Đồ án thiết kế chế tạo cân điện tử tự động

Đồ án thiết kế chế tạo cân điện tửtự động(150kg) kèm mạch để các bạn có thể làm sản phẩm với các mức cân khác nhau mẫu này gồm cản bản word và các sơ đồ mạch cách đấu nối để có thể tạo sản phẩm cân với mức cân là 150kgmọi thắc mắc xin liên hệhttps:www.facebook.comprofile.php?id=100007800519311

MỤC LỤC

MỤC LUC 1

DANH SÁCH HÌNH VẼ 3

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU 5

LỜI CẢM ƠN 6

TÓM TẮT ĐỀ TÀI 7

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÂN ĐIỆN TỬ 9

1.1 Giới thiệu hệ thống cân định lượng 9

1.1.1 Giới thiệu chung 9

1.1.2 Thị trường và ứng dụng 9

1.2 Tổng quan về cân cân điện tử 10

1.2.1 Khái niệm 10

1.2.2 Phân loại cân và đối tượng sử dụng 11

1.2.3 Nguyên lý hoạt động của cân điện tử 11

1.2.4 Ứng dụng của cân điện tử trong thực tiễn 12

1.2.5 Khảo sát thị trường cân điện tử 14

1.3 Kết luận chương 16

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH VÀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 17

2.1 Mạch điều khiển Arduino 17

2.1.1 Sơ lược về mạch điều khiển Arduino 17

2.1.2 Arduino Nano 19

2.1.3 Công cụ lập trình Arduino IDE 27

2.2 Lựa chọn thiết bị phần cứng 28

2.2.1 Load Cell 28

2.2.2 Một số Loadcell thực tế 34

2.2.3.Module Hx711 36

2.2.4 Nguồn điện và lựa chọn nguồn điện 37

2.2.5 Giới thiệu cơ bản về LCD 16x2 39

2.2.6 Kết luận chương 2 45

CHƯƠNG 3 LẬP TRÌNH VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH CÂN ĐIỆN TỬ 46

3.1 Giới thiệu chương 46

3.2 lập trình chương trình trên Arduino IDE 46

3.2.1 Khởi tạo chương trình 46

3.2.2 Sơ đồ đấu nối dây 47

3.2.3 Sơ đồ thuật toán: 48

3.2.4 Chương trình điều khiển cân điện tử trên Arduino IDE 48

3.2.5 Thiết kế cơ khí cho cân 52

KẾT LUẬN 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cân bàn điện tử sử dụng thực tế 10

Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống cân sử dụng load cell 11

Hình 1.3 Một số loại cân điện tử trên thị trường 12

Hình1.4 : Cân bàn điện tử 13

Hình2.1: Tổng quan về arduino Nano 21

Hình2.2: Các chân của arduino Nano 21

Hình2.3:Các chân ICSP 26

Hình2.4: Cấu trúc load cell 28

Hình2.5: Cấu tạo chính của Loadcell như hình dưới 28

Hình 2.6: Load cell thực tế 30

Hình 2.7 : Mạch cầu điện trở trong load cell 30

Hình 2.8: Cách thức hoạt động và điểm đặt 31

Hình2.9: Một số loại load cell 35

Hình2.10: Sơ đồ đấu nối của load cell 35

Hình: 2.11 load cell sử dụng trong sản phẩm 36

Hình2.12: Module Hx711 36

Hình2.13: Sơ đồ đấu nối giây tín hiệu load cell Hx711 và Arduino Nano 37

Hình2.14: Nguồn adapter 5v với cổng mini USB 38

Hình2.15: Khối cấp nguồn cho arduino và Led LCD 38

Hình:2.16 Pin 9v 39

Hình.2.17 Hình dáng của loại LCD thông dụng 39

Hình:2.18 Sơ đồ chân của LCD 40

Hình:2.19 Sơ đồ khối của HD44780 42

Hình: 2.20 Mối liên hệ giữa địa chỉ của DDRAM và vị trí hiển thị của LCD 44

Hình :2.21 Mối liên hệ giữa địa chỉ của ROM và dữ liệu tạo mẫu kí tự 45

Hình:3.1 Giao diện chương trình Arduino IDE 46

Hình:3.2 Giao diện của công cụ lập trình Arduino IDE khi tạo file mới 46

Hình:3.3 Lưu lại chương trình 47

Hình:3.4 Sơ đồ đấu nối dây của mạch 47

Hình 3.5: Sơ đồ thuật toán 48

Hình:3.6 Loại thép được sử dụng làm đế cân 53

Hình:3.7.Kkhung cân khi được hàn thi công 53

Hình :3.8 Màn hình hiển thị cân điện tử 54

Hình:3.9 Cân hoàn thiện 54

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Một số loại cân điện tư trên thị trường 15

