FS_SEL Phạm vi thang đo Độ nhạy
0 ±250g 131LSB/g
1 ±500g 65.5 LSB/g
2 ±1000g 32.8 LSB/g
3 ±2000g 16.4 LSB/g
Thông số:
GYRO_XOUT: Giá trị bù 2 của 16-bit. Lưu trữ các phép đo con quay hồi chuyển trục X gần nhất.
GYRO_YOUT: Giá trị bù 2 của 16-bit. Lưu trữ các phép đo đo con quay hồi chuyển trục Y gần nhất.
GYRO_ZOUT: Giá trị bù 2 của 16-bit. Lưu trữ các phép đo đo con quay hồi chuyển trục Z gần nhất. [8]
2.3.2 VI ĐIỀU KHIỂN
Hiện nay, có rất nhiều bộ kit vi điều khiển với hiệu suất vượt trội hơn so với Arduino, nhưng với giá thành cao, chương trình biên dịch phức tạp, kích thước board lớn … Sử dụng Board Arduino Nano và Arduino Pro Mini cho thấy sự tiện lợi cho các dự án cần sự nhỏ gọn và linh hoạt, giá thành rẻ, chương trình biên dịch đơn giản, dễ sử dụng nhưng đầy đủ các chức năng của các vi điều khiển.
a. ARDUINO PRO MINI
Arduino Pro Mini là phiên bản nhỏ gọn nhất trong các dịng Arduino nhưng vẫn giữ đầy đủ tính năng tương đương với Arduino Uno/Nano do cùng sử dụng Vi điều khiển chính là ATmega328P. Trên một board Arduno Pro Mini gồm 14 chân ngõ vào ra số với 6 chân ngõ ra sử dụng cho PWM, 6 chân ngõ vào analog, 1 nút reset. 1 bộ 6 chân có thể kết nối với cáp FTDI để cung cáp một nguồn USB và giao tiếp với board.
Hình 2. 2 Kit Vi điều khiển arduino pro mini
Các đặc trưng và thông số kỹ thuật
- Nguồn cung cấp
RAW: nguồn cung cấp thô
VCC: nguồn cung cấp 3.5v hoặc 5v GND: Mass
- Bộ nhớ: ATmega328 có bộ nhớ flash 32 kB để lưu trữ mã (trong đó 0,5kB được sử dụng cho bộ tải khởi động), 2 kB SRAM và 1kB EEPROM.
- Các chân ngõ vào ra: 14 chân ngõ vào ra số hoạt động ở mức 3,3 hoặc 5 volt. Mỗi pin có thể cung cấp hoặc nhận tối đa 40 mA và có điện trở kéo lên bên trong (ngắt kết nối theo mặc định) là 20-50 kOhms. Ngồi ra, một số chân có chức năng chuyên dụng:
- Serial: 0 (RX) and 1 (TX): Được sử dụng để nhận dữ liệu nối tiếp (RX) và truyền (TX) TTL. Các chân này được kết nối với các chân TX-0 và RX-1 của bộ 6 chân.
- Chân ngắt ngoài (2 và 3): Các chân này có thể được cấu hình để kích hoạt ngắt mức thấp, cạnh lên hoặc xuống hoặc thay đổi giá trị.
- PWM (3, 5, 6, 9, 10, và 11): Cung cấp đầu ra PWM 8 bit với chức năng analogWrite
- SPI (10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK)): Các chân này hỗ trợ giao tiếp SPI
- Đèn LED (13): Đèn LED tích hợp được kết nối với chân ngõ ra số 13. Khi pin tích cực mức cao đèn LED sẽ sáng, khi pin tích cực mức thấp LED tắt. - Arduino Pro Mini có 8 ngõ vào tương tự, mỗi ngõ vào cung cấp độ phân giải
10 bit. Có 4 ngõ vào trong số đó là trên các header trên cạnh của board; 2 ngõ vào (4 và 5) trên các lỗ ở bên trong board. Các đầu vào tương tự đo từ GND đến VCC. Ngồi ra, một số chân có chức năng chuyên dụng:
I2C: A4 (SDA) và A5 (SCL): Hỗ trợ giao tiếp I2C. - Reset: Reset mức thấp để thiết lập lại vi điều khiển.
b. ARDUINO NANO
Arduino Nano là một bo mạch nhỏ, thân thiện, dễ sử dụng với vi điều khiển chính là ATmega328, cung cấp nguồn 5v DC thơng qua kết nối USB Mini-B, điện áp đầu vào giới hạn 6-12v DC.
