Báo cáo đồ án thiết kế thi công Robot tránh vật cản | Trường Đại học Điện Lực

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN 2
NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA
THIẾT KẾ THI CÔNG ROBOT TRÁNH VẬT CẢN
GVHD: TS VĂN TẤN LƯỢNG
TÊN SINH VIÊN: TRẦN QUỐC DUY MSSV: 2032204559 LỚP: 11DHTDH3
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 05 NĂM 2023 BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN 2
NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA
THIẾT KẾ THI CÔNG ROBOT TRÁNH VẬT CẢN
GVHD: TS VĂN TẤN LƯỢNG
TÊN SINH VIÊN: TRẦN QUỐC DUY MSSV: 2032204559 LỚP: 11DHTDH3
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 06 NĂM 2023
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
KHOA CN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN 2
1. Họ và tên sinh viên được giao đề tài:
TRẦN QUỐC DUY............. MSSV: 2032204559 ............Lớp: 11DHTDH3
2. Tên đề tài: Thiết kế thi công robot tránh vật cản
3. Nhiệm vụ của đề tài: Thiết kế và thi công mô hình xe robot dò line có khả năng tránh
vật cản. Đảm bảo phần cơ khí vững chắc, khả năng dò line ổn định và tránh được vật.
4. Ngày giao nhiệm vụ: 27/02/2023
5. Ngày hoàn thành và nộp về khoa: 07/06/2023
Tp.HCM, ngày 07 tháng 06 năm 2023.
Giảng viên hướng dẫn
TS. Văn Tấn Lượng ii LỜI CẢM ƠN
Trước tiên với tình cảm sâu sắc và chân thành nhất, cho phép em được bày tỏ
lòng biết ơn đến tất cả các cá nhân và tổ chức đã tạo điều kiện hỗ trợ, giúp đỡ em trong
suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài này. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học
tập tại trường đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô và bạn bè.
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Công nghệ
Điện – Điện tử đã truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian học tập
tại trường. Nhờ có những lời hướng dẫn, dạy bảo của Thầy Văn Tấn Lượng nên đề tài
nghiên cứu của em mới có thể hoàn thiện tốt đẹp.
Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn Thầy Văn Tấn Lượng – Người đã trực tiếp
giúp đỡ, quan tâm, hướng dẫn em hoàn thành tốt bài báo cáo này trong thời gian qua.
Bài báo cáo Đồ án 2 thực hiện trong khoảng thời gian 13 tuần. Bước đầu đi vào
thực tế còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ nên không tránh khỏi những thiếu sót, em rất
mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của Thầy Văn Tấn Lượng để kiến
thức của chúng em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn đồng thời có điều kiện bổ
sung, nâng cao ý thức của mình.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 06 năm 2023 ii LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của em và được sự hướng dẫn
của TS Văn Tấn Lượng. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung
thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những số liệu trong các bảng
biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các
nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.
Ngoài ra, trong Đồ án 2 còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu
của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm
về nội dung Đồ án 2 của em. Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành Phố Hồ
Chí Minh không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong
quá trình thực hiện (nếu có).
TP. Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 06 năm 2023 iii MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN 2 .................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... iii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iv
DANH SÁCH HÌNH VẼ ............................................................................................... vi
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ....................................................................................... viii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ....................................................................... 1
1.1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................. 1
1.2. Mục đích đề tài ..................................................................................................... 1
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 2
1.4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 3
1.4.1. Mục tiêu thiết kế ............................................................................................ 3
1.4.2. Tìm hiểu các mô hình từ các cuộc thi............................................................ 4
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................ 6
2.1. Giới thiệu Arduino Uno R3 .................................................................................. 6
2.1.1. Lời mở đầu .................................................................................................... 6
2.1.2. Các thông số của Arduino Uno R3: ............................................................... 8
2.1.3. Cấp nguồn ...................................................................................................... 8
2.1.4. Bộ nhớ ........................................................................................................... 9
2.1.5. Các chân đầu vào và đầu ra ........................................................................... 9
2.1.6 Giới thiệu Chip điều khiển ATmega328P: ................................................... 10
2.2. Giới thiệu Mạch cầu H ....................................................................................... 13
2.3. Giới thiệu cảm biến hồng ngoại ......................................................................... 15