Bảng 2.1 Đặc điểm kỹ thuật Arduino Nano 20

Bảng 2.2 Chức năng của các chân 21

Bảng 2.3 Chân ICSP 24

Bảng 2.4 Data sheet arduino ICSP 26

Bảng 2.5 Chức năng một số biểu tượng vùng lệnh Arduino IDE 27

Bảng 2.6 Màu chân của load cell 35

Bảng 2.7 Chức năng cân của LCD16x2 40

Bảng 2.8 Chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng 43

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Đồ án nghiên cứu, “Nghiên cứu thiết kế chế tạo cân điện tử-tự động ” Từ

các kiến thức cơ bản đã được học và ứng dụng về board mạch Arduino cũng nhưnguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử , qua đó giúp em nghiên cứu, thiết kế

và chế tạo cân điện tử Cân sử dụng cảm biến load cell để nhận tín hiệu để phântích và đưa ra kết quả cụ thể Để chuyển đổi tín hiệu tương tự và hiển thị ra mànhình

SUMMARY OF THEMES

Project of researching, Research project, “Research designing andmanufacturing electronic-automatic scales” From basic knowledge learned andapplied to Arduino circuit board as well as operation principles of electroniccomponents, thereby helping me to research, design and manufacture electronicscales load cell to receive signals to analyze and give specific results To convertthe analog signal and display the display

& tự động hóa lời cảm ơn chân thành nhất, các thầy đã và đang ngày đêm miệt màinghiên cứu, lao động để truyền đạt cho chúng em những kiến thức vô cùng quýbáu Các thầy đã tạo cho chúng em những điều kiện tốt nhất để chúng em được họctập, được sử dụng thiết bị bộ môn để hoàn thành đồ án nhanh nhất.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Ts Đặng Thái Sơn đã tận tình chỉ bảo, giúp

đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án để chúng em hoàn thành được đồ

Nghệ An, tháng 5 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Lê Đức Công

MỞ ĐẦU

Nước ta đang trong quá trình phát triển mạnh mẽ trên nhiều lĩnh vực kinh tếchính trị văn hóa xã hội, để trở thành một nước công nghiệp hóa hiện đại hóa xứngtầm trong khu vực và thế giới thì tự động hóa đóng góp một phần không hề nhỏvào quá trình phát triển ấy Bở hệ thống tự động hóa có tính ứng dụng cao, manglại lợi ích cực kỳ to lớn trong đó sự phát triển của công nghiệp vi điện tử, và kỹthuật số các hệ thống điện điều khiển dần dần được tự động hoa Với những kỹthuật tiên tiến của vi xử lý, mạch số được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các

hệ thong điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lý chậm chạm ít chính xác đượcthay thế bới các hệ thống diều khiển tự động với các lệnh chương trình đã đượcthiết lập từ trước

Và để đạt được mục đích đó chúng ta không thể không nói tới những đóng góp vô cùng to lớn của nhà trường, các thầy cô cán bộ trong nhà trường Bởi đây lànơi, là những người nuôi dưỡng chắp cánh cho các kỹ sư về kiến thức chuyên môn cũng như kiến thức văn hóa để làm hành trang vững vàng bước vào cuộc sống Và đặc biệt hơn là các thầy trong bộ môn Kĩ thuật điều khiển và tự động hóa trường ĐẠI HỌC VINH Không ngại khó khăn gian khổ đang ngày đêm miệt mài nghiên cứu, lao động để truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu nhất Sau một quá trình học tập và nghiên cứu tại trường cùng với sự cố gắng tìm tòi, học hỏi của bản thân và được sự nhất trí của cán bộ hướng dẫn chúng em đã nhận và hoàn

thành đồ án tốt nghiệp với đề tài“Nghiên cứu thiết kế chế tạo cân điện tử-tự động ” để phần nào đóng góp công sức nhỏ bé cuả mình vào công cuộc xây dựng

đất nước, và mang lại niềm vui cho các em nhỏ, người già đang bị khuyết tật phải vất vả đi lại với đôi chân của mình Và đồng thời để củng cố những kiến thức được học tập trong suốt thời gian qua Và dần làm quen với công việc tìm hiểu và nghiêncứu khoa học

