Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Thiết kế và thi công hệ thống. Trang 1 do an Chương 4: Kết quả thực nghiệm.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển. CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu về Raspberry Pi Raspberry Pi là cái máy tính giá 35USD kích cỡ như iPhone và chạy HĐH Linux. Với mục tiêu chính của chương trình là giảng dạy máy tính cho trẻ em. Được phát triển bởi Raspberry Pi Foundation – 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.1 Raspberry Pi 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. 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.
Người dùng 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 Trang 2 do an 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 … Ngoài sản phẩm chính là Board máy tính Raspberry Pi, Raspberry Foundation còn thiết kế các module rời đính kèm như: Camera: có các phiên bản V1, V1 NoIR, V2, V2 NoIR. Touch Display: màn hình cảm ứng điện dung 7 inch. Sense HAT: board tích hợp các cảm biến về độ ẩm, gia tốc, từ trường.
kèm với một ma trận LED RGB 8x8. TV HAT: module nhận tín hiệu từ cáp truyền hình dạng Digital.2 Thông số kỹ thuật Broadcom BCM2837 4 nhân tốc độ 1.2 GHz 64-bit quad-core ARM Cortex-A53 802.11 b/g/n Wireless LAN Bluetooth 4.1 (Classic & Low Energy) Dual core Videocore IV® Multimedia co-processor RAM 1 GB LPDDR2 Hỗ trợ mọi phiên bản hệ điều hành nền Linux và Win 10 IoT MicroUSB connector for 2.5 A power supply 1 x 10/100 Ethernet port 1 x HDMI video/audio connector 1 x RCA video/audio connector 4 x USB 2.0 ports 40 GPIO pins Chip antenna DSI display connector MicroSD card slot Kích thước: 85 x 56 x 17 mm 2.3 Hệ điều hành tương thích Raspbian Là hệ điều hành chính thức do Raspberry Pi Foundation phát hành, chạy được trên mọi phiên bản Raspberry Pi. Dựa trên nền tảng Linux, hệ điều hành này được gói gọn lại trong bản nén 5GB, và cần thẻ nhớ tối thiểu 8GB để cài. Đây là hệ điều hành phổ biến nhất với người dùng Raspberry Pi, với giao diện Desktop thân thiện, khá giống với nền tảng Window của các máy tính thông thường.
Việc cài đặt hoặc tháo gỡ các phần mềm cũng trở nên cực kì đơn giản, có thể dùng các tính năng trên giao diện hoặc gõ trực tiếp một vài lệnh trên Terminal. Trang 3 do an Hình 2.1 Giao diện Desktop của Raspbian Raspbmc Có thẻ gọi đây là bản Raspbian lược bỏ đi LXDE và thay vào đó là XBMC. Nếu ở độ phân giải 720P, OC (CPU 1GHz, Ram 500, DSP 250, GPU 450, OverVolt 5), fps lúc nào cũng trên 60fps (nếu tắt VSync lên tới 80fps). Phim hỗ trợ đủ loại format, codec.
Tuy nhiên vì codec VC-1 và MPEG2 là codec thu phí nên phải trả tiền mua code để unlock. Âm thanh hỗ trợ đầy đủ từ DTS-HD Master, DTS, Dolby, MP3, ACC,… Tuy nhiên muốn nghe âm thanh 5.1 cần phải qua receiver. Phim hỗ trợ đầy đủ nguồn từ NFS, samba, USB, HDD (3TB), UPNP,… Hình 2.2 Giao diện Desktop của Raspbmc Một số hệ điều hành khác không chính thức Trang 4 do an Hình 2.3 Các hệ điều hành khác 2.4 Đặc điểm Ưu điểm Hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình (Python, C, shell, BASH, .) Có cộng đồng người dùng rộng lớn trên khắp thế giới. Nền tảng phần cứng mạnh, ứng dụng được nhiều lĩnh vực.
Tích hợp đầy đủ tính năng cơ bản của một máy tính nhưng lại có giá thành rẻ. Khuyết điểm Số chân GPIO hơi ít (28 chân), nếu muốn làm các ứng dụng cần nhiều chân GPIO thì phải mua thêm các module mở rộng port, hoặc kết hợp các vi điều khiển khác. Không có khối ADC ra chân GPIO, nên khi lập trình cần dùng các cảm biến có tín hiệu ra dạng Digital, hoặc phải mua thêm khối ADC rời.2 Cảm biến siêu âm SRF-05 2.1 Giới thiệu Cảm biến siêu âm SRF-05 là một cảm biến đo khoảng cách dựa trên nguyên lý phát sóng và nhận sóng của một số loài vật trong tự nhiên(cá heo, dơi,.) Trang 5 do an Hình 2.1 Cảm biến SRF-05 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý SRF-05 Trang 6 do an Nguyên lý hoạt động: Kích 1 xung vào chân Trigger và đếm thời gian. Khi chân Echo có tín hiệu mức cao thì ngưng đếm.
Lấy khoảng thời gian đo được nhân với tốc độ sóng âm (330m/s) rồi chia 2, ta sẽ được khoảng cách từ cảm biến đến vật thể đối diện 2.2 Thông số kỹ thuật Điện áp hoạt động: 5VDC. Dòng cấp <2mA. Khoảng cách phát hiện: 2-450 cm.3 Đặc điểm Ưu điểm. Phát hiện khoảng cách xa.
