Trong q trình tìm hiểu và nghiên cứu, nhóm đồ án đã biết được ưu, nhược của nhiều loại thiết bị khác nhau từ đó đã đưa ra được sự lựa chọn các thiết bị phù hợp nhất cho đồ án này. Dưới đây là các thiết bị đó:
4.1- Vi điều khiển ATEMEGA328P (Kit Arduino Nano)
ATmega328P là một bộ vi điều khiển tiên tiến và nhiều tính năng. Nó là một trong những vi điều khiển nổi tiếng của Atmel vì nó được sử dụng trong bo mạch arduino UNO. Nó là một bộ vi điều khiển thuộc họ vi điều khiển megaMVR của Atmel (Cuối năm 2016, Atmel được Microchip Technology Inc mua lại). Các vi điều khiển được sản xuất trong họ megaMVR được thiết kế để xử lý các bộ nhớ chương trình lớn và mỗi vi điều khiển trong họ này chứa lượng ROM, RAM, các chân I / O và các tính năng khác nhau và được sản xuất với các chân đầu ra khác nhau, từ 8 chân đến hàng trăm chân.
Mạch bên trong của ATmega328P được thiết kế với tính năng tiêu thụ dịng điện thấp. Con chip này chứa 32 kilobyte bộ nhớ flash trong, 1 kilobyte EEPROM và 2 kilobyte SRAM. EEPROM và bộ nhớ flash là bộ nhớ lưu thơng tin và thơng tin đó vẫn thốt ra mỗi khi nguồn điện bị ngắt nhưng SRAM là bộ nhớ chỉ lưu thông tin cho đến khi có điện và khi ngắt nguồn điện tất cả thơng tin được lưu trong SRAM sẽ bị xóa.
Đặc tính / Thơng số kỹ thuật của ATmega328P:
Thiết kế hiệu suất cao Tiêu thụ ít điện năng
Tổng số chân ngõ vào Analog là 6 Chứa 32 kilobyte bộ nhớ flash Chứa 2 kilobyte SRAM
Chứa 1 kilobyte EEPROM Tốc độ xung nhịp 16 megahertz
Nhiệt độ tối thiểu và tối đa -40 độ C đến 105 độ C. Tổng số chân I / O kỹ thuật số là 14 chân
RISC tiên tiến
Khóa chức năng chương trình để bảo mật mã lập trình Chứa tổng cộng ba bộ định thời, hai 8 bit và một 16 bit Tổng số chân I / O là 23 chân
Tổng số kênh PWM là 6
này ở mức thấp, bộ vi điều khiển và chương trình của nó sẽ được reset. 2 PD0 Chân kỹ thuật số
(RX) Chân đầu vào chogiao tiếp nối tiếp
3 PD1 Chân kỹ thuật số
(TX) Chân đầu ra chogiao tiếp nối tiếp
4 PD2 Chân kỹ thuật số Chân 4 được sử
dụng làm ngắt ngoài 0
5 PD3 Chân kỹ thuật số
(PWM) Chân 5 được sửdụng làm ngắt ngoài 1
6 PD4 Chân kỹ thuật số Chân 6 được sử
dụng cho nguồn bộ đếm bên ngoài Timer0
7 Vcc Điện áp dương Nguồn dương của
9 XTAL Dao động tinh thể Chân này nối với một châncủa bộ dao động tinh thể để cung cấp xung nhịp bên ngoài cho chip
10 XTAL Dao động tinh thể Chân này nối với
chân còn lại của bộ dao động tinh thể để cung cấp xung nhịp bên ngoài cho chip
11 PD5 Chân kỹ thuật số
(PWM) Chân 11 được sửdụng cho nguồn bộ đếm bên ngoài Timer1 12 PD6 Chân kỹ thuật số (PWM) Bộ so sánh analog dương i / ps
13 PD7 Chân kỹ thuật số Bộ so sánh analog
(PWM) hẹn giờ so sánh khớp A
16 PB2 Chân kỹ thuật số
(PWM) Chân này hoạtđộng như lựa chọn slave i / p.
17 PB3 Chân kỹ thuật số
(PWM)
Chân này được sử dụng làm đầu ra dữ liệu master và đầu vào dữ liệu slave cho SPI.
18 PB4 Chân kỹ thuật số Chân này hoạt
động như một đầu vào xung nhịp master và đầu ra xung nhịp slave.
19 PB5 Chân kỹ thuật số Chân này hoạt
động như một đầu ra xung nhịp master và đầu vào xung nhịp slave cho SPI.
