Hệ thống đếm và phân loại sản phẩm theo chiều cao

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TIỀN GIANG
KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
BỘ MÔN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Tiền Giang, ngày tháng năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
Họ và tên sinh viên

I. TÊN ĐỀ TÀI: Hệ thống đếm và phân loại sản phẩm theo chiều cao
II. NHIÊM VỤ VÀ NỘI DUNG:
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ...............................................................
IV. NGÀY HOÀN THÀNH: .....................................................................
V. GVHD KHOA HỌC:……………………………………………….
VI. GVHD CHUYÊN MÔN: Phan Thị Thùy Mỹ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TRƯỞNG BỘ MÔN
1

LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do chúng em tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao
chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có sao chép chúng em hoàn
toàn chịu trách nhiệm.

2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TIỀN GIANG
KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
BỘ MÔN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Tiền Giang, ngày tháng năm 2018

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Tên đề tài: Hệ thống đếm và phân loại sản phẩm theo chiều cao
Họ và tên sinh viên 1: Nguyễn Phước Toàn
Họ và tên sinh viên 2: Đinh Quốc Thuận
Họ và tên sinh viên 3: Huỳnh Văn Quốc Thuận
Lớp: CĐ Điện-điện tử 16
Họ và tên CBHD: Phan Thị Thùy Mỹ
Chức vụ, đơn vị công tác: Giảng viên bộ môn điện tử khoa kỹ thuật công
nghiệp trường Đại học Tiền Giang
I. CẤU TRÚC ĐỀ TÀI: ............................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................

II. PHẦN NHẬN XÉT
2.1. Nhận xét về chuyên môn
- Tính cấp thiết của đề tài:........................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
- Mục tiêu của đề tài:.................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
- Hình thức trình bày nội dung đề tài:.....................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
3


.....................................................................................................................
- Giá trị khoa học và thực tiễn của đề tài:...............................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
- Mức độ đáp ứng nhiệm vụ đề tài đặt ra:...............................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
2.2. Nhận xét về tác phong
a. Khả năng thực hiện theo kế hoạch và đề cương đã đề ra:.................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................

b. Tính chuyên cần và tuân thủ lịch trình làm việc với CBHD:............
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
III. ĐÁNH GIÁ CHUNG VÀ ĐỀ NGHỊ
3.1. Đánh giá chung:..................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
3.2. Đề nghị:................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

4


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TIỀN GIANG
KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
BỘ MÔN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Tiền Giang, ngày tháng năm 2018

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
Tên đề tài: Hệ thống đếm và phân loại sản phẩm theo chiều cao
Lớp: CĐ Điện-điện tử 16
Họ và tên GVPB: ......................................................................................
Chức vụ, đơn vị công tác: .........................................................................

I. CẤU TRÚC ĐỀ TÀI: ............................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
II. PHẦN NHẬN XÉT
- Tính cấp thiết của đề tài:........................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
- Mục tiêu của đề tài:.................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
- Hình thức trình bày nội dung đề tài:.....................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
- Giá trị khoa học và thực tiễn của đề tài:...............................................
.....................................................................................................................
5


.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
- Mức độ đáp ứng nhiệm vụ đề tài đặt ra:...............................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................

III. ĐÁNH GIÁ CHUNG VÀ ĐỀ NGHỊ / CÂU HỎI PHẢN BIỆN
3.1. Đánh giá chung:..................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
3.2. Đề nghị / Câu hỏi phản biện:.............................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

6


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên xin gửi lời cảm ơn đến Cô Phan Thị Thùy Mỹ - trên cương vị là
giảng viên hướng dẫn đề tài đã nhiệt tình chỉ bảo, hướng dẫn, giảng giải tận tình
về các vướng mắc trong quá trình tìm hiểu đề tài.
Cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Tiền Giang đã hỗ trợ tận tình về trang
thiết bị, phần mềm, cơ sở vật chất tạo điều kiện hoàn thành đồ án.
Cảm ơn Cô Mỹ cùng các giảng viên bộ môn đã cung cấp, bổ sung về mặt
kiến thức; góp phần nâng cao vốn hiểu biết về ngành học tạo tiền đề cơ bản để
thực hiện đề tài thuận lợi hơn.
Xin cảm ơn các bạn cùng khóa, cùng Khoa đã động viên, khích lệ ủng hộ về

nhiều mặt góp phần làm nên thành công của đồ án này.

XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TIỀN GIANG
KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHI ỆP

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Bộ Môn Điện - Điện Tử
Tiền Giang, ngày tháng năm 2018

7


LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Lớp: CD CNKT Điện-Điện tử 16
Tên đề tài: Hệ thống đếm và phân loại sản phẩm theo chiều cao
Tuần/ngày

Nội dung công việc

Kết quả

Nghiên cứu đề tài hệ thống đến
và phân loại sản phẩm theo chiều cao
Lựa chọn linh kiện

Vẽ mạch, mô phỏng
Thi công
Viết báo cáo

GVHD CHUYÊN MÔN

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN……………………………………………………1
LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………2
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN…………………………...3
8


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN………………………..5
LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………...7
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỔ ÁN MÔN HỌC………………………8
MỤC LỤC……………………………………………………………....9
DANH MỤC HÌNH VẼ………………………………………………...11
A. MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề…………………………………………………………….12
2. Lý do chọn đề tài……………………………………………………..12
3. Mục tiêu nghiên cứu………………………………………………….12
4. Đối tượng nghiên cứu………………………………………………...12
5. Phạm vi đề tài………………………………………………………...13
6. Cấu trúc đề tài………………………………………………………...13
B. NỘI DUNG
Chương 1: Tổng quan……………………………………………… 14
1. Giới thiệu tổng quan về hệ thống đếm và phân loại sản phẩm……….14
2. Giới thiệu về Arduino UNO…………………………………………..14
3. Giới thiệu về LCD………………………………………………….....19

4. Giới thiệu về I2C…………………………………………………….. 21
5. Giới thiệu về cảm biến quang E18-D80NK…………………………. 23
6. Giới thiệu về motor DC……………………………………………… 25
7. Giới thiệu về motor Servo…………………………………………… 26
Chương 2: Thiết kế mạch………………………………………….. 29
1. Sơ đồ khối tổng quan của hệ thống………………………………….. 29
2. Thiết kế mạch và mô phỏng…………………………………………..29
Chương 3: Thiết kế phần mềm và kết quả thực hiện……………. .33
1. Thiết kế phần mềm………………………………………………….. .33
2. Kết quả thực hiện……………………………………………………. 34
C. KẾT LUẬN VÀ KIỀN NGHỊ………………………………….... ... 35
PHỤ LỤC……………………………………………………………… 36

9


DANH MỤC HÌNH VẼ
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Hình 2.1. Những phiên bản của Arduino
Hình 2.2. Arduino Uno
10


Hình 2.3. Vi điều khiển Atmega 8
Hình 2.4. Vi điểu khiển Atmega 168
Hình 2.5. Vi điều khiển Atmega 328P
Hình 2.6. Arduino Uno Atmega 328P
Hình 3.1. Hình dáng và sơ đồ chân của LCD
Hình 4.1. Hình dạng của I2C
Hình 5.1. Cảm biến E18-D80NK

Hình 5.2. Sơ đồ chân của E18-D80NK
Hình 6.1. Kích thước động cơ
Hình 7.1. Hình dạng motor servo
Hình 7.2. Cấu tạo cơ bản của động cơ servo
Hình 7.3. Kích thước động cơ servo
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH
Hình 1.1. Sơ đồ khối mô hình đếm và phân loại sản phẩm
Hình 2.1. Mạch điều khiển
Hình 2.2. Mạch hiển thị dùng LCD
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý hoạt động
Hình 2.4. Khi chưa có vật tác động vào E18-D80NK1
Hình 2.5. Khi có vật tác động vào E18-D80NK1
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM VÀ KẾT QUẢ THỰC HIỆN
Hình 1.1. Lưu đồ giải thuật của chương trình
Hình 2.1. Mô hình hệ thống đếm và phân loại sản phẩm