2.3.1. Tổng quan .................................................................................................... 15
2.3.2. Phân loại cảm biến hồng ngoại .................................................................... 15
2.3.3. Cơ chế hoạt động của cảm biến ................................................................... 16
2.3.4. Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại ............................................................ 17
2.4. Chuẩn giao tiếp I2C giữa Arduino R3 và cảm biến hồng ngoại TCRT5000 ..... 19
CHƯƠNG 3. HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT VÀ SỬ DỤNG PHẦM MỀM ARDUINO
IDE ................................................................................................................................. 22
3.1. Cài đặt Java Runtime Environment (JRE) ......................................................... 22 iv
3.2. Cài đặt Arduino IDE [2] ..................................................................................... 23
3.3. Cài đặt Driver ..................................................................................................... 25
3.4. Sử dụng phần mềm Arduino IDE ....................................................................... 28
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ....................................................... 33
4.1. Thiết kế và thi công phần cứng .......................................................................... 33
4.1.1 Lựa chọn bánh xe ......................................................................................... 33
4.1.2 Tính toán chọn động cơ ................................................................................ 34
4.1.3. Tính toán cảm biến ...................................................................................... 36
4.1.4. Tính chọn Module điều khiển động cơ ........................................................ 39
4.2. Thiết kế hệ thống điện ........................................................................................ 42
4.2.1. Sơ đồ điện .................................................................................................... 42
4.2.2. Mạch mô hình robot dò line ........................................................................ 42
4.3. Lưu đồ giải thuật ................................................................................................. 44
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 47
5.1. Kết quả đạt được ................................................................................................. 47
5.2. Thảo luận về đề tài ............................................................................................. 49
5.3. Kết luận............................................................................................................... 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 52
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 53 v DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1. 1 Thông số sa bàn .............................................................................................. 3
Hình 1. 2 Hình ảnh thực tế và sơ đồ nguyên lý của CartisX04 ...................................... 4
Hình 1. 3 Hình ảnh thực tế và sơ đồ nguyên lý của Robot Silvestre .............................. 4
Hình 1. 4 Hình ảnh thực tế và sơ đồ nguyên lý của Robot Fireball ............................... 5
Hình 2. 1 Mạch Arduino Uno R3....................................................................................6
Hình 2. 2 Sơ đồ cấu trúc Arduino Uno R3 ..................................................................... 7
Hình 2. 3 Chân cấp nguồn Arduino Uno R3 .................................................................. 9
Hình 2. 4 Sơ đồ các chân đầu vào và đầu ra ................................................................. 10
Hình 2. 5 Sơ đồ Chip điều khiển ATmega328P chân dán ............................................ 11
Hình 2. 6 Mô hình mạch cầu H ..................................................................................... 13
Hình 2. 7 Động cơ quay chiều nghịch .......................................................................... 14
Hình 2. 8 Động cơ quay chiều thuận ............................................................................ 14
Hình 2. 9 Cảm biến hồng ngoại .................................................................................... 15
Hình 2. 10 Các kiểu đường line .................................................................................... 16
Hình 2. 11 Cơ chế hoạt động của cảm biến .................................................................. 16
Hình 2. 12 Bật tắt đèn tự động ...................................................................................... 17
Hình 2. 13 Cảm biến hồng ngoại giúp chống trộm ....................................................... 18
Hình 2. 14 Giúp mở cửa tự động .................................................................................. 18
Hình 2. 15 Chuẩn giao tiếp I2C .................................................................................... 20
Hình 3. 1 Bản JRE mới nhất là 7u80.............................................................................22
Hình 3. 2 Bấm vào mục Window ZIP .......................................................................... 23
Hình 3. 3 Bấm JUST DOWNLOAD ............................................................................ 23