20 AVcc Điện áp dương Điện áp dương
cho ADC (nguồn)
21 AREF Tham chiếu
analog Điện áp thamchiếu analog cho ADC (Bộ chuyển đổi analog sang
22 GND Nối đất Nối đất của hệ thống
23 PC0 Đầu vào analog Đầu vào analog
giá trị kỹ thuật số kênh 0
24 PC1 Đầu vào analog Đầu vào analog
giá trị kỹ thuật số kênh 1
25 PC2 Đầu vào analog Đầu vào analog
giá trị kỹ thuật số kênh 2
26 PC3 Đầu vào analog Đầu vào analog
giá trị kỹ thuật số kênh 3
27 PC4 Đầu vào analog Đầu vào analog
giá trị kỹ thuật số kênh 4. Chân này
cũng được sử dụng như dịng xung nhịp giao diện nối tiếp.
Hình 4.2- Sơ đồ chân vi điều khiển ATEMEGA328P
Có hàng ngàn ứng dụng cho Atmega328P và sẽ có nhiều hơn nữa trong tương lai gần tùy thuộc vào cách người ta có thể suy nghĩ sáng tạo. Mỗi ngày, chúng ta đều thấy một ứng dụng mới được xây dựng bằng chip này. Một số ứng dụng cho chip này có thể liệt kê như:
Hệ thống điều khiển máy móc cơng nghiệp Máy móc và ứng dụng năng lượng mặt trời Các ứng dụng dựa trên IOT
Các ứng dụng dựa trên nguồn điện và bộ sạc Hệ thống thời tiết
Các dự án & hệ thống liên quan đến y tế và sức khỏe Các ứng dụng liên quan đến ô tô
Và nhiều ứng dụng khác…
Mạch Arduino Nano CH340 có kích thước nhỏ gọn, có thiết kế và chuẩn chân giao tiếp tương đương với Arduino Nano chính hãng, tuy nhiên mạch sử dụng chip nạp chương trình và giao tiếp UART CH340 giá rẻ để tiết kiệm chi phí.
Arduino Nano là phiên bản nhỏ gọn của Arduino Uno R3 sử dụng MCU
ATmega328P-AU dán, vì cùng MCU nên mọi tính năng hay chương trình chạy trên Arduino Uno đều có thể sử dụng trên Arduino Nano, một ưu điểm của Arduino Nano là vì sử dụng phiên bản IC dán nên sẽ có thêm 2 chân Analog A6, A7 so với Arduino Uno.
IC chính: ATmega328P-AU.
IC nạp và giao tiếp UART: CH340.
Điện áp cấp: 5VDC cổng USB hoặc 6-9VDC chân Raw. Mức điện áp giao tiếp GPIO: TTL 5VDC.
Dòng GPIO: 40mA.
Số chân Digital: 14 chân, trong đó có 6 chân PWM. Số chân Analog: 8 chân (hơn Arduino Uno 2 chân). Flash Memory: 32KB (2KB Bootloader).
SRAM: 2KB EEPROM: 1KB Clock Speed: 16Mhz.
Tích hợp Led báo nguồn, led chân D13, LED RX, TX. Tích hợp IC chuyển điện áp 5V LM1117.
Hình 4.4- Sơ đồ chân Arduino Nano
- Các chân: 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 và 16
Như đã đề cập trước đó, Arduino Nano có 14 ngõ vào/ra digital. Các chân làm việc với điện áp tối đa là 5V. Mỗi chân có thể cung cấp hoặc nhận dịng điện 40mA và có điện trở kéo lên khoảng 20-50kΩ. Các chân có thể được sử dụng làm đầu vào hoặc đầu ra, sử dụng các hàm pinMode (), digitalWrite () và digitalRead ().
Hai chân nhận RX và truyền TX này được sử dụng để truyền dữ liệu nối tiếp TTL. Các chân RX và TX được kết nối với các chân tương ứng của chip nối tiếp USB tới TTL.
- Chân 6, 8, 9, 12, 13 và 14: Chân PWM
Mỗi chân số này cung cấp tín hiệu điều chế độ rộng xung 8 bit. Tín hiệu PWM có thể được tạo ra bằng cách sử dụng hàm analogWrite ().
- Chân 5, 6: Ngắt
Khi chúng ta cần cung cấp một ngắt ngoài cho bộ xử lý hoặc bộ điều khiển khác, chúng ta có thể sử dụng các chân này. Các chân này có thể được sử dụng để cho phép ngắt INT0 và INT1 tương ứng bằng cách sử dụng hàm attachInterrupt (). Các chân có thể được sử dụng để kích hoạt ba loại ngắt như ngắt trên giá trị thấp, tăng hoặc giảm mức ngắt và thay đổi giá trị ngắt.
