Đồ án cảm biến đo khoảng cách và cảnh báo an toàn

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.46 MB, 37 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>BỘ CÔNG THƯƠNG </b>

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ </b>

<b>ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN </b>

<b>ĐỀ TÀI: CẢM BIẾN ĐO KHOẢNG CÁCH VÀ CẢNH BÁO AN TOÀN </b>

Giáo viên hướng dẫn: Gv. Trần Anh Sơn

Nhóm sinh viên thực hiện: Lưu Vũ Việt Anh 2021600571 Trịnh Hoàng Anh 2021601404 Vũ Trọng Hải Đăng <small>2021601364</small>

Hà Nội - 2023

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>Lời nói đầu </b>

Hiện nay trong ngày ơ tơ thế giới cần rất nhiều cảm biến an toàn để đảm bảo an tồn cho người lái và hành khách ví dụ như cảm biến va chạm, cảm biến giữ làn đường, cảm biến điểm mù, cảm biến hỗ trợ đỗ xe… Với mục đích chung của chúng là để phát hiện các mối nguy hiểm tiềm ẩn và cảnh báo người lái hoặc tự động kích hoạt các hệ thống an tồn để ngăn ngừa tai nạn. Có rất nhiều ví dụ ngồi thực tế cho chúng ta thấy tầm quan trọng của cảm biến an tồn trong ơ tơ là không thể thiếu.

Theo các thống kê của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), tai nạn giao thông là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu cho người dưới 30 tuổi trên toàn cầu. Tại Việt Nam, tai nạn giao thông cũng là một vấn đề nghiêm trọng, gây ra hàng nghìn ca tử vong và thương vong mỗi năm.

Cảm biến an tồn trong ơ tơ có thể giúp giảm thiểu tai nạn và thương vong bằng cách phát hiện các mối nguy hiểm tiềm ẩn và cảnh báo người lái hoặc tự động kích hoạt các hệ thống an tồn. Ví dụ, cảm biến va chạm có thể giúp giảm thiểu va chạm phía trước bằng cách tự động phanh xe khi phát hiện nguy cơ va chạm. Cảm biến giữ làn đường có thể giúp giảm thiểu va chạm với các phương tiện khác bằng cách tự động điều chỉnh hướng lái của xe để giữ xe ở giữa làn đường. Cảm biến điểm mù có thể giúp giảm thiểu va chạm với các phương tiện ở điểm mù của xe bằng cách cảnh báo người lái về sự hiện diện của các phương tiện đó.

