Báo cáo đồ án hệ thống đo mực chất lỏng sử dụng cảm biến siêu âm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI THÀNH
PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG 1
ĐỀ TÀI: MƠ HÌNH ĐO MỰC CHẤT LỎNG SỬ DỤNG CẢM
BIẾN SIÊU ÂM HIỂN THỊ KHOẢNG CÁCH TRÊN LCD
BẰNG ARDUINO

Giáo viên hướng dẫn: Lê Uyên Anh Vũ
Sinh viên thực hiện: Trương Ngọc Hiệp
Mã số sinh viên: 1951040051
Lớp: DV19

TPHCM, ngày 1 tháng 4 năm 2022


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU...........................................................................................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG................................................................3
1.1 Giới thiệu đề tài................................................................................................3
1.2 Các yêu cầu cơ bản...........................................................................................5
1.3 Phương pháp, phạm vi và giới hạn nghiên cứu:...............................................6
1.3.1 Phương pháp:.............................................................................................6
1.3.2 Phạm vi đề tài và giới hạn nghiên cứu.......................................................6
1.4 Ý nghĩa thực tiễn..............................................................................................6
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN ĐIỆN TỬ.................................................8
2.1 Phân tích và lựa chọn cảm biến siêu âm..........................................................8
2.1.1 Cảm biến siêu âm HC-SR04....................................................................10
2.1.2 Ưu và nhược điểm của cảm biến siêu âm HC-SR04................................12
2.1.3 Cấu tạo cảm biến siêu âm.........................................................................13
2.1.4 Nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm...................................................14

2.1.5 Thông số kỹ thuật cảm biến siêu âm........................................................15
2.2 Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển...............................................................16
2.2.1 Ưu nhược điểm của Arduino Uno R3......................................................18
2.2.2 Năng lượng...............................................................................................18
2.3 Bộ phận hiển thị.............................................................................................21
2.4 Module I2C....................................................................................................23
2.5 Led đơn...........................................................................................................24


2.6 Cịi báo...........................................................................................................26
2.7 Dây cắm..........................................................................................................27
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG.................................................28
3.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống..........................................................................28
3.2 Chức năng các khối........................................................................................29
3.3 Ngun lí hoạt động.......................................................................................30
3.4 Mơ phỏng hệ thống trên phần mềm Protues...................................................31
3.4.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng Protues..................................................31
3.4.2 Mô phỏng trên Protues.............................................................................32
3.5 Thiết kế mạch đo trên phần mềm Fritzing.....................................................33
3.6 Xây dựng chương trình code điều khiển........................................................34
CHƯƠNG 4: THI CÔNG MẠCH VÀ YÊU CẦU ĐẠT ĐƯỢC............................38
4.1 Hoàn thành sản phẩm.....................................................................................38
4.2 Thực hành và đọc kết quả...............................................................................40
4.3 Đánh giá sản phẩm.........................................................................................42
4.4 Phạm vi ứng dụng...........................................................................................43
4.5 Xu hướng phát triển........................................................................................43
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................45