- Chân 13, 14, 15 và 16: Giao tiếp SPI
Khi bạn không muốn dữ liệu được truyền đi khơng đồng bộ, bạn có thể sử dụng các chân ngoại vi nối tiếp này. Các chân này hỗ trợ giao tiếp đồng bộ với SCK. Mặc dù phần cứng có tính năng này nhưng phần mềm Arduino lại khơng có. Vì vậy, bạn phải sử dụng thư viện SPI để sử dụng tính năng này.
- Chân 16: Led
Khi bạn sử dụng chân 16, đ«n led trên bo mạch sẽ sáng.
- Chân 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 và 26 : Ngõ vào/ra tương tự
Như đã đề cập trước đó UNO có 6 chân đầu vào tương tự nhưng Arduino Nano có 8 đầu vào tương tự (19 đến 26), được đánh dấu A0 đến A7. Điều này có nghĩa là
chân được đo từ mặt đất đến 5V. Nếu bạn muốn điện áp tham chiếu là 0V đến 3.3V, có thể nối với nguồn 3.3V cho chân AREF (pin thứ 18) bằng cách sử dụng chức năng analogReference (). Tương tự như các chân digital trong Nano, các chân analog cũng có một số chức năng khác.
- Chân 23, 24 như A4 và A5: chuẩn giao tiếp I2C
Khi giao tiếp SPI cũng có những nhược điểm của nó như cần 4 chân và giới hạn trong một thiết bị. Đối với truyền thông đường dài, cần sử dụng giao thức I2C. I2C hỗ trợ chỉ với hai dây. Một cho xung (SCL) và một cho dữ liệu (SDA). Để sử dụng tính năng I2C này, chúng ta cần phải nhập một thư viện có tên là Thư viện Wire.
- Chân 18: AREF
Điện áp tham chiếu cho đầu vào dùng cho việc chuyển đổi ADC. - Chân 28 : RESET
Đây là chân reset mạch khi chúng ta nhấn nút rên bo. Thường được sử dụng để được kết nối với thiết bị chuyển mạch để sử dụng làm nút reset.
4.2- Module điều khiển động cơ L298P
Mạch điều khiển động cơ DC L298 có khả năng điều khiển 2 động cơ DC,
dịng tối đa 2A mỗi động cơ, mạch tích hợp diod bảo vệ và IC nguồn 7805 giúp cấp nguồn 5VDC cho các module khác (chỉ sử dụng 5V này nếu nguồn cấp < 12VDC).
Mạch điều khiển động cơ DC L298 dễ sử dụng, chi phí thấp, dễ lắp đặt, là sự lựa chọn tối ưu trong tầm giá. Là lựa chọn mà các sinh viên thường sử dụng trong các đồ án môn học và đồ án tốt nghiệp với các mơ hình nhỏ gọn mà tính năng linh
Hình 4.5- Mơ đun điều khiển động cơ L298N
Nguyên lý hoạt động:
Hình 4.6- Mơ hình mạch cầu H
Một động cơ DC có thể quay thuận hoặc quay nghịch tùy thuộc vào cách bạn mắc cực âm và dương cho motor đó. Ví dụ, động cơ DC có hai đầu A và B. Nếu bạn nối A vào cực dương (+) và B vào cực âm (-) của nguồn thì động cơ quay theo chiều thuận (giả sử cùng chiều kim đồng hồ). Bây giờ bạn nối ngược lại, A vào (-) và B vào (+), động cơ sẽ quay nghịch ( giả sử ngược chiều kim đồng hồ).
Tương tự, khi ta đóng S1 và S4, ta đã cho A nối với cực dương (+) và B nối với cực âm (-) của nguồn, một dòng điện chạy từ nguồn qua S1 qua động cơ qua S4 về mass làm động cơ quay theo chiều thuận. (H4.6)
Hình 4.7- Động cơ quay thuận
Hình 4.8- Động cơ quay nghịchThơng số kỹ thuật: Thơng số kỹ thuật:
Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H. Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V
Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (=>2A cho mỗi motor) Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V
Dịng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA
Hình 4.9- Sơ đồ chân kết nối
- Power GND chân này là GND của nguồn cấp cho Động cơ: Nối với GND của
Arduino
- 2 Jump A enable và B enable.
- Có 4 chân Input. IN1, IN2, IN3, IN4.
- Output A: nối với động cơ A. bạn chú ý chân +, -. Nếu nối ngược thì động cơ
sẽ chạy ngược. Và chú ý nếu nối động cơ bước, phải đấu nối các pha cho phù hợp.
Hình 4.10- Sơ đồ mạch ngun lí mơ đun điều khiển động cơ L298N4.3- Cơng tắc hành trình 4.3- Cơng tắc hành trình
áp. Nó có tác dụng như nút ấn động tác ấn bằng tay được thay thế bằng động tác va chạm của các bộ phận cơ khí, làm q trình chuyển động cơ khí chuyển thành tín hiệu điện.