BẢNG VIẾT TẮT
SRAM: Static Random Accescc Memory.
EEPROM: Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory.
LCD: Liquid Crystal Display.
11


I2C: Inter Intergrated Circuit.
SDA: Serial Data.
SCL: Serial Clock.

A. MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề

12


Ngày nay, nền công nghiệp nước ta ngày càng phát triển gắn liền với các
hệ thống tự động thay thế cho sức người. Nhưng phần lớn các tủ điều khiển còn
khá lớn và phức tạp.
Để góp phần thay thế các tủ điều khiển lớn và phức tạp, sau một thời gian
dưới sự giảng dạy của thầy cô trường Đại Học Tiền Giang, đồng thời được sự
giúp đỡ nhiệt tình của cô Phan Thị Thùy Mỹ và các bạn cùng lớp, chúng em đã
thiết kế và chế tạo “Mô hình đếm và phân loại sản phẩm theo chiều cao dùng
mạch ARDUINO ’’.
2. Lý do chọn đề tài
Với sự phát triển của xã hội, khoa học kỹ thuật nói chung và vi điều khiển
nói riêng ngày càng được ứng dụng ở hầu hết các lĩnh vực. Trong nhiều lĩnh vực
được quan tâm, có một lĩnh vực về vi điều khiển được quan tâm rất nhiều hiện
nay là vi điều khiển AVR. Một trong số những biến thể phổ biến của AVR là
Arduino.
Việc tìm hiểu và ứng dụng hết khả năng của nhiều loại Arduino là cả một
quá trình dài lý thú và hữu ích, vì sự thuận tiện, tinh gọn, khả năng phát triển
cũng như sự đa dạng các dòng sản phẩm phù hợp nhiều mô hình ứng dụng của
nó.
Một ý tưởng khác được quan tâm đông đảo, nhưng chưa được áp dụng
nhiều đó là ứng dụng Arduino trong sản xuất.
Chính vì vậy, chúng em đã quyết định chọn đề tài này nhằm tìm hiểu về
vấn đề đếm và phân loại sản phẩm qua ứng dụng Arduino.
3. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu là thông qua đề tài để tìm hiểu về ứng dụng đếm và
phân loại sản phẩm nên nhiệm vụ nghiên cứu bao gồm:
- Tìm hiểu cơ chế hoạt động.
- Phân tích sơ đồ nguyên lý.

- Nâng cao kỹ năng lập trình vi điều khiển, làm sản phẩm điện tử.
- Phát triển khả năng tư duy cho sinh viên trong quá trình nghiên cứu.
4. Đối tượng nghiên cứu
Hệ thống đếm và phân loại sản phẩm dùng Arduino.

5. Phạm vi đề tài
13


Trong phạm vi đồ án này, chúng em xin trình bày sơ lược về cấu tạo và
nguyên lý hoạt động của mô hình đếm và phân loại sản phẩm theo chiều cao sử
dụng Arduino UNO, LCD, I2C,…..
6. Cấu trúc đề tài
Cấu trúc đề tài gồm các nội dung sau:
A. MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
2. Lý do chọn đề tài
3. Mục tiêu nghiên cứu
4. Đối tượng nghiên cứu
5. Phạm vi đề tài
6. Cấu trúc đề tài
B. NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. TỔNG QUANG
1. Giới thiệu tổng quan về hệ thống đếm và phân loại sản phẩm
2. Giới thiệu về Arduino Uno
3. Giới thiệu về LCD
4. Giới thiệu về I2C
5. Giới thiệu về Cảm Biến Quang
6. Giới thiệu về Motor DC
7. Giới thiệu về Motor Servo