Hình 3. 4 Bắt đầu tải ..................................................................................................... 24
Hình 3. 5 chọn “Extract here” để giải nén .................................................................... 24
Hình 3. 6 Chạy file trong thư mục arduino-1.6.4\ để khởi động Arduino IDE ............ 25
Hình 3. 7 Xác nhận cài đặt driver ................................................................................. 26
Hình 3. 8 Chọn Next để tiếp tục ................................................................................... 26
Hình 3. 9 Đợi quá trình cài đặt ..................................................................................... 27
Hình 3. 10 Finish .......................................................................................................... 27
Hình 3. 11 Giao diện phần mềm Arduino IDE ............................................................. 28 vi
Hình 3. 12 Miêu tả vùng lệnh ....................................................................................... 28
Hình 3. 13 Vùng thông báo ........................................................................................... 29
Hình 3. 14 IDE Menu ................................................................................................... 29
Hình 3. 15 File menu .................................................................................................... 29
Hình 3. 16 Click Examples ........................................................................................... 30
Hình 3. 17 Edit menu .................................................................................................... 30
Hình 3. 18 Sketch menu ................................................................................................ 31
Hình 3. 19 Tool menu ................................................................................................... 31
Hình 3. 20 Chọn Board ................................................................................................. 32
Hình 3. 21 Một số lưu ý về phần mềm Arduino IDE ................................................... 32
Hình 4. 1 Sơ đồ khối .....................................................................................................33
Hình 4. 2 Hệ tọa độ trên robot dò line .......................................................................... 34
Hình 4. 3 Mô hình các lực tác dụng lên bánh xe .......................................................... 35
Hình 4. 4 Động cơ giảm tốc V1 .................................................................................... 36
Hình 4. 5 Sơ đồ mạch điện cảm biến TCRT5000 ......................................................... 37
Hình 4. 6 Phạm vi hoạt động của cảm biến .................................................................. 37
Hình 4. 7 Sơ đồ mô phỏng cảm biến hồng ngoại TCRT5000 ...................................... 38
Hình 4. 8 Sơ đồ mô phỏng Module L298 ..................................................................... 40
Hình 4. 9 Sơ đồ chân Module L298 .............................................................................. 41
Hình 4. 10 Sơ đồ hệ thống điện của xe robot dò line ................................................... 42
Hình 4. 11 Mạch xe dò line hoàn chỉnh ........................................................................ 43
Hình 4. 12 Lưu đồ giải thuật của mô hình xe robot dò line gấp vật ............................. 44
Hình 5. 1 Mô hình xe robot dò line hoàn chỉnh............................................................48
Hình 5. 2 Mô hình xe robot dò line gấp vật trên sân .................................................... 49 vii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1 Thông số kỹ thuật của Arduino R3 ................................................................. 8
Bảng 2. 2 Các thông số kỹ thuật cơ bản của vi điều khiển ATmega328P .................... 12 viii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Lý do chọn đề tài
Tự động hóa là tổng hợp của nhiều lĩnh vực như cơ khí, điều khiển, công nghệ
thông tin và cơ điện tử. Các lĩnh vực này kết hợp lại với nhau tạo thành các hệ thống tự
động hóa và cao hơn là tự động cả quá trình sản xuất. Ngành công nghiệp tự động hóa
ngày càng có vai trò quan trọng và hết sức cần thiết để đáp ứng mục tiêu phát triển kinh
tế, nhất là trong quá trình công nghiệp hóa-hiện đại hóa như hiện nay. Nó đòi hỏi một
nguồn nhân lực có trình độ cao để vận hành.
Ngày nay, robot đã đạt được những thành tựu to lớn trong sản xuất công nghiệp
cũng như là đời sống. Sản xuất robot là ngành công nghiệp trị giá trị hàng tỉ USD và
ngày càng phát triển mạnh trong các họ robot chúng ta không thể không nhắc đến mobile
robot với những đặc thù riêng mà các loại robot khác không có.
Mobile robot có thể di chuyển rất linh hoạt do đó tạo nên không gian hoạt động
lớn và cho đến nay nó đã dần khẳng định vai trò quan trọng không thể thiếu trong nhiều
lĩnh vực, thu hút được nhiều sự đầu tư và nghiên cứu. Mobile robot cũng được chia ra
làm nhiều loại: robot học đường đi, robot dò đường line, robot tránh vật cản, robot tìm
đường trong mê cung... Trong đó robot dò đường line dễ dàng ứng dụng nhiều trong
cuộc sống. Việc phát triển robot này sẽ phục rất nhiều cho con người.
Những lợi ích vai trò to lớn màn robot dò đường line đem lại ho cuộc sống và với
sự đam mê tìm tồi của bản thân vì thế chúng em mong muốn được nghiên cứu và làm
rõ đề tài “Thiết kế xe robot tránh vật cản” để em có thể hiểu hơn về cơ chế hoạt, ứng
dụng, và từ đó nâng cao tri thức bản thân.