Giá thành rẻ. Thời gian đo ngắn, thích hợp các ứng dụng thời gian thực. Nhược điểm Đo càng xa càng không chính xác.3 Module điều khiển động cơ L298 2.1 Giới thiệu Module L298 là mạch điều khiển động cơ 12VDC bằng tín hiệu 5VDC rất phổ biến trong các dự án học tập và thực tế. Dựa trên thiết kế cơ bản là mạch cầu H, IC L298 được gắn thêm tản nhiệt, giúp IC có thể điều khiển đến dòng cao nhất 2A.1 Module L298 Trang 7 do an 2.2 Thông số kỹ thuật Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H Điện áp điều khiển : +5V ~ +12 V Dòng tối đa cho mỗi cầu H là :2A Điện áp của tín hiệu điều khiển : +5 V ~ +7 V Dòng của tín hiệu điều khiển : 0 ~ 36Ma Công suất hao phí : 20W (khi nhiệt độ T = 75 °C) Nhiệt độ bảo quản : -25°C ~ +130 2.3 Nguyên lý điều khiển Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý của L298 Khi điều khiển cần chú ý đến các chân ENA, ENB, IN1, IN2, IN3, IN4 ENA = 1: Cho phép động cơ bên OUT_A hoạt động o IN1=1, IN2=0: động cơ OUT_A quay thuận o IN1=0, IN2=1: động cơ OUT_A quay nghịch o IN1=0, IN2=0: động cơ OUT_A không quay o IN1=1, IN2=1: động cơ OUT_A không quay ENA = 0: Không cho phép động cơ bên OUT_A hoạt động ENB = 1: Cho phép động cơ bên OUT_B hoạt động o IN3=1, IN4=0: động cơ OUT_B quay thuận o IN3=0, IN4=1: động cơ OUT_B quay nghịch o IN3=0, IN4=0: động cơ OUT_B không quay o IN3=1, IN4=1: động cơ OUT_B không quay ENB = 0: Không cho phép động cơ bên OUT_B hoạt động 2.4 Cảm biến la bàn QMC5883L 2.1 Giới thiệu Trang 8 do an Cảm biến la bàn số QMC5883L có kích thước nhỏ gọn sử dụng giao tiếp I2C, được dùng để đo từ trường của trái đất nhằm xác định phương hướng với độ chính xác lên đến 1 hoặc 2 độ, cảm biến có cách đo riêng biệt cho từng trục và có thể kết hợp lại để tính toán 3D.
Cảm biến la bàn số QMC5883L còn có thể dùng để đo từ trường thô hoặc các nguồn từ trường mạnh hơn gần nó, cảm biến có thể cảm nhận được nguồn từ trường xung quanh nó như của nam châm hoặc điện trường, khi phát hiện được từ trường từ bên ngoài, nó có thể xác định được khoảng cách tương đối hoặc chiều đến vật phát ra từ trường đó.1 Cảm biến QMC5883L 2.2 Thông số kỹ thuật Nguồn cấp: 3-5VDC. Chuẩn giao tiếp: Standard I2C.5 Cảm biến dò line đơn 2.1 Giới thiệu Cảm biến dò line có thể dùng để phát hiện line trắng và đen. Mạch sử dụng cảm biến hồng ngoại TCRT5000 với khoảng cách phát hiện từ 1~25mm giúp dễ dàng trong quá trình cài đặt module lên thiết bị. Có thể dễ dàng điều chỉnh độ nhạy của cảm biến qua biến trở được thiết kế sẵn trên board.1 Cảm biến dò line đơn 2.2 Thông số kỹ thuật Trang 9 do an Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý cảm biến dò Line đơn Nguồn cung cấp: 5VDC.
Mạch sử dụng chip so sánh LM393. Dòng điện tiêu thụ: <10mA. Dải nhiệt độ hoạt động: 0oC ~ 50oC. Ngõ giao tiếp: 4 dây VCC, GND, DO, AO.
Mức tín hiệu ngõ ra: TTL. Kích thước: 3.6 Cảm biến đo điện áp 2.1 Giới thiệu Cảm biến điện áp DC nhận điện áp đầu vào 0 – 25 VDC, sau đó hạ áp xuống còn 0 – 5 VDC cho điện áp đầu ra. Cảm biến được dùng để giám sát tình trạng áp của hệ thống, hoặc mức phần trăm năng lượng của pin, ac-quy.1 Cảm biến đo điện áp 2.2 Thông số kỹ thuật Trang 10 do an Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý cảm biến điện áp Điện áp đầu vào không lớn hơn 5Vx5 = 25 V (nếu sử dụng 3.3V, điện áp đầu vào không lớn hơn 3. Điện áp tối thiểu của đầu vào điện áp module phát hiện là 0.
Dải điện áp đầu vào: 0 - 25 V DC Điện áp phạm vi phát hiện: DC 0.02445V Điện áp analog độ phân giải: 0.7 Mạch Arduino Nano 2.1 Giới thiệu Kit phát triển Arduino từ trước đến nay luôn nổi tiếng như là một giải pháp nhanh, gọn, tiện dụng cho các dự án hệ thống nhúng, IoT.Tuy nhiên các board mạch phổ biến như Arduino Uno, Arduino Mega. lại có kích thước khá lớn, không phù hợp với các dự án như thiết bị đeo tay, xe robot mini.Chính vì thế mà sự ra đời của mạch Arduino Nano với kích thước 1.3cm như là một giải pháp triệt để, khiến Arduino có thể phủ rộng khắp mọi lĩnh vực lập trình nhúng.1 Board Arduino Nano 2.2 Thông số kỹ thuật Trang 11 do an Hình 2.