Trong đồ án này, để giới hạn và xác định các hành trình của các trục Z, X của cơ cấu tay gắp. Được gá ngay trên hướng chuyển động của trục vít me và bộ con chạy Vslot.
Hình 4.11- Cơng tắc hành trình4.4- Module hạ áp LM2596 4.4- Module hạ áp LM2596
Là module giảm áp có khả năng điều chỉnh được dòng ra đến 3A. LM2596 là IC nguồn tích hợp đầy đủ bên trong. Tức là khi cấp nguồn 9v vào module, sau khi giảm áp ta có thể lấp được nguồn 3A < 9v...như 5V hay 3.3V
Nguồn đầu vào từ 4V - 35V. Nguồn đầu ra: 1V - 30V.
Dịng ra Max: 3A
Kích thước mạch: 53mm x 26mm
Hình 4.12- Module LM2596
4.5- Cảm Biến Khoảng Cách NPN Thường Mở / Mức Thấp
Môi trường làm việc: Nhiệt độ -40 đến +70 độ C; Mức độ bảo vệ: IP61-IP67;
Hình 4.13- Cảm Biến Khoảng Cách NPN E18-DNK30
Thơng số kĩ thuật:
- U: 5VDC - I: 100mA - Sn: 3-30/50/80cm
- Chiều dài 65mm, đường kính 18mm chiều dài dây 1.2m - Loại cảm biến: Diffuse;
- Khoảng cách phát hiện: 0-50cm ; - Điện áp làm việc: 6-36V ;
- Môi trường làm việc: Nhiệt độ -40 đến +70 độ C; - Mức độ bảo vệ: IP61-IP67;
- Thời gian đáp ứng: chức năng thời gian thiết lập lại sau 2.5ms ; - Phát hiện của các đối tượng: trong suốt, mờ đục cơ thể;
- Chất liệu: Nhựa
Hướng Dẫn Kết Nối cảm biến: + Dây Mầu Nâu: 5V DC.
+ Dây Mầu Xanh Dương : GND
+ Dây Mầu Đen: Tín hiệu NPN thường mở
Ứng dụng của Cảm Biến Khoảng Cách E18-DNK30/50/80: 1, Sử dụng trong dây chuyền sản xuất thiết bị đếm tự động 2, Làm robot mê cung
4, Hệ thống tự động hóa
5, Hệ thống an ninh chống trộm, vv....
4.6- Nguồn cấp cho robot leo cầu thang
Pin 18650 được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực thiết bị số như pin laptop, pin sạc dự phòng, pin máy khoan pin và trong các đồ án xe tự hành cơ vừa và nhỏ. Pin 18650 là cell pin Lithium-ion có thể sạc lại trong ngành cơng nghiệp pin, thường được sử dụng cho pin laptop hoặc sạc dự phịng. Là pin có thể sạc lại được và sử dụng cơng nghệ Lion (Lithium Ion). Pin 18650 có điện áp dao động quanh khoảng 3.7V – 4.2V.
Pin 18650 có đường kính 18mm và chiều dài khoảng 650mm, cái tên 18650 cũng bắt nguồn từ đây để phân biệt với các dịng pin khác. số 0 chính là để phân biệt đây
- Khối lượng, kích thước nhỏ gọn. - Có thể sạc đầy và sử dụng tiếp.
- Đáp ứng đủ loại công suất, chỉ phụ thuộc vào công suất sử dụng và thời gian sử dụng (tức là cơng suất sử dụng càng lớn thì thời gian sử dụng càng ngắn và ngược lại).
Nhóm lựa chọn loại pin cell sau đây:
Thông số kỹ thuật của Pin cell 18650 Samsung 2600mAh
Chất liệu pin: pin lithium ion Thương hiệu pin: Samsung
Mẫu pin: 18650
Thông số kỹ thuật của pin: đường kính 18mm * dài 65mm Dung lượng pin: 2600 mAh
Điện trở trong của pin: 45,6 mΩ (milliohms) Số lần xả: 1000 chu kỳ trở lên
Tiêu chuẩn điện áp: điện áp tiêu chuẩn 3,6 ~ 3,7V, điện áp 4.2V sau khi đầy điện, 2,75V sau khi xả.
Dung lượng khả dụng (mah) = [Dung lượng tổng (mah) x 3.7v x Hiệu suất chuyển đổi (%) x số pin] / 5v
Lưu ý:
+ Dung lượng tổng và 3.7 volt là thông số nhà sản xuất cell cung cấp, ghi rõ thơng tin trên pin dự phịng.
+ 5 volt là thông số Volt sạc của pin sạc dự phòng.