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>Mục Lục </b>

Chương 1: Tổng quan về hệ thống ... 4

1.1: Giới thiệu chung ... 5

1.2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu ... 7

1.3. Phương pháp thực hiện ... 7

1.4. Ý nghĩa của đề tài ... 7

Chương 2: Thiết kế hệ thống đo lường và điều khiển ... 8

2.1 Phân tích và lựa chọn cảm biến ... 8

2.1.1 Tìm hiểu về các cảm biến khoảng cách ... 8

2.1.2 Cảm biến siêu âm HC-SR04 ... 9

2.2. Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển ... 13

2.2.1 Lựa chọn bộ điều khiển ... 13

2.2.2 Thông số của vi điều khiển Arduino UNO R3 ... 15

2.2.3 Lựa chọn các thiết bị khác ... 18

2.3 Mơ hình hố và mơ phỏng hệ thống ... 22

2.4 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ... 23

2.5 Lưu đồ thuật toán ... 24

2.6. Xây dựng chương trình điều khiển ... 24

Chương 3: Chế tạo và thử nghiệm hệ thống ... 32

3.2. Chế tạo các bộ phận cơ khí, điện tử ... 32

3.3. Thử nghiệm và đánh giá hệ thống ... 33

CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN... 35

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>Danh mục hình ảnh </b>

Hình 1.1 Một số loại cảm biến thông dụng trong công nghiệp ... 5

Hình 1.2 Cảm biến sử dụng sóng radar để cảnh báo vật cản xung quanh ... 6

Hình 1.3 Cảm biến HC-SR04 ... 8

Hình 1.4 Chi tiết về cảm biến HC-SR04 ... 11

Hình 1.5 Nguyên lý hoạt động của cảm biến HC-SR04 ... 12

Hình 1.6 Vi điều khiển Arduino UNO R3 ... 15

Hình 1.7 Màn hình LCD 16x2 ... 19

Hình 1.8 Module I2C ... 20

Hình 1.9 Cịi 5VDC ... 21

Hình 1.10 Đèn led ... 22

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>Chương 1: Tổng quan về hệ thống </b>

1.1: Giới thiệu chung

Ngày nay, cùng với sự phát triển của các nghành công nghiệp đã đặt ra yêu cầu đưa các công nghệ mới vào dây truyền sản xuất để nâng cao năng suất, tạo ra nhiều sản phẩm hơn, dần dần thay thế sức lao động con người trong dây truyền sản xuất, tạo ra nhiều sản phẩm, hạ giá thành, tăng sức canh tranh cho sản phẩm. Một trong những ứng dụng rộng rãi của công nghệ vào trong sản xuất ta có thể kể tới đó chính là: “Cảm biến đo khoảng cách và cảnh báo an toàn". Cảm biến được ứng dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp sản xuất sản phẩm tiêu dùng, công nghiệp thực phẩm, các nghành sản xuất xe hơi... Cảm biến an tồn là một phần gần như khơng thể thiếu, chúng đi cùng và phát triển đồng thời với các nghành cơng nghiệp.

<small>Hình 1.1 Một số loại cảm biến thông dụng trong công nghiệp </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ thủ cơng, bán tự động đến tự động hồn tồn theo sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ. Nhằm đảm bảo được sự chính xác trong lắp ráp, đo lường, kiểm tra chất lượng sản phẩm và sự an toàn của người lao động, giảm thiểu nguy cơ tai nạn lao động. Hơn thế nữa, cảm biến khoảng cách có thể được sử dụng để tự động hố các quy trình sản xuất giúp doanh nghiệp nâng cao năng suất và hiệu quả sản xuất.

Cảm biến khoảng cách không chỉ phát triển mạnh trong công nghiệp mà nó cịn được sử dụng rất nhiều trong nghành cơng nghệ ơ tơ. Trong đó, nó được ứng dụng các hệ thống như hỗ trợ đỗ xe tự động, kiểm sốt hành trình chủ động, cảnh báo va chạm...

Cảm biến an toàn là một thiết bị điện tử có thể phát hiện và đo lường các nguy hiểm tiềm ẩn trong quá trình di chuyển và tham gia giao thơng. Cảm biến an tồn đóng vai trị rất quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho người lái xe và những người xung quanh.

Với mong muốn tạo ra một hệ thống đảm bảo được sự an tồn cho mọi người khi tham

<b>gia giao thơng. Chúng em, những sinh viên năm ba, đã thực hiện đề tài Cảm biến đo khoảng cách và cảnh báo an tồn. </b>

Với mơi trường giao thơng thực tế với số lượng vật cản lớn cùng rất nhiều nguy hiểm tiềm ẩn, chúng em muốn nghiên cứu một hệ thống cảnh báo an tồn. Nhằm giúp đạt được độ chính xác cao và đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông, chúng em sẽ sử dụng cảm biến để phát hiện, đo khoảng cách và cảnh báo an toàn.

<small>Hình 1.2 Cảm biến sử dụng sóng radar để cảnh báo vật cản xung quanh </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

7 1.2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục đích của cảm biến an tồn là để ngăn ngừa tai nạn và thương tích. Cảm biến an tồn có thể giúp tăng cường an toàn bằng cách:

<i>- Phát hiện các tình huống nguy hiểm: Cảm biến an tồn có thể phát hiện các tình huống </i>

nguy hiểm mà con người có thể khơng nhận thấy, chẳng hạn như các vật thể đang di chuyển hoặc các khu vực nguy hiểm.