1.2. Mục đích đề tài
"Thiết kế thi công robot tránh vật cản" là phát triển một mô hình robot có khả
năng tự động di chuyển và phát hiện vật cản trên đường, sau đó sử dụng tay cầm robot
để gắp và vận chuyển chúng. Đây là một đề tài có tính ứng dụng cao trong ngành công
nghiệp tự động hóa và giúp tăng hiệu quả sản xuất, đồng thời cũng giúp hiểu rõ hơn về
cách hoạt động của các hệ thống điều khiển robot. 1
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
*Đối tượng nghiên cứu của đề tài "Thiết kế thi công robot tránh vật cản" là các
hệ thống điều khiển robot và các thành phần cơ khí, điện tử cần thiết để tạo ra một mô
hình xe robot có khả năng tự động di chuyển trên đường thẳng và phát hiện, gắp vật cản,
đồng thời sử dụng bo mạch Arduino R3 để điều khiển.
*Phạm vi nghiên cứu bao gồm:
• Thiết kế và lắp ráp các thành phần cơ khí và điện tử như động cơ, bánh xe, cảm
biến, tay cầm robot và các linh kiện điện tử điều khiển để tạo thành một hệ thống robot hoàn chỉnh.
• Lập trình điều khiển robot sử dụng Arduino R3 để có thể phát hiện đường line,
di chuyển trên đường và phát hiện vật cản trên đường.
• Thiết kế và thi công một bộ pin và sạc để cung cấp năng lượng cho hệ thống robot.
• Kiểm tra, đánh giá và tối ưu hoá hiệu suất của hệ thống robot.
Đề tài tập trung vào việc thiết kế mô hình xe robot dò line và gắp vật cản sử dụng
bo mạch Arduino R3, không bao gồm các nghiên cứu về trí tuệ nhân tạo hay các vấn đề
liên quan đến xử lý hình ảnh phức tạp.
*Ứng dụng của “Mô hình robot dò line gấp vật”:
• Công nghiệp: Robot có khả năng tự động dò line và gắp vật cản có thể được sử
dụng trong quá trình sản xuất, giúp tăng năng suất và độ chính xác của quá trình sản xuất.
• Dịch vụ và giao thông: Robot có thể được sử dụng để thu thập dữ liệu về tình
trạng giao thông trên đường, phát hiện và di chuyển các vật cản trên đường, giúp
giảm thiểu tai nạn giao thông.
• Giáo dục và giải trí: Robot có khả năng dò line và gắp vật cản có thể được sử
dụng để giới thiệu về công nghệ robot và kỹ năng lập trình cho trẻ em, đồng thời
có thể được sử dụng trong các hoạt động giải trí.
• Y tế: Robot có khả năng tự động di chuyển và phát hiện vật cản có thể được sử
dụng trong các phòng mổ để hỗ trợ các bác sĩ trong quá trình phẫu thuật.
Với các ứng dụng khác nhau, đề tài này có thể mang lại nhiều lợi ích cho con
người và giúp tăng cường sự phát triển của ngành công nghiệp robot. 2
1.4. Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu và nghiên cứu các kiến thức về lý thuyết robot, lý thuyết điều khiển, cơ khí và điện tử.
Thiết kế kiến trúc tổng thể của robot, bao gồm cơ khí và điện tử.
Lựa chọn các linh kiện và phần mềm cần thiết để xây dựng robot, bao gồm vi
điều khiển Arduino R3, các cảm biến, động cơ và bộ nguồn.
Lập trình cho robot để điều khiển chuyển động, dò line và gắp vật cản.
Thực hiện các thí nghiệm và thử nghiệm để đánh giá hiệu suất của robot, bao
gồm độ chính xác trong quá trình dò line và khả năng gắp vật cản.
Đánh giá kết quả thí nghiệm và thử nghiệm, tìm hiểu những hạn chế và điều chỉnh
robot để cải thiện hiệu suất.
Phương pháp nghiên cứu này sử dụng kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn để đạt
được mục tiêu của đề tài. Các thí nghiệm và thử nghiệm được thực hiện để đánh giá hiệu
suất của robot và cải thiện các yếu điểm trong quá trình thiết kế và xây dựng.
1.4.1. Mục tiêu thiết kế
Robot tự hành di chuyển theo line, thực hiện nhiệm vụ thi đấu mà không có sự
điều khiển từ xa, và có thể tránh được vật. Đảm bảo được sự ổn định của xe, ít bị nhiễu
do yếu tố phần cứng ảnh hưởng.
Hình 1. 1 Thông số sa bàn 3
1.4.2. Tìm hiểu các mô hình từ các cuộc thi
❖ Japan Robotrace Contest 2014 - Đội chiến thắng: CartisX04
Hình 1. 2 Hình ảnh thực tế và sơ đồ nguyên lý của CartisX04 Thông số:
+ Cảm biến: 6 bộ cảm biến hồng ngoại, 2 cảm biến
+ Bánh sau: 4 bánh chủ động - 2 động cơ DC.
