điều làm được ................................................................................. 48
2.Những hạn chế còn tồn tại ......................................................................... 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 49


LỜI NĨI ĐẦU
Trạm kiểm sốt mặt đất hay trạm điều khiển mặt đất (GCS) được ví như huyết
mạch của thiết bị bay khơng người lái (UAV) hay cịn gọi là máy bay điều khiển
từ xa (RPA), đã và đang luôn là một trong những phương tiện hỗ trợ con người
hiệu quả nhất để điều khiển, kiểm soát một thiết bị bay khơng người lái (UAV).
GCS có lẽ cũng đóng vai trị quan trọng như bản thân máy bay khơng người lái vì
chúng kích hoạt giao diện với “trí thơng minh con người” - bất kỳ thay đổi nào
trong lộ trình của máy bay không người lái, bất kỳ lỗi cuối cùng nào trên nền tảng
trên không sẽ được gửi đến và nhìn thấy trong GCS. Ngày nay, với nhiều mục
đích khác nhau mà rất nhiều dạng GCS được phát triển, nghiên cứu. Trong bài
báo cáo lần này, nhóm chúng em xin trình bày quy trình thiết kế một trạm điều
khiển mặt đất dạng di động.



I. ĐẶT VẤN ĐỀ
1.Khái niệm và chức năng của trạm điều khiển mặt đất (GCS)
Trạm điều khiển mặt đất (GCS) là trung tâm chỉ huy và điều khiển cho các loại
máy bay / thiết bị bay được điều khiển từ xa.
Như tên của nó, một GCS thường được đặt trên đất liền, nhưng tên gọi của nó
cũng có phần gây nhầm lẫn, vì các trạm này cũng có thể được tìm thấy trên các
tàu Hải quân.
2.Cách thức hoạt động của trạm điều khiển mặt đất (GCS)

Trạm mặt đất thường sử dụng một ứng dụng phần mềm, chạy trên máy tính đặt
trên mặt đất hay một vị trí giới hạn, giao tiếp với UAV của bạn thông qua thiết bị
thu phát tín hiệu khơng dây. Nó hiển thị dữ liệu thời gian thực về hiệu suất và vị
trí của UAV và có thể đóng vai trị như một “buồng lái ảo”, hiển thị nhiều cơng
cụ tương tự mà bạn sẽ có nếu bạn đang lái máy bay thực. GCS cũng có thể được
sử dụng để điều khiển UAV trong chuyến bay, tải lên các lệnh nhiệm vụ mới và
cài đặt các thơng số. Nó cũng thường được sử dụng để theo dõi các video trực tiếp
từ camera của UAV.
Một trạm điều khiển mặt đất điển hình được trang bị hai chỗ ngồi, giống như
buồng lái của máy bay hoặc trực thăng, để phi công lái UAV và người vận hành
cảm biến sử dụng. Điều này tạo ra sự tách biệt giữa các hoạt động bay và các hoạt
động quan trọng, cho phép phi công tập trung vào việc điều khiển máy bay và
người vận hành cảm biến vào việc kiểm soát các hệ thống con của nó và xem, thu
thập, diễn giải và phổ biến dữ liệu môi trường do UAV thu thập.

Cùng với nhau thông qua các liên kết dữ liệu không dây, các camera giám sát, các
hệ thống phụ của UAV truyền dữ liệu thu thập được từ môi trường tức thì - thơng



