Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật Điện Tử, Cơ Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị có các đặc điểm với sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt và hoạt động ổn định . Đó là những yếu tố cần thiết làm cho năng suất, hiệu quả trong công việc được tăng cao, hoạt động của con người được giảm bớt. Xuất phát từ thực tế, nên em chọn đề tài “Thiết kế mạch đếm 8 sản phẩm (sử dụng JK_FF), hiển thị trạng thái đếm trên LED 7 thanh” được sử dụng đếm sản phẩm. 1.2 Mục đích yêu cầu Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy đếm được số lượng sản phẩm của máy tao ra một cách đơn giản,chính xác mà không cần tốn sức của công nhân. Yêu cầu của mạch đếm sản phẩm là chạy một cách chính xác, ổn định,gọn nhẹ,dễ lắp đặt,dễ sữa và rẽ tiền. 1.3 Phương pháp nghiên cứu Trên phương pháp nghiên cứu và phân tích các chức năng của linh kiện, vi mạch và áp dụng các kiến thức cùng với sự chỉ đạo của phụ trách giáo dục để xây dựng nên một mạch có chức năng hoạt động đếm số lượng và đúng với tài nguyên yêu cầu.
Trang 11
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ
ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN
ĐỀ TÀI: CẢM BIẾN ĐO KHOẢNG CÁCH VÀ CẢNH BÁO AN TOÀN
Giáo viên hướng dẫn: Gv Trần Anh Sơn
Nhóm sinh viên thực hiện: Lưu Vũ Việt Anh 2021600571 Trịnh Hoàng Anh 2021601404 Vũ Trọng Hải Đăng 2021601364
Hà Nội - 2023
Trang 22
Lời nói đầu
Hiện nay trong ngày ô tô thế giới cần rất nhiều cảm biến an toàn để đảm bảo an toàn cho người lái và hành khách ví dụ như cảm biến va chạm, cảm biến giữ làn đường, cảm biến điểm mù, cảm biến hỗ trợ đỗ xe… Với mục đích chung của chúng là để phát hiện các mối nguy hiểm tiềm ẩn và cảnh báo người lái hoặc tự động kích hoạt các hệ thống an toàn để ngăn ngừa tai nạn Có rất nhiều ví dụ ngoài thực tế cho chúng ta thấy tầm quan trọng của cảm biến an toàn trong ô tô là không thể thiếu
Theo các thống kê của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), tai nạn giao thông là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu cho người dưới 30 tuổi trên toàn cầu Tại Việt Nam, tai nạn giao thông cũng là một vấn đề nghiêm trọng, gây ra hàng nghìn ca tử vong và thương vong mỗi năm
Cảm biến an toàn trong ô tô có thể giúp giảm thiểu tai nạn và thương vong bằng cách phát hiện các mối nguy hiểm tiềm ẩn và cảnh báo người lái hoặc tự động kích hoạt các hệ thống an toàn Ví dụ, cảm biến va chạm có thể giúp giảm thiểu va chạm phía trước bằng cách tự động phanh xe khi phát hiện nguy cơ va chạm Cảm biến giữ làn đường có thể giúp giảm thiểu va chạm với các phương tiện khác bằng cách tự động điều chỉnh hướng lái của xe để giữ xe ở giữa làn đường Cảm biến điểm mù có thể giúp giảm thiểu va chạm với các phương tiện ở điểm mù của xe bằng cách cảnh báo người lái về sự hiện diện của các phương tiện đó
Trang 33
Mục Lục
Chương 1: Tổng quan về hệ thống 4
1.1: Giới thiệu chung 5
1.2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 7
1.3 Phương pháp thực hiện 7
1.4 Ý nghĩa của đề tài 7
Chương 2: Thiết kế hệ thống đo lường và điều khiển 8
2.1 Phân tích và lựa chọn cảm biến 8
2.1.1 Tìm hiểu về các cảm biến khoảng cách 8
2.1.2 Cảm biến siêu âm HC-SR04 9
2.2 Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển 13
2.2.1 Lựa chọn bộ điều khiển 13