Do lần đầu làm quen tìm hiểu thực hiện đồ án nên không tránh khỏi nhữngthiếu sót, chúng em mong được sự chỉ bảo thêm của quý thầy cô để sản phẩm củachúng em được hoàn thiện hơn nữa và hi vọng trong tương lai không xa sản phẩmcủa chúng em sớm được ứng dụng vào thực tế trong cuộc sống

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÂN ĐIỆN TỬ I.1 Giới thiệu hệ thống cân định lượng

1.1.1 Giới thiệu chung

Xã hội ngày càng phát triển tốc độ công nghiệp hóa hiện đại hóa của nước tabắt đầu phát triển mạnh Kéo theo đó đặt ra nhiều vấn đề về giải quyết mọi khíacạnh của xã hội đòi hỏi sự phát triển nguồn lực của đất nước rất lớn trong nhữngnăm qua đảng ta đã có những chính sáng phát triển ngắn hạn cũng như dài hạnnhắm phát triển nguồn lực quốc gia

Hiện nay, đát nước ta đang vào thời kỳ phát triển mạnh mẽ về mọi mặt để quátrình này phát triển nhanh chóng chúng ta cần đầu tư tập trung vào khoa học côngnghệ đặc biệt là mảng tự động hóa sản xuất Nhằm nâng cao năng suất lao độngcon người giảm chi phí sản xuất Một trong những phương án đầu tiên được ứngdụng đó là sử dụng các bo mạch điều khiển và giám sát hệ thống sử dụng các cảmbiến các link kiện thu nhận tín hiêu từ bên ngoài

Một trong những ứng dụng của vi điều khiển vào thực tế là cân điện tử Cânđiện tử được sử dụng rộng rãi ngày nay có chức năng cho con người biết trọnglượng của một vật bất kỳ từ đó nó rất thiết thực đối với đời sống thực tiễn, vì lý do

đó mà em đã nhận đề tài tốt nghiệp của mình liên quan đến cân điện tử Đề tài emmang tên “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo cân điện tử”

1.1.2 Thị trường và ứng dụng

Do linh hoạt của bộ xử lý, tùy theo mục đích cụ thể mà chường trình viết chomỗi bộ xử lý là khác nhau Do đó, hệ thống cân này có thể ứng dụng nhiều lĩnh vựcliên quan đến khối lượng ngoài ứng dụng để cân các vật đồ vật con người hànghóa mà nó còn ứng dụng nhiều lĩnh vực khác như sau:

Trong các hệ thống cân xe hàng điện tử cỡ lớn, ứng dụng trong các hệ thốngtrộn phụ gia, sản xuất công nghiệp, nghiên cứu khoa học định lượng các chất, ngoài

sử dụng các loại led hiển thị như 16x2 thì còn có thể sử dụng màn hình led 7 đoạnmàn hình LCD, rồi có thể gắn kết thêm các bàn phím ma trận dùng để tính toán giáthành sản phẩm …

Một ứng dụng khác của cân điện tử là dùng trong các hệ thống cân của bưuđiện sau khi kiện hàng được cân và xác định nơi cần giửi đi thì hệ thống sẽ in bưuphí lên nhãn dán vào kiện hàng để giửi đi

Ngoài những ứng dụng trên cân điện tử còn được sử dụng trong các hệ thốngđóng gói sản phẩm, người dùng có thể nhập vào giá trị cần đặt khi đạt đến giá trịcần đặt thì ngõ ra của của bộ xử lý sẽ điều khiển việc dừng việc bơm sản phẩm vàchuyển sang chế độ khác

Điều quan trọng là trong các ứng dụng này là chương trình điều khiển viếtcho bộ xử lý và cách giao tiếp với thiết bị bên ngoài Phần này thì khác nhau đốivới các đối tượng cụ thể khác nhau

1.2 Tổng quan về cân điện tử

1.2.1 Khái niệm

Cân điện tử là một vật dụng dung để cân hiển thị trọng lượng của 1 vật vớigiá trị hiện thị bằng số có lượng sai số rất nhỏ, trên thị trường hiện nay có rất nhiềuloại cân với các kiểu dáng cũng như mức cân khác nhau, với mỗi mục đích sử dụng

mà khích thước cũng như chủng loại khác nhau để chế tạo các loại khác nhau phùhợp với mục đích sử dụng

Một hệ thống cân điện tử bao gồm các phần sau:

Hình 1.1 Cân bàn điện tử sử dụng thực tế

- Phần đế cân

- Phần đầu cân hiển thị

- Các thiết bị cho cân như: load cell, arduino, pin, mạch nguồn và các thứ phụtrợ khác

