1 Giới thiệu tổng quan thiết bị về robot nhện

Hình 2.1 Robot nhện

2.2 Giới thiệu các linh kiện được sử dụng trong đề tài

2.2.1 Mạch vi điều khiển Arduino Uno R3

Tổng quan về Arduino Uno R3



1. Nút reset

2. Ổ cấm usb



3. Giắt cấm nguồn

5. Các chân digital

4. Nguồn điện

6. Các chân analog

Hình 2.2 Sơ đồ chân Arduino

Sơ đồ nguyên lý Arduino Uno



4



Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý mạch Arduino Uno R3



5



Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác

với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board

mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel.

Arduino có thể tương tác với mơi trường xung quanh, nó có thể kết nối với:

Hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại: cảm biến nhiệt độ, gia tốc, vận tốc,

cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyển động, phát hiện

kim loại,…

Các thiết bị hiển thị: màn hình LCD, đèn Led,…

Các module chức năng (shield) hỗ trợ kết nối có dây với các thiết bị khác hặc

các kết nối không dây thông dụng như: 3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433MHz,

2.4GHz,…

Kết nối với các module khác như module điều khiển động cơ L298…..

Arduino Uno R3 là 1 board mạch thiết kế với bộ xử lý trung tâm là vi điểu

khiển AVR Atmega328P.

Một số thông số của Arduino Uno R3:

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của Arduino Uno R3



Vi điều khiển



ATmega328P họ 8 bit



Điện áp hoạt động



5V DC (Chỉ cấp qua cổng USB)



Tàn số hoạt động



16 Mhz



Dòng tiêu thụ



Khoảng 30 mA



Điện áp vào khuyên dùng



7-12V DC



Điện áp vào giới hạn



6-20V DC



Số chân digital I/O



6 (chân hardware PWM)



Số chân Analog



6 (độ phân giải 10 bit)



Dòng tối đa trên mỗi chân I/O



30mA



Dòng ra tối đa (5V)



500mA



Dòng ra tối đa (3.3V)



50mA



Bộ nhớ flash



32 KB (ATmega328P) với 0.5 dùng bởi

bootloader



SRAM

EEPROM



2 KB (ATmega328P)

1 KB (ATmega328P)



6



Chiều dài board



68.6 mm



Chiều rộng board

Khối lượng



53.4 mm

25 g



Sơ đồ chân của Arduino Uno R3

Cổng kết nối usb:

Arduino sử dụng cáp USB để giao tiếp với máy tính. Thơng qua cáp USB ta có

thể Upload chương trình cho Arduino hoạt động, ngồi ra USB còn là nguồn cho

Arduino.

Các chân năng lượng:

GND (Ground): Cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino Uno R3. Khi chúng ta

sử dụng những nguồn riêng biệt thì những chân này 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 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.

Vin: Để cấp nguồn ngoài cho Arduino Uno R3, ta nối cực dương của nguồn với

chân này và cực âm của nguồn với chân GND.

Các cổng vào và ra

Arduino có 14 chân digital dùng để đọc và xuất tín hiệu. Chúng chỉ có 2 mức

điện áp là 0V và 5V với dòng vào hoặc ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở đây mỗi

chân đều có các điện trở từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc

định thì các điện trở này khơng được kết nối).

Một số chân có các chức năng đặc biệt sau:

Có 2 chân Serial 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi và nhận dữ liệu TTL serial.

Arduino Uno R3 có thể giao tiếp với các thiết bị linh kiện khác thông qua 2 chân này.

Kết nối bluetooth thường thấy đó chính là kiểu kết nối Serial khơng dây. Nếu khơng

cần giao tiếp serial thì chúng ta không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết.

Chân PWM (~): 3, 5, 6, 7, 9, 10, và 11: cho phép xuất ra xung PWM với độ

phân giải 8 bit bằng hàm analogWrite(). Chúng ta có thể điều chỉnh 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 chức

năng thơng thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với

các thiết bị khác.

