Chương 1: Tổng Quan Chương này nói về vấn đề nhóm chọn đề tài, các giới hạn của đề tài, mục tiêu của đề tài, nội dung nghiên cứu và bố cục của quyển luận văn. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương này nói về nền tảng lý thuyết của các chuẩn giao tiếp, nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử cũng như các khái niệm cơ bản có liên quan mà nhóm liệt kệ ra dựa trên mục tiêu của đề tài. Chương 3: Thiết Kế và Tính Tóan Chương này nói về bái toán thiết kế, lựa chọn linh kiện dựa trên sự so sánh giữa các linh kiện phổ biến và có khả năng đáp ứng được yêu cầu của đề tài Chương 4: Thi công hệ thống Chương này nói về quy trình thi công hệ thống dựa trên các tiêu chí và các linh kiện đã được chọn ở chương 3. Chương 5: Kết quả, nhận xét, đánh giá Chương này nói về quá trình chạy thực nghiệm của đề tài qua đó nhóm nhận xét, đánh giá và khắc phục.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Chương này nói về kết luận của nhóm sau khi khắc phục các lỗi của đề tài ở chương 5 và hướng phát triển của đề tài trong tương lai. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lịch sử ra đời của Arduino Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là những người tự chế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống với những gì Apple đã làm được trên thị trường thiết bị di động. Số lượng người dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học đã làm cho ngay cả những người tạo ra chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến.1: Những thành viên khởi xướng Arduino Arduino là gì mà có thể khiến ngay cả những sinh viên và nhà nghiên cứu tại các trường đại học danh tiếng như MIT, Stanford, Carnegie Mellon phải sử dụng; hoặc ngay cả Google cũng muốn hỗ trợ khi cho ra đời bộ kit Arduino Mega ADK dùng để phát triển các ứng dụng Android tương tác với cảm biến và các thiết bị khác? Arduino thật ra là một board 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 Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình.
Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm. Chỉ với khoảng $30, người dùng đã có thể sở hữu một board Arduino có 20 ngõ I/O có thể tương tác và điều khiển chừng ấy thiết bị. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theo tên một vị vua vào thế kỷ thứ 9 là King Arduin. Arduino chính thức được đưa ra giới thiệu vào năm 2005 như là một công cụ khiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo sư Massimo Banzi, là một trong những người phát triển Arduino, tại trường Interaction Design Instistute Ivrea (IDII).
Mặc dù hầu như không được tiếp thị gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ những lời truyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên. Hiện nay Arduino nổi tiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để tham quan nơi đã sản sinh ra Arduino.2 Các loại board mạch của Arduino Phần cứng Arduino gốc được sản xuất bởi công ty Italy tên là Smart Projects. Một vài board dẫn xuất từ Arduino cũng được thiết kế bởi công ty của Mỹ tên là SparkFun Electronics. 9 phiên bản phần cứng của Arduino cũng đã được sản xuất thương mại tính đến thời điểm hiện tại.
Về mặt chức năng, các board mạch Arduino được chia thành hai loại: loại board mạch chính có chip Atmega và loại mở rộng thêm chức năng cho board mạch chính (thường được gọi là shield). Các board mạch chính về cơ bản là giống nhau về chức năng, tuy nhiên về mặt cấu hình như số lượng I/O, dung lượng bộ nhớ, hay kích thước có sự khác nhau. Một số board có trang bị thêm các tính năng kết nối như Ethernet và Bluetooth. Các board mở rộng chủ yếu mở rộng thêm một số tính năng cho board mạch chính ví dụ như tính năng kết nối Ethernet, Wireless, điều khiển động cơ v.2: Arduino Diecimila và Arduino Duemilanove BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.3: Arduino Uno R3 và Arduino Mega 2560 2.3 Tổng quan về Kit Uno R3 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 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit. Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau. Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những nhiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động.
Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++. Hiện tại có rất nhiều loại vi điều khiển và đa số được lập trình bằng ngôn ngữ C/C++ hoặc Assembly nên rất khó khăn cho những người có ít kiến thức sâu về điện tử và lập trình. Nó là trở ngại cho mọi người muốn tạo riêng cho mình một món đồ mang tính công nghệ. Do vậy đó là lí do Arduino được phát triển nhằm đơn giản hóa việc thiết kế, lắp ráp linh kiện điện tử cũng như lập trình trên vi xử lí và mọi người có thể tiếp cận dễ dàng hơn với thiết bị điện tử mà không cần nhiều về kiến thức điện tử và thời gian.