1.2.2 Phân loại cân và đối tượng sử dụng

Quá trình khảo sát và dựa vào những tính năng của các loại cân và do đặc thùcủa người sử dụng, tính năng và mục đích nên cân điện tử được chia làm nhiều loạikhác nhau, mỗi loại được thiết kế theo các chuẩn mực hay mục đích khác nhau saocho thuận tiện với đối tượng sử dụng Do đó ta có các cách phân loại cân như sau:

 Phân loại theo trọng tải sử dụng

Mỗi mức cân sẽ cho một loại khác nhau nhưng vẫn phân thành 4 loại chính+ bé hơn 1kg

+ từ 1kg đến 100 kg

+ từ 100kg đến 1 tấn

+ loại lớn hơn 10 tấn

 Phân loại theo chức năng và kết cấu

+ Cân phân tích điện tử

+ Cân sàn điện tử

+ Cân bàn điện tử

+ Cân Ô Tô điệnt tử :dùng để cân tất cả các loại Ô Tô

 Phân loại theo thiết kế

+ sử dụng load cell dạng loại digital

+ sử dụng load cell dạng analog

1.2.3 Nguyên lý hoạt động của cân điện tử

Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống cân sử dụng load cell

Nguyên lý hoạt động như sau:

Khi vật cần cân được đặt lên cân trọng lượng của vật sẽ đè lên mặt cân tácđộng đến cảm biến lực load cell nằm phía dưới khi đó cảm biến lực xuất hiện mộtđiện áp ở đầu đọc thông số thông qua hộp nối dây Hộp nối dây có tác dụng là đầinối tín hiệu của load cell lại thành một và chuyền về đầu cân Tại đây tín hiệu đượcđưa và module hx711 là module chuyển đổi ADC 24 bit giải mã và truyền vào cho

bộ xử lý trung tâm là Arduino Nano để xử lý tín hiệu và hiển thị ra màn hình giá trịcân cũng như các phím chức năng cần thiết để cân có thể dễ dàng sử dụng và có độchính xác cao

1.2.4 Ứng dụng của cân điện tử trong thực tiễn

Cân điện tử có nhiều lợi thế hơn so với các loại cân cơ được sử dụng lâu nay,

có độ chín xác cao, độ ổn định tốt, kết cấu cơ khí ít phức tạp giúp việc giao thươngthuận lợi hơn góp phần thúc đẩy kinh tế ngày càng phát triển

Hình 1.3 Một số loại cân điện tử trên thị trường

Việt nam đang trong đà hội nhập kinh tế và phát triển nên nhu cầu về giaodịch thương mại và dịch vụ rất quan trọng và cần thiết ở trên tất cả các lĩnh vực Vaitrò của cân điện tử đối với doanh nghiệp Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều dòngsản phẩm cân đếm được thiết kế phù hợp với nhu cầu và đặc thù từng ngành hàng.Đối với những doanh nghiệp sản xuất, kinh doanh hàng hóa thì Cân bàn điện tử làthiết bị đặc biệt quan trọng Những chiếc cân đếm sẽ mang lại hiệu quả cao trongviệc xác định số lượng sản phẩm hàng hòa Hiện nay, trên thị trường có rất nhiềudòng sản phẩm cân đếm được thiết kế phù hợp với nhu cầu và đặc thù từng ngànhhàng Sự đa dạng này mang đến cho doanh nghiệp rất nhiều sự lựa chọn Vai tròcủa cân điện tử đối với doanh nghiệp

Hình1.4 : Cân bàn điện tử

Khi quy mô của doanh nghiệp ngày càng được nâng cao, lượng hàng hóacũng tăng lên thì những thao tác thủ công trong mọi công đoạn không còn phù hợp.Bên cạnh những loại Cân bàn điện tử xác định khối lượng, loại cân xác định sốlượng cũng đang được doanh nghiệp dành cho sự quan tâm đặc biệt Đây là cách đểdoanh nghiệp tiết kiệm chi phí nhân công cho việc đếm và mang lại sự chính xác,hiệu quả cao Những loại cân điện tử có chức năng đếm có thiết kế và tính năngtiêu chuẩn sẽ làm hài lòng những vị khách hàng khó tính Những sản phẩm cânđếm được thiết kế gọn nhẹ, dễ di chuyển đang được coi là sự lựa chọn hàng đầuhiện nay.Các loại cân có thời gian ổn định nhanh, kết quả chính xác, màn hìnhLCD, đèn backlight 3 cửa sổ giúp dễ dàng đọc, quan sát kết quả cân và tiện lợi khi

