THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ CHĂM SÓC VẬT NUÔI KHI CHỦ VẮNG NHÀ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ CHĂM SÓC VẬT
NUÔI KHI CHỦ VẮNG NHÀ

Họ và tên sinh viên: Lê Hoàng Phương
Nguyễn Tiểu Bình
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2012-2016

Tháng 06 năm 2016

1


THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ CHĂM SÓC VẬT NUÔI KHI
CHỦ VẮNG NHÀ

TÁC GIẢ

LÊ HOÀNG PHƯƠNG
NGUYỄN TIỂU BÌNH

Khóa luận tốt nghiệp được đệ trình đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn:

ThS. ĐÀO DUY VINH

KS. NGUYỄN TRUNG TRỰC

Tháng 06 năm 2016

2


LỜI CẢM ƠN
Được sự cho phép của khoa cơ khí - công nghệ Trường Đại Học Nông Lâm
Thành Phố Hồ Chí Minh và sự đồng ý của thầy cô giáo hướng dẫn Đào Duy Vinh.
Chúng tôi đã thực hiện đề tài “thiết kế, chế tạo thiết bị chăm sóc vật nuôi khi chủ
vắng nhà”.
Để thực hiện khóa luận này, chúng tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã
tận tình hướng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu, rèn luyện ở
Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh.
Xin chân thành cảm ơn thầy Th.S Đào Duy Vinh và KS.Nguyễn Trung Trực đã
hướng dẫn chúng tôi thực hiện khóa luận này.
Mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thành đề tài một cách hoàn chỉnh nhất. Song buổi
đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận thực tế nên còn hạn chế về
kiến thức cũng như kinh nghiệm, khó tránh khỏi những thiếu sót nhất định mà bản
thân chưa thấy được. Chúng tôi rất mong nhận được sự góp ý của các thầy, cô để khóa
luận được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
TPHCM, tháng 6 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Lê Hoàng Phương

Nguyễn Tiểu Bình
3


TÓM TẮT
Đề tài “Thiết kế, chế tạo thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà” được
thực hiện tại trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, thời gian 3 tháng từ
tháng 2 đến tháng 5 năm 2016.
Thiết bị chăm sóc vật nuôi khi chủ vắng nhà được thiết kế chế tạo với các nội
dung chính sau:
Tính toán thiết kế phần khung của thiết bị chăm sóc thú cưng
Tính toán chọn động cơ cho van cấp thức ăn cho vật nuôi một cách tự động
Thiết kế mạch nguồn, thiết kế mạch công suất điểu khiển các cơ cấu chấp hành
cho thiết bị chăm sóc vật nuôi
Thiết kế mạch điều khiển thiết bị chăm sóc thú cưng
Thiết lập giải thuật điều khiển thiết bị chăm sóc thú cưng
Viết chương trình điều khiển cho thiết bị chăm sóc vật nuôi có các chức năng: Tự
động cung cấp thức ăn và nước uống khi đến giờ. Ngoài ra, khi chủ vật nuôi đi công
tác có thể cho thú nuôi ăn, uống từ xa bằng cách thực hiện thao tác trên điện thoại,
máy tính bảng qua internet.
Khảo nghiệm sơ bộ thiết bị để đánh giá khả năng làm việc của thiết bị chăm sóc
thú cưng.

4


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................................iii
TÓM TẮT............................................................................................................................. iv
DANH SÁCH HÌNH…………………………………………………………………………v