Sau đây là những thế mạnh của Arduino so với các nền tảng vi điều khiển khác: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chạy trên đa nền tảng: Việc lập trình Arduino có thể thực hiện trên các hệ điều hành khác nhau như Windows, Mac OS, Linux trên desktop, Android trên di động. Ngôn ngữ lập trình đơn giản dễ hiểu. Nền tảng mở: Arduino được phát triển dựa trên nguồn mở nên phần mềm chạy trên Arduino được chia sẻ dễ dàng và tích hợp vào các nền tảng khác nhau. Mở rộng phần cứng: Arduino được thiết kế và sử dụng theo dạng module nên việc mở rộng phần cứng cũng dễ dàng hơn.
Đơn giản và nhanh: Rất dễ dàng lắp ráp, lập trình và sử dụng thiết bị. Dễ dàng chia sẻ: Mọi người dễ dàng chia sẻ mã nguồn với nhau mà không lo lắng về ngôn ngữ hay hệ điều hành mình đang sử dụng.4: Kit Arduino Uno R3 Thông số của Arduino Uno R3 Bảng 2.1 Một số thông số của Arduino R3 Vi điều khiển Atmega328 ( họ 8 bit ) Điện áp hoạt động 5V – DC ( chỉ được cấp qua cổng USB ) Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ 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 PWM ) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 7 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 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 ( 3.5 ) 30mA Bộ nhớ Flash 32 KB ( ATmega328 ) với 0.5 KB dùng bởi bootloader SRAM 2 KB ( Atmega328 ) EEPROM 1 KB ( Atmega328 ) 2.4 Tổng quan về Kit Arduino Mega 2560 Hình 2.5: Arduino Mega 2560 Arduino Mega 2560 là 1 board mạch thiết kế với bộ xử lý trung tâm là vi điểu khiển AVR Atmega2560. Cấu tạo chính của Arduino Mega 2560 bao gồm các phần sau: Cổng USB: đây là loại cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điều khiển. Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 8 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Jack nguồn: để chạy Arduino thỉ có thể lấy nguồn từ cổng USB ở trên, nhưng không phải lúc nào cũng có thể cắm với máy tính được. Lúc đó ta cần một nguồn từ 9V đến 12V. Có 54 chân vào/ra số đánh số thứ tự từ 0 đến 13, ngoài ra có một chân nối đất (GND) và một chân điện áp tham chiếu (AREF). Vi điều khiển AVR: đây là bộ xử lí trung tâm của toàn bo mạch.
Với mỗi mẫu Arduino khác nhau thì con chip là khác nhau. Ở con Arduino Mega2560 này thì sử dụng ATMega2560. Các thông số chi tiết của Ardiuno Mega 2560: Bảng 2.2 Một số thông số của Arduino mega 2560 Vi điều khiển Atmega2560 ( họ 8 bit ) Điện áp hoạt động 5V – DC ( chỉ được cấp qua cổng USB ) Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7 – 12V – DC Điện áp vào giới hạn 6 – 20V – DC Số chân Digital I/O 54 ( 6 chân PWM ) Số chân Analog 16 ( độ phân giải 10 bit ) Dòng tối đa mỗi chân I/O 30mA Dòng ra tối đa ( 5V ) 500mA Dòng ra tối đa ( 3.5 ) 30mA Bộ nhớ Flash 256 KB ( ATmega328 ) với 0.5 KB dùng bởi bootloader SRAM 8 KB ( Atmega328 ) EEPROM 4 KB ( Atmega328 ) Các Mega 2560 có 16 đầu vào tương tự, mỗi ngõ vào tương tự đều có độ phân giải 10 bit (tức là 1024 giá trị khác nhau).Theo mặc định đo từ 0 đến 5 volts, mặc dù là nó có thể thay đổi phần trên của phạm vi bằng cách sử dụng chân Aref và analogReference) chức năng.