tin địa lý, điều kiện thời tiết, đối tượng quan tâm đối với mục tiêu là người, vật,
địa điểm,… các mối đe dọa tiềm ẩn được phát hiện bởi các camera giám sát và
trở lại GCS.
Việc truyền dữ liệu này được xử lý bởi máy tính của GCS và hiển thị trên màn
hình GCS để tạo ra một bức tranh tổng quát và nhận thức tình huống sống động
cho phi công và người vận hành cảm biến của UAV, các nhân viên tình báo khác,
quân đội mặt đất và sĩ quan chỉ huy, bất kể vị trí thực tế của họ. Chuyến bay và
các hoạt động, mục tiêu nhiệm vụ và nhiệm vụ của UAV sau đó được điều chỉnh
dựa trên dữ liệu thu được.
3. Các dạng trạm điều khiển mặt đất và chọn đối tượng thiết kế
Có 3 loại trạm điều khiển mặt đất chính:
• Cố định
• Shipboard
• Di động
Các trạm điều khiển mặt đất cố định thường được đặt bên trong xe, container hoặc
tại trung tâm điều khiển. Chúng có thể được vận chuyển đầy đủ thẳng đến vị trí
cần thiết để hoạt động. Các trạm này sau khi được đưa tới có thể đặt ở vị trí cần
sử dụng hoặc phạm vi cho phép của RPA và thậm chí có thể được đặt ở một nơi
xa hơn chẳng hạn như một quốc gia hoàn toàn khác.

Các trạm điều khiển trên tàu, như tên gọi của chúng, được đặt trên các tàu Hải
quân, thường nằm trong trung tâm dữ liệu của tàu. Từ đây, họ kiểm soát RPA có


nhiệm vụ khảo sát và tuần tra các đại dương trên thế giới và bất cứ nơi nào con
tàu cập bến.

Mặt khác, các trạm điều khiển mặt đất di động là các trung tâm điều khiển di động
kiểu vỏ sò được đưa vào hiện trường để chỉ huy và điều khiển gần, thường nằm
trong một hộp bảo vệ có thể gập mở để lộ màn hình, bàn phím và các thiết bị ngoại

vi khác.


Việc GCS là cố định, trên tàu hay di động hoàn toàn phụ thuộc vào các yêu cầu
và giới hạn của một UAV cụ thể, cũng như mục đích dự định của nó. Ví dụ: UAV
có thể có các giới hạn phạm vi nghiêm ngặt và do đó, sẽ được hưởng lợi từ một
thiết bị di động hơn là GCS cố định.
Với nhiều ưu điểm: gọn nhẹ, nhiều tính năng, dễ sử dụng, dễ thay thế linh kiện,…
Có lẽ đó là lý do tại sao mà ngày càng nhiều thiết bị GCS di động được chế tạo,
phát triển với nhiều cách bố trí, bố cục khác nhau. GCS di động có cấu tạo và hệ
thống điều khiển sử dụng hệ thống cơ khí, linh kiện điện tử phù hợp với u cầu
của mơn học, chính vì vậy, chúng em đã lựa chọn để làm đối tượng thiết kế cho
đồ án thiết kế máy kỳ này.


II. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ
1.Thông số kỹ thuật
Màn hình: LCD 10 inch Full HD.
Cấu hình PC: Intel NUC7CJYHN (có thể tùy biến).
Điện áp hoạt động: 12V DC hoặc 220V AC.
Công suất tổng: 53W.
Thời gian sử dụng: 70 phút.
Hệ điều hành: Windows. Giao tiếp qua chuột và bàn phím.
Cổng giao tiếp: USB, Video out, Sạc, nguồn ngoài 220V.
Flight joystick: 3 Axis.
Wifi and Bluetooth: Intel Wireless-AC 9462.
Kích thước sơ bộ: 600 x 294 x 257 mm.


2.Nguyên lý hoạt động


GCS hoạt động dựa trên “bộ não” là một chiếc PC, PC xử lý mọi tác vụ của GCS.
Hệ thống có “input” từ người sử dụng thơng qua joystick, bàn phím. Đầu ra của
hệ thống tới người sử dụng là màn hình hiển thị. Thơng tin, dữ liệu, hình ảnh được
truyền phát qua bộ thu phát tín hiệu và bộ truyền hình ảnh. Tất cả các thiết bị trên
được sử dụng nguồn từ pin/nguồn supply.