2.2.2 Thông số của vi điều khiển Arduino UNO R3 15
2.2.3 Lựa chọn các thiết bị khác 18
2.3 Mô hình hoá và mô phỏng hệ thống 22
2.4 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 23
2.5 Lưu đồ thuật toán 24
2.6 Xây dựng chương trình điều khiển 24
Chương 3: Chế tạo và thử nghiệm hệ thống 32
3.2 Chế tạo các bộ phận cơ khí, điện tử 32
3.3 Thử nghiệm và đánh giá hệ thống 33
CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 35
Trang 44
Danh mục hình ảnh
Hình 1.1 Một số loại cảm biến thông dụng trong công nghiệp 5
Hình 1.2 Cảm biến sử dụng sóng radar để cảnh báo vật cản xung quanh 6
Hình 1.3 Cảm biến HC-SR04 8
Hình 1.4 Chi tiết về cảm biến HC-SR04 11
Hình 1.5 Nguyên lý hoạt động của cảm biến HC-SR04 12
Hình 1.6 Vi điều khiển Arduino UNO R3 15
Hình 1.7 Màn hình LCD 16x2 19
Hình 1.8 Module I2C 20
Hình 1.9 Còi 5VDC 21
Hình 1.10 Đèn led 22
Trang 55
Chương 1: Tổng quan về hệ thống
1.1: Giới thiệu chung
Ngày nay, cùng với sự phát triển của các nghành công nghiệp đã đặt ra yêu cầu đưa các công nghệ mới vào dây truyền sản xuất để nâng cao năng suất, tạo ra nhiều sản phẩm hơn, dần dần thay thế sức lao động con người trong dây truyền sản xuất, tạo ra nhiều sản phẩm, hạ giá thành, tăng sức canh tranh cho sản phẩm Một trong những ứng dụng rộng rãi của công nghệ vào trong sản xuất ta có thể kể tới đó chính là: “Cảm biến đo khoảng cách và cảnh báo an toàn" Cảm biến được ứng dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp sản xuất sản phẩm tiêu dùng, công nghiệp thực phẩm, các nghành sản xuất xe hơi Cảm biến an toàn là một phần gần như không thể thiếu, chúng đi cùng và phát triển đồng thời với các nghành công nghiệp
Hình 1.1 Một số loại cảm biến thông dụng trong công nghiệp
Trang 66
Trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ thủ công, bán tự động đến tự động hoàn toàn theo sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ Nhằm đảm bảo được sự chính xác trong lắp ráp, đo lường, kiểm tra chất lượng sản phẩm và sự an toàn của người lao động, giảm thiểu nguy cơ tai nạn lao động Hơn thế nữa, cảm biến khoảng cách có thể được sử dụng để tự động hoá các quy trình sản xuất giúp doanh nghiệp nâng cao năng suất và hiệu quả sản xuất
Cảm biến khoảng cách không chỉ phát triển mạnh trong công nghiệp mà nó còn được sử dụng rất nhiều trong nghành công nghệ ô tô Trong đó, nó được ứng dụng các hệ thống như hỗ trợ đỗ xe tự động, kiểm soát hành trình chủ động, cảnh báo va chạm
Cảm biến an toàn là một thiết bị điện tử có thể phát hiện và đo lường các nguy hiểm tiềm ẩn trong quá trình di chuyển và tham gia giao thông Cảm biến an toàn đóng vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho người lái xe và những người xung quanh
Với mong muốn tạo ra một hệ thống đảm bảo được sự an toàn cho mọi người khi tham
gia giao thông Chúng em, những sinh viên năm ba, đã thực hiện đề tài Cảm biến đo khoảng cách và cảnh báo an toàn
Với môi trường giao thông thực tế với số lượng vật cản lớn cùng rất nhiều nguy hiểm tiềm ẩn, chúng em muốn nghiên cứu một hệ thống cảnh báo an toàn Nhằm giúp đạt được độ chính xác cao và đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông, chúng em sẽ sử dụng cảm biến để phát hiện, đo khoảng cách và cảnh báo an toàn
Hình 1.2 Cảm biến sử dụng sóng radar để cảnh báo vật cản xung quanh
