3.3.1- Kit điều khiển Arduino Nano
Arduino được khởi động vào năm 2005 như là một dự án dành cho sinh viên trại Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea) tại Ivrea, Italy. Cái tên "Arduino" đến từ một quán bar tại Ivrea, nơi một vài nhà sáng lập của dự án này thường xuyên gặp mặt.
Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn ngữ riêng. Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung trên một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân. Và
63
Wiring lại là một biến thể của C/C++. Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++.
Sau khi nền tảng Wiring hoàn thành, các nhà nghiên cứu đã làm việc với nhau để giúp nó nhẹ hơn, rẻ hơn, và khả dụng đối với cộng đồng mã nguồn mở. một trong số các nhà nghiên cứu là David Cuarlielles, đã phổ biến ý tưởng này.
Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành.
Thông tin thiết kế phần cứng được cung cấp công khai để những ai muốn tự làm một mạch Arduino bằng tay có thể tự mình thực hiện được (mã nguồn mở). Người ta ước tính khoảng giữa năm 2011 có trên 300 ngàn mạch Arduino chính thức đã được sản xuất thương mại, và vào năm 2013 có khoảng 700 ngàn mạch chính thức đã được đưa tới tay người dùng.
Phần cứng Arduino gốc được sản xuất bởi công ty Italy tên là Smart Projects. Một vài board dẫn xuất từ Arduino cũng được thiết kế bởi công ty của Mỹ tên là SparkFun Electronics. Nhiều phiên bản của Arduino cũng đã được sản xuất phù hợp cho nhiều mục đích sử dụng:
64
Hình 3.31- Những phiên bản Arduino
Board Arduino Nano là một trong những phiên bản nhỏ gọn của board Arduino. Arduino Nano có đầy đủ các chức năng và chương trình có trên Arduino Uno do cùng sử dụng MCU ATmega328P. Nhờ việc sử dụng IC dán của ATmega328P thay
vì IC chân cắm nên Arduino Nano có thêm 2 chân Analog so với Arduino Uno.
Arduino Nano được kết nối với máy tính qua cổng Mini USB và sử dụng chip
CH340 để chuyển đổi USB sang UART thay vì dùng chip ATmega16U2 để giả lập
cổng COM như trên Arduino Uno hay Arduino Mega, nhờ vậy giá thành 65
sản phẩm được giảm mà vẫn giữ nguyên được tính năng, giúp Arduino giao tiếp được với máy tính, từ đó thực hiện việc lập trình.
Hình 3.32- Arduino Nano
66
Hình 3.33- Arduino Nano Pinout Thông Số Kỹ Thuật - - - - - - - - - - - - - - - - - IC chính: ATmega328P
IC nạp và giao tiếp UART: CH340 Điện áp hoạt động: 5V – DC
Điện áp đầu vào khuyên dùng: 7-12V – DC Điện áp đầu vào giới hạn: 6-20V – DC
Số chân Digital I/O: 14 (trong đó có 6 chân PWM)
Số chân Analog: 8 (độ phân giải 10bit, nhiều hơn Arduino Uno 2 chân) Dòng tiêu thụ: 30mA
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O: 40mA Dòng ra tối đa (5V): 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V):50 mA
Bộ nhớ flash : 32KB với 2KB dùng bởi bootloader SRAM: 2KB
EEPROM: 1KB Xung nhịp: 16MHz
Kích thước: 0.73" x 1.70" (1.85cm x 4.3cm) Trọng lượng: 5g
Cổng kết nối với Arduino Nano
Khác với Arduino Nano sử dụng cổng USB Type B, Nano lại sử dụng một cổng nhỏ hơn có tên là mini USB. Vì sử dụng cổng này nên kích thước board (vê chiều cao) cũng giảm đi khá nhiều, ngoài ra bạn có thể lập trình thẳng trực tiếp cho Nano từ máy tính .
Lập trình cho Arduino
67
Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn ngữ riêng. Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng. Và Wiring là một biến thể của C/C++. Một số người gọi đó là Wiring một số khác thì gọi là C hay C++.
Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự án này đã cung cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình cho Arduino được gọi là Arduino IDE như hình bên dưới.
Hình 3.34- Giao diện lập trình cho Arduino
68
3.3.2- Cảm biến hồng ngoại
Hình 3.35- Cảm biến hống ngoại
Hình 3.36- Sơ đồ cảm biến hống ngoại
Tính năng:
Module Thu Phát Hồng Ngoại V1 là một loại cảm biến thông dụng được dùng rất nhiều trong các hệ thống cửa tự động thông minh, cảm biến an toàn của cổng tự
69
động cũng như barrie tự động, cổng co giãn inox tự động đó là cảm biến phát hiện vật cản hồng ngoại hay cảm biến IR (IR detector).
Ứng dụng:
- Cửa tự động thông minh, bộ chống trộm, phát hiện vật cản, đếm sản phẩm,
đếm số lượng người,...
Thông số kỹ thuật:
- Module phát hiện vật cản trong khoảng cách từ 2 - 30cm
- Góc phát hiện: 35°
- Khi phát hiện vật cản, tín hiệu đầu ra OUT ở mức thấp và đèn led màu xanh
sáng.
- Có thể điều chỉnh khoảng cách bằng biến trở. Chỉnh chiết áp để tăng khoảng
cách theo chiều kim đồng hồ, và ngược lại để giảm khoảng cách.
- Cổng ra OUT có thể điều khiển trực tiếp 1 Rơ le 5V hoặc cổng IO của
MCU.
- Điện áp cung cấp: 3 - 5V DC.
- Dòng điện tiêu thụ: 23 mA (3,3V), 43 mA (5V)
Nguyên lý hoạt động:
Module Thu Phát Hồng Ngoại V1 được tích hợp bộ phát hồng ngoại và bộ thu hồng ngoại. Bộ phát hồng ngoại là một diode phát sáng (LED) phát ra các tia hồng ngoại. Do đó, chúng được gọi là IR LED. Mặc dù LED IR trông giống như một đèn LED bình thường, bức xạ phát ra từ IR LED là sóng hồng ngoại nên con người không thể nhìn thấy bằng mắt thường được.
Bộ thu hồng ngoại cũng được gọi là cảm biến hồng ngoại khi chúng phát hiện các tia từ bộ phát hồng ngoại. Bộ thu hồng ngoại có dạng photodiode và phototransistors. Photodiode hồng ngoại khác với điốt thông thường vì chúng chỉ phát hiện ra bức xạ hồng ngoại. Khi led phát hồng ngoại phát ra bức xạ, nó đến được vật thể và một số bức xạ phản xạ lại led thu hồng ngoại. Dựa trên cường độ
70
thu của led thu hồng ngoại, đầu ra của cảm biến sẽ được xác định là mức cao hoặc thấp.