<i>- Kích hoạt các biện pháp bảo vệ: Khi cảm biến phát hiện một tình huống nguy hiểm, </i>

nó sẽ kích hoạt các biện pháp bảo vệ để ngăn ngừa tai nạn, chẳng hạn như cảnh báo hoặc dừng máy móc.

Nhiệm vụ của cảm biến an toàn là:

<i>- Phát hiện các tình huống nguy hiểm một cách chính xác và kịp thời. - Kích hoạt các biện pháp bảo vệ một cách hiệu quả và đáng tin cậy. </i>

Cảm biến an tồn là một cơng cụ quan trọng để ngăn ngừa tai nạn và thương tích. Cảm biến an tồn có thể giúp đảm bảo an tồn cho mọi người trong các môi trường nguy hiểm. 1.3. Phương pháp thực hiện

Đề tài này sử dụng cảm biến khoảng cách để đo khoảng cánh giữa xe ô tô và vật cản, sau đó hiển thị những mức độ nguy hiểm khác nhau

Có nhiều loại cảm biến đo khoảng cách như cảm biến siêu âm, cảm biến laze, cảm biến hồng ngoại, …

Trong đề tài này, nhóm sẽ sử dụng cảm biến siêu âm để đo khoảng cách và hiển thị khoảng cách lên màn hình LCD. Ngồi ra, chương trình cịn cảnh báo bằng đèn LED và cịi tuỳ theo khoảng cách. Màn hình LCD sẽ hiển thị chữ “CLOSE” nếu khoảng cách của cảm biến và vật cản bắt đầu từ 10cm trở xuống đồng thời đèn LED sẽ phát sáng. Nếu khoảng cách bắt đầu từ 5cm trở xuống, màn hình LCD sẽ hiện chữ “VERY CLOSE” và sẽ có cịi cảnh báo. Từ 3cm trở xuống, màn hình LCD sẽ hiện chữ “DANGER” đồng thời sẽ có phanh tự động (Phanh tự động được hiển thị bằng một đèn LED).

Có 2 chế độ phanh, phanh ở chế độ tự động (auto) và phanh ở chế độ tự điều khiển (manual)

1.4. Ý nghĩa của đề tài

Đây là một ứng dụng thực tế của cảm biến đo khoảng cách trong việc đo khoảng cách và phản ứng theo kết quả đo được. Đề tài này giúp bạn hiểu rõ hơn về cách hoạt động và ứng dụng của cảm biến đo khoảng cách, cũng như cách lập trình và sử dụng bộ điều khiển. Hi

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

vọng qua đề tài này, các bạn có thể hiểu được cách thực hoạt động của cảm biến đo khoảng cách và ứng dụng thực tiễn của nó.

<b>Chương 2: Thiết kế hệ thống đo lường và điều khiển </b>

2.1 Phân tích và lựa chọn cảm biến

2.1.1 Tìm hiểu về các cảm biến khoảng cách

Các loại cảm biến khoảng cách được phân loại dựa trên nguyên lý hoạt động của chúng. Có thể kể đến các loại cảm biến khoảng cách phổ biến sau đây:

<b>• Cảm biến khoảng cách bằng tia laser: Cảm biến này sử dụng tia laser để đo khoảng </b>

cách giữa cảm biến và vật thể. Tia laser được phát ra từ cảm biến và chiếu đến vật thể. Thời gian cần thiết để tia laser đi từ cảm biến đến vật thể và phản xạ trở lại được sử dụng để tính tốn khoảng cách giữa cảm biến và vật thể.

