CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN 1. Một số ví dụ về hệ thống E-blocks 1. Đọc dữ liệu nhiệt độ thông qua Internet Hệ thống bao gồm board trung tâm vi điều khiển PIC thu thập dữ liệu cảm biến nhiệt độ và sau đó gửi đến website để vẽ đồ thị nhiệt độ theo thời gian thực. Các board được xây dựng theo dạng module dễ tháo lắp, kết nối.1 – Hệ thống đọc dữ liệu nhiệt độ thông qua Internet 1.
Truyền nhận âm thanh trên nền tảng vi điều khiển ARM Board Bluetooth giao tiếp với cổng truyền thông nối tiếp (serial port) của vi điều khiển ARM, cho phép người dùng cài đặt hệ thống truyền thông và truyền dữ liệu giữa các máy chủ thu phát Bluetooth qua board xử lý âm thanh và giao tiếp Bluetooth CODEC. Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 9 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks Hình 1.2 – Hệ thống truyền nhận âm thanh trên nền tảng vi điều khiển ARM 1. Dạng kết nối của E-blocks E-blocks được xây dựng trên ý tưởng kết nối dạng bus bằng cổng kết nối D-type, vì có cổng đực (male) và cái (female) kết nối dễ dàng và tiện lợi. Mỗi D-type bao gồm 8 bit và 1 chân nối đất (GND) nên còn gọi là cổng DB9.
Kết nối của cổng DB9 trên board trung tâm dùng cổng cái D-type sockets (female). Kết nối của cổng DB9 trên board thiết bị ngoại vi dùng cổng đực D-type plugs (male).3 – D-type plugs (male) và D-type sockets (female) Trên mỗi cổng DB9, bit 0 được nối với chân 1, bit 1 được nối với chân 2,… chân 9 được nối với chân 0V. Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 10 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks 1. Nguồn cấp E-blocks Nguồn cấp 12VDC giữa các E-blocks thông qua đầu nối domino (terminal), bằng cách dùng dây kết nối ngoài vì đa số các board ít sử dụng nguồn cấp ngoài nên không tích hợp vào DB9 mà DB9 chỉ dùng để nối 0V (GND) giữa các module.4 – Kết nối nguồn 12VDC thông qua dây ngoài khi cần thiết Module trung tâm hiện tại còn cung cấp nguồn 5VDC cho các ứng dụng khác nếu có.
Đế gắn vi điều khiển Sử dụng đế gắn linh hoạt ZIF ở board điều khiển trung tâm để thay thế dễ dàng các loại vi điều khiển khi cần, tránh hư hỏng và gãy chân linh kiện.5 – Đế gắn vi điều điều khiển ZIF Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 11 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks 1. Sơ đồ nguyên lý Mỗi module E-blocks đều có tài liệu kỹ thuật (datasheet) kèm theo. Trong datasheet có thể tìm thấy bảng mô tả phần cứng (Hardware), các chỉ dẫn kiểm tra và sơ đồ nguyên lý đầy đủ của module. Nhiều module có thể kèm theo chương trình (code) mẫu, chỉ dẫn viết code và các ứng dụng.
Datasheet có sẵn trên website: www.6 – Ví dụ sơ đồ nguyên lý của module nút nhấn 1. Tấm gá đặt các module E-blocks Các module E-blocks được lắp tên tấm gá đặt bằng vật liệu metal bằng các lỗ có đường kính 4mm, các lỗ cách nhau 20mm tạo thành ma trận lỗ. Giúp việc lắp đặt, thao tác thuận lợi và đơn giản. Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 12 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks Hình 1.7 – Tấm gá đặt các module E-blocks Hình 1.8 – Module E-blocks với bolts M3 dài 12mm dùng lắp đặt 1.
Cáp nối dài Khi lắp đặt trên tấm gá đặt, một số trường hợp không thể kết nối, cáp nối dài sẽ giúp việc kết nối dễ dàng và linh hoạt hơn. Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 13 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks Hình 1.9 – Module và cáp nối dài 1. Tấm bảo vệ các module E-blocks Tấm bảo vệ được làm bằng vật liệu mica ngăn cách phần cho phép và không cho phép thao tác.10 – Module và tấm bảo vệ Hình 1.11 – Mặt bên module và tấm bảo vệ Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 14 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks CHƯƠNG 2: THỰC TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2. Thực trạng Hệ thống E-blocks hiện tại module trung tâm chỉ sử dụng vi điều khiển PIC, phần cứng lập trình chưa nhiều và hạn chế về khả năng mở rộng các thiết bị.1 – Module trung tâm sử dụng vi điều khiển PIC 2.