sử dụng Ngoài ra, còn rất nhiều những thị trường khác cung cấp cân đếm phù hợpvới yêu cầu doanh nghiệp của bạn Mức giá đa dạng mang lại nhiều sự lựa chọnHiện nay, trên thị trường có rất nhiều thương hiệu cân điện tử và những loại cânđếm được cung cấp cũng rất đa dạng Một sản phẩm cân có thể có nhiều chế độứng dụng (cân, đếm mẫu…) và các đơn vị đo Sự kết nối giữa cân và các thiết bịngoại vi (máy tính, máy in…) cũng được đặc biệt quan tâm Tính năng, thiết kế,kích thước và ứng dụng đa dạng khiến cho những mức giá của cân đếm điện tửcũng vô cùng phong phú Bạn có thể tìm thấy những sản phẩm cân điện tử giá rẻ

nhưng cũng có những loại cân cao cấp với giá khá cao Giá cân đếm điện tử có rấtnhiều mức khác nhau tùy thuộc vào hãng sản xuất, xuất xứ cũng như tính năng củasản phẩm đó Tùy vào nhu cầu thực tế của doanh nghiệp mà bạn có thể tìm hiểu vàlựa chọn loại cân đếm phù hợp

Khi tiến hành tính toán thiết kế một sản phẩm mới thì thông thường người takhảo sát các sản phẩm tương tự nhằm tận dụng ưu điểm của sản phẩm đó, rút ngắnthời gian nghiên cứu tính toán thiết kế Ở đây để thiết kế một cân mới, trước hết tácgiả khảo sát một số cân điện cùng loại của các nhà sản xuất như Trung Quốc, Mỹ

và các nhà sản xuất nội địa…

1.2.5 Khảo sát thị trường cân điện tử

Hiện nay trên thị trường có khá nhiều loại cân điện bàn điện tử của nhiều nhàsản xuất khác nhau: trong nước, nước ngoài Do đó mà giá thành, kiểu giáng, chấtlượng của các loại cân cũng khác nhau (giá thành trên thị trường hiện giao động từvài trăm ngàn đồng đến vài chục triệu đồng tùy theo hang và tải trọng tối đa củachúng )

Trong khi đó thị trường nước ngoài lại ngập cân điện Trung Quốc với giáthành rẻ hơn Tuy nhiên giá cả này vẫn cao và chất lượng kém do các loại cân điện

tử nhập vào nước ta chủ yếu là cân của trung quốc, không có thương hiệu rõ ràng,chưa qua thẩm định về độ an toàn do đó độ an toàn thấp hơn., nhanh hỏng hơnnhưng lại có ưu điểm là giá thành thấp hơn, mẫu mã phong phú và tính năng đadạng hơn

Bảng 1.1 Một số loại cân điện tư trên thị trường

Cân điện tử tính giá chống nước

30kg QUA 832

2.200.000

CHƯƠNG 2

GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH VÀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

2.1 Mạch điều khiển Arduino

2.1.1 Sơ lược về mạch điều khiển Arduino

Một trong những thành phần quan trọng nhất của xe lăn là vi điều khiển trungtâm Vi điều khiển đóng vai trò như là bộ não, là trung tâm điều khiển xe, nơi thựchiện các chức năng tính toán, xử lý, ra quyết định và điều khiển hoạt động của cân

Có rất nhiều loại vi điều khiển, bo mạch vi điều khiển với những chức năng vàcách thức hoạt động khác nhau Trong đề tài này sử dụng bo mạch vi điều khiểnArduino NANO

Arduino là một bo mạch vi điều khiển dùng để tương tác và điều khiển cácthiết bị phần cứng như module cảm biến, động cơ, Led Các thiết bị này đều đượcthiết kế và giao tiếp theo một quy chuẩn nhất định, người dùng chỉ cần lựa chọnthiết bị, lắp ráp và lập trình cho chúng

Môi trường phát triển ứng dụng của Arduino khá đơn giản, người dùng có thểtiếp cận nhanh chóng nếu đã có kiến thức cơ bản về Java, C, C++

Mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR Atmel 8bit, Atmel 32bit hoặcARM… với nhiều linh kiện điện tử khác bổ sung giúp dễ dàng lập trình và có thể

mở rộng với các mạch khác Một trong những điểm mạnh của Arduino là các kếtnối chuẩn, cho phép người dùng kết nối với CPU của bo mạch một cách dễ dàng từcác module được thêm vào, gọi là shield [4]

