3.4.2 Thiết kế khối xử lý tín hiệu
tín hiệu, hỗ trợ tốt việc giao tiếp các thiết bị ngoại vi và module từ bên ngoài (bluetooth, UART, HDMI…).
3.4.3 Thiết kế khối nhận dữ liệu bluetooth
Dữ liệu sau khi được xử lý sẽ được truyền đến cho bộ xử lý trung tâm để điều khiển động cơ. Với mục đích hạn chế sự phức tạp trong truyền dữ liệu có dây và tăng tính linh hoạt khi điều khiển thiết bị thì truyền dữ liệu khơng dây bằng bluetooth là giải pháp hợp lý nhất. Trên thị trường hiện nay có khá nhiều module bluetooth hỗ trợ vi điều khiển giao tiếp với thiết bị khác nhau thông qua kết nối bluetooth. Một số module bluetooth thường được sử dụng trong thực tế như: module bluetooth HC-05, module bluetooth HC-06. Tuy nhiên module bluetooth HC-05 là lựa chọn tối ưu cho đề tài này vì giá thành rẻ hơn so với các module khác, dễ dàng mua ở thị trường Việt Nam được nhiều người sử dụng và đánh giá ổn định. Các thơng số phù hợp với hệ thống gồm:
• Nguồn sử dụng là 5V nằm trong ngưỡng hoạt động 3~5 VDC của HC-05.
• Dịng điện khi hoạt động: khi Pairing 30 mA, sau khi pairing hoạt động truyền nhận bình thường 8 mA.
• Thiết kế nhỏ gọn: 15.2*35.7*5.6mm.
• Khoảng cách truyền dữ liệu trong phạm vi 15m.
• Truyền dữ liệu nối tiếp, giao tiếp với Arduino Nano thông qua chân TX, RX chuẩn UART ít dây kết nối đơn giản khơng phức tạp (so với chuẩn SPI) mà đáp ứng được dữ liệu truyền đi ít bị thất thốt.
• Cơng suất tiêu thụ 0.15W. Ta có sơ đồ ngun lý như sau:
Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý của mạch nhận và truyền dữ liệu Bluetooth HC-05 với
3.4.4 Thiết kế bộ xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm: thu thập tín hiệu từ máy tính bằng bluetooth rồi gửi tín hiệu điều khiển qua driver A4988 thông qua board mở rộng DRV8825 để điều khiển động cơ của khung cánh tay. Với yêu cầu trên ta đều có thể sử dụng nhiều loại vi điều khiển khác nhau như PIC, AVR, 8051, Raspberry, Arduino... làm khối xử lý đều có thể đáp ứng được đầy đủ yêu cầu của hệ thống nhưng trong đề tài chọn Arduino nano vì nó có những ưu điểm sau:
• Giá thành rẻ hơn so với các dòng arduino uno, mega...., dễ sử dụng là module hồn chỉnh sử dụng chip ATmega328.
• Kích thước nhỏ gọn 1.85cm x 4.3cm so với những dòng arduino khác.
• Là dịng vi điều khiển mã nguồn mở, có nhiều thư viện hỗ trợ cho các module chức năng khác nhau, trình biên dịch đơn giản, dễ sử dụng.
• Thời gian đáp ứng nhanh 62.5ns.
• Arduino nano có 14 chân I/O đáp ứng đủ kết nối với các module trong đề tài. • Cơng suất tiêu thụ 0.2W.
3.4.5 Thiết kế bộ điều khiển
Hiện nay, trên thị trường có nhiều driver điều khiển động cơ bước như TB6560, L298, LV8729, ULN2003, A4988… Nhưng trong đề tài sử dụng module điều khiển driver A4988 vì nó có những ưu điểm sau phù hợp với đề tài:
• Giá thành rẻ hơn so với module cịn lại, dễ tìm kiếm trên thị trường.
• A4988 là bộ chuyển đổi và bảo vệ quá dòng điều khiển động cơ bước chế độ DMOS, mạch có bộ ổn định dịng điện.
• Thích hợp điều khiển động cơ bước 8V~35V, 2A. • Giao tiếp và điều khiển đơn giản.
• Chế độ điều khiển: full, half, 1/4, 1/8 và 1/16.
• Điều chỉnh biến trở để thay đổi dòng ngõ ra max, tốc độ bước cao hơn. • Tự động dị cường độ dịng điện.
• Có mạch shutdown khi q nhiệt, q áp và q dịng. • Cơng suất tiêu thụ 0.02W.