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH
1. Sơ đồ khối tổng quan của hệ thống
2. Thiết kế mạch và mô phỏng
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN MỀM VÀ KẾT QUẢ THỰC HIỆN
1. Thiết kế phần mềm
2. Kết quả thực hiện
C. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHI

B. NỘI DUNG
14


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1. Giới thiệu tổng quan về hệ thống đếm và phân loại sản phẩm
Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật công nghệ điện tử đã
đang và sẽ phát triển ngày càng rộng rãi, trong đó có thể nói đến là vi điều khiển.
Các ứng dụng của vi điều khiển như làm Robot, máy bay không người lái,điều
khiển tín hiệu đèn giao thông, làm hiệu ứng đèn led nhấp nháy trên các bản
quảng cáo, điều khiển các thiết bị cảm ứng ánh sáng, âm thanh,… Trong các công
ty xí nghiệp ứng dụng hệ thống đếm và phân loại sản phẩm rất phổ biển.
Băng tải được ứng dụng và lắp đặt trong các quy trình sản xuất của nhiều
ngành nghề như khai thác khoáng sản, chế biến thực phẩm, đồ uống dược phẩm,
phân loại rác thải, ứng dụng trong các thiết bị nâng và bốc dỡ vật liệu kết hợp
phân loại sản phẩm,… Trong đó phần lớn các tủ điều khiển hệ thống băng tải để
đếm và phân loại sản phẩm còn khá lớn và phức tạp, để giải quyết vấn đề này ta
có thể áp dụng vi điều khiển.
2. Giới thiệu về Arduino Uno
2.1. Gới thiệu về Arduino
Arduino được khởi động vào năm 2005 như là một dự án dành cho sinh
viên trại Interactino Design Instiute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea) tại Ivrea,

Italy.
Arduino là một nền tảng mà mọi phần cứng đều được làm sẵn và chuẩn
hóa. Người dung chỉ cần chọn những thứ mình cần, ráp lại và viết chương trình
là có thể chạy được. Arduino cung cấp cho bạn module điều khiển động cơ có
sẵn, mạch điều khiển có sẵn, mạch thu phát sóng không dây có sẵn,…
Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn ngữ riêng.
Ngôn ngữ này được dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói
chung trên một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên máy tính cá nhân,
và Wiring lại là một biến thể của C/C++. Một số người gọi nó là Wiring, một số
khác thì gọi là C hay C/C++.
Phần cứng Arduino gốc được sản xuất bởi công ty Italy tên là Smart
Projects. Một vài board dẫn suất từ Arduino cũng được thiết kế bởi công ty của
Mỹ tên là SparkFun Electronics. Nhiều phiên bản Arduino được sản suất phù hợp
cho nhiều mục đích sử dụng:

15


Hình 2.1. Những phiên bản của Arduino
2.2. Arduino Uno
“Uno” có nghĩa là 1 bằng tiếng Ý và được đặt tên để đánh dấu việc phát
hành sắp tới của Arduino 1.0 Uno và phiên bản 1.0 sẽ là phiên bản tài liệu tham
khảo của Arduino. Uno là mới nhất trong các loại board Arduino, và các mô hình
tham chiếu cho các nền tảng Arduino.
Arduino Uno là một “hội đồng quản trị” dựa trên Atmega 328. Nó có 14
chân đầu vào/ đầu ra, 6 đầu vào Analog, tần số hoạt động là 16 MHz, kết nối
USB, một jack cắm điện và một nút reset. Nó chứa tất cả mọi thứ cần thiết để hỗ
trợ các vi điều khiển, chỉ cần kết nối nó với máy tính bằng cáp USB hoặc cấp
điện cho nó để bắt đầu.