Arduino có tính chất nguồn mở cả phần cứng và phần mềm, giá thành thấpnên là lựa chọn phù hợp cho người dùng

Arduino có nhiều phiên bản, nhưng phiên bản được sử dụng nhiều nhất làArduino Uno R3 và Arduino Mega 2560

Lịch sử phát triển của Arduino

Sự ra đời của Arduino:

Arduino được khởi đầu vào năm 2005 từ một dự án cho sinh viên tại ViệnThiết kế Tương tác Ivrea tại Ivrea, Italia Tại thời điểm của chương trình đó, sinhviên thường sử dụng bo mạch "BASIC Stamp" có chi phí tới 100$, mức giá đắt đốivới sinh viên

Một đồ án về phần cứng đã đóng góp vào một thiết kế hệ thống kết nối điệndẫn của sinh viên người Colombia tên là Hernando Barragan Sau khi các nền tảng

hệ thống điện dẫn đã được hoàn tất, các nhà nghiên cứu đã thực hiện nghiên cứu vàphát triển hệ thống đó gọn nhẹ hơn, rẻ hơn, và có sẵn cho cộng đồng nguồn mở.Sau khi trường này đóng cửa, các nhà nghiên cứu, đã thúc đẩy ý tưởng phát triểnthành Arduino.

Sơ lược quá trình phát triển của Arduino:

Mạch lập trình đầu tiên là Arduino Serial sử dụng cổng kết nối RS-232(Serial) năm 2005

Arduino đầu tiên với thương hiệu Arduino ra đời đã thay thế cổng Serial (xuấthiện ở Arduino Serial) bằng cổng USB Type B năm 2005: Arduino USB

Arduino Extreme thay thế phần lớn điện trở, tụ điện của Arduino USB trởthành những linh kiện dán đẹp hơn, gọn và hoạt động ổn định Việc tích hợp đènLed vốn dùng để chiếu sáng và đặt vào mạch Arduino để giúp người dùng biết máytính đã kết nối được với mạch Arduino và quá trình nạp chương trình có hoạt độngđược hay không

Arduino NG (Nuova Generazione) năm 2006 thay thế con chip FT232BMbằng con FTDI FT232RL USB-to-Serial, điều này làm hoàn thiện hơn cho thiết kếgiao diện phần cứng của Arduino

Arduino Diecimila năm 2007 đưa vào chức năng tự động reset bằng máy tínhkhi upload chương trình

Arduino Duemilanove (2008 - 2009) sử dụng vi điều khiển ATmega328 thay

vì ATmega168 từ tháng 1 năm 2009, mạch này có khả tự động nhận biết mỗi khi sửdụng nguồn tử cổng USB hay nguồn ngoài

Arduino UNO từ năm 2010 tới nay

Ngoài dòng Arduino USB trên, những loại Arduino khác như Arduino Nano,Arduino Leonardo, Arduino Mega, Arduino Mega 2560, Arduino Mega ADK,Arduino DUE… Mỗi mạch lại có những điểm mạnh và điểm yếu riêng, nó gópphần tạo nên sự đa dạng của cộng đồng Arduino

Ứng dụng của Arduino: Arduino được chọn làm bộ xử lý của rất nhiều dự án

từ đơn giản đến phức tạp Trong số đó có một vài ứng dụng thực sự chứng tỏ khảnăng vượt trội của Arduino do chúng có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ rấtphức tạp Sau đây là một số ứng dụng nổi bật của Arduino:

Robot: Do kích thước nhỏ gọn và khả năng xử lý mạnh mẽ, Arduino đượcchọn làm bộ xử lý trung tâm của rất nhiều loại Robot

Máy in 3D: Sự phát triển máy in 3D nguồn mở Reprap là một cuộc cáchmạng đang âm thầm định hình nhờ vào Arduino Máy in 3D là công cụ giúp tạo racác vật thể thực trực tiếp từ các file CAD 3D Công nghệ này có nhiều ứng dụng rấtthú vị, trong đó có cách mạng hóa việc sản xuất cá nhân.

