3.3.1 Giới thiệu Raspberry Pi 3B+
Raspberry Pi là một máy tính chỉ có một board mạch kích thước chỉ bằng một thẻ ATM. Mọi thứ cần thiết đã tích hợp trong đó để sử dụng như một chiếc máy vi tính, chạy hệ điều hành Linux, được phát triển tại Anh bởi Raspberry Pi Foundation với mục đích thúc đẩy việc giảng dạy về khoa học máy tính cơ bản trong các trường học và các nước đang phát triển. [7]
Thông tin cấu hình
- Bộ xử lí Broadcom BCM2835 tốc độ xử lí 1.2ghz 64-bit quad-core ARM cortex A53
- Mạng Wireless LAN
- Bộ xử lý đa phương tiện Videocore IV® Dual Core - Bộ nhớ Ram 1GB
- Hỗ trợ các bản phân phối ARM GNU/Linux mới nhất và Windows 10. - Đầu nối microusb cho nguồn điện 2,5A 5VDC
- Cổng mạng 1 x 10/100
- Đầu nối video / âm thanh 1 x HDMI - Đầu nối video / âm thanh 1 x RCA - USB 2.0 ports
- 40 GPIO pins - Chip antenna
- Kết nối hiển thị DSI - Khe cắm thẻ nhớ microsd - Kích thước: 85 x 56 x 17 mm
Hình 3.4 Raspberry Pi 3B+
Hiệu suất model: Khi hoạt động theo xung nhịp mặc định 700 MHz, thế hệ đầu tiên của Raspberry Pi có hiệu suất thực tế tương đương 0.041 GFLOPS. CPU đem lại hiệu suất tương đương một chiếc PentiumII 300 MHZ của những năm 1997-1999. GPU cung cấp khả năng xử lý đồ họa 1 GPixel/s hoặc 1,5 Gtexel/s hoặc 24 GFLOPS của hiệu suất máy tính cho tác vụ chung. Khả năng đồ họa của Raspberry Pi tương đương với Xbox của năm 2001.
Ép xung: Mặc định ở 700 MHz, cần có biện pháp tản nhiệt thích hợp.
Thiết bị ngoại vi: Raspberry có thể hoạt động thông qua bất kì bàn phím máy tính hoặc chuột từ cổng USB.
Đồng hồ thời gian thực: Raspberry không được trang bị đồng hồ thời gian thực.
Hệ điều hành dự kiến: Arc Linux ARM 3.3.2 Arduino NANO Atmega328P
Arduino Nano như tên gọi cho thấy là một bảng vi điều khiển nhỏ gọn (Nano = siêu nhỏ), hoàn chỉnh và thân thiện với bảng mạch. Bo mạch Nano nặng khoảng 7 gram.
Arduino Nano có các chức năng tương tự như Arduino Duemilanove nhưng với một dạng khác. Nano được tích hợp sẵn với vi điều khiển ATmega328P, giống như Arduino UNO. Sự khác biệt chính giữa chúng là bo mạch UNO được trình bày ở dạng PDIP với 30 chân và Nano có sẵn trong TQFP với 32 chân. 2 chân bổ sung của Arduino Nano phục vụ cho các chức năng Analog- to-Digital Converter, trong khi UNO có 6 cổng Analog-to-Digital Converter nhưng Nano có 8 cổng Analog-to-Digital Converter. Bo mạch Nano không có giắc cắm nguồn DC như các bo mạch Arduino khác mà thay vào đó là một cổng mini-USB. Cổng này được sử dụng cho cả lập trình và giám sát nối tiếp. Tính năng hấp dẫn trong Nano là nó sẽ chọn nguồn điện mạnh nhất với sự chênh lệch tiềm năng của nó và cầu nối chọn nguồn điện không hợp lệ.
Hình 3.6 Sơ đồ chân Arduino NANO
Arduino Nano có tổng cộng 36 chân. Cuối cùng chúng ta sẽ thấy tất cả các phần ghim cũng như định dạng chi tiết.