Ardunio Uno có 6 chân analog (A0-A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit để

đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V-5V. Với chân AREF trên board, chúng ta có thể



7



đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức là nếu chúng ta cấp điện

áp 2.5V vào chân này thì chúng ta có thể sử dụng các chân analog để đo điện áp trong

khoảng từ 0V - 2.5V với độ phân giải vẫn là 10 bit.

Đặc biệt, Arduino Uno R3 có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp

I2C/TWI với các thiết bị khác.

2.2.2 Cảm biến khoảng cách SRF-05



Hình 2.4 Cảm biến khoảng cách SRF-05

Sóng siêu âm là những dao động đàn hồi truyền trong các môi trường vật chất

đàn hồi như: rắn, lỏng, khí, khơng truyền trong chân khơng. Nói cách khác, sóng siêu

âm là âm thanh có tần số cao hơn tần số tối đa mà con người nghe thấy được. Tuy

nhiên thì có thể thấy được sự hiện diện của sóng siêu âm ở khắp mọi nơi trong tự

nhiên. Có thể bắt gặp một số lồi động vật dùng sóng siêu âm để truyền tín hiệu nhận

biết cho nhau hay săn mồi như cá voi, dơi…

Dựa vào kỹ thuật công nghệ và khoa học hiện đại thấy được ứng dụng trong

cuộc sống của sóng siêu âm rất nhiều, có thể kể đến như thiết bị định vị dưới biển của

tàu ngầm, thiết bị ra-đa, các thiết bị đo khoảng cách của mơi trường…

Cấu tạo cảm biến khoảng cách SRF05 gồm có: 2 loa thu và phát cùng với 5

chân để kết nối với Arduino. Theo thông số tài liệu của nhà sản xuất thì tầm hoạt động

tối đa của cảm biến này tầm khoảng 2-300 cm.

Thông số kĩ thuật của cảm biến khoảng cách SRF-05

Điện áp hoạt động: 5VDC

Dòng cấp: <200mA

Góc quét: <150



8



Phát hiện vật cản trong khoảng: 2-300cm

Kích thước: L43mm * W20mm * H17mm

Chức năng của các chân này như sau:

VCC: cấp nguồn cho cảm biến.

Trigger: kích hoạt q trình phát sóng siêu âm. Q trình kích hoạt khi một chu

kì điện cao hoặc thấp diễn ra.

Echo: bình thường sẽ ở trạng thái 0V, được kích hoạt lên ngay 5V ngay có tín

hiệu trở về, sau đó trả về 0V.

GND: Cấp mass của mạch.

OUT: Khơng sử dụng.

Ngun lí hoạt động của cảm biến khoảng cách SRF05:

Để đo khoảng cách sẽ phát ra 1 xung rất ngắn từ chân Trigger. Sau đó, cảm biến

sẽ tạo ra một xung HIGH ở chân Echo cho đến khi nhận được sóng phản xạ từ chân

này. Chiều rộng của xung sẽ bằng với thời gian sóng siêu âm được phát từ cảm biến và

quay trở lại.

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

(106/(340*100)). Khi đã tính thời gian, ta sẽ chia cho 29,412 để nhận được khoảng

cách.

Lắp đặt cảm biến ta tiến hành lắp đặt cảm biến như sau:

VCC: Nối với nguồn 5V của Arduino.

GND: Nối với chân GND.

Trigger: Nối với chân số 8 của Arduino Uno R3.

Echo: Nối với chân số 7 của Arduino Uno R3.

2.2.3 Module bluetooth HC-05



Hình 2.5 Module bluetooth HC-05



9



Bluetooth là chuẩn truyền thơng không dây để trao đổi dữ liệu ở khoảng cách

ngắn. Chuẩn truyền thơng này sử dụng sóng radio ngắn (UHF radio) trong dải tần số

ISM (2.4 – 2.485 GHz). Khoảng cách truyền của module bluetooth HC-05 tầm khoảng

10m.

Module HC05 dùng để thiết lập kết nối Serial giữa 2 thiết bị bằng sóng

bluetooth, được thiết kế dựa trên IC BC417, con IC này sử dụng bộ nhớ flash ngoài

8bit.

Sơ đồ chân HC05 gồm có:

KEY: Chân này để chọn chế độ hoạt động AT Mode hoặc DATA Mode.