III.TÍNH TỐN THIẾT KẾ
Từ ngun lý hoạt động nhóm em lựa chọn và thiết kế các linh kiện, chi tiết phù
hợp.
1.Lựa chọn các linh kiện
Mini PC

Tên: Intel NUC5i5RYH
Điện áp hoạt động: 12-19V
Công suất: 15W
Hệ điều hành: Windows 7, 8.1, 10
Vi xử lí: Intel® Core™ i5-5250U Processor (3M Cache, up to 2.70 GHz) Dual
Core
RAM: tối đa 16GB, 2 slot DDR3L bus 1333/1600
VGA: HD Intel Graphics 6000
Kết nối: mạng LAN, Wifi, Bluetooth ( Intel Wirless-AC 7265 M.2 tích hợp, ăng
ten khơng dây (IEEE 802,11ac, Bluetooth* 4)
Âm thanh: qua cổng HDMI và Mini Display
Hình ảnh: qua cổng HDMI và Mini Display
Bộ nhớ: Hỗ trợ M2 SSD và SSD/HDD 2.5 inch.
Kết nối ngoại vi: 2 cổng USB 2.0 ở mặt sau, 2 cổng USB 3.0 ở mặt trước, cổng
LAN, nguồn 19V



Hướng dẫn lắp đặt: Mini PC được đặt cố định vào thân hộp tại khoang chứa bên
trái. Cần đặt PC vào đúng vị trí, hướng để tránh PC bị va đập trong q trình vận
chuyển.

Gía: Khoảng 9.000.000đ
Link mua: />

Joystick

Tên sản phẩm:
Điện áp hoạt động: 5V, qua cổng USB của PC
Hệ điều hành hỗ trợ: Windows 7/8/10
Điều khiển: 3 trục + throttle, các phím chức năng
Hướng điều khiển: 8 hướng cơ bản
Hướng dẫn: Khi cần sử dụng, nhấc joystick từ bên trong thân hộp để ra mặt phẳng.
Kết nối joystick với hệ thống qua cổng USB. Khi sử dụng xong, mở thân hộp bằng
khóa vặn, đặt joystick trở lại hộp vào đúng vị trí trong khoang bên phải.


Giá: 400000đ
Link mua: />Mản hình (x2)

Kích thước hiển thị: 10.1 inch
Độ phân giải: HDMI 1920 x 1080, VGA 1280 x 800
Tỉ lệ khung hình: 4:3 16:9 16:10 (chiều rộng: chiều cao)
Độ sáng màn hình: 400cd / m2
Cổng giao tiếp: PC (VGA ), HDMI, DVI, Audio input và output



Diện tích hiển thị: 222.52 x 125.11mm
Điện năng tiêu thụ: 12W
Nguồn điện: 12V
Hướng dẫn lắp đặt: Lắp màn hình vào tấm đỡ màn hình thơng qua 2 thanh đỡ. Sử
dụng 4 vít M4 x 12 và 4 vít M4 x 8.

Giá: 1800000đ
Link mua: />Bàn phím, chuột
Để tiết kiệm khơng gian, nhóm chọn bàn phím và chuột (touchpad) mini.

Tên: Bàn phím Bluetooth tích hợp chuột MCSaite 204-TBT
Touchpad: 600dpi
Pin : Lithium-ion polymer pin sạc


Điện áp hoạt động : 3.7V 760mAh
Khoảng cách điều khiển: 10m
Kích thước: 217 x 74 x 18 mm
Khối lượng : 152 g
Hướng dẫn kết nối: Kết nối trực tiếp với mini PC qua bluetooth
Lắp đặt: Bàn phím được lắp chìm dưới tấm, cố định bằng 4 ngàm và 4 vít, đai
ốc.