<b>• Cảm biến khoảng cách bằng sóng siêu âm: Cảm biến này sử dụng sóng siêu âm để </b>

đo khoảng cách giữa cảm biến và vật thể. Sóng siêu âm được phát ra từ cảm biến và phản xạ trở lại khi gặp vật thể. Thời gian cần thiết để sóng siêu âm đi từ cảm biến đến vật thể và phản xạ trở lại được sử dụng để tính tốn khoảng cách giữa cảm biến và vật thể.

tiếp xúc giữa cảm biến và vật thể. Khi cảm biến tiếp xúc với vật thể, điện trở của cảm biến sẽ thay đổi và tín hiệu điện áp thấp sẽ được tạo ra.

<b>• Cảm biến quang học: Cảm biến này sử dụng một cảm biến quang học để phát hiện sự </b>

hiện diện của vật thể. Khi vật thể chắn đường đi của ánh sáng, cảm biến quang học sẽ phát hiện ra sự hiện diện của vật thể.

Mỗi loại cảm biến khoảng cách có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Cảm biến khoảng cách bằng tia laser có độ chính xác cao và phạm vi đo lớn, nhưng giá thành cao. Cảm biến khoảng cách bằng sóng siêu âm có giá thành thấp và độ tin cậy cao, nhưng không thể đo khoảng cách chính xác trong mơi trường có nhiều vật cản. Cảm biến tiệm cận có giá thành thấp và dễ lắp đặt, nhưng phạm vi đo ngắn. Cảm biến quang học có giá thành thấp và dễ lắp đặt, nhưng độ chính xác thấp trong mơi trường có nhiều ánh sáng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Dưới đây là bảng tóm tắt các loại cảm biến khoảng cách phổ biến:

<b>Loại cảm biến Nguyên lý hoạt động </b>

<b>Ưu điểm Nhược điểm </b>

Cảm biến khoảng cách bằng tia laser

Sử dụng tia laser để đo khoảng cách

Độ chính xác cáo, phạm vi đo lớn

Giá thành cao

Cảm biến khoảng cách bằng sóng siêu âm

Sử dụng sóng siêu âm để đo khoảng cách

Giá thành thấp, độ tin cậy cao

Khơng thể đo khoảng cách chính xác trong môi trường nhiều vật cản

Cảm biến tiệm cận Sử dụng cảm biến điện áp thấp để phát hiện sự tiếp xúc

Giá thành thấp, dễ lắp đặt

Phạm vi đo ngắn

Cảm biến quang học

Sử dụng cảm biến quang học để phát hiện sự hiện diện của vật thể

Giá thành thấp, dễ lắp đặt

Độ chính xác thấp trong mơi trường có nhiều ánh sáng

<i>Từ những bảng tóm tắt phân loại sản phẩm trên, chúng em quyết định chọn cảm biến siêu âm </i>

Cảm biến HC-SR04 là một cảm biến khoảng cách siêu âm giá rẻ và dễ sử dụng. Nó có phạm vi đo từ 2 đến 400 cm và thường được sử dụng trong các dự án tự động hóa. Cảm biến này hoạt động bằng cách phát ra sóng siêu âm và đo thời gian sóng phản xạ trở lại để tính tốn khoảng cách đến vật cản. HC-SR04 có thể được sử dụng với nhiều loại vi điều khiển khác nhau, bao gồm cả Arduino. Cảm biến HC-SR04 có kích thước nhỏ gọn và dễ lắp đặt. Nó có hai chân kết nối chính là chân Trigger và chân Echo. Chân Trigger được sử dụng để kích hoạt phát sóng siêu âm, trong khi chân Echo được sử dụng để đọc tín hiệu phản

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

a, Cấu tạo và thông số kĩ thuật của cảm biến: Cấu tạo:

❖ Modun 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 0v (chân nối Mass) ❖Cảm biến được chia làm 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.