- Digital I/O, PWM - 14 chân - For Analog Functions - 9 chân - Power - 7 Pins
- SPI (Apart from Digital I/O Section) - 3 chân - Reset - 3 chân
Thông số kỹ thuật
Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật của Arduino NANO
Tên thành phần Thông số
Điện áp hoạt động 5V
Điện áp vào (đề nghị) 7V-12V
Tốc độ đồng bộ 16 MHz
Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin 40 mA
Flash memory 32 KB
SRAM 2 KB
EEPROM 1 KB
Trong suốt quá trình hoạt động của hệ thống, Raspberry Pi3B+ và Arduino NANO cần truyền nhận dữ liệu một cách liên tục, ở đây nhóm chọn kiểu truyền UART vì trên cả 2 Kit điều khiển đều được tích hợp sẵn chuẩn truyền này nên quá trình thiết lập khá dễ dàng, đồng thời chuẩn UART với tốc độ truyền nhận nhanh và ổn định, đáp ứng tốt được yêu cầu của hệ thống.
Chân RX của Arduino NANO nối với chân TX của Raspberry Pi 3 Chân TX của Arduino NANO nối với chân RX của Raspberry Pi 3
Hình 3.8 Kết nối Raspberry Pi3B+ với Arduino NANO
3.3.3 Camera Pi V2
Được xem như là con mắt của mô hình. Có chức năng thu thập tín hiệu hình ảnh từ thực tế rồi gửi dữ liệu cho khối Raspberry Pi 3B+.
Ở đây để có chất lượng hình ảnh tốt để xử lý ảnh dễ dàng ta dùng camera có độ phân giải từ 8 Megapixels, nên chọn camera Raspberry Pi V2.1 làm khối thu tín hiệu hình ảnh camera Pi V2.1 có độ phân giải tốt 8 Megapixels. Megapixel (MP) là đơn vị đo độ phân giải của thiết bị quang. Giá trị MP được tính bằng tích độ rộng với chiều cao số lượng điểm ảnh. Camera Module được hỗ trợ với phiên bản mới nhất của Raspbian.
Thông số kỹ thuật
Bảng 3.8 Thông số kỹ thuật của Camera PI V2
Tên thành phần Thông số kỹ thuật
Độ phân giải 8 megapixel
Hỗ trợ video 1080p30, 720p60 và 640x480p90
Kích thước 25mm x 23mm x 9mm
Trọng lượng 3g.
Kết nối Raspberry Pi Cáp ribbon 15 cm
Định dạng hình ảnh JPEG.
Định dạng video RAW.264
Hiệu ứng Negative, solarize, posterize, whiteboard, blackboard…
Chế độ phơi sáng Tự động, ban đêm, đèn nền
3.3.4 Cảm biến tiệm cận
Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK dùng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt. Cảm biến có thể chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở nên cần thêm 1 trở treo lên nguồn ở chân tín hiệu khi sử dụng. [2]
Thông số kỹ thuật
Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật của cảm biến tiệm cận E18-D80NK
Tên thành phần Thông số kỹ thật
Model E18-D80NK
Số dây tín hiệu 3 dây ( 2 dây nguồn DC, 1 dây tín hiệu ra NPN
Nguồn cấp 5V DC Khoảng cách phát hiện 3 ~ 80 cm Dòng kích ngõ ra 300 mA Kích thước 18 × 68 mm Chất liệu Nhựa Sơ đồ chân
- Màu nâu: VCC, nguồn dương 5 VDC. - Màu xanh dương: GND, nguồn âm 0 VDC.
- Màu đen: Ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở NPN nên cần thêm trở kéo lên VCC trước khi giao tiếp với vi điều khiển.
Hình 3.11 Kết nối giữa Arduino NANO và cảm biến
3.3.5 Loadcell
Loadcell là một cảm biến hay đầu dò có thể chuyển đổi một tải trọng hay lực tác dụng vào nó thành một tín hiệu điện. Tín hiệu điện này có thể là một
sự thay đổi điện áp, dòng điện hay tần số tùy thuộc vào loadcell và mạch đo được sử dụng.
Hình 3.12 Loadcell Thông số kỹ thuật
Bảng 3.10 Thông số kỹ thuật của Loadcell
Tên thành phần Thông số Model YZC-133 Điện áp hoạt động 5V Trọng tải 1 kg Nhiệt độ hoạt động 20~65ºC Chất liệu Nhôm Dây nối - Dây đỏ: Ngõ vào + - Dây đen: Ngõ vào – - Dây xanh lá: Ngõ vào + - Dây trắng: Ngõ vào –
Hình 3.13 Module HX711 Thông số kỹ thuật
Bảng 3.11 Thông số kỹ thuật của HX711
Tên thành phần Thông số
Điện áp hoạt động 2,7 ~ 5 V Dòng tiêu thụ <1,5 mA
Tốc độ lấy mẫu 10 ~ 80 SPS
Độ phân giải 24 bit ADC
Độ phân giải điện áp 40 mV
Kích thước 38×21×10 mm
Sơ đồ kết nối:
3.3.6 Mạch điều khiển động cơ DC L298
Mạch điểu khiển động cơ L298 có khả năng điều khiển động cơ DC cùng lúc. Sử dụng IC chính là L298 có cấu tạo gồm 2 mạch cầu H transitor.