Hình 2. 3 Kit Vi điều khiển Arduino Nano V3.0
Các đặc trưng và thông số kỹ thuật:
- Vi điều khiển: ATmega328 - Điện áp hoạt động: 5v DC
- Điện áp đầu vào khuyến nghị: 7-12v DC - Điện áp đầu vào giới hạn: 6-20v DC - Sô chân ngõ vào/ra số: 14 (6 chân PWM)
Mỗi chân ngõ vào/ra có thể được sử dụng làm đầu vào hoặc đầu ra, sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite() và digitalRead(), hoạt động ở 5V DC.
Mỗi chân có thể cung cấp hoặc nhận tối đa 40 mA và có điện trở kéo lên bên trong (mặc định) là 20-50 kΩ.
- Số chân ngõ vào tương tự: 8
- Dòng điện DC cho mỗi chân ngõ vào/ra: 40mA
- Bộ nhớ Flash: 16 KB (ATmega168) hoặc 32 KB (ATmega328) trong đó 2 KB được sử dụng cho BOOT LOADER
- Bộ nhớ SRAM: 1 KB (ATmega168) hoặc 2 KB (ATmega328) - Bộ nhớ EEPROM: 512 byte (ATmega168) hoặc 1 KB (ATmega328) - Xung Clock: 16 MHz
- Kích thước bo mạch: 0,73 "x 1,70" - Giao tiếp:
Các vi điều khiển Atmega168 và ATmega328 cung cấp giao thức giao tiếp UART TTL (5V) thông qua chân số 0 (RX) và 1 (TX).
Một bộ giao tiếp FTDI FT 232RL trên bo mạch thơng qua USB và trình điều khiển FTDI (đi kèm với phần mềm Arduino) cung cấp một cổng COM ảo cho phần mềm trên máy tính.
Phần mềm Arduino bao gồm một màn hình nối tiếp cho phép gửi dữ liệu văn bản đơn giản đến và từ bảng Arduino. Đèn LED RX và TX trên bo mạch sẽ nhấp nháy khi dữ liệu được truyền qua chip FTDI và kết nối USB với máy tính (nhưng khơng cho giao tiếp nối tiếp trên chân 0 và 1). Thư viện Software Serial cho phép giao tiếp nối tiếp trên bất kỳ chân kỹ
2.3.3 MODULE BLUETOOTH
a. Tổng quan về công nghệ Bluetooth
Trong thế giới ngày nay, truyền thông không dây là một trong những phương tiện truyền thông tin quan trọng nhất từ thiết bị này sang thiết bị khác. Trong công nghệ này, thơng tin có thể được truyền qua khơng khí mà khơng cần bất kỳ cáp hoặc dây hoặc dây dẫn điện tử nào khác, bằng cách sử dụng sóng điện từ như IR, RF, vệ tinh, v.v. Cơng nghệ truyền thông không dây đề cập đến nhiều thiết bị và công nghệ truyền thông không dây từ điện thoại thơng minh đến máy tính, tablet, máy tính xách tay, máy in.
Bluetooth là một loại giao tiếp không dây được sử dụng để truyền giọng nói và dữ liệu ở tốc độ cao bằng sóng radio. Nó được sử dụng để liên lạc vô tuyến tầm ngắn giữa nhiều loại thiết bị khác nhau, bao gồm cả điện thoại di động, máy tính và các thiết bị điện tử khác. Module Bluetooth có phạm vi khoảng 10 mét và tốc độ truyền dữ liệu 3 Mb/s. Bluetooth truyền và nhận ở dải tần 2,4 GHz có sẵn trên tồn cầu. Thiết bị Bluetooth sử dụng tiêu chuẩn IEEE 802 trong đó các kết nối có thể là điểm - điểm hoặc điểm - đa điểm.