-Bộ phận thu sóng siêu âm phản xạ: Thiết bị thu là dạng loa gốm 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, <small>Hình1.3 Cảm biến HC-SR04 </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

+ Điện áp làm việc: 5VDC + Dòng điện: 15mA

<b>❖ Cảm biến hoạt động dựa trên nguyên lý: “ Phát sóng và phản xạ sóng ”. Cảm </b>

biến này bao gồm: Bộ phát (Trig) và bộ thu (Echo) là hai bộ phận chính thực hiện cơng việc thu và phát tín hiệu của cảm biến. Bộ phát chuyển đổi tín hiệu điện thành sóng siêu âm, cịn bộ thu chuyển đổi tín hiệu siêu âm đó trở lại thành tín hiệu điện. Khi hoạt động, mô-đun phát sẽ phát ra một xung siêu âm ngắn. Xung này sẽ lan truyền qua khơng khí và phản xạ lại khi gặp một vật cản. Mô-đun nhận sẽ nhận được xung phản xạ dựa vào thời gian này (thời gian phát cho đến khi nhận lại từ phản xạ) kết

hợp với tốc độ truyền của âm thanh trong khơng khí (khoảng 340m/s), cảm biến có thể tính tốn được khoảng cách đến vật cản

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

c, Ứng dụng, ưu điểm và nhược điểm của HC-SR04.

Với các module cảm biến siêu âm HC-SR04 được ứng dụng nhiều nhất trong các bài toán đo khoảng cách vật từ xa. Phạm vi đo ngắn, trong khoảng 2-400cm.

- Một số ứng dụng khác cũng hay dùng module cảm biến siêu âm HCSR04 mà chúng ta thường thấy như:

+ Dùng đo mực chất lỏng trong chai, hộp sữa… + Dùng phát hiện vật cản trên đường đi của robot… - Ưu điểm:

+ Nhỏ gọn + Giá thành rẻ + Dễ tìm mua

+ Phát sóng siêu âm có độ chính xác cao + Phạm vi đo rộng 2- 400cm

+ Dễ dàng lắp đặt và kết hợp với các bộ kit của Arduino. - Nhược điểm:

+ Hiệu suất làm việc liên tục không cao + Dễ bị nhiễu tác động

+ Khơng thích hợp làm việc trong mơi trường cơng nghiệp

<b>+ Độ nhạy và dãy đo phụ thuộc vào phần Code nạp. </b>

<small>Hình 1.5 Nguyên lý hoạt động của cảm biến HC-SR04 </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

d, Cơng thức tính khoảng cách của cảm biến HC-SR04 là: distance = (speed * duration) / 2

Trong đó:

distance là khoảng cách cần tính tốn, tính bằng cm

speed là tốc độ của âm thanh trong khơng khí, tính bằng cm/s

duration là thời gian cần thiết để sóng âm đi từ cảm biến đến vật thể và phản xạ trở lại, tính bằng microseconds

Tốc độ của âm thanh trong khơng khí là 340 m/s, tương đương với 29,412

microseconds/cm. Do đó, cơng thức tính khoảng cách của cảm biến HC-SR04 có thể được viết lại như sau:

Cảm biến HC-SR04 có độ chính xác khoảng 3mm.

Phạm vi đo của cảm biến HC-SR04 là từ 2cm đến 450cm.

Cảm biến HC-SR04 có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm.y

Cảm biến HC-SR04 là một cảm biến khoảng cách phổ biến được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Công thức tính khoảng cách của cảm biến HC-SR04 tương đối đơn giản và dễ hiểu.

2.2. Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển

<b>2.2.1 Lựa chọn bộ điều khiển </b>

Để hoàn thành được sản phẩm chúng em cần sử dụng một bo mạch vi điều khiển phù hợp với đồ án đáp ứng được các tiêu chí như rẻ, dễ sử dụng và tài liệu hướng dẫn phong phú. Dưới đây là một số vi điều khiển:

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b>- Arduino UNO R3: Arduino UNO R3 là một bo mạch vi điều khiển dựa trên chip </b>

ATmega328P. Bo mạch này có 14 chân I/O kỹ thuật số, 6 chân I/O tương tự, 1 chân reset, 1 chân nguồn và 1 chân GND. Arduino UNO R3 được sử dụng rộng rãi trong các dự án điện tử DIY và học tập.