DANH SÁCH CÁC BẢNG………………………………………………………………...vii
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề..................................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài............................................................................................2
1.3 Ý nghĩa khoa học của đề tài..........................................................................................2
1.4 Ý nghĩa thực tiễn cũa đề tài...........................................................................................2
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN...................................................................................................3
2.1 Thực trạng về thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà ở trong và ngoài nước......3
2.1.1 Thực trạng về thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà trên thế giới...............3
2.1.2 Thực trạng về thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà trong nước.................4
2.2 Tổng quan lượng thức ăn và nước của thú cưng............................................................4
2.3 Một số linh kiện, thiết bị sử dụng trong đề tài...............................................................7
2.3.1 Module wifi ESP 8266............................................................................................7
2.3.2 Mạch điều khiển Arduino Uno................................................................................8
2.3.3 Mạch điều khiển động cơ DC ( mạch cầu H L298)...............................................11
2.3.4 Mạch phát âm thanh..............................................................................................13
2.3.5 Mạch thời gian thực RTC DS1307........................................................................14
2.3.6 Động cơ điện một chiều........................................................................................17
2.3.7 Encoder................................................................................................................. 19
2.3.8 Van điện từ............................................................................................................21
2.3.9 Role ( Relay).........................................................................................................23
2.3.10 Mạch ổn áp nguồn LM2596S..............................................................................25
2.3.11 Nút nhấn.............................................................................................................. 26
CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................................27
3.1 Nội dung và phương pháp nghiên cứu........................................................................27
3.2 phươn pháp nghiên cứu...............................................................................................27
3


CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.........................................................................28

4.1 Tính toán, thiết kế kết cấu thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà.....................30
4.1.1 Kết cấu cung cấp thức ăn......................................................................................30
4.1.2 Cơ cấu cung cấp nước...........................................................................................33
4.2 Sơ đồ khối tổng quát của thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà......................34
4.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ DC.....................................................35
4.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch nhận wifi...........................................................................36
4.2.3 Sơ đồ nguyên lý giao tiếp giữa mạch điều khiển và mạch thời gian thực.............37
4.2.5 sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển thiết bị chăm sóc thú cưng tự động............38
4.3 Sơ đồ điều khiển thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà...................................39
4.4 Sơ đồ giải thuật điều khiển thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà..................40
4.4.1 Sơ đồ giải thuật điều khiển wifi chăm sóc thú cưng qua mạng internet................41
4.4.2 Sơ đồ giải thuật điều khiển cơ cấu cấp thức ăn.....................................................42
4.4.3 Sơ đồ giải thuật điều khiển cơ cấu cấp nước cho thú cưng...................................43
4.4.4 Sơ đồ giải thuật điều khiển nút nhấn.....................................................................44
4.4.5 Sơ đồ giải thuật điều khiển mạch thời gian thực...................................................45
4.5 khảo nghiệm thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà.........................................48
CHƯƠNG 5......................................................................................................................... 50
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ..................................................................................................50
KẾT LUẬN:...................................................................................................................... 50
KIẾN NGHỊ:..................................................................................................................... 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO:...................................................................................................51

4


DANH SÁCH HÌN

Hình 2.1 Thiết bị cho vật nuôi ăn tự động..............................................................................3
Hình 2.2 Sơ đồ mạch nhận wifi ESP8266...............................................................................8
Hình 2.3 Sơ đồ chân của Arduino Uno.................................................................................10

Hình 2.4 Mạch điều khiển động cơ L298N...........................................................................11
Hình 2.5 Sơ dồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ L298N.................................................12
Hình 2.6 mạch nhận âm thanh ISD1820...............................................................................13
Hình 2.7 Mạch thời gian thực RTC DS1307.........................................................................15
Hình 2.8 Động cơ điện một chiều.........................................................................................17
Hình 2.9 Sơ đồ cấu tạo của encoder.....................................................................................19
Hình 2.10 Cấu tạo van điện từ và tác động trực tiếp............................................................22
hình 2.11: Role điện từ.........................................................................................................24
Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý mạch ồn áp nguồn LM2596S.....................................................25
Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý giao tiếp giữa nút nhấn và mạch điều khiển..............................26
Hình 4.1 Sơ đồ cấu tạo thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà..................................28
Hình 4.2 Sơ đồ cấu tạo cơ cấu cung cấp thức ăn cho thú cưng............................................30
Hình 4.3 Sơ đồ cấu tạo cơ cấu cấp thức ăn..........................................................................31
Hình 4.4 Sơ đồ cấu tạo hệ thống cung cấp nước cho thú cưng.............................................33
Hình 4.5 Sơ đồ khối tổng quát của thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà.................34
Hình 4.6 Sơ dồ nguyên lý điều khiển mạch động cơ DC.......................................................35
Hình 4.7 Sơ dồ nguyên lý mạch nhân wifi............................................................................36
Hình 4.8 Sơ đồ nguyên lý mạch thời gian thực.....................................................................37
Hình 4.9 sơ dồ nguyên lý mạch điều khiển của thiết bị chăm sóc vật nuôi...........................38
Hình 4.10 Sơ đồ điều khiển thiết bị chăm sóc thú cưng........................................................39
5