Tốc độ baud mặc định là 38400 và tốc độ baud được hỗ trợ khác là 9600, 19200, 57600, 115200, 230400 và 460800. Bluetooth có thể kết nối đồng thời tới 8 thiết bị. Nó sử dụng cơng nghệ trải phổ trong đó mỗi thiết bị sử dụng dải tần số khác nhau và do đó các thiết bị khơng truyền cùng một lúc. Khi hai thiết bị nằm trong phạm vi với nhau, việc truyền tải diễn ra giữa chúng.
b. Module BLUETOOTH HC-05
Module HC-05 là module Bluetooth SPP (Serial Port Protocol), giao thức cổng nối tiếp dễ sử dụng, được thiết kế để thiết lập kết nối nối tiếp không dây trong suốt. Cổng nối tiếp module Bluetooth đủ điều kiện Bluetooth V2.0 + EDR (Tốc độ dữ liệu nâng cao) điều chế 3Mbps với bộ thu phát vô tuyến 2.4 GHz và băng tần cơ sở hồn chỉnh. Nó sử dụng CSR Bluecore 04 - Hệ thống Bluetooth đơn chip ngồi với cơng nghệ CMOS và với AFH (Tính năng nhảy tần thích ứng). Với kích thước nhỏ gọn, module bluetooth HC-05 sẽ đơn giản hóa chu trình thiết kế , phát triển một mạch điện tử.
Hình 2. 4 Module Bluetooth HC-05
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt động: 3.3 ~ 5VDC
- Mức điện áp chân giao tiếp: TTL tương thích 3.3VDC và 5 VDC.
- Dòng điện khi hoạt động: khi Pairing 30 mA, sau khi pairing hoạt động truyền nhận bình thường 8 mA.
- Baudrate UART có thể chọn được: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200
- Cấu hình hỗ trợ: Bluetooth serial port (master and slave) - Giao thức Bluetooth: Bluetooth specification V2.0 + EDR - Tần số: 2.4 GHz ISM band
- Transmit power: =4 dBm, class 2 - Tốc độ:
Bất đồng bộ: 2.1Mbps(Max)/160kbps Đồng bộ: 1Mbps/1Mbps
- Bảo mật: mã hóa và chứng thực
- Pairing code mặc định: 1234 hoặc 0000. - Kích thước: 15.2 x 35.7 x 5.6mm
c. Module BLUETOOTH HC-06
Mạch thu phát Bluetooth HC-06 đã ra chân giúp dễ dàng kết nối để thực hiện các thí nghiệm, module được thiết kế để cho thể hoạt động từ mức điện áp 3.3 ~ 5VDC. Khi kết nối với máy tính, HC-06 được sử dụng như 1 cổng COM ảo, việc
truyền nhận với COM ảo sẽ giống như truyền nhận dữ liệu trực tiếp với UART trên module.
Khi thay đổi tốc độ Baud cho COM ảo không làm thay đổi tốc độ baud của UART, tốc độ baud UART chỉ có thể thay đổi bằng AT command trên module. Điểm khác biệt so với HC05 đó là HC06 chỉ có thể chạy được 1 chế độ Slave (khác với HC05 có thể hoạt động với chế độ Mater hoặc Slave). Điều này có nghĩa là bạn khơng thể chủ động kết nối từ vi điều khiển đến các thiết bị ngoại vi. Mà cách kết nối là: bạn phải sử dụng thiết bị ngoại vi (điện thoại thơng minh, máy tính laptop) để dị tín hiệu kêt nối Buletooth mà HC06 phát ra. Sau khi pair thành cơng bạn có thể gửi tín hiệu từ vi điều khiển đến các thiết bị ngoại vi này, và ngược lại.
Hình 2. 5 Module Bluetooth HC – 06
Thơng số kĩ thuật
- Điện áp hoạt động: 3V3-5V DC
- Dòng điện tiêu thụ: 20-30mA
- Nhiệt độ hoạt động: -20~75°C
- Sử dụng chip: CSR Bluetooth V2.0
- Cấu hình Slave mặc định, khơng thay đổi được.