Hình 2.2. Arduino Uno
16


Arduino Uno khác với tất cả các phiên bản trước ở chổ nó không sử dụng
các FTDI chip điều khiển USB-to-serial. Thay vào đó, nó có tính năng Atmega
16U2 lập trình như là một công cụ chuyển đổi USB-to-serial.
Phiên bản 2 (R2) của Arduino Uno sử dụng Atmega 8U2 có một điện trở
kéo dòng 8U2 HWB xuống đất, làm cho nó dễ dàng hơn để đưa vào chế độ DFU.
Phiên bản 3 (R3) của Arduino Uno có các tính năng mới sau đây:
- Thêm SDA và SCL gần với pin Aref và hai chân mới được đặt gần với
pin RESET, các IROEF cho phép thích ứng với các điện áp cung cấp.
- Đặt lại mạnh khỏe hơn.
- Atmega 16U2 thay thế 8U2.
2.3. Cấu trúc và thông số kỹ thuật
Vi điều khiển

Atmega 328P

Điện áp hoạt động

5VDC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động

16 MHz

Dòng điện tiêu thụ

khoảng 30 mA

Điện áp vào khuyên dùng

7-12VDC

Điện áp vào giới hạn

6-20VDC

Số chân Digital I/O

14 (6 chân PWM)

Số chân Analog

6 chân độ phân giải 10 bit

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 (Atmega 328) với 0.5 KB dùng bởi
bootloader

SRAM

2 Kb (Atmega 328)

EEPROM

1Kb ( Atmega 328)

Bảng 2.1. Một vài thông số kỹ thuật của Arduino Uno

17


a. Vi điều khiển và bộ nhớ
Arduino Uno có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8 bít AVR là Atmega 8,
Atmega 168, Atmega 328. Bộ não này có thể xử lí những tác dụng cơ bản như
điều khiển đèn led nhấp nháy, xử lý tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một
trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,…

Hình 2.3. Vi điều khiển Atmega 8.

Hình 2.4. Vi điểu khiển Atmega 168

Hình 2.5 Vi điều khiển Atmega 328P
32 Kb bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh 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, hiếm khi nào cần quá 20 Kb bộ nhớ này.
2 Kb bộ nhớ SRAM (Static Random Accescc Memory): giá trị các biến
khai báo khi lập trình sẽ được lưu ở đây. Khai báo càng nhiều biến thì càng cần
nhiều bộ nhớ SRAM. Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ SRAM lại
trở thành thứ phải bận tâm. Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
1 Kb cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only
Memory): đây giống như một chiếc ổ cứng mini là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu
vào mà không phải lo bị mất khi mất điện giống như dữ liệu trên SRAM.
b. Cấu tạo
Một board Arduino UNO gồm một cổng giao tiếp USB (Góc trên bên phải)
và một con chip Atmega328P (Màu đen nằm ở giữa board), 14 chân I/O nằm phía
trên và 6 chân Analog đầu vào nằm ở phía dưới bên phải.
Board Arduino sẽ đưa ra hầu hết các chân I/O của vi điều khiển để sử dụng
cho những mạch ngoài. Arduino Uno đưa ra 14 chân I/O kỹ thuật số, trong đó có
6 chân có thể tạo xung PWM và 6 chân INPUT Analog.
Chiều dài và chiều rộng của Arduino Uno là 68.6 x 53.4 mm, với kết nối
USB và jack điện mở rộng. Bốn lỗ vít cho phép được gắn vào một bề mặt khác.
18


Hình 2.6 Arduino Uno Atmega328P
c. Vị trí và chức năng các chân
Nếu không có sẵn nguồn USB, có thể cấp nguồn cho Arduino Uno từ một
nguồn chuyển đổi từ AC sang DC hoặc pin. Các bộ chuyển đổi có thể kết nối
bằng một plus 2.1mm trung tâm tích cực vào jack cắm điện.
Các chân năng lượng:
- GND: Cực âm của nguồn điện áp cấp cho Arduino Uno. Khi dùng các
thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng 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 500 mA.