Trang 77 1.2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục đích của cảm biến an toàn là để ngăn ngừa tai nạn và thương tích Cảm biến an toàn có thể giúp tăng cường an toàn bằng cách:
- Phát hiện các tình huống nguy hiểm: Cảm biến an toàn có thể phát hiện các tình huống
nguy hiểm mà con người có thể không nhận thấy, chẳng hạn như các vật thể đang di chuyển hoặc các khu vực nguy hiểm
- Kích hoạt các biện pháp bảo vệ: Khi cảm biến phát hiện một tình huống nguy hiểm,
nó sẽ kích hoạt các biện pháp bảo vệ để ngăn ngừa tai nạn, chẳng hạn như cảnh báo hoặc dừng máy móc
Nhiệm vụ của cảm biến an toàn là:
- Phát hiện các tình huống nguy hiểm một cách chính xác và kịp thời - Kích hoạt các biện pháp bảo vệ một cách hiệu quả và đáng tin cậy
Cảm biến an toàn là một công cụ quan trọng để ngăn ngừa tai nạn và thương tích Cảm biến an toàn có thể giúp đảm bảo an toàn cho mọi người trong các môi trường nguy hiểm 1.3 Phương pháp thực hiện
Đề tài này sử dụng cảm biến khoảng cách để đo khoảng cánh giữa xe ô tô và vật cản, sau đó hiển thị những mức độ nguy hiểm khác nhau
Có nhiều loại cảm biến đo khoảng cách như cảm biến siêu âm, cảm biến laze, cảm biến hồng ngoại, …
Trong đề tài này, nhóm sẽ sử dụng cảm biến siêu âm để đo khoảng cách và hiển thị khoảng cách lên màn hình LCD Ngoài ra, chương trình còn cảnh báo bằng đèn LED và còi tuỳ theo khoảng cách Màn hình LCD sẽ hiển thị chữ “CLOSE” nếu khoảng cách của cảm biến và vật cản bắt đầu từ 10cm trở xuống đồng thời đèn LED sẽ phát sáng Nếu khoảng cách bắt đầu từ 5cm trở xuống, màn hình LCD sẽ hiện chữ “VERY CLOSE” và sẽ có còi cảnh báo Từ 3cm trở xuống, màn hình LCD sẽ hiện chữ “DANGER” đồng thời sẽ có phanh tự động (Phanh tự động được hiển thị bằng một đèn LED)
Có 2 chế độ phanh, phanh ở chế độ tự động (auto) và phanh ở chế độ tự điều khiển (manual)
1.4 Ý nghĩa của đề tài
Đây là một ứng dụng thực tế của cảm biến đo khoảng cách trong việc đo khoảng cách và phản ứng theo kết quả đo được Đề tài này giúp bạn hiểu rõ hơn về cách hoạt động và ứng dụng của cảm biến đo khoảng cách, cũng như cách lập trình và sử dụng bộ điều khiển Hi
Trang 88
vọng qua đề tài này, các bạn có thể hiểu được cách thực hoạt động của cảm biến đo khoảng cách và ứng dụng thực tiễn của nó
Chương 2: Thiết kế hệ thống đo lường và điều khiển
2.1 Phân tích và lựa chọn cảm biến
2.1.1 Tìm hiểu về các cảm biến khoảng cách
Các loại cảm biến khoảng cách được phân loại dựa trên nguyên lý hoạt động của chúng Có thể kể đến các loại cảm biến khoảng cách phổ biến sau đây:
• Cảm biến khoảng cách bằng tia laser: Cảm biến này sử dụng tia laser để đo khoảng
cách giữa cảm biến và vật thể Tia laser được phát ra từ cảm biến và chiếu đến vật thể Thời gian cần thiết để tia laser đi từ cảm biến đến vật thể và phản xạ trở lại được sử dụng để tính toán khoảng cách giữa cảm biến và vật thể
• Cảm biến khoảng cách bằng sóng siêu âm: Cảm biến này sử dụng sóng siêu âm để
đo khoảng cách giữa cảm biến và vật thể Sóng siêu âm được phát ra từ cảm biến và phản xạ trở lại khi gặp vật thể Thời gian cần thiết để sóng siêu âm đi từ cảm biến đến vật thể và phản xạ trở lại được sử dụng để tính toán khoảng cách giữa cảm biến và vật thể
• Cảm biến tiệm cận: Cảm biến này sử dụng một cảm biến điện áp thấp để phát hiện sự