Thiết bị bay không người lái UAV: UAV là một ứng dụng đặc biệt thích hợpvới Arduino do chúng có khả năng xử lý nhiều loại cảm biến như Gyro,accelerometer, GPS… điều khiển động cơ servo và khả năng truyền tín hiệu từ xa.Game tương tác: Việc đọc cảm biến và tương tác với máy tính là một nhiệm

vụ rất đơn giản đối với Arduino Do đó rất nhiều ứng dụng game tương tác có sửdụng Arduino

Điều khiển ánh sáng: Các tác vụ điều khiển đơn giản như đóng ngắt đèn Ledhay phức tạp hơn như điều khiển ánh sáng theo nhạc hoặc tương tác với ánh sánglaser đều có thể thực hiện với Arduino

2.1.2 Arduino Nano

Giới thiệu về arduino Nano

Arduino Nano là một bảng vi điều khiển thân thiện, nhỏ gọn, đầy đủ ArduinoNano nặng khoảng 7g với kích thước từ 1,8cm - 4,5cm Bài viết này trình bày vềcác thông số kỹ thuật quan trọng, nhất là sơ đồ chân và chức năng của mỗi chântrong bảng Arduino Nano

Arduino Nano khác thế nào?

Arduino Nano có chức năng tương tự như Arduino Duemilanove nhưng khácnhau về dạng mạch Nano được tích hợp vi điều khiển ATmega328P, giống nhưArduino UNO Sự khác biệt chính giữa chúng là bảng UNO có dạng PDIP (PlasticDual-In-line Package) với 30 chân còn Nano có sẵn trong TQFP (plastic quad flatpack) với 32 chân Trong khi UNO có 6 cổng ADC thì Nano có 8 cổng ADC BảngNano không có giắc nguồn DC như các bo mạch Arduino khác, mà thay vào đó cócổng mini-USB Cổng này được sử dụng cho cả việc lập trình và bộ giám sát nốitiếp Tính năng hấp dẫn của arduino Nano là nó sẽ chọn công xuất lớn nhất vớihiệu điện thế của nó

Bảng 2.1 Đặc điểm kỹ thuật Arduino Nano

Arduino Nano Thông số kỹ thuật

Số chân Digital I/O 22

Bộ nhớ Flash 32 KB of which 2 KB used by Bootloader

Điện áp ngõ vào (7-12) Volts

Hình2.1: Tổng quan về arduino Nano

Hình2.2: Các chân của arduino Nano

Bảng 2.2 Chức năng của các chân

Chân TX-truyền dữ liệu

Chân Rx-nhận dữ liệu

3 RESET Đầu vào Chân reset, hoạt động ở mức thấp

19 A0 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 0

20 A1 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 1

21 A2 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 2

22 A3 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 3

23 A4 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 4

24 A5 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 5

25 A6 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 6

26 A7 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 7

27 + 5V Đầu ra hoặc đầu

vào

+ Đầu ra 5V (từ bộ điều chỉnh On-board)hoặc

+ 5V (đầu vào từ nguồn điện bên ngoài)

28 RESET Đầu vào Chân đặt lại, hoạt động ở mức thấp

Bảng 2.3 Chân ICSP

Tên pin Arduino

MISO Đầu vào hoặc đầu ra Master In Slave Out

MOSI Đầu ra hoặc đầu vào Master Out Slave In

RST Đầu vào Đặt lại, Hoạt động ở mức thấp

Chân 1, 2: Chân nối tiếp

Hai chân nhận RX và truyền TX này được sử dụng để truyền dữ liệu nối tiếpTTL Các chân RX và TX được kết nối với các chân tương ứng của chip nối tiếpUSB tới TTL

Chân 13, 14, 15 và 16: Giao tiếp SPI

Khi bạn không muốn dữ liệu được truyền đi không đồng bộ, bạn có thể sửdụng các chân ngoại vi nối tiếp này Các chân này hỗ trợ giao tiếp đồng bộ vớiSCK Mặc dù phần cứng có tính năng này nhưng phần mềm Arduino lại không có

Vì vậy, bạn phải sử dụng thư viện SPI để sử dụng tính năng này

Chân 16: Led

Khi bạn sử dụng chân 16, đèn led trên bo mạch sẽ sáng

Chân 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 và 26 : Ngõ vào/ra tương tự

Như đã đề cập trước đó UNO có 6 chân đầu vào tương tự nhưng ArduinoNano có 8 đầu vào tương tự (19 đến 26), được đánh dấu A0 đến A7 Điều này cónghĩa là bạn có thể kết nối 8 kênh đầu vào tương tự để xử lý Mỗi chân tương tựnày có một ADC có độ phân giải 1024 bit (do đó nó sẽ cho giá trị 1024) Theo mặcđịnh, các chân được đo từ mặt đất đến 5V Nếu bạn muốn điện áp tham chiếu là 0Vđến 3.3V, có thể nối với nguồn 3.3V cho chân AREF (pin thứ 18) bằng cách sửdụng chức năng analogReference () Tương tự như các chân digital trong Nano, cácchân analog cũng có một số chức năng khác