- 3.3V: Cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa ở chân này là 50 mA.
- Vin: Để cấp nguồn ngoài cho Arduino, nối cực dương của nguồn với chân
này và cực âm với chân GND.
- RESET: Việc nhấn nút reset trên board để reset vi điều khiển tương
đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 biến trở 10KΩ.
Các chân I/O:
Arduino Uno có 14 chân digital dùng để đọc và xuất tính hiệu. Một số chân
digital có chức năng đặc biệt như sau:
- 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 các thiết bị
khác thông qua hai chân này. Kết nối Bluetooth thường là kết nối Serial không
dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, không nên sử dụng 2 chân này nếu không
cần thiết.
- Chân PWM (~): 3,5,6,9,10,11 cho phép bạn xuất ra xung PWM bằng hàm
analogWrite(). Nói một cách đơn giản, có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân
này từ mức 0-5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.
19


- Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI),12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài các
chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để phát dữ liệu bằng giao thức SPI
với các thiết bị khác.
- Led 13: Trên Arduino Uno có 1 đèn led màu cam (ký hiệu L). Khi bầm
nút reset, ta sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được kết nối với chân số
13. Khi chân này được người dùng sử dụng thì LED sẽ sáng.
Arduino Uno có 6 chân analog (A0-A5) dùng để cung cấp độ phân giải tín
hiệu để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0v-5v. Với chân AREF trên board, ta có
thể đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng chân analog. Nghĩa là nếu ta cấp điện
áp 3.3V vào chân này thì ta có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong
khoảng 0-3.3V. Đặc biệt Arduino Uno có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ

giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.
3. Giới thiệu về LCD 16x2 (LCD HD44780)
Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng rất
nhiều trong các ứng dụng của vi điều khiển. LCD có rất nhiều ưu điểm so với các
dạng hiển thị khác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và
kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng với nhiều giao thức giao tiếp khác
nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẽ,…
3.1. Hình dạng và kích thước
Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau, trên
hình 3.1 là loại LCD thông dụng nhất.
Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chip điều khiển ( HD44780)
bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết ra ngoài. Các chân này
được đánh số thứ tự và đặt tên như hình 3.1:

Hình 3.1. Hình dáng và sơ đồ chân của LCD.

20


3.2. Chức năng các chân
Châ
n

Ký hiệu

Mô tả

1

Vss

Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với
GND của mạch điều khiển

2

VDD

Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này
với VCC=5V của mạch điều khiển

3

V0

Điều chỉnh độ tương phản của LCD

4

RS

Chân chọn thanh ghi. Nối chân RS với logic “0” hoặc logic
“1” đề chọn thanh ghi.
+ Logic “0” Bus sẽ nối D0-D7 với thanh ghi lệnh IR của LCD
(ở chế độ ghi-Write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở
chế độ đọc-Read).
+ Logic “1” Bus D0-D7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên
trong LCD.

5

RW

6

E

Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân RW với
logic “0” đề LCD hoạt động ở chế độ ghi hoặc nối với logic
“1” để LCD hoạt động ở chế độ đọc.
Chân cho phép. Sau khi các tín hiệu được đặt lên D0-D7, các
lệnh chỉ được chấp nhận khi có một xung cho phép của chân E
+ Ở chế độ ghi, dữ liệu của Bus sẽ được LCD chuyển vào
thanh ghi bên trong nó khi phát hiện xung của tín hiệu chân E.
+ Ở chế độ đọc, dữ liệu sẽ được LCD xuất ra D0-D7 khi phát
hiện cạnh lên ở chân E và được LCD giữ ở Bus đến khi nào
chân E xuống mức thấp

7-14

D0-D7

Tám đường của chân Bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin
với MPU. Có 2 chế độ sử dùng 8 đường Bus này:
+ Chế độ 8 bít, dữ liệu được truyền trên 8 đường, với bít MSB
là bít D7.
+ Chế độ 4 bít, dữ liệu được truyền trên 4 đường từ D4-D7, bít
MSB là D7.