tiếp xúc giữa cảm biến và vật thể Khi cảm biến tiếp xúc với vật thể, điện trở của cảm biến sẽ thay đổi và tín hiệu điện áp thấp sẽ được tạo ra
• Cảm biến quang học: Cảm biến này sử dụng một cảm biến quang học để phát hiện sự
hiện diện của vật thể Khi vật thể chắn đường đi của ánh sáng, cảm biến quang học sẽ phát hiện ra sự hiện diện của vật thể
Mỗi loại cảm biến khoảng cách có những ưu điểm và nhược điểm riêng Cảm biến khoảng cách bằng tia laser có độ chính xác cao và phạm vi đo lớn, nhưng giá thành cao Cảm biến khoảng cách bằng sóng siêu âm có giá thành thấp và độ tin cậy cao, nhưng không thể đo khoảng cách chính xác trong môi trường có nhiều vật cản Cảm biến tiệm cận có giá thành thấp và dễ lắp đặt, nhưng phạm vi đo ngắn Cảm biến quang học có giá thành thấp và dễ lắp đặt, nhưng độ chính xác thấp trong môi trường có nhiều ánh sáng
Trang 99
Dưới đây là bảng tóm tắt các loại cảm biến khoảng cách phổ biến:
Loại cảm biến Nguyên lý hoạt động
Ưu điểm Nhược điểm
Cảm biến khoảng cách bằng tia laser
Sử dụng tia laser để đo khoảng cách
Độ chính xác cáo, phạm vi đo lớn
Giá thành cao
Cảm biến khoảng cách bằng sóng siêu âm
Sử dụng sóng siêu âm để đo khoảng cách
Giá thành thấp, độ tin cậy cao
Không thể đo khoảng cách chính xác trong môi trường nhiều vật cản
Cảm biến tiệm cận Sử dụng cảm biến điện áp thấp để phát hiện sự tiếp xúc
Giá thành thấp, dễ lắp đặt
Phạm vi đo ngắn
Cảm biến quang học
Sử dụng cảm biến quang học để phát hiện sự hiện diện của vật thể
Giá thành thấp, dễ lắp đặt
Độ chính xác thấp trong môi trường có nhiều ánh sáng
Từ những bảng tóm tắt phân loại sản phẩm trên, chúng em quyết định chọn cảm biến siêu âm
HC-SR04 cho đề tài
2.1.2 Cảm biến siêu âm HC-SR04
Cảm biến HC-SR04 là một cảm biến khoảng cách siêu âm giá rẻ và dễ sử dụng Nó có phạm vi đo từ 2 đến 400 cm và thường được sử dụng trong các dự án tự động hóa Cảm biến này hoạt động bằng cách phát ra sóng siêu âm và đo thời gian sóng phản xạ trở lại để tính tốn khoảng cách đến vật cản HC-SR04 có thể được sử dụng với nhiều loại vi điều khiển khác nhau, bao gồm cả Arduino Cảm biến HC-SR04 có kích thước nhỏ gọn và dễ lắp đặt Nó có hai chân kết nối chính là chân Trigger và chân Echo Chân Trigger được sử dụng để kích hoạt phát sóng siêu âm, trong khi chân Echo được sử dụng để đọc tín hiệu phản
Trang 10a, Cấu tạo và thông số kĩ thuật của cảm biến: Cấu tạo:
❖ Modun cảm biến có 4 chân: -Chân VCC: Dùng để cấp nguồn 5v -Chân Trig: Chân digital output -Chân Echo: Chân digital input
-Chân GND: Chân 0v (chân nối Mass) ❖Cảm biến được chia làm 3 phần:
-Bộ phận phát sóng siêu âm: Cấu tạo của các đầu phát và đầu thu siêu âm là các loa gốm đặc biệt, phát siêu âm có cường độ cao ở tần số thường là 40kHz cho nhu cầu đo khoảng cách
-Bộ phận thu sóng siêu âm phản xạ: Thiết bị thu là dạng loa gốm có cấu tạo chỉ nhạy với một tần số chẳng hạn như 40KHz Qua một loạt các
linh kiện như OPAM TL072, transistor NPN…Tín hiệu này liên tục được khuếch đại biên độ và cuối cùng là đưa qua một bộ so sánh, kết hợp với tín hiệu từ bộ điều khiển để đưa về bộ điều khiển
- Bộ phận xử lý, điều khiển tín hiệu: Vi điều khiển (PIC16F688, Hình1.3 Cảm biến HC-SR04
Trang 11+ Điện áp làm việc: 5VDC + Dòng điện: 15mA
❖ Cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý: “ Phát sóng và phản xạ sóng ” Cảm