- Hỗ trợ tốc độ baud: 200，2400，4800，9600, 19200，38400，57600，
115200
- Kích thước: 28x15x2,35mm
- Giao tiếp: UART (TX, RX)
Bất đồng bộ: 2.1Mbps(Max)/160kbps Đồng bộ: 1Mbps/1Mbps - Bảo mật: mã hóa và chứng thực - Cấu hình mặc định: Tốc độ baud 9600, N, 8, 1 Mật khẩu: 1234
2.3.4 Module điều khiển động cơ BTS7960
BTS7960 là module cầu H hiện tại được tích hợp đầy đủ các driver cho các động cơ. Việc kết nối với vi điều khiển được thực hiện dễ dàng bởi IC điều khiển tích hợp có các đầu vào mức logic, chẩn đốn với ý nghĩa hiện tại, điều chỉnh tốc độ xoay, tạo thời gian chết và bảo vệ chống quá nhiệt, quá áp, quá điện áp, quá dòng và ngắn mạch. BTS7960 cung cấp một giải pháp tối ưu hóa chi phí để điều khiển các động cơ PWM hiện tại được bảo vệ với mức tiêu thụ khơng gian rất thấp.
Hình 2. 6 Module cầu H BTS7960
Thông số kỹ thuật:
- Nguồn: 6 ~ 27V.
- Dòng điện tải mach: 43A (Tải trở) hoặc 15A (Tải cảm).
- Tín hiệu logic điều khiển: 3.3 ~ 5V.
- Tần số điều khiển tối đa: 25KHz.
- Tự động shutdown khi điện áp thấp: để tránh điều khiển động cơ ở mức điện áp thấp thiết bị sẽ tự shutdown. Nếu điện áp < 5.5V, driver sẽ tự ngắt điện và sẽ mở lại sau khi điện áp > 5.5V.
- Bảo vệ quá nhiệt: BTS7960 bảo vệ chống quá nhiệt bằng cảm biến nhiệt tích hợp bên trong. Đầu ra sẽ bị ngắt khi có hiện tượng quá nhiệt.
- Kích thước: 40 x 50 x12mm.
Sơ đồ chân:
VCC: Nguồn tạo mức logic điều khiển (5V - 3V3 ).
GND: Chân đất
R_EN = 0 Disable nửa cầu H phải. R_EN = 1: Enable nửa cầu H phải.
L_EN = 0 Disable nửa cầu H trái. L_EN = 1: Enable nửa cầu H trái.
RPWM và LPWM: chân điều khiển đảo chiều và tốc độ động cơ.
RPWM = 1 và LPWM = 0: Mô tơ quay thuận.
RPWM = 0 và LPWM = 1: Mô tơ quay nghịch
RPWM = 1 và LPWM = 1 hoặc RPWM = 0 và LPWM = 0: Dừng
R_IS và L_IS: kết hợp với điện trở để giới hạn dòng qua cầu H. [9]
2.3.5 Cảm biến khoảng cách VL53L0X
Trong các thiệt bị như xe tự hành, xe khơng người lái, … để đảm bảo an tồn cho xe tránh các va chạm thì cảm biến tránh vật cản (cảm biến khoảng cách) là rất cần thiết. Hiện nay có rất nhiều cảm biến khoảng cách như cảm biến siêu âm Ultrasonic HC-SR04, Ultrasonic US-015, HY-SRF05, cảm biến hồng ngoại, cảm biến radar RCWL0516, … chúng đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Vì xe lăn là phương tiện của các bệnh nhân khơng có khả năng đi lại và phản xạ của họ tương đối chậm, nên việc đảm bảo tính an tồn khi xảy ra sự cố như gặp vật cản phía trước xe có thể phản hồi nhanh để thực hiện dừng xe ngay lập tức, chúng tôi chọn cảm biến khoảng cách dùng laser VL53L0X được sản xuất bởi STMicroelectronics. Cảm biến có độ chính xác cao, ít bị nhiễu nhưng vẫn cịn hạn chế khi đo khoảng cách ở các điều kiện ánh sáng và màu sắc khác nhau.