Hình 4.11 Sơ đồ giải thuật điều khiển thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà............40
Hình 4.12 Sơ đồ giải thuật điều khiển mạch nhận wifi.........................................................41
Hình 4.13 Sơ đồ giải thuật điều khiển cơ cấu cấp thức ăn...................................................42
Hình 4.14 Sơ đồ giải thuật cơ cấu cấp nước cho thú cưng...................................................43
Hình 4.15 Sơ đồ giải thuật điều khiển nút nhấn...................................................................44
Hình 4.16 Sơ đồ giải thuật điều khiển mạch thời gian thực..................................................45
Hình 4.17 Mô hình thiết bị chăm sóc vật nuôi khi chủ vắng nhà đã chế tạo và lắp đặt........46

Hình 4.18 Giao diện websever của thiết bị chăm sóc vật nuôi khi chủ vắng nhà.................47

6


DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Lượng thức ăn trung bính mỗi ngày cho thú cưng........................................5
Bảng 2.2: Lượng nước trung bình mỗi ngày cho thú cưng...........................................6
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của Arduino.....................................................................9
Bảng 4.1 Số vòng quay của van cấp thức ăn mỗi bữa cho thú cưng..........................32
Bảng 4.2 Bảng kết nối chân giữa mạch điều khiển và mạch nhận wifi......................36
Bảng 4.3 bảng kết quả khảo nghiệm số lần quay của động cơ DC cấp thức ăn.........48
Bảng 4.4 bảng kết quả khảo nghiệm lượng nước cần cung cấp cho thú cưng............49

7


CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Hàng thập kỷ qua, vật nuôi đã trở thành yếu tố quan trọng trong cuộc sống của
hang nghìn người trên thế giới. Theo thống kê của Hiệp hội Nhân đạo Mỹ, 46% hộ gia
đình Mỹ sở hữu ít nhất một con chó, 39% sở hữu ít nhất một con chó, mèo, còn lại
nuôi thằn lằn, vẹt, cá…
Thông thường người ta nuôi một con thú cưng trong nhà chỉ vì trông chúng rất
đáng yêu. Ngoài ra, một nghiên cứu mới đây cho thấy, việc nuôi chó, mèo trong nhà
còn giúp chủ nhân của nó vui vẻ hơn, kéo dài tuổi thọ. Chưa kể những loài vật nuôi
khác như, cá, vẹt, thằn lằn cũng hỗ trợ rất nhiều trong cuộc sống con người.
Cuộc sống ngày càng trở nên bận rộn trong khi thú cưng lại là một hình thức giải

trí được nhiều người yêu thích. Thiết bị chăm sóc vật nuôi khi chủ vắng nhà là một
giải pháp phù hợp với những người nuôi thú thường xuyên vắng nhà, giúp cho chủ
nhân của chúng.
Hiện nay, người nuôi thú cưng đa số vẫn sử dụng phương pháp cho ăn truyền
thống là chăm sóc thủ công, thường khó kiểm soát lượng thức ăn, lượng nước thừa và
độ đồng đều. Chính vậy nên chất thải hữu cơ, thức ăn thừa tích tụ sẽ gây mất vệ sinh,
dễ ảnh hưởng đến sức khỏe cho thú cưng và chủ nhà.
Do đó việc thiết kế, chế tạo thiết bị chăm sóc thú cưng tự động phục vụ cho việc
nâng cao chất lượng chăm sóc thú cưng là 1 việc làm cần thiết. Thiết bị giúp chủ thú
cưng có thể phân bố lượng thức ăn và lượng nước đồng đều trong mỗi buổi ăn, cung
cấp thức ăn và lượng nước chính xác đáp ứng yêu cầu chăm sóc thú cưng hiệu quả.
Với những kết quả thiết thực trên và được sự đồng ý của khoa cơ khí – công nghệ
Đại Học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của thầy Đào Duy Vinh và