LỜI MỞ ĐẦU

Khoa học kỹ thuật, cách mạng công nghiệp đang đang từng bước phát
triển và chúng ta - những con người của kỹ thuật cũng phải thay đổi tầm nhìn
của mình để theo kịp cơng nghệ hiện đại. Trọng tâm của khoa học kỹ thuật trong
nền văn minh công nghiệp này đặt vào 5 lĩnh vực chính đó là công nghệ thông
tin, công nghệ vật liệu, nguồn năng lượng, công nghệ sinh học và công nghệ kỹ
thuật điều khiển tự động. Từ khi Arduino ra đời, nó đã tạo nên một bước ngoặc
mới cho sự phát triển của tự động hóa trong cơng nghiệp. Arduino là cơng cụ hỗ
trợ đắc lực cho cơng việc lập trình. Điểm hấp dẫn ở Arduino với người đam mê
lập trình là ngơn ngữ dễ học khá giống C/C++, các ngoại vi trên bo mạch đều đã
được chuẩn hóa nên khơng cần biết nhiều về điện tử, chúng ta cũng có thể lập
trình được những ứng dụng thú vị. Thêm nữa Arduino là một platform đã được
chuẩn hóa nên đã có rất nhiều các bo mạch mở rộng (shield) để cắm chồng lên
bo mạch Arduino, có thể hình dung dễ hiểu là "library" của các ngơn ngữ lập
trình.
Với Arduino bạn có thể ứng dụng vào những mạch đơn giản như mạch
cảm biến ánh sáng bật tắt đèn, mạch điều khiển động cơ,... hoặc cao hơn nữa bạn
cóthể làm những sản phẩm như: máy in 3D, Robot, khinh khí cầu, máy bay
khơng người lái,... Chính vì tính tiện lợi và đơn giản cho người sử dụng mà
Arduino đã trở thành một hiện tượng trong ngành điện tử thế giới. Những sản
phẩm của cộng đồng người dùng Arduino cũng như những thiết bị hỗ trợ
Arduino lớn đến mức không thể thống kê được
Arduino được cấu tạo từ phần cứng và phần mềm IDE. Phần cứng hay ta
vẫn nghe một cái tên quen thuộc là vi điều khiển, board mạch mã nguồn mở.
Nhằm ứng dụng các kiến thức đã được trang bị trong quá trình học tập vào thực
1


tế dựa trên cơ sở môn học “Đồ án điện tử viễn thông 1’’ em đã lựa chọn đề tài
“Mô hình đo mực chất lỏng sử dụng cảm biến siêu âm hiển thị khoảng cách
trên lcd bằng arduino”. Nội dung chính của hệ thống là xử lý tín hiệu từ cảm

biến siêu âm đo mức để điều khiển hoạt động của hệ thống bơm ổn định mực
chất lỏng trong bồn. Hệ thống này có khả năng ứng dụng rộng rãi trong các hệ
thống như hệ thống chiết rót chai tự động, hệ thống pha trộn nguyên liệu chất
lỏng, các trạm chứa nước cung cấp cho sinh hoạt và sản xuất. Ngồi ra, nó cịn
có thể làm nền tảng để ứng dụng các thuật toán điều khiển vào các hệ thống khác
như hệ thống ổn định lò nhiệt, hệ thống ổn định lưu lượng đường ống dẫn chất
lỏng…
Mặc dù, trong quá trình thực hiện đồ án em đã cố gắng hồn thành nhiệm
vụ đề tài đặt ra nhưng chắc chắn sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót, mong các
q Thầy/Cơ thơng cảm và rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ q
Thầy/Cơ.

2


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG
1.1 Giới thiệu đề tài
Khoa Âm học về âm thanh, bắt đầu từ thời Pythagoras vào thế kỷ thứ 6
trước công nguyên, người đã viết về các tính chất tốn học của các nhạc cụ dây.
Khả năng định vị ở dơi được Lazzaro Spallanzani phát hiện vào năm 1794, khi ông
chứng minh rằng dơi săn mồi và di chuyển bằng âm thanh không nghe được chứ
khơng phải tầm nhìn. Francis Galton vào năm 1893 đã phát minh ra cịi Galton,
một loại cịi có thể điều chỉnh được tạo ra sóng siêu âm, ơng dùng để đo phạm vi
thính giác của con người và các động vật khác, chứng minh rằng nhiều lồi động
vật có thể nghe được âm thanh trên phạm vi thính giác của con người. Ứng dụng
cơng nghệ đầu tiên của sóng siêu âm là nỗ lực phát hiện tàu ngầm của Paul
Langevin vào năm 1917.
Một số nhà sản xuất cảm biến siêu âm phổ biến hiện nay như Maxbotix,
MigatronCorp, PKP, KEYENCE...
Hiện nay khoa học kĩ thuật ngày càng được chú trọng vào phát triển và ứng