+ Bánh trước: 1 bánh lái có động cơ chỉ đạo
+ Tốc độ tối đa: Vmax=4,2 m/s
+ Kết cấu giúp xe dễ cân bằng hơn nhưng phức tạp, xảy ra hiện tượng trượt khi rẽ.
❖ Cuộc thi ở Tây Ban Nha 2010 - Đội chiến thắng: Silvestre
Hình 1. 3 Hình ảnh thực tế và sơ đồ nguyên lý của Robot Silvestre Thông số:
+ Cảm biến: 8 bộ cảm biến hồng ngoại.
+ Bánh sau: 2 bánh chủ động - 2 động cơ DC. 4
+ Bánh trước: 1 bánh tự lựa – bánh mắt trâu.
+ Tốc độ tối đa: Vmax=2,24 m/s
+ Kết cấu này khá đơn giản, độ đồng phẳng cao, xe rẽ được các bán kính
cong nhỏ nhưng khó cân bằng.
❖ Cuộc thi Chibots ở Mỹ - Đội chiến thắng: Fireball
Hình 1. 4 Hình ảnh thực tế và sơ đồ nguyên lý của Robot Fireball Thông số:
+ Cảm biến: 16 bộ cảm biến hồng ngoại
+ 4 bánh chủ động - 4 động cơ DC
+ Tốc độ tối đa: Vmax=3 m/s
+ Kết cấu phức tạp, độ đồng phẳng thấp, khó điều khiển 5
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu Arduino Uno R3 2.1.1. Lời mở đầu
Arduino Uno là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển
Microchip ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc. Bảng mạch được trang bị các
bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộng
khác nhau. Mạch Arduino Uno thích hợp cho những bạn mới tiếp cận và đam mê về
điện tử, lập trình…Dựa trên nền tảng mở do Arduino.cc cung cấp các bạn dễ dàng xây
dựng cho mình một dự án nhanh nhất ( lập trình Robot, xe tự hành, điều khiển bật tắt led…).[1]
Hình 2. 1 Mạch Arduino Uno R3
Khi arduino chưa ra đời, để làm được một dự án điện tử nhỏ liên quan đến lập
trình, biên dịch, chúng ta cần đến sự hỗ trợ của các thiết bị biên dịch khác để hỗ trợ. Ví
dụ như, dùng Vi điều khiển PIC hoặc IC vi điều khiển họ 8051..., chúng ta phải thiết kế
chân nạp onboard, hoặc mua các thiết bị hỗ trợ nạp và biên dịch như mạch nạp 8051, mạch nạp PIC...
Hiện nay Arduino được biết đến ở Việt Nam rất rộng rãi. Từ học sinh trung học,
đến sinh viên và người đi làm. Những dự án nhỏ và lớn được thực hiện một cách rất
nhanh, các mã nguồn mở được chia sẻ nhiều trên diễn dàn trong nước và nước ngoài.
Giúp ích rất nhiều cho những bạn theo đam mê nghiên cứu chế tạo những sản phẩm có ích cho xã hội. 6
Trong những năm qua, Arduino là bộ não cho hàng ngàn dự án điện tử lớn nhỏ,
từ những sản phẩm ra đời ứng dụng đơn giản trong cuộc sống đến những dự án khoa học phức tạp.
Hình 2. 2 Sơ đồ cấu trúc Arduino Uno R3
Cứ như vậy, thư viện mã nguồn mở ngày một tăng lên, giúp ích cho rất nhiều
người mới biết đến Arduino cũng như những chuyên viên lập trình nhúng và chuyên gia
cùng tham khảo và xây dựng tiếp nối.…
Bạn muốn thiết kế điều khiển thiết bị thông qua cảm biến ánh sáng, Đo nồng độ
hóa chất, khí ga và xử lý thông qua cảm biến nồng độ và cảm biến khí, Bạn muốn làm
1 con robot mini, Bạn muốn quản lý tắt mở thiết bị điện trong nhà, bạn muốn điều khiển
motor, nhận dạng ID, Khó hơn xíu là bạn muốn làm một máy CNC hoặc máy in 3D
mini, máy bay không người lái ( Flycam) một hệ thống thu thập dữ liệu thông qua GSM,
xử lý ảnh,điều khiển vạn vật thông qua internet giao tiếp với điện thoại thông minh...