Giá: 500000đ
Link mua: />Pin

Hãng sản xuất: CNHL
Số cell pin: 3 x 3.7V
Điện áp hoạt động: 11.1V – 12.6V
Dung lượng: 5000 Mah



Dòng xả: 70C
Kiểu kết nối: Kết nối qua jack XT90, Sạc qua jack 4 pins
Kích thước: 150x50x30mm.
Khối lượng: 450g
Nhóm chọn sử dụng pin Lipo do có những ưu điểm:
- Khả năng tích trữ năng lượng cao, ít rị rỉ, hoạt động mạnh mẽ, không bị hiệu
ứng nhớ.
- Nhẹ, bền, chất điện phân tốt, ít bị ăn mịn.
- Đặc điểm kích thước linh hoạt, phù hợp với Ground Station
- Chịu va đập tốt.
- Cấu tạo tiếp điểm âm dương nên hạn chế được chập cháy.
- Khả năng phóng điện cao.
Tuy nhiên việc chọn pin Lipo có nhược điểm là giá thành cao hơn so với các
loại pin cùng cấu hình(Li-ion), Bảo quản pin khó hơn, chất lượng pin giảm nếu
để lâu. Pin dễ bị chập cháy, bị phù nếu có mức điện áp khơng phù hợp. Pin cũng
có thể phát lửa nếu bị cell pin bị biến dạng mạnh. Đây cũng là một lưu ý quan
trọng trong việc sử dụng pin Lipo.
Hướng dẫn lắp đặt, sử dụng: Pin được cố định bằng 2 dây buộc pin, cố định trên
giá.

Giá: 1000000đ
Link mua: />

Sạc pin

Hãng: Imax B3 RC
Điện áp nguồn: AC 110V-240V
Sạc cân bằng: 850mA

Hiện thị số Cell: đèn led xanh và đỏ
Vỏ: Nhựa
Công suất tối đa:10W
Chỉ dùng để sạc cho pin Lipo 2s hoặc 3s
Hướng dẫn sạc cho pin:


- Cắm jack nguồn của sạc pin B3 vào ổ điện 220V, đèn led trên sạc sẽ sáng màu
xanh lên.
- Cắm jack pin (jack cân bằng) vào cổng của sạc. Nếu sạc pin 2s thì 2 đèn led
đầu sẽ sáng đỏ, nếu pin 3s thì 3 đèn led đều sáng đỏ, tiến hành sạc.
- Khi đèn led sáng xanh, tức là quá trình sạc kết thúc, pin đã nạp đầy.
- Thời gian sạc tùy thuộc vào dung lượng pin Lipo có thể sạc tầm 1-2 giờ.
Hướng dẫn lắp: Cố định sạc pin vào cùng khoang số 1 (bên trái). Chú ý đặt đúng
vị trí và đúng hướng.

Giá: 100000đ
Link mua: />Bộ chuyển đổi nguồn điện 220V AC sang 12V DC

Tên: Bộ nguồn tổ ong 12V 5A Power Supply S-60-12
INPUT: 110V-240V. 50-60Hz


OUTPUT: 12V-5A
Công suất: 60W
Tác dụng: Chuyển đổi điện áp xoay chiều (điện lưới) để sử dụng cho GS trong
trường hợp hết pin/không sử dụng pin.
Cách lắp đặt: Tương tự bộ sạc, cần đặt bộ chuyển đổi nguồn điện vào đúng vị trí
trong khoang số 1.


Giá: 75000đ
Link mua: />Bộ nhận tín hiệu Video – Video Receiver

Tên: Video Receiver RC832
Điện áp hoạt động: 12V
Tần số hoạt động: 5.8Ghz


Dòng transmitting: 600mA
Định dạng Video: NTSC/PAL
Dòng hoạt động: 220mA
Kết nối: kết nối qua RP-SMA jack, antenna RP-SMA plug
Trọng lượng: 85g
Kích thước: 80x65x15mm
Cách lắp đặt: Lắp phía dưới bề mặt Tấm Lắp Linh Kiện, sử dụng 2 thanh đỡ chữ
U và 4 vít M4x12 để đỡ.