dụng khoa học kĩ thuật vào thực tiễn.
Nhằm mục đích đo vận tốc, đo chiều dài ...hay là đo khoảng cách, những nơi
nguy hiểm mà con người chưa thể đặt chân tới, cảm biến siêu âm được cho ra đời.
Một trong những cảm biến siêu âm được sử dụng rộng rãi hiện nay là cảm biến
HC-SR04.HC-SR04 có độ chính xác cao trong khoảng(2-400cm) và giá thành rẻ.
Nhằm ứng dụng các kiến thức đã được trang bị trong quá trình học tập vào
thực tế dựa trên cơ sở môn học “Cảm biến và hệ thống đo”, em đã lựa chọn đề tài
“Xây dựng hệ thống đo mức chất lỏng trong bình chứa sử dụng cảm biến siêu âm
bằng cảm biến HC-SR04”.
3


Hình 1: Ứng dụng trong nước thải đơ thị

Hình 2: Sử dụng cảm biến siêu âm để đo mức nước bể chứa thủy điện
4


Hình 3: Cảm biến siêu âm để đo mức nước trong mương
1.2 Các yêu cầu cơ bản
-Hệ thống phù hợp với nhu cầu của người tiêu dùng, của các doanh nghiệp.
-Giá thành của hệ thống phù hợp và kết cấu nhỏ gọn.
-Sử dụng cảm biến siêu âm HC-SR04 kết hợp với mạch Arduino.
-Sai số trung bình khoảng 0,15% đối với khoảng cách 2m trở lại.
-Hoạt động ổn định ở môi trường có nhiệt độ từ 60°C trở xuống và áp suất khoảng
1 bar trở lại.
-Hiển thị trên thanh LCD, LED và Loa cảnh báo.

5

1.3 Phương pháp, phạm vi và giới hạn nghiên cứu:
1.3.1 Phương pháp:
- Nghiên cứu về nguyên lý hoạt động của cảm biến HC-SR04 thơng qua các tài liệu
trên internet.
-Tìm hiểu kĩ hơn về mạch điều khiển Arduino mô phỏng trên Proteus và cách
kết nối với máy tính.
-Tìm các cơng thức tốn học để tính ra dung tích nước, lưu lượng máy bơm thông
qua giá trị khoảng cách đo được từ cảm biến.
- Đề xuất và nghiên cứu về các linh kiện sẽ có trong mạch và các linh kiện bảo
vệ.
- Mô phỏng mạch trên ứng dụng Proteus.
- Dựa và tham khảo vào các mơ hình tham khảo trên Internet để cải tiến thiết kế
và mục đích sử dụng.
1.3.2 Phạm vi đề tài và giới hạn nghiên cứu
- Ngoài ứng dụng để đo mức nước, cảm biến siêu âm còn dùng để đo mức chất
lỏng khác như: dầu ăn, nước trái cây, ...
- Sử dụng trong công nghiệp và các hộ gia đình để phục vụ an tồn cho các bình
chứa, bể chứa trong các hộ gia đình khi có sự cố tràn gây ra nguy hiểm.
1.4 Ý nghĩa thực tiễn
Có vai trị to lớn trong các ngành cơng nghiệp và trong nghiên cứu khoa học.
Đo lưu lượng có tầm quan trọng đặc biệt trong công nghiệp như khi cần khống chế
lượng chất lỏng tham gia vào q trình ở lị phản ứng hóa học, nhà máy sản xuất xi
6


măng, động cơ đốt, ... Bên cạnh đó sản phẩm có thể phát triển thêm để ứng dụng
vào để đo khoảng cách hay thăm dò những nơi mà con người chưa thể đặt chân
đến.