15

A

Nguồn dương cho đèn nền

16

K

Nguồn GND cho đèn nền
21


Bảng 3.1. Chức năng của các chân
3.3. Các thanh ghi
Chíp HD44780 có hai thanh ghi 8 bít quan trọng: Thanh ghi lệnh IR và
thanh ghi dữ liệu DR
- Thanh ghi IR: Đề điều khiển LCD, người dùng phải ra lệnh thông qua 8
đường Bus D0-D7. Mỗi lệnh được nhà sản xuất LCD đánh địa chỉ rõ rang. Người
dùng chỉ việc cung cấp địa chỉ lệnh bằng cách nạp vào thanh ghi IR. Nghĩa là khi
ta nạp vào thanh khi IR một chuỗi 8 bít, chíp HD44780 sẽ tra bảng mã lệnh tại địa
chỉ mà IR cung cấp và thực hiện lệnh đó
- Thanh ghi DR: Dùng để chứa dữ liệu 8 bít để ghi vào vùng RAM
DDRAM hoặc CGRAM (ở chế độ ghi) hoặc dùng để chứa dữ liệu từ vùng RAM
này gửi ra cho MPU (ở chế độ đọc). Nghĩa là, khi MPU ghi thông tin vào DR,
mạch nội bên trong chíp sẽ tự động ghi thông tin này vào DDRAM hoặc
CGRAM. Hoặc ghi thông tin về địa chỉ được ghi vào IR, dữ liệu ở địa chỉ này
trong vùng RAM nội của HD44780 sẽ được chuyển ra DR để truyền cho MPU.
Bằng cách điều khiển RS và RW chúng ta có thể chuyển qua lại giữ 2 thanh
ghi này khi giao tiếp với MPU.

4. Giới thiệu về I2C
Đầu năm 1980 Phillips đã phát triển một chuẩn giao tiếp nối tiếp hai dây
được gọi là I2C. I2C là tên viết tắt của cụm từ Inter-Intergrated Circuit. Đây là
đường bus giao tiếp giữa các IC với nhau. I2C mặc dù được phát tiển bởi Phillips,
nhưng nó đã được rất nhiều nhà sản xuất IC trên thế giới sử dụng. I2C trở thành
một chuẩn công nghiệp cho các giao tiếp điều khiển. Bus I2C được sử dụng làm
bus giao tiếp ngoại vi cho rất nhiều loại IC khác nhau như các loại Vi điều khiển
8051, PIC, AVR, ARM,… chíp nhớ như: RAM tĩnh (Static Ram), EEPROM, bộ
chuyển đổi tương tự số (ADC), số tương tự (DAC), IC điều khiển LCD, LED,…

Hình 4.1. Hình dạng của I2C
22


4.1. Đặc điểm giao tiếp I2C
Một giao tiếp I2C gồm có 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL).
SDA là đường truyền dữ liệu 2 hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ để
đồng bộ và chỉ theo một hướng. Như ta thấy trên hình vẽ trên, khi một thiết bị
ngoại vi kết nối vào đường bus I2C thì chân SDA của nó sẽ nối với dây SDA của
bus, chân SCL sẽ nối với dây SCL.
Mỗi dây SDA hay SCL đều được nối với điện áp dương của nguồn cấp
thông qua một điện trở kéo lên (pullup resistor). Sự cần thiết của các điện trở kéo
này là vì chân giao tiếp I2C của các thiết bị ngoại vi thường là dạng cực máng hở
(opendrain hay opencollector). Giá trị của các điện trở này khác nhau tùy vào
từng thiết bị và chuẩn giao tiếp, thường dao động trong khoảng 1K đến 4.7K.
Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài một địa chỉ (duy
nhất) để phân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị chủ hay tớ. Vì trên một bus
I2C thì quyền điều khiển thuộc về thiết bị chủ. Thiết bị chủ nắm vai trò tạo xung
đồng hồ cho toàn hệ thống, khi giữa hai thiết bị chủ- tớ giao tiếp thì thiết bị chủ
có nhiệm vụ tạo xung đồng hồ và quản lý địa chỉ của thiết bị tớ trong suốt quá

trình giao tiếp. Thiết bị chủ giữ vai trò chủ động, còn thiết bị tớ giữ vai trò bị
động trong việc giao tiếp.