Giải pháp Xuất phát từ thực trạng cần thêm thiết bị lập trình để tăng tính đa dạng và mở rộng các bài học, tác giả đưa ra giải pháp thiết kế, xây dựng một module trung tâm mới với phần cứng lập trình mới là Arduino và ESP phù hợp với xu hướng học tập đa dạng hiện nay.2 – Module trung tâm mới sử dụng Arduino và ESP Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 15 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks Các phần cứng có thể sử dụng trong module trung tâm mới: Arduino Uno, Arduino Mega 2560, ESP32.3 – Arduino Mega 2560 Hình 2.4 – Arduino Uno R3 Hình 2.5 – ESP32 Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 16 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU - Thiết kế và thi công hoàn chỉnh module thí nghiệm dùng lập trình Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks.1 – Module trung tâm mới dùng Arduino và ESP Hình 3.2 – Module trung tâm cũ dùng PIC và mới dùng Arduino, ESP Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 17 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks - Tài liệu hướng dẫn sử dụng module trung tâm. Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 18 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Sau quá trình thực hiện, đề tài đã đạt được những mục tiêu: - Thiết kế và thi công được module thí nghiệm dùng lập trình Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks. - Hoàn thành tài liệu hướng dẫn sử dụng module trung tâm. - Tiếp cận được các hướng ứng dụng phần cứng mới cho module cũ.
HƯỚNG PHÁT TRỂN - Tích hợp thêm các cổng giao tiếp (Ethernet, CAN, RS232,. - Xây dựng hệ thống các bài tập thực hành áp dụng module trung tâm mới với các module ngoại vi. - Sau khi hoàn thành xong module trung tâm, có thể áp dụng phương pháp thiết kế của E- blocks để thiết kế các module ngoại vi mới. Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 19 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tất Bảo Thiện – Phạm Quang Huy, Lập trình IoT với Arduino ESP8266 và XBEE, NXB Thanh Niên, 2018.
[2] Bùi Quang Minh – Dương Thanh Long – Phạm Quang Huy, Lập trình điều khiển xa với ESP8266 – ESP32 và Arduino, NXB Thanh Niên, 2019.cc, Arduino Mega 2560 Rev3 Manual, 10/2022.cc, Arduino Uno R3 Manual, 10/2022.com, ESP32-WROOM-32 Datasheet, 03/2022.com, E-blocks user guide, 01/2015. Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 20 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks PHỤ LỤC Phụ lục 1 – Tài liệu hướng dẫn module E-Blocks của Matrix Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 21 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks Phụ lục 2 – Arduino Mega 2560 Manual Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 22 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 23 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 24 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 25 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 26 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks Phụ lục 3 – Arduino Uno R3 Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 27 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 28 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 29 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks Phụ lục 4 – ESP32 Manual Label GPIO Safe to use? Reason Must be HIGH during boot and LOW for D0 0 programming TX0 1 Tx pin, used for flashing and debugging Must be LOW during boot and also connected to D2 2 the on-board LED RX0 3 Rx pin, used for flashing and debugging D4 4 Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 30 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks D5 5 Must be HIGH during boot D6 6 Connected to Flash memory D7 7 Connected to Flash memory D8 8 Connected to Flash memory D9 9 Connected to Flash memory D10 10 Connected to Flash memory D11 11 Connected to Flash memory D12 12 Must be LOW during boot D13 13 D14 14 Must be HIGH during boot, prevents startup log D15 15 if pulled LOW RX2 16 TX2 17 D18 18 D19 19 D21 21 D22 22 D23 23 Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 31 Xây dựng module trung tâm dùng Arduino và ESP tương thích với các module E-Blocks D25 25 D26 26 D27 27 D32 32 D33 33 D34 34 Input only GPIO, cannot be configured as output D35 35 Input only GPIO, cannot be configured as output VP 36 Input only GPIO, cannot be configured as output VN 39 Input only GPIO, cannot be configured as output ---------------------------------------End------------------------------------------ Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Duy Phú 32 03/2023 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG Nguyễn Duy Phú 1 03/2023 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MỤC LỤC Giới thiệu module E-Blocks 3 Kích thước module trung tâm 6 Sơ đồ khối 7 Sơ đồ mạch in 8 Địa chỉ I/O 9 Sơ đồ nguyên lý 13 Thao tác kết nối và lập trình 15 Nguyễn Duy Phú 2 03/2023 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG GIỚI THIỆU MODULE E-BLOCKS E-Blocks là sản phẩm của hãng Matrix điều khiển hỗ trợ các phần cứng như có trụ sở tại Anh, là hệ thống các PIC, dsPIC, Raspberry Pi, Arduino module ghép nối thông qua cổng DB9, Uno, ESP32, ST ARM, AVR, FPGA. USB, Terminal hoặc hàng rào, trong Hiện tại hãng Matrix đã phát triển sản đó có một module trung tâm đóng vai phẩm E-Blocks đến thế hệ thứ 2 (gọi trò điều khiển và có khả năng lập trình là E-Blocks2).