7


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
2.1 Phân tích và lựa chọn cảm biến siêu âm
Trên thị trường tồn tại khá nhiều loại cảm biến dùng trong việc đo khoảng
cách. Tùy vào nhu cầu về tính chính xác, giá thành, mục đích sử dụng, mơi trường
xung quanh mà có những loại cảm biến đặc thù. Có 4 loại cảm biến thường được
dùng để đo khoảng cách:
 Cảm biến laser:
 Dùng trong đo khoảng cách dựa trên nguyên lý phản xạ của tia laser. Được
ưa chuộng bởi tính ứng dụng cao trong nhiều môi trường. Đây là loại cảm
biến khá phổ biến vì độ chính xác cao, sở hữ đa tính năng, kích thước nhỏ
gọn dễ dàng và tiết kiệm được thời gian và có thể đo trên phạm vi diện rộng
các vật tuy nhiên Các loại máy sử dụng cảm biến đo khoảng cách bằng laser
thường sử dụng pin cần phải nạp năng lượng thường xuyên, khi xảy ra sự cố
thì khó sửa chữa, phải thực hiện nhiều thao tác trên các nút bấm bằng tay.
 Cảm biến từ:
 Cảm biến từ thuộc nhóm cảm biến tiệm cận, là thiết bị dựa trên nguyên lý
cảm ứng điện từ có khả năng nhận biết phát hiện vật mang từ tính (chủ yếu
là sắt), không tiếp xúc, ở khoảng cách gần (khoảng vài mm đến vài chục
mm) hoạt động được ngay cả trong mơi trường khắc nghiệt tuổi thọ của nó
cao và dễ dàng trong việc lắp đặt tuy nhiên trong mơi trường chất lỏng thì
cảm biến hoạt động kém hiệu quả hơn đưa ra những số liệu tương đối.
 Cảm biến điện dung:

8


 Thiết bị cảm biến điện dung được dùng để phát hiện chất lỏng, chất rắn;

hoặc đo mức liên tục ngõ ra tín hiệu 4-20mA, 0-10v bên cạnh đó cảm biến
điện dung cịn có khả năng nhận biết được vật không phải làm từ kim loại...
cảm biến hoạt kém hiệu quả hơn đưa ra những số liệu tương đối.
 Cảm biến điện dung:
 Thiết bị cảm biến điện dung được dùng để phát hiện chất lỏng, chất rắn;
hoặc đo mức liên tục ngõ ra tín hiệu 4-20mA, 0-10v bên cạnh đó cảm biến
điện dung cịn có khả năng nhận biết được vật không phải làm từ kim loại...
cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung của tụ điện bên
trong cảm biến. Cảm biến điện dung hoạt động tốt trong các môi trường
khắc nghiệt như: môi trường dễ cháy nổ, nhiệt độ và áp suất cao,...tuy nhiên
cảm biến này lại bị giới hạn về khoảng cách nhận biết của vật, nó khá nhạy
cảm khi mơi trường thay đổi.
 Cảm biến siêu âm:
 Cảm biến siêu âm là loại cảm biến có độ chính xác rất cao, nó có thể nhận
biết được mọi nguyên vật liệu. Đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm có
nhiều cơng dụng và mức độ sử dụng rộng rãi trong y học, công nghiệp,...
 Sau quá trình tìm hiểu đánh giá về các loại cảm biến sử dụng để đo khoảng
cách trên thị trường. Em đã lựa chọn sử dụng cảm biến siêu âm HC-SR04 để
thực hiện đề tài vì nguyên lý của nó đáp ứng đầy đủ nhất những yêu cầu
đang thực hiện