Chân 23, 24 như A4 và A5: chuẩn giao tiếp I2C

Khi giao tiếp SPI cũng có những nhược điểm của nó như cần 4 chân và giớihạn trong một thiết bị Đối với truyền thông đường dài, cần sử dụng giao thức I2C.I2C hỗ trợ chỉ với hai dây Một cho xung (SCL) và một cho dữ liệu (SDA) Để sửdụng tính năng I2C này, chúng ta cần phải nhập một thư viện có tên là Thư việnWire

Chân 18: AREF

Điện áp tham chiếu cho đầu vào dùng cho việc chuyển đổi ADC

Chân 28 : RESET

Đây là chân reset mạch khi chúng ta nhấn nút rên bo Thường được sử dụng

để được kết nối với thiết bị chuyển mạch để sử dụng làm nút reset

ICSP

Hình2.3:Các chân ICSP

ICSP là viết tắt của In Circuit Serial Programming , đại diện cho một trongnhững phương pháp có sẵn để lập trình bảng Arduino Thông thường, một chươngtrình bộ nạp khởi động Arduino được sử dụng để lập trình một bảng Arduino,nhưng nếu bộ nạp khởi động bị thiếu hoặc bị hỏng, ICSP có thể được sử dụng thaythế ICSP có thể được sử dụng để khôi phục bộ nạp khởi động bị thiếu hoặc bịhỏng.

Mỗi chân ICSP thường được kết nối với một chân Arduino khác có cùng tênhoặc chức năng Ví dụ: MISO của Nano nối với MISO / D12 (Pin 15) Lưu ý, cácchân MISO, MOSI và SCK được ghép lại với nhau tạo nên hầu hết giao diện SPI.Chúng ta có thể sử dụng Arduino để lập trình Arduino khác bằng ICSP này

Bảng 2.4 Data sheet arduino ICSP

2.1.3 Công cụ lập trình Arduino IDE

Thiết kế bo mạch nhỏ gọn, trang bị nhiều tính năng thông dụng mang lạinhiều lợi thế cho Arduino, tuy nhiên sức mạnh thực sự của Arduino nằm ở phầnmềm Môi trường lập trình đơn giản dễ sử dụng, ngôn ngữ lập trình Wiring dễ hiểu

và dựa trên nền tảng C/C++ rất quen thuộc với người làm kỹ thuật Số lượng thưviện code được viết sẵn và chia sẻ bởi cộng đồng nguồn mở là rất nhiều

Arduino IDE là công cụ lập trình dùng để lập trình cho mạch Arduino Môi trườnglập trình Arduino IDE có thể chạy trên ba nền tảng phổ biến nhất hiện nay là Windows,Macintosh OSX và Linux Do tính chất nguồn mở nên môi trường lập trình này hoàntoàn miễn phí và có thể mở rộng thêm bởi người dùng có kinh nghiệm

Ngôn ngữ lập trình có thể được mở rộng thông qua các thư viện C++ Dongôn ngữ lập trình này dựa trên nền tảng ngôn ngữ C của AVR nên người dùng cóthể nhúng thêm code viết bằng AVR vào chương trình.

Vùng lệnh (vùng A): Bao gồm các nút lệnh menu (File, Edit, Sketch, Tools,Help) Phía dưới là các biểu tượng cho phép sử dụng nhanh các chức năng thườngdùng của Arduino IDE được miêu tả như bảng sau:

Bảng 2.5 Chức năng một số biểu tượng vùng lệnh Arduino IDE

Vùng viết chương trình (vùng B): Người dùng sẽ viết các đoạn mã tại vùngnày Cấu trúc của một chương trình gồm 2 hàm chính: Hàm setup() và hàm loop() setup(): Hàm này chạy mỗi khi khởi động một chương trình, dùng để thiết lậpcác cài đặt

loop(): Hàm này được thực hiện lặp đi lặp lại cho đến khi tắt nguồn bo mạchhoặc nhấn nút reset

Vùng thông báo (debug, vùng C): Những thông báo về lập trình sẽ được hiểnthị tại vùng này Góc dưới cùng bên phải hiển thị loại board Arduino và cổng COMđược sử dụng Luôn chú ý tới mục này bởi nếu chọn sai loại board hoặc cổng COM

sẽ không thể đăng tải được code lên bo mạch Arduino