a. Arduino Uno
Mạch Arduino Uno là dòng mạch Arduino phổ biến dùng để lập trình, khi mới bắt đầu làm quen thì mạch Arduino thường dùng là Arduino UNO. Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (Mạch Arduino Uno R3).
Arduino Uno R3 là dòng cơ bản, linh hoạt, thường được sử dụng cho người mới bắt đầu. Có thể sử dụng các dòng Arduino khác như: Arduino Mega, Arduino Nano, Arduino Pro Micro… Nhưng với những ứng dụng cơ bản thì mạch Arduino Uno là lựa chọn phù hợp nhất.
Hình 3.29 Mạch Arduino Uno R3
Bảng 3.3 Thông số cơ bản của mạch Mạch Arduino Uno R3
Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit
Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng 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
64 Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328) EEPROM 1 KB (ATmega328) Clock Speed 16 MHz LED_BUILTIN pin 13 Chiều dài 68.6 mm Chiều rộng 53.4 mm Trọng lượng 25 g
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.
Lưu ý
- Arduino UNO không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào. Do đó phải hết sức cẩn thận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khi cấp cho Arduino UNO.
- 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.
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).
Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 2 -1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên board, bạn có thể 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.
65 Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.
b. Núm xoay Rotary Encoder
Mạch Volume xoay Rotary Encoder 360 độ không giới hạn số vòng quay, encoder đưa ra 2 xung vuông 90 độ gọi là 2 phase A và B, xung từ encoder đưa ra có thể dùng để nhận biết chiều quay, tốc độ quay, vị trí, module cung cấp 2 ngõ ra cho 2 phase và 1 ngõ ra dạng nút nhấn.
Hình 3.30 Rotary Encoder
Thông số kỹ thuật
Điện áp sử dụng: 3~5VDC Độ phân giải 20 xung/vòng. Các chân tín hiệu
+: Chân cấp nguồn 3~5VDC GND: chân cấp nguồn âm 0VDC CLK: phase A
DT: phase B SW: button
66 c. Bộ chuyển đổi (DC – DC converter) 12V - 5V
Trên mô hình sử dụng nguồn điện chính lấy từ acquy 12V, nguồn điện này được cung cấp trực tiếp cho các board mạch Arduino và các module Relay 12V. Tuy nhiên, còn có các cảm biến, màn hình LCD, Núm xoay Rotary Encoder, các thành phần này đều sử dụng điện áp 5V. Mặc dù bản thân Arduino có bộ chuyển đổi điện áp từ chân Vin ra nguồn 5V ngay trên board mạch tuy nhiên công suất của bộ chuyển đổi này khá nhỏ không đủ cung cấp cho tất cả các thành phần trong hộp điều khiển trung tâm do đó trong trường hợp này ta cần sử dụng thêm một bộ chuyển đổi DC-DC nữa để đáp ứng cho tất cả các thành phần.
Ở đây ta sử dụng mạch giảm áp LM2596 3A, với ưu điểm nhỏ gọn có khả năng giảm áp từ 30V xuống 1.5V mà vẫn đạt hiệu suất cao.
Hình 3.31 Sơ đồ mạch điện mạch giảm áp LM2596
Các thông số của mạch Điện áp đầu vào: 4.5V~35V Điện áp đầu ra: 1.5V~30V Dòng điện đầu ra: 0.2A~3A Dải nhiệt độ: -45oC~60oC Công suất: 15W
67 Với điện áp đầu vào trên mô hình là 12V, ta sẽ vặn điện trở tinh chỉnh trên mạch LM2596, dùng đồng hồ VOM đo điện áp đầu ra. Khi nào ta thấy điện áp đầu ra đúng 5V thì ngưng vặn biến trở.
d. LCD (Liquid Crystal Display) 1602
Sử dụng rộng dãi và đa dạng trong các ứng dụng khác nhau, có khả năng hiển thị hiển thị 16 ký tự x 2 line chữ đen trên nền phông xanh lá. Hướng xem rõ nhất: 06:00 các hướng khác cũng sử dụng được nhưng tầm nhìn không tốt. Có khả năng hiện thị ký tự linh hoạt, đa dạng, trực quan theo font 5x8 Dots có sẵn (hiển thị cả số, chữ, ký tự đồ họa, ký tự đặc biệt ...). Dễ dàng giao tiếp với các loại vi điều khiển theo nhiều cách khác nhau. Tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ.
Hình 3.33 Màn hình LCD 1602
e. Module chuyển đổi I2C dành cho LCD 1602
Thông thường để sử dụng màn hình LCD bạn cần rất nhiều chân trên Arduino để điều khiển. Do vậy để đơn giản hóa công việc, người ta tạo ra một loại mạch điều khiển màn hình LCD sử dụng giao tiếp I2C. Nói một cách đơn giản, bạn chỉ cần 2 dây để có thể điều khiển màn hình thay vì 8 dây thông thường.
Để sử dụng các loại LCD có driver là HD44780 (LCD 1602, LCD 2004, …) cần có ít nhất 6 chân của MCU kết nối với các chân RS, EN, D7, D6, D5 và D4 để có thể giao tiếp với LCD. Nhưng với module chuyển giao tiếp LCD sang I2C chỉ cần hai chân (SDA và SCL) của vi điều khiển để kết nối với hai chân (SDA và SCL) của module để có thể hiển
68 thị thông tin lên LCD. Ngoài ra có thể điều chỉnh được độ tương phản bởi biến trở gắn trên module.
Hình 3.34 Module chuyển đổi I2C cho LCD