9


2.1.1 Cảm biến siêu âm HC-SR04
Tên module
STT

cảm

biến Thông số kĩ thuật

Độ chính xác

siêu âm

1

HY-SRF05

-Tần số hoạt động: 40KHz

-Sai số: 0,3 cm

-Điện áp hoạt động: 5V

-Khoảng cách

-Dịng tiêu thụ: 10-40mA

đo: 2-400cm

-Góc quét: <15 độ

2

HC-SR04

- Số cổng: 5
-Tần số hoạt động: 40KHz

-Sai số: 0,3 cm

-Điện áp hoạt động: 5V

-Khoảng cách

-Dòng tiêu thụ: 10-40mA

đo: 2-400cm

-Góc quét: <15 độ
- Số cổng:4

Bảng 1: So sánh 2 modul cảm biến siêu âm
 Về cơ bản thông số kĩ thuật cũng như nguyên lý hoạt động của 2 module
cảm biến siêu âm là giống nhau nhưng Module HC-SR04 có giá thành thấp
hơn giúp tiết kiệm chi phí trong việc thực hiện đề tài.
 Cảm biến siêu âm HC-SR04 là một dạng cảm biến module. Cảm biến này
thường chỉ là một bản mạch, hoạt động theo nguyên lý thu phát sóng siêu âm
bởi 2 chiếc loa cao tần.
 Cảm biến siêu âm HC-SR04 thường được kết hợp với các bộ arduino, PIC,
AVR,... để chạy một số ứng dụng như : phát hiện vật cản trên xe robot, đo
khoảng cách vật,...
10


Hình 4: Module cảm biến siêu âm HC-SR04
 Chính vì là một cảm biến siêu âm dạng module, cho nên hầu như ứng dụng
hay độ chính xác của cảm biến đều phụ thuộc vào phần code mà người sử

dụng lập trình và nạp vào bản mạch điều khiển.

11


2.1.2 Ưu và nhược điểm của cảm biến siêu âm HC-SR04
Ưu điểm:
 Cảm biến siêu âm đo mức nước không tiếp xúc với mơi chất cần đo. Đây
chính là ưu điểm lớn nhất của cảm biến siêu âm. Chính vì thế mà tuổi thọ
của cảm biến siêu âm sẽ bền hơn rất nhiều so với các loại cảm biến tiếp xúc
trực tiếp.
 Thiết kế nhỏ gọn nhưng vẫn đạt chuẩn công nghiệp.
 Điều chỉnh được khoảng cách bất kỳ trong khoảng cách mà cảm biến đo
được.
 Độ chính xác cao so với cảm biến điện dụng.
 Thời gian đáp ứng nhanh
 Giá thành cạnh tranh
 Đo được hầu hết các loại chất rắn và chất lỏng
 Lắp đặt dễ dàng
Nhược điểm:
 Cảm biếu siêu âm sẽ có điểm chết khơng đo được nằm gần cảm biến.
 Khoảng cách lắp đặt với thành bồn phải có một khoảng cách phù hợp
với khoảng cách đo của cảm biến.
 Không thể đo được khi có vật cản trong phạm vi đo
 Nhiệt độ max 80oC và áp suất làm việc thấp max 1 bar
12


 Các trường hợp có bọt thì cảm biến khơng phân biệt được
 Để đo chính xác chúng ta cần phải cài đặt lại theo khoảng cách đo

13


2.1.3 Cấu tạo cảm biến siêu âm
Cấu tạo của cảm biến siêu âm HC-SR04 gồm 3 phần:
 Bộ phận phát sóng siêu âm
 Cấu tạo của các đầu phát và đầu thu siêu âm là các loa gốm đặc biệt, phát
siêu âm có cường độ cao ở tần số thường là 40kHz cho nhu cầu đo khoảng
cách.

Hình 5: Phát sóng trên cảm biến siêu âm
 Về nguyên lý, các loa này cần có nguồn điện áp cao mới phát tốt được. Trên
mạch công suất sử dụng IC MAX232 làm nhiệm vụ đệm. IC này sẽ lấy tín
hiệu từ bộ điều khiển, khuếch đại biên độ lên mức +/-30V cấp nguồn cho bộ
loa trên. IC này sẽ được đóng ngắt qua một transistor để hạn chế việc tiêu
thụ dòng.
 Bộ phận thu sóng siêu âm phản xạ