1


KS. Nguyễn Trung Trực. Nhóm sinh viên quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế, chế
tạo thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà”.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài
Mục tiêu chung: Thiết kế, chế tạo khảo nghiệm thiết bị chăm sóc vật vật nuôi khi
chủ vắng nhà. Thiết bị gồm 2 phần: phần cung cấp nước và phần cung cấp thức ăn.
Mục tiêu cụ thể:
Phần cơ: Thiết kế, chế tạo các bộ phận cơ khí: khung thiết bị, bộ phận cấp thức
ăn, bộ phận cấp nước, khay chứa thức ăn, khay chứa nước.
Phần điều khiển:
Thiết kế website điều khiển
Viết chương trình điều khiển động bộ phận cấp thức ăn
Viết chương trình điều khiển bộ phận cấp nước
1.3 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Phân bố lượng thức ăn và lượng nước đồng đều cho mỗi bữa ăn.
1.4 Ý nghĩa thực tiễn cũa đề tài
Thiết kế được một thiết bị có khả năng chăm sóc thú cưng 1 cách tự động.
Cung cấp thức ăn và lượng nước 1 cách chính xác theo thời gian đã cài đặt.
Thiết kế được một thết bị có khả năng chế tạo với công nghệ trong nước có giá
thành hợp lý, góp phần tiết kiệm thời gian chi tiêu sinh hoạt cho chủ nhà khi chăm sóc
vật nuôi.

2


CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN
2.1 Thực trạng về thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà ở trong và
ngoài nước.
2.1.1 Thực trạng về thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà trên thế
giới.
Máy cho vật nuôi ăn tự động (Qpet Automatic Feeder) với màn hình LCD: được
sản xuất tại Mỹ, mang lại nhiều lợi ích cho việc chăm sóc thú nuôi khi chủ vắng nhà

1. Khay chứa thức ăn

4. Hộp chứa thức ăn

2. Màn hình LCD

5. Hộp vi diều khiển

3.Nắp đậy bảo quản thức ăn

3


Hình 2.1 Thiết bị cho vật nuôi ăn tự động.
Nguyên lý hoạt động: Máy cho ăn tự động có bộ phận cảm biến để tự động
ngừng cung cấp khi thức ăn trong khay đã đầy, với thiết bị này bạn có thể lập trình tự
động, cài đặt ngày giờ để máy cung cấp thức ăn từ 1 đến 4 lần một ngày.
Ưu điểm: Chỉ cần đổ thức ăn vào hộp và cài đặt giờ theo ý muốn, máy sẽ tự động
cho ăn. Nhờ vậy, người chủ có thể tiết kiệm được thời gian và kiểm soát được lượng
thức ăn.
Nhược điểm:
Không thể quan sát trực tiếp trong quá trình cho vật nuôi ăn
Giá thành cao.
2.1.2 Thực trạng về thiết bị chăm sóc thú cưng khi chủ vắng nhà trong nước.
Thú cưng trong nước chủ yếu được chăm sóc chủ yếu theo cách thủ công của chủ
nuôi. Thức ăn, nước uống sẽ được chứa sẵn trong máng thức ăn, thú cưng sẽ tự ăn
uống nếu chúng đói hoặc bất kì lúc nào chúng thích.
Ưu điểm: Chủ thú cưng không cần lo lắng đến việc có mặt ở nhà đúng giờ cho
vật nuôi ăn.
Nhược điểm:
Không kiểm soát được lượng thức ăn của thú cưng.
Thức ăn không đảm bảo được chất lượng.
2.2 Tổng quan lượng thức ăn và nước của thú cưng.
Thức ăn sử dụng để cung cấp cho thú cưng là thức ăn khô. Thức ăn khô có 2
dạng chính là thức ăn hạt và thức ăn sấy khô.
Thức ăn khô là hỗn hợp các thành phần như ngũ cốc, thịt và các sản phẩm phụ
của thịt, chất béo, khoáng chất và vitamin…. Được các nhà sản xuất tính toán cân bằng
hàm lượng dinh dưỡng phù hợp với từng loại thú cưng khác nhau và từng lứa tuổi
khác nhau của chúng.
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại thức ăn dành cho thú cưng như CP

classic của Thái Lan, Pedigree của Mỹ và thức ăn của Viện nghiên cứu cộng nghệ bảo
4


quản và chế biến thức ăn cho vật nuôi. Ngoài ra hiện nay còn rất nhiều thức ăn công
nghiệp với các nhãn hiệu Royal Canin, Natural Core…
Đường kính mỗi viên thức ăn trung bình: 6 – 12mm ( tùy theo mỗi loại có kích
thước khác nhau).