Nhìn hình trên ta thấy xung đồng hồ chỉ có một hướng từ chủ đến tớ, còn
luồng dữ liệu có thể đi theo hai hướng từ chủ đến tớ hay ngược lại tớ đến chủ.
4.2. Các chế độ hoạt động của I2C
Các bus I2C có thể hoạt động ở ba chế độ, hay nói cách khác các dữ liệu
trên bus I2C có thể được truyền trong ba chế độ khác nhau:
- Chế độ tiêu chuẩn (Standard mode)
- Chế độ nhanh (Fast mode)
- Chế độ cao tốc High-Speed (HS) mode
* Chế độ tiêu chuẩn:
- Đây là chế độ tiêu chuẩn ban đầu được phát hành vào đầu những năm 80
- Nó có tốc độ dữ liệu tối đa 100 Kbsp
23


- Nó sử dụng 7-bit địa chỉ, và 112 địa chỉ tớ
* Tăng cường hoặc chế độ nhành:
- Tốc độ dữ liệu tối đa được tăng lên đến 400 Kbps.
- Để ngăn chặn gây tiếng ồn, ngõ vào của thiết bị Fast-mode là Schmitttriggered.
- Chân SCL và SDA của một thiết bị tớ I2C ở trạng thái trở kháng cao khi
không cấp nguồn.
* Chế độ cao tốc (High-Speed):
Chế độ này đã được tạo ra chủ yếu để tăng tốc độ dữ liệu lên đến 36 lần
nhanh hơn so với chế độ tiêu chuẩn. Nó cung cấp 1,7 Mbps, và 3.4Mbps.
Một bus I2C có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau:
- Một chủ một tớ (one master - one slave)
- Một chủ nhiều tớ (one master - multi slave)
- Nhiều chủ nhiều tớ (Multi master - Multi slave)

5. Giới thiệu về cảm biến
5.1. Giới thiệu
Lâu nay, chúng ta đã quen với việc sử dụng cảm biến siêu âm để phát hiện
vật cản, tuy nhiên điểm yếu của nó là dễ bị nhiễu. Để khắc phục điểm yếu trên, đồ
án đã sử dụng một phương pháp phát hiện vật cản khác. Đó chính là sử dụng
hồng ngoại, mà cụ thể hơn là sử dụng cảm biến E18-D80NK thường ứng dụng
cho các đặc tính Robot tránh vật cản, trên các dây chuyền phát hiện sản phẩm, các
bộ reminder đa chức năng..v.v..
Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK dùng ánh sáng hồng ngoại để
xác định vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và
phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt. Cảm biến có thể chỉnh khoảng cách
hoạt động thông qua biến trở ở phần cuối thân cảm biến.

24


Hình 5.1. Cảm biến E18-D80NK
5.2. Thông số kỹ thuật
- Điện áp hoạt động: 6-36 VDC
- Khoảng cách hoạt động: 5-30 cm
- Dòng kích ngõ ra: 300 mA
- Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra, trở treo
trên áp bao nhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu.
- Chất liệu vỏ cảm biến: Nhựa
- Hiển thị ngõ ra: LED
- Kích thước: 1.8 cm (D) x 7.0 cm (L)
5.3. Sơ đồ đấu dây
E18-80NK có cách đấu dây tương đối đơn giản:
- Màu nâu: Nguồn VCC
- Màu xanh: Nguồn GND

- Màu nâu: Tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN, cần trở treo để tạo mức cao

25