Để làm được điều đó, từ đơn giản đến phức tạp bạn cần sử dụng ngôn ngữ lập
trình Arduino dựa trên sơ đồ, hệ thống của bạn thiết kế, thông qua phần mềm Arduino
IDE, để thực hiện những yêu cầu đó đưa về bộ phận xử lý trung tâm ( Arduino) 7
2.1.2. Các thông số của Arduino Uno R3:
Bảng 2. 1 Thông số kỹ thuật của Arduino R3 Chip điều khiển ATmega328P Điện áp hoạt động 5V
Điện áp đầu vào (khuyên dùng) 7-12V
Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V Số chân Digital
14 (trong đó 6 chân cung cấp đầu ra PWM) Số chân PWM Digital 6 Số chân Analog 6
Dòng điện DC trên mỗi chân I/O 20 mA
Dòng điện DC trên chân 3.3V 50 mA
32 KB (ATmega328P) of which 0.5 KB used by Flash Memory bootloader SRAM 2 KB (ATmega328P) EEPROM 1 KB (ATmega328P) Tốc độ thạch anh 16 MHz LED_BUILTIN 13 Chiều dài 68.6 mm Chiều rộng 53.4 mm Cân nặng 25 g 2.1.3. Cấp nguồn
 LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13. Khi
chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW).
 VIN: Chân này dùng để cấp nguồn ngoài (điện áp cấp từ 7-12VDC).
 5V: Điện áp ra 5V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 500mA).
 3V3: Điện áp ra 3.3V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 50mA).
 GND: Là chân mang điện cực âm trên board. 8
 IOREF: Điệp áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO và có thể đọc
điện áp trên chân IOREF. Chân IOREF không dùng để làm chân cấp nguồn.
Hình 2. 3 Chân cấp nguồn Arduino Uno R3 2.1.4. Bộ nhớ
Vi điều khiển ATmega328:
• 32 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chiếm 0.5KB.
• 2 KB cho SRAM: (Static Random Access Menory): giá trị các biến khai báo
sẽ được lưu ở đây. Khai báo càng nhiều biến thì càng tốn nhiều bộ nhớ RAM. Khi mất
nguồn dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
• 1 KB cho EEPROM: (Electrically Eraseble Programmable Read Only
Memory): Là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây và không bị mất dữ liệu khi mất nguồn.
2.1.5. Các chân đầu vào và đầu ra
Trên Board Arduino Uno có 14 chân Digital được sử dụng để làm chân đầu
vào và đầu ra và chúng sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite(), digitalRead(). Giá
trị điện áp trên mỗi chân là 5V, dòng trên mỗi chân là 20mA và bên trong có điện trở
kéo lên là 20-50 ohm. Dòng tối đa trên mỗi chân I/O không vượt quá 40mA để tránh
trường hợp gây hỏng board mạch. 9
Ngoài ra, một số chân Digital có chức năng đặt biệt:
• Digital: Các chân I/O digital (chân số 2 – 13 ) được sử dụng làm chân nhập, xuất
tín hiệu số thông qua các hàm chính : pinMode(), digitalWrite(), digitalRead(). Điện áp
hoạt động là 5V, dòng điện qua các chân này ở chế độ bình thường là 20mA, cấp dòng
quá 40mA sẽ phá hỏng vi điều khiển.
• Analog :Uno có 6 chân Input analog (A0 – A5), độ phân giải mỗi chân là 10 bit
(0 – 1023 ). Các chân này dùng để đọc tín hiệu điện áp 0 – 5V (mặc định) tương ứng với
1024 giá trị, sử dụng hàm analogRead().
• Serial: 0 (RX) và 1 (TX): Được sử dụng để nhận dữ liệu (RX) và truyền dữ liệu (TX) TTL.
• Ngắt ngoài: Chân 2 và 3.
• PWM: 3, 5, 6, 9, 10 và 11 Cung cấp đầu ra xung PWM với độ phân giải 8 bit bằng hàm analogWrite ().
• SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Các chân này hỗ trợ giao tiếp SPI bằng thư viện SPI.
• LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13. Khi
chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW).
• TWI/I2C: A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.
Hình 2. 4 Sơ đồ các chân đầu vào và đầu ra
2.1.6 Giới thiệu Chip điều khiển ATmega328P:
ATmega328P là một trong những vi điều khiển công nghệ AVR hiệu suất cao
với số lượng chân cắm và tính năng lớn. 10