Bảng 2.1 Lượng thức ăn trung bính mỗi ngày cho thú cưng
Lượng thức ăn trung bình hằng ngày của thú cưng
Tình trạng cơ thể
Cân nặng của thú cưng
Hoạt động ít

Hoạt động nhiều

1 – 5kg

24 – 83g

36 – 107g

5 – 10kg

83 – 131g

107 – 178g

10 – 25kg

131 – 349g

178 – 418g

25 – 30kg

349 – 410g

418 – 483g

30 – 35kg

410 – 447g

483 – 535g

35 -40kg

447 – 489g

535 – 585g

40 – 45kg

489 - 539

585 – 645g

> 45kg

539 + 10g/1kg

645 + 10g/1kg

5


Bảng 2.2: Lượng nước trung bình mỗi ngày cho thú cưng

Lượng nước trung bình hằng ngày của thú cưng

Cân nặng của thú cưng

Lượng nước cần cung cấp

1 – 5kg

112 – 374ml

5 – 10kg

374 – 630ml

10 – 25kg

630 – 1252ml

25 – 30kg

1252 – 1436ml

30 – 35kg

1436 – 1612ml

35 -40kg

1612 – 1781ml

40 – 45kg

1781 – 1946ml

> 45kg

1946 + 30ml/kg

6


2.3 Một số linh kiện, thiết bị sử dụng trong đề tài.
2.3.1 Module wifi ESP 8266
ESP8266 cung cấp một giải pháp kết nối mạng Wi-Fi đầy đủ và khép kín, cho
phép nó có thể lưu trữ các ứng dụng hoặc để giảm tải tất cả các chức năng kết nối
mạng Wi-Fi từ một bộ xử lý ứng dụng.
ESP8266 có thể xử lý và khả năng lưu trữ mạnh mẽ cho phép nó được tích hợp
với các bộ cảm biến, vi điều khiển và các thiết bị ứng dụng cụ thể khác thông qua
GPIOs với một chi phí tối thiểu và một PCB tối thiểu. Một số thông số kỹ thuật như
sau:

Hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n
Wifi 2.4 GHz, hỗ trợ WPA/WPA2
Chuẩn điện áp hoạt động 3.3V
Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độ Baud lên đến 115200
Có 3 chế độ hoạt động : Client, Access point, Both Client and Access point
Công suất đầu ra 19.5dBm ở chế độ 802.11b
Hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: OPEN, WEP, WPA_PSK, WPA2_PSK,
WPA_WPA2_PSK
Hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP
Làm việc như máy các máy chủ có thể kết nối với 5 máy con
Nhận và truyền tải các gói dữ liệu trong <2ms
Chế độ chờ tiêu thụ điện năng <1.0mW (DTIM3)

7


Hình 2.2 Sơ đồ mạch nhận wifi ESP8266
VCC: 3.3V, dòng có thể lên 300mA vì thế cần mạch nguồn riêng ams1117 5V3.3V
GND: 0V
Tx: Chân Tx cua 3 giao thức UART, kết nối đến chân Rx của vi đều khiển
Rx: Chân Rx cua 3 giao thức UART, kết nối đến chân Tx của vi đều khiển
RST: Chân reset, kéo xuống mass để reset.
CH_PD: Chân này nếu được kéo lên đến mức cao module sẽ bắt đầu thu phát
wifi, kéo xuống mức thấp module dừng phát wifi. Vì ESP8266 khởi động hút dòng lớn
nên chúng ta giữ chân này ở mức 0V khi khởi động hệ thống của mình, sau 2s hãy kéo
chân CH_PD lên 3.3V, để đảm bảo module hoạt động ổn định
GPIO0: Kéo xuống thấp cho chế độ upgrade firmware.
GPIO2: Không sử dụng.
2.3.2 Mạch điều khiển Arduino Uno
Arduino là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị

phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm nổi bật của
8


Arduino là môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có
thể học một cách nhanh chóng.
Arduino Uno là sử dụng chip Atmega328. Nó có 14 chân digital I/O, 6 chân đầu
vào (input) analog, thạch anh dao động 16Mhz. Thông số kỹ thuật của mạch điều
khiển:

IC

ATmega328

Điện áp cấp nguồn

5V

Điện áp đầu vào (input)(kiến nghị)

7-12V

Điện áp đầu vào(giới hạn)

6-20V
14 (có 6 chân điều chế độ rộng

Số chân Digital I/O

xung PWM) Số

Số chân Analog (Input )

6

DC Current per I/O Pin

40 mA

DC Current for 3.3V Pin

50 mA
32KB (ATmega328) với 0.5KB

Flash Memory

sử dụng bootloader

SRAM

2 KB (ATmega328)

EEPROM

1 KB (ATmega328)

Xung nhịp

16 MHz
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của Arduino

Arduino Uno R3 có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có
2 mức điện áp là 0V và 5V với vòng 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.
9


Arduino UNO R3 có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp
nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V.

Hình 2.3 Sơ đồ chân của Arduino Uno.
Một chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
Serial : chân 0 (Rx ), chân 1 ( Tx). Hai chân này dùng để truyền (Tx) và nhận
(Rx) dữ liêu nối tiếp TTL. Chúng ta có thể sử dụng nó để giao tiếp với cổng COM của
một số thiết bị hoặc các linh kiện có chuẩn giao tiếp nối tiếp.
PWM (pulse width modulation): các chân 3, 5, 6, 9, 10, 11 trên bo mạch có dấu
“~” là các chân PWM chúng ta có thể sử dụng nó để điều khiển tốc độ động cơ, độ
sáng của đèn…
SPI : 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK), các chân này hỗ trợ giao tiếp
theo chuẩn SPI.
I2C: Arduino hỗ trợ giao tiếp theo chuẩn I2C. Các chân A4 (SDA) và A5 (SCL)
cho phép chúng tao giao tiếp giửa Arduino với các linh kiện có chuẩn giao tiếp là I2C.
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

10


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.
Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp
I2C/TWI với các thiết bị khác.
2.3.3 Mạch điều khiển động cơ DC ( mạch cầu H L298)
Mạch điều khiển động cơ L298 điều khiển tốc độ và chiều quay động cơ thông
qua vi điều khiển. Mạch điều khiển động cơ nguồn từ 5-35V, chịu được dòng tối đa
2A. Ngoài ra, mạch được tích hợp IC7805 tạo nguồn ra 5V cung cấp cho các thiết bị
khác.

Hình 2.4 Mạch điều khiển động cơ L298N
Thông số kỹ thuật:
Driver

L298N tích hợp hai mạch cầu H.

Điện áp điều khiển

5-12V

Dòng tối đa cho mỗi cầu H

2A

Điện áp của tín hiệu điều khiển

5-7V

Dòng của tín hiệu điều khiển

0-36mA

Công suất hao phí

20W(khi nhiệt độ T=75 0C)

11


Nhiệt độ bảo quản

-250C - +1300C

Sơ dồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ L298N:

Hình 2.5 Sơ dồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ L298N
Mô tả sơ đồ chân mạch điều khiển động cơ DC L298:
Chân 12V Power, 5V Power: là 2 chân cấp nguồn trực tiếp đến động cơ. Nguồn 5V
cấp cho động cơ 5V và tương tự 12V cấp cho động cơ 12V, cùng với đó chuyển Jump 5V
enable về phía 5V, và hướng ngược lại nếu dùng điện áp 12V.
Power GND: chân GND của nguồn cấp cho động cơ.
Hai jump A enable và B enable, dùng để điều khiển tốc độ động cơ bằng băm xung
PWM.
Bốn chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4-là các chân tín hiệu nối vào vi điều khiển.
Hai chân OUT1,OUT2: điều khiển chiều quay động cơ 1. Hai chân OUT3,OUT4:
điều khiển chiều quay động cơ 2. Mạch có thể điều khiển cùng lúc hai động cơ độc lập và
có thể điều khiển động cơ bước 6 dây hoặc 4 dây.
12