Hình 3.15 Mạch điều khiển động cơ DC L298 Thông số kỹ thuật
Bảng 3.12 Thông số kỹ thuật của DC L298
Tên thành phần Thông số kĩ thuật
Điện áp đầu vào 5-30V
Dòng điện tối đa 2A
Điệp áp hoạt động 5-7V
Dòng điện hoạt động 0-30mA
Sơ đồ chân module L298:
- Chân 12V cấp nguồn cho mạch L298 là nguồn động lực cho động cơ.
- Chân 5V dùng duy trì cấp nguồn cho Arduino NANO khi có Jumper 5V Enable.
- Chân GND là chân cấp Mass cho mạch, khi sử dụng vi điều khiển thì cần nối GND mạch với GND của vi điều khiển.
- Chân Enable là chân cho phép ngõ ra động cơ hoạt động hoặc dừng.
- Chân IN1, IN2 điều khiển chiều và tốc độ của động cơ một thông qua ngõ ra output A.
- Chân IN3, IN4 điều khiển chiều và tốc độ của động cơ hai thông qua ngõ ra output B.
3.3.7 Màn hình 5 inch
Hình 3.16 Màn hình 5 inch Thông số kỹ thuật
- Độ phân giải phần cứng 800×480, có thể cấu hình bởi phần mềm lên đến 1920×1080.
- Hỗ trợ các Mini PC phổ biến như Raspberry Pi B3+, Jetson Nano, BB Black, Banana Pi, cũng như các máy tính nói chung.
- Menu OSD đa ngôn ngữ để quản lý nguồn điện, điều chỉnh độ sáng/tương phản.
- Giắc cắm âm thanh 3,5 mm, đầu nối loa, hỗ trợ ngõ ra âm thanh HDMI. - Hỗ trợ đầu vào qua cổng VGA (cần thêm cáp chuyển đổi).
3.3.8 Màn hình LCD
Sử dụng màn hình LCD 16x2 để hiển thị kết quả, LCD 16x2 có các chuẩn giao tiếp với Arduino NANO: Giao tiếp chuẩn 4 bit, chuẩn 8 bit. Nhóm quyết định chọn chuẩn I2C vì với chuẩn này việc lắp đặt khá dễ dàng, chỉ cần sử dụng 2 chân SDA, SCL.
Thông số kỹ thuật Bảng 3.13 Thông số kỹ thuật LCD 16×2 Tên thành phần Thông số Nhiệt độ hoạt động -30 ~ 70 ◦C Điện áp MAX 7 V Điện áp MIN - 0,3 V Điện áp hoạt động ổn định 2,5 ~ 5,5 V Dòng điện cấp nguồn 350uA ~600uA
Hình 3.18 Sơ đồ kết nối Arduino NANO và LCD thông qua I2C
3.3.9 Giới thiệu van điện từ khí nén 5/2 Van điện từ 5/2
Thông số kỹ thuật
Bảng 3.14 Thông số kỹ thuật của van điện từ 5/2
Tên thành phần Thông số kỹ thuật Kích thước cổng 1/4” (ren 13mm) Kích thước cổng xả 1/8″ (ren 9.6).
Áp suất hoạt động 0.15 – 0.8 MPa.
Loại van hơi 5 cửa 2 vị trí
Nhiệt độ hoạt động 20~70oC
Sơ đồ kết nối
Hình 3.20 Sơ đồ kết nối Arduino NANO với van điện từ
3.3.10Động cơ Servo
Sử dụng động cơ Servo MG996R trong cơ cấu cấp quả
Thông số kỹ thuật
Bảng 3.15 Thông số của Servo MG996R
Tên thành phần Thông số Điện áp hoạt động 4,8 ~ 7,2 V Lực kéo ở 6V 11 kg Tốc độ quay ở 6V 0,14 s /60◦ Trọng lượng 55 g Kích thước 40,7×19,7×42,9 Nhiệt độ hoạt động 0 ℃ -55 ℃ Sơ đồ kết nối
Hình 3.22 Sơ đồ kết nối Arduino NANO và động cơ Servo