biến này bao gồm: Bộ phát (Trig) và bộ thu (Echo) là hai bộ phận chính thực hiện công việc thu và phát tín hiệu của cảm biến Bộ phát chuyển đổi tín hiệu điện thành sóng siêu âm, còn bộ thu chuyển đổi tín hiệu siêu âm đó trở lại thành tín hiệu điện Khi hoạt động, mô-đun phát sẽ phát ra một xung siêu âm ngắn Xung này sẽ lan truyền qua không khí và phản xạ lại khi gặp một vật cản Mô-đun nhận sẽ nhận được xung phản xạ dựa vào thời gian này (thời gian phát cho đến khi nhận lại từ phản xạ) kết
hợp với tốc độ truyền của âm thanh trong không khí (khoảng 340m/s), cảm biến có thể tính toán được khoảng cách đến vật cản
Hình 1.4 Chi tiết về cảm biến HC-SR04
Trang 1212
c, Ứng dụng, ưu điểm và nhược điểm của HC-SR04
Với các module cảm biến siêu âm HC-SR04 được ứng dụng nhiều nhất trong các bài toán đo khoảng cách vật từ xa Phạm vi đo ngắn, trong khoảng 2-400cm
- Một số ứng dụng khác cũng hay dùng module cảm biến siêu âm HCSR04 mà chúng ta thường thấy như:
+ Dùng đo mực chất lỏng trong chai, hộp sữa… + Dùng phát hiện vật cản trên đường đi của robot… - Ưu điểm:
+ Nhỏ gọn + Giá thành rẻ + Dễ tìm mua
+ Phát sóng siêu âm có độ chính xác cao + Phạm vi đo rộng 2- 400cm
+ Dễ dàng lắp đặt và kết hợp với các bộ kit của Arduino - Nhược điểm:
+ Hiệu suất làm việc liên tục không cao + Dễ bị nhiễu tác động
+ Khơng thích hợp làm việc trong mơi trường cơng nghiệp
+ Độ nhạy và dãy đo phụ thuộc vào phần Code nạp
Hình 1.5 Nguyên lý hoạt động của cảm biến HC-SR04
Trang 1313
d, Công thức tính khoảng cách của cảm biến HC-SR04 là: distance = (speed * duration) / 2
Trong đó:
distance là khoảng cách cần tính toán, tính bằng cm
speed là tốc độ của âm thanh trong không khí, tính bằng cm/s
duration là thời gian cần thiết để sóng âm đi từ cảm biến đến vật thể và phản xạ trở lại, tính bằng microseconds
Tốc độ của âm thanh trong không khí là 340 m/s, tương đương với 29,412
microseconds/cm Do đó, công thức tính khoảng cách của cảm biến HC-SR04 có thể được viết lại như sau:
Dưới đây là một số lưu ý khi sử dụng cảm biến HC-SR04:
Cảm biến HC-SR04 có độ chính xác khoảng 3mm
Phạm vi đo của cảm biến HC-SR04 là từ 2cm đến 450cm
Cảm biến HC-SR04 có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm.y
Cảm biến HC-SR04 là một cảm biến khoảng cách phổ biến được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau Công thức tính khoảng cách của cảm biến HC-SR04 tương đối đơn giản và dễ hiểu
2.2 Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển
2.2.1 Lựa chọn bộ điều khiển
Để hoàn thành được sản phẩm chúng em cần sử dụng một bo mạch vi điều khiển phù hợp với đồ án đáp ứng được các tiêu chí như rẻ, dễ sử dụng và tài liệu hướng dẫn phong phú Dưới đây là một số vi điều khiển:
Trang 1414
- Arduino UNO R3: Arduino UNO R3 là một bo mạch vi điều khiển dựa trên chip
ATmega328P Bo mạch này có 14 chân I/O kỹ thuật số, 6 chân I/O tương tự, 1 chân reset, 1 chân nguồn và 1 chân GND Arduino UNO R3 được sử dụng rộng rãi trong các dự án điện tử DIY và học tập
- Raspberry Pi: Raspberry Pi là một máy tính nhỏ gọn dựa trên chip Broadcom
BCM2835 Máy tính này có 40 chân GPIO, 1 chân HDMI, 1 chân USB, 1 chân Ethernet và 1 chân nguồn Raspberry Pi có thể được sử dụng để tạo các dự án điện tử phức tạp hơn Arduino UNO R3
- ESP8266: ESP8266 là một chip vi điều khiển tích hợp Wi-Fi Chip này có 11 chân I/O
