Chương 1 Tổng quan Chương này sẽ giới thiệu tổng quan về tính cấp thiết của đề tài cũng như tính ứng dụng trong thực tế. Đồng thời chỉ ra các phương pháp được dùng trong việc nghiên cứu đề tài. Chương 2 Cơ sở lý thuyết Nội dung, lý thuyết các đặc điểm cấu tạo của từng thiết bị được sử dụng trong đề tài sẽ được trình bày ở chương này. Chương 3 Thiết kế phần cứng Chương này sẽ trình bày mô hình, các chức năng của hệ thống, qua đó đánh giá lựa chọn các thiết bị phù hợp cho việc thi công đề tài.
Chương 4 Thiết kế phần mềm Các đặc điểm hoạt động của hệ thống sẽ được dùng làm tiền đề trong việc thiết kế phần mềm thực hiện hiện các chức năng phù hợp với những mục tiêu đã đặt ra. Chương 5 Kết quả Chương này chỉ rõ những kết quả đã đạt được, đưa ra những nhận xét về ưu và nhược điểm của hệ thống. Chương 6 Kết luận và hướng phát triển Các kết quả hoạt động của hệ thống được tổng kết lại ở chương này, đồng thời đưa ra những hướng phát triển cho đề tài. 3 do an Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lịch sử hình thành Raspberry Pi là một máy tính đơn khối có kích thước nhỏ gọn được phát triển bởi Quỹ Raspberry Pi - Là tổ chức phi lợi nhuận với tiêu chí xây dựng hệ thống mà nhiều người có thể sử dụng được trong những công việc tùy biến khác nhau - với mục tiêu khuyến khích việc học tập khoa học máy tính trong trường học.
Raspberry Pi được bắt đầu phát triển từ 2006, bản concept sớm nhất dựa trên vi điều khiển AVR Atmel ATmega644. Còn phiên bản sử dụng chip ARM đầu tiên có hình dạng như một chiếc USB với cổng USB ở một đầu và HDMI ở đầu kia. Raspberry Pi sản xuất bởi 3 OEM: Sony, Qsida, Egoman. Và được phân phối chính bởi Element14, RS Components và Egoman.
Nhiệm vụ ban đầu của dự án Raspberry Pi là tạo ra máy tính rẻ tiền có khả năng lập trình cho những sinh viên, nhưng Pi đã được sự quan tâm từ nhiều đối tượng khác nhau.2 Đặc điểm Đặc tính của Raspberry Pi xây dựng xoay quanh bộ xử lí SoC Broadcom BCM2835 (là chip xử lí mobile mạnh mẽ có kích thước nhỏ hay được dùng trong điện thoại di động ) bao gồm CPU, GPU, bộ xử lí âm thanh /video, và các tính năng khác, tất cả được tích hợp bên trong chip có điện năng thấp này. Raspberry Pi không thay thế hoàn toàn hệ thống để bàn hoặc máy xách tay Raspberry Pi không thể chạy Windows trên đó vì BCM2835 dựa trên cấu trúc ARM nên không hỗ trợ mã x86/x64, nhưng vẫn có thể chạy bằng Linux với các tiện ích như lướt web, môi trường Desktop và các nhiệm vụ khác. Tuy nhiên Raspberry Pi là một thiết bị đa năng đáng ngạc nhiên với nhiều phần cứng có giá thành rẻ nhưng rất hoàn hảo cho những hệ thống điện tử, những dự án DIY thiết lập hệ thống tính toán rẻ tiền cho những bài học trải nghiệm lập trình.3 Phần cứng Raspberry pi hiện nay có nhiều phiên phản khác nhau như model A, model B, model B+, pi 2, Computer module. Nhưng chúng đều được phát triển dựa trên nền tảng bộ xử lí SoC Broadcom BCM2835.
Tuy nhiên, so với các model đời trước thì phiên bản Raspberry Pi 2 có một sự thay đổi đáng kể với bộ xử lý ARMv7 nên có thể chạy đầy đủ các bản hệ điều hành GNU ARM/Linux, bao gồm Snappy Ubuntu Core, cũng như Microsoft Window 10. Đó là điều mà bộ xử lý Broadcom BCM2835 không thể thực hiện được. 1 So sánh cấu hình của Raspberry model B+ và Pi Model B+ Model Pi 2 SoC Broadcom BCM2835 ARMv7 CPU 700 MHz ARM1176JZF-S core (họ Quad core 900MHZ- ARM11) ARM Cortex-A7 GPU Broadcom VideoCore IV, OpenGL ES 2.0, MPEG-2 và VC-1 1080p30 h.264/MPEG-4 AVC SDRAM 512MB 1GB Cổng 4 cổng USB 2.0 Ngõ ra Hỗn hợp RCA, HDMI(rev 1.4), xuất ra LCD thông qua DSI Video 14 HDMI độ phân giải từ 640x350 đến 1920x1200 điều chỉnh theo chuẩn PAL và NTSC Ngõ ra Xuất ra ngõ 3.5 mm, HDMI Audio Bộ nhớ Khe cắm SD lưu trữ Kết nối 10/100Mbps Ethernet (RJ45) mạng Ngoại vi 8 x GPIO, UART, I2C, SPI với 2 chip lựa chọn, +3.3V, +5V, Mass cấp thấp 5 do an Nguồn 5V qua cổng MicroUSB hoặc qua chân GPIO cấp Kích 85.98mm thước Trọng 45g lượng Với cấu tạo như trên có thể thấy Kit Raspberry hoạt động như một máy tính cỡ nhỏ, rất phù hợp cho việc nghiên cứu các dự án và phục vụ tốt cho việc học tập, tìm tòi. Bộ xử lý SoC là thành phần quan trọng của Kit Raspberry với các đặc điểm có thể đáp ứng những yêu cầu của một thiết bị nhỏ gọn nhưng đáp ứng được nhiều tiêu chí, đòi hỏi giống như một máy tính thực thụ.
