2.1.1.1. Chân reset và các chân năng lượng
Chân reset: Với arduino, khi ta nhấn nút reset trên board tương đương với việc chân này được nối với GND qua một điện trở 10kΩ. Khi đó tồn bộ chương trình của vi điều khiển Atmega328P sẽ được chạy lại từ đầu. Đồng thời các biến đã lưu giá trị cũng được trả lại giá trị ban đầu.
Chân GND: Trên Arduino Uno có ba chân GND. Đối với tín hiệu logic, chân này tương đương với mức logic 0 (LOW).
Chân 5V: Chân này cấp điện áp 5V đầu ra, dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA. Đối với tín hiệu logic, chân 5V tương đương với mức logic 1 (HIGH).
Chân 3,3V: Chân này cấp điện áp 3,3V đầu ra, dòng tối đa cho phép ở chân này là 50 mA. Đối với tín hiệu logic, chân 3,3V vẫn tương đương với mức logic 1 (HIGH) dù có điện áp nhỏ hơn mức điện áp chuẩn (5V).
Chân Vin: Chân này để cấp nguồn ngoài cho Arduino Uno. Khi cấp nguồn ngoài ta nối cực dương với chân Vin, cực âm nôi với chân GND.
Chân IOREF: Điện áp hoạt động của Arduino có thể đo được ở chân này và nó ln bằng 5V. Tuy nhiên ta không thể lấy nguồn 5V từ chân này. Nếu muốn lấy nguồn 5V ta lấy ở chân 5V hoặc lấy ở các chân Digital khi chúng xuất tín hiêu mức cao (HIGH).
2.1.1.2. Bộ nhớ
Bộ nhớ của arduino Uno là bộ nhớ của vi điều khiển Atmega328P gồm: Bộ nhớ flash dung lượng 32kB: Tồn bộ code lập trình sẽ được lưu vào trong bộ nhớ flash. Ngoài phần dùng để lưu code, bộ nhớ flash sẽ dùng vài kB để bootloader.
Bộ nhớ SRAM dung lượng 2kB: Bộ nhớ này sẽ lưu các biến được khai báo trong đoạn code lập trình và nó sẽ bị mất tồn bộ dữ liệu khi mất điện.
Bộ nhớ EEPROM dung lượng 1kB: Bộ nhớ EEPROM có khả năng lưu trữ dữ liệu khi mất điện, do đó với các biến cần lưu dữ liệu ta nên lưu nó vào bộ nhớ này.
2.1.1.3. Các cổng digital và analog
Cổng digital: Arduino Uno có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Các cổng này chỉ đọc hai mức điện áp là mức thấp và mức cao, tương đương với hai mức logic 0 và 1. Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up được cài đăt sẵn trong vi điều khiển, khi mặc định thì các điện trở này khơng được kết nối. Các chân digital có một số chân đặc biêt sau:
Hai chân kết nối Serial (UART) là chân 0 (RX) và chân 1 (TX) dùng để gửi và nhận dữ liệu qua giao tiếp Serial. Arduino có thể giao tiếp với nhiều thiết bị khác thông qua hai chân này như module bluetooth, cảm biến. Hai chân này cũng được
sử dụng để kết nối với máy tính nhằm nạp code cũng như truyền dữ liệu qua lại giữa máy tính và Arduino.
Chân tạo xung PWM: Gồm các chân số 3,5,6,9,10,11. Các chân này cho phép xuất xung PWM với độ phân giải 8 bit.
Chân giao tiếp SPI: Các chân số 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13(SCK). Bốn chân này có thêm chức năng dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.
Cổng analog: Trên arduino Uno có 6 chân analog (A0 đến A5) để đọc các giá trị điện áp trong khoảng từ 0 đến 5V với độ phân giải 10 bit. Với chân AREF trên board, khi ta cấp điện áp tham chiếu trong khoảng từ 0 đến 5V, khi đó chân analog sẽ đọc mức điện áp từ 0 đến điện áp tham chiếu với độ phân giải vẫn là 10 bit.
Hai chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C khi Arduino giao tiếp với các thiết bị khác.
2.1.1.4. Arduino IDE
Arduino được lập trình bởi một ngơn ngữ riêng. Ngơn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho các phần cứng. Wiring là một biến thể của C/C++ nên lập trình Arduino khá giống với lập trình C, C++. Đội ngũ phát triển Arduino goi nó là “ngơn ngữ Arduino”. Để lập trình theo ngơn ngữ này, Arduino cung cấp đến người dùng một mơi trường lập trình là Arduino IDE. Mơi trường này dùng để viết code và biên dịch ra các file hex nạp vào vi điều khiển của Arduino.[10]
2.1.2. Cảm biến Nova PM sensor SDS011
Cảm biến PM sensor SDS011 được dùng để đo nồng độ bụi PM2.5 và PM10 theo nguyên lý tán xạ ánh sáng. Ánh sáng tán xạ được chuyển thành tín hiệu điện, được khuếch đại và truyền dữ liệu qua giao thức truyền thông nối tiếp UART với dữ liệu là nồng độ hạt của PM2.5 và PM10 (tính từ các hạt có đường kính từ 0,3 đến 10 μm).
Nguyên lý làm việc của cảm biến dựa trên sự tán xạ ánh sáng, nguồn sáng chiếu sáng các hạt và ánh sáng phân tán được chuyển thành tín hiệu bởi bộ tách sóng quang, biên độ phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng, góc tán xạ, kích thước hạt và chỉ số khúc xạ tương đối giữa các hạt theo công thức 1.14.
Cảm biến được nghiên cứu sử dụng lấy mẫu với các xung 0-5 V có chu kỳ khoảng 1 s. Thiết bị cịn có một quạt nhỏ tạo nhằm áp suất âm để đưa dòng hạt tới vị trí buồng đo. Cảm biến SDS011 đo PM2.5 và PM10 trong phạm vi từ 0.0 đến 999.9 µg / m3 và có sai số tương đối lớn nhất là ± 15% ở 25 ° C và 50% độ ẩm tương đối (theo nhà sản xuất). [15]