14


 Thiết bị thu là dạng loa gồm có cấu tạo chỉ nhạy với một tần số chẳng hạn
như 40KHz. Qua một loạt các linh kiện như OPAM TL072, transistor NPN...
Tín hiệu này liên tục được khuếch đại biên độ và cuối cùng là đưa qua một
bộ so sánh, kết hợp với tín hiệu từ bộ điều khiển để đưa về bộ điều khiển.
 Bộ phận xử lý, điều khiển tín hiệu
 Vi điều khiển (PIC16F688, PIC18F4520, 8051,...) được sử dụng làm nhiệm
vụ phát xung, xử lý tính tốn thời gian từ khi phát đến khi thu được sóng
siêu âm nếu nhận được tín hiệu TRIG.

2.1.4 Nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm
Để đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm HC-SR04, ta sẽ phát 1 xung rất
ngắn (10 microSeconds) từ chân Trig. Tiếp theo, 1 xung HIGH ở chân Echo sẽ
được cảm biến tạo ra và phát đi cho đến khi nhận lại được sóng phản xạ ở chân
này. Lúc này, độ rộng của xung sẽ bằng với thời gian sóng siêu âm được phát từ
cảm biến và phản xạ lại.
Trong khơng khí, tốc độ âm thanh đạt mức 340 m/s (hằng số), tương đương
với 29,412 microSeconds/cm (106 / (340*100)).
Khi đã tính được thời gian , ta sẽ chia cho 29,421 để ra giá trị đo khoảng
cách.

15


Hình 6: Kích thước và hình dạng sóng của cảm biến siêu âm
Tuy nhiên trong điều kiện bình thường để cảm biến cho kết quả chính xác
nhất thì nên thực hiện ở khoảng cách <100cm, khoảng cách càng gần bề mặt vật
thể thì sai số càng nhỏ.
2.1.5 Thơng số kỹ thuật cảm biến siêu âm
Trước khi đi vào tìm hiểu các phần tiếp theo của dòng cảm biến này, chúng
ta cùng điểm qua một vài thông số kỹ thuật nổi bật của cảm biến siêu âm HC-SR04
như sau:
 Model: HC-SR04
 Điện áp làm việc: 5 VDC
 Dòng điện: 15 mA
 Tần số: 40 KHZ
 Khoảng cách phát hiện: 2cm – 400 cm
 Tín hiệu đầu ra: Xung mức cao 5V, mức thấp 0V
16

 Góc cảm biến: Khơng q 15 độ.
 Độ chính xác cao: Lên đến 3mm
 Chế độ kết nối: VCC / Trig (T-Trigger) / Echo (R-Receive) / GND
 Module cảm biến có 4 chân:
 Chân VCC: Dùng để cấp nguồn 5V
 Chân Trig: Chân digital output
 Chân Echo: Chân digital input
 Chân GND: Chân 0 V

17


2.2 Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển
 Một số loại bộ điều khiển:
 Việc đưa ra công nghệ mới trong lĩnh vực thiết kế mạch điện tử điều khiển
những hệ thống từ đơn giản đến phức tạp là yếu tố cần thiết và mang tính
thực tế cao trong đó khối xử lí trung tâm đóng một vai trị rất quan trọng
trong hệ thống nó sẽ làm nhiệm vụ tiếp nhận và xử lí các dữ liệu đến và
truyền đi 1 cách tự động. Để xây dựng được một hệ thống điều khiển thông
minh, việc lựa chọn bộ điều khiển là yếu tố cần thiết cấu thành nên thành
công của đề tài.
 Một số loại bộ điều khiển được sử dụng trong đo khoảng cách mực chất
long:
 Vi điều khiển PIC 16F887A: có tất cả 40 chân được chia thành 5 PORT, 2
chân cấp nguồn, 2 chẩn GND, 2 chân thạch anh và 1 chân dùng để RESET
vị điều khiển.
- Tính năng và chức năng của nó được xem là vượt trội hơn nhiều so với
module khác đã được tích hợp sẵn như ADC 10BIT, PWM 10BIT,
EEPROM 256BYTE,... ngồi ra PIC 16F887A mang đến cho ta nhiều