1 Kit Raspberry Pi model B+ Hình 2. 2 Kit Raspberry Pi 2 6 do an 2.4 Hệ điều hành và phần mềm Hệ điều hành Raspberry Pi chạy hệ điều hành dựa trên nhân Linux. Raspbian – một phiên bản dựa trên Debian đã được tối ưu cho phần cứng của Pi là hệ điều hành được Raspberry Pi Foundation đề nghị sử dụng. Ngoài ra Raspberry Pi có thể chạy được các hệ điều hành sau: Linux (Raspbian, Pidora Archlinux), OpenElec & XBMC, RetroPie, RISC OS, Plan 9, Firefox OS, Android, Pipboy.
Đối với phiên bản Raspberry Pi 2 thì có thể chạy được hệ điều hành Ubuntu và Window 10. Với bộ kit này thậm chí có thể cải đặt hệ điều hành android mà thiết bị vẫn hoạt động tốt đặc biệt là phiên bản android 4.3 do Broadcom xây dựng, rất thích hợp với bộ xử lý Broadcom2835. Phần mềm Raspberry Pi có thể chạy được nhiều ứng dụng như trình duyệt Web, phần mềm chơi nhạc, xem phim, các công cụ lập trình như python, QT, bộ phần mềm Office tương đương như những máy tính sử dụng hệ điều hành Linux.5 Ứng dụng Nhờ có một cộng đồng lớn hỗ trợ mà bộ kit này được ứng dụng rộng rãi trong nhiễu lĩnh vực. Muc tiêu ban đầu là để tạo ra máy tính cho trẻ em, nhưng hiện nay Kit Raspberry pi không chỉ dừng lại ở đó – sinh viên, kỹ sư cũng rất hứng thú với bộ kit này.
Kit Raspberry có rất nhiều ứng dụng trong thực tế như dùng để xem phim, nghe nhạc, giải trí. Tuy nhiên, mục đích chính của Raspberry Pi là dùng trong trong việc nghiên cứu học tập hay dùng để thiết kế các sản phẩm khoa học, các thiết bị có ứng dụng thực tế trong đời sống. Kit Raspberry có thể được dùng thực hiện các đề tài như: Xe tự hành, tránh vật cản Camera bay Camera giám sát 7 do an Các thiết bị đo đạc nhiệt độ, độ ẩm và xử lý thông tin thu được Ngoài ra, một số chuyên gia còn dùng Kit Raspberry để tạo ra được các siêu máy tính cỡ nhỏ khi chúng được kết nối và đồng bộ hóa với nhau. Với một cộng đồng người dùng rất đông đảo trên thế giới mà ứng dụng của kit raspberry trong cuộc sống đã vượt xa so với mục đích ban đầu của nhà sản xuất.
Có rất nhiều cuộc thi được tổ chức nhằm đánh giá cao giá trị sử dụng của bộ kit này với những ý tưởng độc đáo như thiết kế máy tính bảng sử dụng kit Raspberry làm bộ xử lý chính.1 Giới thiệu động cơ servo Động cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động cơ quay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bước là động cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận được. Việc thiết lập một hệ thống điều khiển để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ hoặc làm động cơ không quay cũng không dễ dàng. Vì vậy, động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển.
Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác. Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiếu máy khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe hơi.
Ứng dụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động cơ dùng trong mô hình máy bay và xe hơi. Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là động cơ servo R/C (radio-controlled). Trong thực tế, bản thân động cơ servo không phải được điều khiển bằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến trên máy bay hay xe hơi. Động cơ servo nhận tín hiệu từ máy thu này.
Như vậy có nghĩa là ta không cần phải điều khiển robot bằng tín hiệu vô tuyến bằng cách sửd ụng một động cơ servo.2 Cấu tạo và hoạt động của Servo Hình 2. 3 Servo 9g Cấu tạo Một servo thông thường bao gồm 10 bộ phận 1. Bảng mạch điện tử 3. Trục đầu ra/ bánh răng 8.
Vật đính kèm (bánh xe, cánh tay quay) 9. Điều khiển chip 9 do an Hình 2. 4 Cấu tạo bên trong của một động cơ servo Hoạt động của Servo Động cơ và vôn kế nối với mạch điều khiển tạo thành mạch hồi tiếp vòng kín. Cả mạch điều khiển và động cơ đều được cấp nguồn DC.
Để quay động cơ, tín hiệu số được gới tới mạch điều khiển. Tín hiệu này khởi động động cơ, thông qua chuỗi bánh răng, nối với vôn kế. Vị trí của trục vôn kế cho biết vị trí trục ra của servo. Khi vôn kế đạt được vị trí mong muốn, mạch điều khiển sẽ tắt động cơ.
Động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn chứ không phải quay liên tục như động cơ DC hay động cơ bước. Mặc dù có thể chỉnh động cơ servo quay liên tục nhưng công dụng chính của động cơ servo là đạt được góc quay chính xác trong khoảng từ 90o – 180o.3 Servo và điều biến độ rộng xung Trục của động cơ servo R/C được định vị nhờ vào kỹ thuật gọi là điều biến độ rộng xung (PWM). Trong hệ thống này, servo là đáp ứng của một dãy các xung số ổn định. Cụ thể hơn, mạch điều khiển là đáp ứng của một tín hiệu số có các xung biến đổi từ 1 – 2 ms.
Các xung này được gởi đi 50 lần/giây.