<b>- Raspberry Pi: Raspberry Pi là một máy tính nhỏ gọn dựa trên chip Broadcom </b>

BCM2835. Máy tính này có 40 chân GPIO, 1 chân HDMI, 1 chân USB, 1 chân Ethernet và 1 chân nguồn. Raspberry Pi có thể được sử dụng để tạo các dự án điện tử phức tạp hơn Arduino UNO R3.

<b>- ESP8266: ESP8266 là một chip vi điều khiển tích hợp Wi-Fi. Chip này có 11 chân I/O </b>

kỹ thuật số, 1 chân I/O tương tự, 1 chân reset, 1 chân nguồn và 1 chân GND. ESP8266 có thể được sử dụng để tạo các thiết bị IoT kết nối Wi-Fi.

Ngồi ra, cịn có một số bo mạch vi điều khiển khác như: Teensy 3.2, Adafruit Feather, SparkFun Pro Micro, …

Sau rất nhiều cân nhắc nhóm em quyết định chọn vi điều khiển Arduino UNO R3 để sử dụng trong đồ án mơn học này.

Tính năng Arduino UNO R3 Raspberry Pi ESP8266

BCM2835

ESP8266

Số lượng chân I/O kỹ thuật số

Số lượng chân I/O tương tự

85.6 x 56.5 x 21.3 mm

30.0 x 25.0 x 2.4 mm

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Dòng tiêu thụ khoảng 30mA

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA Dòng ra tối đa (5V) 500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA

Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader <small>Hình 1.6 Vi điều khiển Arduino UNO R3 </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

16 SRAM 2 KB (ATmega328)

EEPROM 1 KB (ATmega328)

<b>Vi điều khiển </b>

- Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,… hay những ứng dụng khác mà bạn đã được xem ở đây.

<b>Năng lượng </b>

- Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thơng qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngồi 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.

<b>Các chân năng lượng </b>

- 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.

- 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.

Lưu ý:

- Arduino UNO khơng có bảo vệ cắm ngược nguồn vào. Do đó bạn phải hết sức cẩn thận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khi cấp cho Arduino UNO. Việc làm chập mạch nguồn vào của Arduino UNO sẽ biến nó thành một miếng nhựa chặn giấy. mình khuyên bạn nên dùng nguồn từ cổng USB nếu có thể.

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

- Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho các thiết bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào. Việc cấp nguồn sai vị trí có thể làm hỏng board. Điều này khơng được nhà sản xuất khuyến khích.

- Cấp nguồn ngồi khơng qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp dưới 6V có thể làm hỏng board.

- Cấp điện áp trên 13V vào chân RESET trên board có thể làm hỏng vi điều khiển ATmega328.

- Cường độ dòng điện vào/ra ở tất cả các chân Digital và Analog của Arduino UNO nếu vượt quá 200mA sẽ làm hỏng vi điều khiển.

- Cấp điệp áp trên 5.5V vào các chân Digital hoặc Analog của Arduino UNO sẽ làm hỏng vi điều khiển.

- Cường độ dịng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của Arduino UNO vượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển. Do đó nếu khơng dùng để truyền nhận dữ liệu, bạn phải mắc một điện trở hạn dòng.

- Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

- 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash của vi điều khiển. Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng cho

bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu.

- 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây. Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM. Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm. Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.

- 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của mình vào đây mà khơng phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM.

- Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối).

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<b>Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau: </b>

- 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thơng qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nơm na chính là kết nối Serial khơng dây. Nếu khơng cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

- Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite (). Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.

- Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngồi các chức năng thơng thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.

- LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.

- Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit.

2.2.3 Lựa chọn các thiết bị khác

</div>