VCC: Chân này có thể cấp nguồn từ 3.6V – 6V, bên trong module đã có một IC

nguồn để truyền điện áp về 3.3V và cấp cho IC BC417.

GND: Nối với chân nguồn GND.

TXD, RXD: Là hai chân UART để giao tiếp module hoạt động ở mức 3.3V.

Các chế độ hoạt động:

Module HC-05 hoạt động ở hai chế độ là Command Mode và Data Mode. Ở

chế độ Command Mode ta có thể giao tiếp với Module thông qua cổng serial trên

module bằng tập lệnh AT. Ở chế độ Data Mode module có thể truyền nhận dữ liệu tới

module bluetooth khác. Chân KEY dùng để chuyển đổi qua lại giữa 2 chế độ này. Có

hai cách chuyển module hoạt động trong chế độ Data Mode:

Nếu đưa chân này lên mức logic cao trước khi cấp nguồn module sẽ đưa vào

chế độ Command Mode với baudrate mặc định 38400. Chế độ này khá hữu ích khi

chúng ta không biết baudrate trong module được thiết lập ở tốc độ bao nhiêu. Khi

chuyển sang chế độ này đèn LED trên module sẽ nhát chậm (khoảng 2s) và ngược lại

khi chân KEY nối ở mức logic thấp trước khi cấp nguồn module sẽ hoạt động chế độ

Data Mode.

Nếu module đang hoạt dộng ở chế độ Data Mode để có thể đưa vào hoạt động ở

chế độ Command Mode thì chúng ta cần đưa chân KEY lên mức cao. Lúc này module

sẽ vào chế độ Command Mode nhưng với tốc độ Baud Rate được chúng ta thiết lập lần

cuối cùng. Vì vậy chúng ta cần biết Baudrate hiện tại của thiết bị để có thể tương tác

với nó.

Nếu chưa thiết lập lại lần nào thì mặc định như sau:

Baud Rate 9600, data 8 Bits, stop bits 1, parity: none, handshake: none.

Passkey: 1234.



10



Device Name: HC-05.

Chế độ Data Mode HC-05 có thể hoạt động như một Master hoặc Slave tùy vào

việc cấu hình:

Ở chế độ SLAVE: Chúng ta cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb

bluetooth để dò tìm module sau đó kết nối với mã PIN là 1234. Sau khi kết nối, có 1

cổng serial từ xa hoạt động ở Baud Rate là 9600.

Ở chế độ MASTER: Module sẽ tự động dò tìm thiết bị bluetooth khác (1

module bluetooth khác, usb bluetooth, bluetooth của laptop…) và tiến hành kết nối

chủ động mà khơng cần thiết lập gì từ máy tính hoặc smartphone.

Tập lệnh AT thường dùng:

AT: lệnh test, nó sẽ trả về OK nếu module đã hoạt động ở chế độ Command

Mode.

AT + VERSION: Trả về Firmware hiện tại của module.

AT + UART = 9600, 0, 0: Thiết lập baudrate (9600, 1 bit stop, no parity).

Các lệnh ở chế độ Master:

AT + RMAAD: Ngắt kết nối với các thiết bị đã ghép.

AT + ROLE = 1: Đặt module ở chế độ Master.

AT + RESET: Khởi động lại thiết bị.

AT + CMODE = 0: Cho phép kết nối với bất kì địa chỉ nào.

AT + INQM = 0, 5, 5: Dừng tìm kiếm thết bị khi đã tìm được 5 thiết bị hoặc sau

5 giây.

At + PSWD = 1234: Set Pin cho thiết bị.

AT + INQ: Bắt đầu tìm kiếm thiết bị để thay đổi ghép nối. Sau lệnh này một

loạt các thiết bị tìm thấy được hiển thị. Định kết quả ra sau lệnh này như sau:

INQ: address, type, signal.

Phần địa chỉ sẽ có định dạng như sau: 0123:4:567890. Để sử dụng địa chỉ này

trong các lệnh tiếp theo ta phải thay dấu “:” thành dấu “,”, ví dụ như: 0123:4:567890 –

0123, 4, 567890.

AT + PAIR =