VL53L0X là module laser Time-of-Flight (ToF) thế hệ mới với thiết kế có kích thước nhỏ nhất trên thị trường hiện nay, cung cấp phép đo khoảng cách chính xác cho dù phản xạ mục tiêu không giống như các cơng nghệ thơng thường. Nó có thể đo khoảng cách tuyệt đối lên tới 2m, thiết lập một chuẩn mực mới ở các mức hiệu suất khác nhau, mở ra cánh cửa cho các ứng dụng mới khác nhau. VL53L0X tích hợp một
mảng SPAD hàng đầu (Điốt đơn Photon) và nhúng công nghệ được cấp bằng sáng chế của chuyến bay STSense thế hệ thứ hai
Cảm biến khoảng cách VL53L0X Laser Distance ToF Sensor sử dụng tia Laser để đo khoảng cách đến vật thể với độ chính xác và độ ổn định cao, thích hợp cho các ứng dụng Robot tránh vật cản, đo khoảng cách, đặc biệt là các ứng dụng Radar bằng tia Laser (Lidar) trong các xe tự hành, Smart Car,...
Hình 2. 7 Cảm biến khoảng cách VL53L0X
Thông số kỹ thuật: [10]
Điện áp sử dụng: 2.8~5VDC
Dịng sử dụng trung bình: lúc hoạt động 20mA, lúc nghỉ 6𝜇A. Phương pháp đo khoảng cách: Tia Laser.
Khoảng cách đo trung bình: Tối thiểu: 2cm.
Trong nhà: Nền màu trắng: 200cm+, các màu khác: 80cm. Ngoài trời: Nền màu trắng: 80cm, các màu khác: 50cm. Dạng tín hiệu trả về: I2C mức TTL 3.3~5VDC.
Kích thước: 10.5 x 13.3 mm
Các đặc trưng
Mơ-đun nhỏ tích hợp đầy đủ: Laser VCSEL 940nm. Trình điều khiển VCSEL.
Kích thước cảm biến 4,4 x 2,4 x 1.0mm. Dễ dàng mở rộng
Thành phần phản xạ đơn. Khơng có quang học bổ sung. Nguồn đơn.
Giao diện I2C để điều khiển thiết bị và truyền dữ liệu. Xshutdown (Reset) và ngắt GPIO.
Bảo vệ mắt
Thiết bị laser phù hợp với tiêu chuẩn mới nhất IEC 60825-1: 2014 - phiên bản thứ 3.
Khoảng cách nhanh, chính xác Phạm vi đo tuyệt đối lên đến 2m.
Phạm vi đo không phụ thuộc vào hệ số phản xạ mục tiêu. Hoạt động ở mức ánh sáng hồng ngoại xung quanh cao.
Tăng phần bù quang học để đơn giản hóa khi có kính bao phủ
2.3.6 Servo SG90
Động cơ RC Servo SG90 có kích thước nhỏ, là loại được sử dụng nhiều nhất để làm các mơ hình nhỏ hoặc các cơ cấu kéo khơng cần đến lực nặng. Động cơ RC Servo SG90 có tốc độ phản ứng nhanh, các bánh răng được làm bằng nhựa nên cần lưu ý khi nâng tải nặng vì có thể làm hư bánh răng, động cơ RC Servo SG90 có tích hợp sẵn Driver điều khiển động cơ bên trong nên có thể dễ dàng điều khiển góc quay bằng phương pháp điều độ rộng xung PWM.
Thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động: 4.8-5VDC Tốc độ: 0.12s / 60 độ (4.8VDC) Lực kéo: 1.6 KG.CM Kích thước: 21x12x22mm Trọng lượng: 9g. 2.3.7 Mạch giảm áp DC LM2596 3A
Trong những dự án Arduino, để dự án được nhỏ gọn và tiết kiệm thường xử dụng board Arduino Pro Mini vì nó khá nhỏ gọn và giá thành rẻ. Nhưng Pro mini lại khơng có tích hợp mạch nguồn 3.3V và 5, nên khó có thể cấp nguồn chuẩn 5V hay 3.3V cho các module hay cảm biến.
Mạch giảm áp DC LM2596 nhỏ gọn có khả năng giảm áp từ 30V xuống 1.5V