Giá: 400000đ
Link mua: />Bộ phát tín hiệu – Transmitter

Tên: 3DR Radio Telemetry Module
Hỗ trợ các trình điều khiển bay: MWC / APM / PX4 / Pixhawk
Điện áp hoạt động: 5V, qua cổng USB
Tần số hoạt động: 433MHz hoặc 915MHz


Kết nối: kết nối với PC qua cáp USB. Đầu cịn lại kết nối với dây anten chống
nhiễu.
Trọng lượng: 35.5g
Kích thước: 28 x 53 x 10.7mm

Cách lắp đặt: Sử dụng băng keo 3M để cố định bộ phát tín hiệu vào tấm lắp màn
hình

Giá: 1000000đ
Link mua: />
Bộ chuyển tín hiệu từ AV sang HDMI
Do màn hình khơng xử lí được tín hiệu AV nên cần thêm một bộ chuyển đổi
hình ảnh từ AV sang HDMI.
INPUT: RCA (vàng, trắng, đỏ) và nguồn USB
OUTPUT: HDMI
Điện áp hoạt động: 5V: Từ nguồn USB
Tương thích tín hiệu: PAL/NTSC


Kích thước: 66x55x20 mm
Trọng lượng: 70g
Cách lắp đặt: Cố định tại nắp hộp bằng băng keo 3M

Giá: 80000đ
Link mua: />Quạt tản nhiệt

Sử dụng để giảm nhiệt độ do PC phát ra bên trong khoang chứa. Quạt hút
khơng khí từ bên trong ra ngồi.
Điện áp hoạt động: 12V
Kích thước: 5x5x1.5cm
Trọng lượng: 30g
Cách lắp đặt: Sử dụng 4 vít M4 x 20 để bắt quạt vào dưới Tấm Lắp Linh Kiện.
Chú ý đặt chiều quạt đúng hướng gió thổi ra ngồi.



Giá: 20000đ
Link mua: />Anten
Tổng GS có 2 anten: 1 anten thu tín hiệu hình ảnh, kết nối với video receiver.
Anten cịn lại làm nhiệm vụ truyền phát tín hiệu điều khiển UAV.
Cách lắp đặt: Anten lắp bên ngoài tấm đỡ màn hình, kết nối với đầu jack SMA
bằng mối ren. Đầu mối ren lắp bên trong tấm đỡ màn hình. Sau khi sử dụng, gập
gọn anten lại để có thể đóng hộp


Bộ báo pin 12V

Tác dụng: Chỉ báo điện áp của pin và bộ báo nguồn 12V
Phạm vi điện áp sử dụng: 7-80V
Hướng dẫn sử dụng: Đo và hiển thị mức pin thơng qua hiển thị % pin hoặc điện
áp cịn lại của pin. Để chọn chế độ đo phù hợp với từng loại pin, Ngắt nguồn đồng
hồ và nhấn nút chọn chế độ tương ứng. Sau đó tắt nguồn mở lại, chế độ sẽ được
chọn.
Dây nối: Jack 2 chân, dài 10cm
Hướng dẫn lắp đặt: Lắp vào phía trên Tấm Lắp Linh Kiện. Ngàm c
hặt vào tấm, ngồi ra có thể sử dụng thêm băng keo để thêm sự chắc chắn.

Giá: 165000đ
Link mua: />Công tắc bập bênh 3 chế độ


Tác dụng: Làm công tắc nguồn cho cả hệ thống, Chuyển đổi trạng thái nguồn giữa
pin và Bộ chuyển đổi nguồn 220V.
Điện áp tối đa: 250V – 6A
Kích thước: 21x15mm
Hướng dẫn lắp đặt: Lắp vào phía trên Tấm Lắp Linh Kiện. Ngàm chặt vào tấm,

ngồi ra có thể sử dụng thêm băng keo để thêm sự chắc chắn.
Giá: 9000đ
Link mua: />Công tắc nhấn nhả

Tác dụng: Sử dụng để khởi động PC
Kích thước: Phi 15
Hướng dẫn lắp đặt: Lắp vào phía trên Tấm Lắp Linh Kiện. Lắp vào tấm bằng
ren/ngàm