thuận lợi hơn trong việc thiết kế board mạch, PIC có ngơn ngữ hỗ trợ cho
việc lập trình ngồi ngơn ngữ Asembly cịn có ngơn ngữ C sử dụng tích
hợp mới MPLAB IDE.
 Vi điều khiển 8051: các đặc tính cơ bản như ROM trên chip 4K byte, RAM
128 byte, 2 bộ định thời, 32 chân vào- ra tín hiệu, 1 cổng nối tiếp và 6 nguồn
ngắt. Tuy nhiên 8051 có những hạn chế nhất định như:

18


- Bộ nhớ Ram có dung lượng thấp, chỉ có 128 byte điều này gây trở ngại
lớn khi thực hiện các dự án lớn, nếu cần thiết người ta phải mở rộng thêm
làm hạn
- Số lượng các bộ giao tiếp với ngoại vi được tích hợp sẵn muốn sử dụng
thì người ta phải thêm các IC bên ngoài gây tốn kém và khó thực hiện,
-

Số lượng của Timer của 8051 ít (chỉ có 2 Timer) làm khó khăn cho việc
giải thuật khi viết chương trình.

- Phần cứng của 8051 phức tạp giả sử nếu muốn đo hiệu điện thể hiển thị
trên LED hoặc LCD thì mạch 8051 phải có con ADC bên ngồi.
- Trong một số mơi trường làm việc nhất định 8051 dễ bị nhiễu nếu không
biết cách chống nhiễu tốt.
 Arduino Uno R3: Đây chính là loại board đơn giản nhất nên rất phù hợp với
những người mới bắt đầu tìm hiểu về lĩnh vực này.
Arduino Uno là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi
điều khiển Microchip ATmega328. 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

Dữ liệu số bao gồm 14 chân, đầu vào gồm 6 chân 5V, khả năng phân
giải là 1024 mức, tốc độ 16MHz, điện áp từ 7V đến 12V. Kích thước của
Board này là 5,5x7cm.
 Trong quá trình tìm kiếm 1 bộ điều khiển để đáp ứng tốt nhu cầu mà em
đang thực hiện đề tài. Em nhận thấy những ưu điểm vượt trội mà Arduino
mang lại. Lựa chọn mạch điều khiển Arduino là một lựa chọn tối ưu nhất.
19


20


2.2.1 Ưu nhược điểm của Arduino Uno R3
Ưu điểm :
 Có thể sử dụng ngay vì Arduino là một bộ hoàn chỉnh gồm bộ nguồn 5V,
một ổ ghi, một bộ dao động, một vi điều khiển, truyền thông nối tiếp,
LED và các giắc cắm.
 Thư viện các mẫu đã có sẵn trong phầm mềm Arduino mà khi sử dụng
không phải tích hợp thêm các chức năng khác.
 Thực hiện các cơng việc một cách đơn giản, có khả năng chuyển đổi đơn
vị tự động của nó.
Nhược điểm :
 Kích thước của Arduino lớn khó khăn trong việc xây dựng hệ thống.
 Chi phí lớn hơn với các dịng khác
2.2.2 Năng lượng
Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thơng qua cổng USB hoặc cấp nguồn
ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V. Thường thì cấp
nguồn bằng pin vng 9V là hợp lí nhất nếu bạn khơng có sẵn nguồn từ cổng USB.
Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO.
Các chân năng lượng:



GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi bạn
dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải
được nối với nhau.
21




5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.



3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.



VIN (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực
dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.



IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được
đo ở chân này. Và dĩ nhiên nó ln là 5V. Mặc dù vậy bạn không được lấy
nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó khơng phải là cấp
nguồn.



RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương
với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

Hình 7 : Module Arduino R3

22