kỹ thuật số, 1 chân I/O tương tự, 1 chân reset, 1 chân nguồn và 1 chân GND ESP8266 có thể được sử dụng để tạo các thiết bị IoT kết nối Wi-Fi
Ngoài ra, còn có một số bo mạch vi điều khiển khác như: Teensy 3.2, Adafruit Feather, SparkFun Pro Micro, …
Sau rất nhiều cân nhắc nhóm em quyết định chọn vi điều khiển Arduino UNO R3 để sử dụng trong đồ án môn học này
Tính năng Arduino UNO R3 Raspberry Pi ESP8266
BCM2835
ESP8266
Số lượng chân I/O kỹ thuật số
Số lượng chân I/O tương tự
85.6 x 56.5 x 21.3 mm
30.0 x 25.0 x 2.4 mm
Trang 15Dòng tiêu thụ khoảng 30mA
Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader Hình 1.6 Vi điều khiển Arduino UNO R3
Trang 1616 SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
Vi điều khiển
- Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168, ATmega328 Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,… hay những ứng dụng khác mà bạn đã được xem ở đây
Năng lượng
- Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO
Các chân năng lượng
- GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau
- 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA - 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA
- Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND
- IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn
- RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ
Lưu ý:
- Arduino UNO không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào Do đó bạn phải hết sức cẩn thận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khi cấp cho Arduino UNO Việc làm chập mạch nguồn vào của Arduino UNO sẽ biến nó thành một miếng nhựa chặn giấy mình khuyên bạn nên dùng nguồn từ cổng USB nếu có thể
Trang 1717
- Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho các thiết bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí có thể làm hỏng board Điều này không được nhà sản xuất khuyến khích
- Cấp nguồn ngoài không qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp dưới 6V có thể làm hỏng board
- Cấp điện áp trên 13V vào chân RESET trên board có thể làm hỏng vi điều khiển ATmega328
- Cường độ dòng điện vào/ra ở tất cả các chân Digital và Analog của Arduino UNO nếu vượt quá 200mA sẽ làm hỏng vi điều khiển
- Cấp điệp áp trên 5.5V vào các chân Digital hoặc Analog của Arduino UNO sẽ làm hỏng vi điều khiển
- Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của Arduino UNO vượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển Do đó nếu không dùng để truyền nhận dữ liệu, bạn phải mắc một điện trở hạn dòng
Bộ nhớ
- Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:
- 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng cho
bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu
- 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất
- 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM
Các cổng vào/ra
- Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)
Trang 1818
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
- 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết
- Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite () Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác
- Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác
- LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng
- Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit
2.2.3 Lựa chọn các thiết bị khác