2.3.4 Mạch phát âm thanh

Mạch phát âm thanh ISD1820 được dùng để lưu và phát âm thanh được người
dùng ghi vào. Đoạn ghi âm được lưu vào bộ nhớ của IC, được nhúng vào bộ nhớ
Flash, dữ liệu có thể lưu trữ đến 100 năm và có thể ghi / xóa lên đến 100000 lần và ghi
được trong vòng 10s. Thông số kỹ thuật của mạch phát âm thanh :
Điện áp cung cấp : 2,2 – 5,5 VDC
Có bộ khuếch đại âm thanh nội bên trong, mạch này có thể phát trực tiếp ra loa 8
Ohm 0.5 W.
Microphone hàn trực tiếp trên board.
Tất cả chân của ISD được xuất ra ngoài để dễ điều khiển với vi điều khiển.
Có 3 phím điều khiển trên board REC, PLAYE, PLAYL, thuận tiện cho quá trình
sử dụng.
Kích thước: 32 x 42.5 mm.

Hình 2.6 mạch nhận âm thanh ISD1820

13


REC: Ngõ vào REC được kích hoạt khi chân này được kéo lên mức cao. Chân
này phải được giữ ở mức cao trong quá trình ghi âm. Tín hiệu REC được ưu tiên hơn
so với tín hiệu PLAYE. Nếu chân REC được kéo lên cao trong quá trình phát lại thì
quá trình phát lại sẽ ngưng ngay lập tức và chuyển sang quá trình ghi âm. Quá trình
ghi âm chỉ hoàn tất khi chân REC được kéo xuống thấp, chân REC đã được kéo điện
trở nội xuống thấp.
PLAYE: Khi chân này nhận được 1 xung tín hiệu mức thì quá trình phát lại sẽ bắt
đầu. Đoạn phát lại được tiếp tục cho đến khi kết thúc bộ nhớ của chip cho dù bạn có
kéo chân đó xuống mức thấp thì chu kỳ phát vẫn không dừng lại. Chân này đã được
kéo điện trở nội xuống thấp.
PLAYL: Khi tín hiệu của chân này chuyển từ thấp sang cao thì quá trình phát lại
sẽ bắt đầu. Nó sẽ phát tiếp tiệp cho đến khi phát hiện được tín hiệu mức thấp ở chân

PLAYL, hoặc kết thúc bộ nhớ hoặc tín hiệu cuối cùng của đoạn ghi âm. Chân này sẽ
được kéo điện trở nội điện xuống thấp.
2.3.5 Mạch thời gian thực RTC DS1307
Module thời gian thực DS1307 (RTC) có chức năng lưu trữ thông tin ngày tháng
năm cũng như giờ phút giây, nó sẽ hoạt động như một chiếc đồng hồ và có thể xuất dữ
liệu ra ngoài qua giao thức I2C. Module đi kèm với EEPROM AT24C32 có khả năng
lưu trữ thêm thông tin lên đến 32 Kbit.
Thông số kỹ thuật của mạch thời gian thực:
Nguồn cung cấp: 5VDC
Khả năng lưu trữ 32 KBit với EEPROM AT24C32
Lưu trữ thông tin giờ phút giây AM/PM
Có ngõ ra tần số 1Hz

14


Hình 2.7 Mạch thời gian thực RTC DS1307
Các chân của mạch thời gian thực DS1307:
X1 và X2: Là 2 ngõ kết nối với 1 thạch anh 32.768KHz làm nguồn tạo dao động
cho IC .
VBAT:

Cực dương của nguồn 3V nuôi IC .

GND: Chân nối mass.
Vcc: Nguồn cho giao diện I2C, thường là 5V và dùng chung với vi điều khiển. Chú ý
là nếu Vcc không được cấp nguồn nhưng VBAT được cấp thì DS1307 vẫn đang hoạt
động.
SQW/OUT: Một ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver), tần số của
xung được tạo có thể được lập trình. Như vậy chân này hầu như không liên quan đến

chức năng của DS1307 là đồng hồ thời gian thực, chúng ta sẽ bỏ trống chân này khi
nối mạch.
SCL và SDA là 2 đường giao xung nhịp và dữ liệu của giao diện I2C.
Cấu tạo bên trong DS1307 bao gồm một số thành phần như mạch nguồn, mạch
dao động, mạch điều khiển logic, mạch giao điện I2C, con trỏ địa chỉ và các thanh ghi
(hay RAM). Sử dụng DS1307 chủ yếu là ghi và đọc các thanh ghi của IC này. Vì thế
cần hiểu rõ 2 vấn đề cơ bản đó là cấu trúc các thanh ghi và cách truy xuất các thanh
ghi này thông qua giao diện I2C.

15


Bộ nhớ DS1307 có tất cả 64 thanh ghi 8-bit được đánh địa chỉ từ 0 đến 63 (từ
0x00 đến 0x3F theo hệ hexadecimal). Tuy nhiên, thực chất chỉ có 8 thanh ghi đầu là
dùng cho chức năng “đồng hồ” còn lại 56 thanh ghi bỏ trống có thể được dùng chứa
biến tạm như RAM nếu muốn. Bảy thanh ghi đầu tiên chứa thông tin về thời gian của
đồng hồ bao gồm: Giây (SECONDS), phút (MINUETS), giờ (HOURS), thứ (DAY),
ngày (DATE), tháng (MONTH) và năm (YEAR). Việc ghi giá trị vào 7 thanh ghi này
tương đương với việc “cài đặt” thời gian khởi động cho RTC. Việc đọc giá từ 7 thanh
ghi là đọc thời gian thực mà IC tạo ra.
Thanh ghi giây (SECONDS): Thanh ghi này là thanh ghi đầu tiên trong bộ nhớ
của DS1307, địa chỉ của nó là 0x00. Bốn bit thấp của thanh ghi này chứa mã BCD 4bit của chữ số hàng đơn vị của giá trị giây. Do giá trị cao nhất của chữ số hàng chục là
5 nên chỉ cần 3 bit là có thể mã hóa được (số 5 =101, 3 bit). Bit cao nhất, bit 7, trong
thanh ghi này là 1 điều khiển có tên CH (Clock halt – treo đồng hồ), nếu bit này được
set bằng 1 bộ dao động trong chip bị vô hiệu hóa, đồng hồ không hoạt động. Vì vậy,
phải reset bit này xuống 0 ngay từ đầu.
Thanh ghi phút (MINUTES): Có địa chỉ 0x01, chứa giá trị phút của đồng hồ.
Tương tự thanh ghi SECONDS, chỉ có 7 bit của thanh ghi này được dùng lưu mã BCD
của phút, bit 7 luôn luôn bằng 0.
Thanh ghi giờ (HOURS): Có thể nói đây là thanh ghi phức tạp nhất trong

DS1307. Thanh ghi này có địa chỉ 0x02. Trước hết 4-bits thấp của thanh ghi này được
dùng cho chữ số hàng đơn vị của giờ. Do DS1307 hỗ trợ 2 loại hệ thống hiển thị giờ
(gọi là mode) là 12h (1h đến 12h) và 24h (1h đến 24h) giờ, bit6 xác lập hệ thống giờ.
Nếu bit6 = 0 thì hệ thống 24h được chọn, khi đó 2 bit cao 5 và 4 dùng mã hóa chữ số
hàng chục của giá trị giờ. Do giá trị lớn nhất của chữ số hàng chục trong trường hợp
này là 2 (=10, nhị phân) nên 2 bit 5 và 4 là đủ để mã hóa. Nếu bit6 = 1 thì hệ thống
12h được chọn, với trường hợp này chỉ có bit 4 dùng mã hóa chữ số hàng chục của
giờ, bit 5 (màu orangetrong hình 4) chỉ buổi trong ngày, AM hoặc PM. Bit5 = 0 là AM
và bit5 = 1 là PM. Bit 7 luôn bằng 0.

16