TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG THỰC HÀNH KĨ THUẬT ARDUINO 1 Sinh viên thực hiện: D6-DTVT2 Nguyễn Thanh Hải © Vũ Đình Hoan Nguyễn Đức Anh Lê Xuân Quyền Nguyễn Tuấn Bảo Vũ Viết Tùng Nguyễn Văn Đại Nguyễn Thị Yến B Nguyễn Văn Hà Chương 1: Quá trình của kĩ thuật Ardruino Trong chương này, chúng ta sẽ thảo luận về các quy trình kỹ thuật và làm thế nào bạn có thể sử dụng nó để hợp lí hóa các mẫu thử bằng cách tránh các vấn đề xảy ra với phần cứng và phần mềm và giữ một tiến trình cố định . Trong suốt cuốn sách này, bạn sẽ có những thiết kế mà sẽ 2 được tổ chức thành một trình tự có thể gọi là các “quá trình kĩ thuật “ . Dưới đây là tóm tắt của các trình tự này Thu thập các yêu cầu . Tạo các tài liệu yêu cầu . Thu thập phần cứng . Cấu hình phần cứng . Viết phần mềm . Gỡ lỗi của phần mềm Arduino . Xử lý sự cố phần cứng . Hoàn tất mẫu thử . Như bạn có thể tưởng tượng, thậm chí tóm tắt này của quá trình kỹ thuật là rất hiệu quả khi tạo mẫu, đó là lý do tại sao chúng tôi sẽ sử dụng nó với Arduino trong cuốn sách này.Vậy Arduino là gì ? Arduino là một vi điều khiển rất tùy biến , ngoài ra nó còn là mã nguồn mở, có nghĩa là mã nguồn có sẵn cho các nhu cầu lập trình của bạn ; môi trường phát triển tích hợp (IDE) (nơi bạn sẽ được viết phần mềm của bạn) là miễn phí, và hầu hết các tài nguyên bạn có thể tìm được là mã nguồn mở . Điều duy nhất bạn phải mua là bộ vi điều khiển Arduino chính nó. Arduino được hỗ trợ rất tốt trên Web và trong sách vở, điều này làm cho nó rất dễ dàng để nghiên cứu làm thế nào để chủ đề; một vài trang web sẽ giúp bạn bắt đầu học arduino là www.Arduino.cc và http://tronixstuff.wordpress.com/tutorials/ Nhưng cuốn sách này là một cách đợn giản hơn để tham khảo; cuốn sách này sẽ dạy cho bạn về quá trình kĩ thuật arduino - một kỹ năng rất hữu ích cho việc tạo các thiết kế dễ đọc hơn, hiệu quả và đáng tin cậy hơn . Thu Thập Phần Cứng Trước khi nghiên cứu các bước quy trình kỹ thuật, điều quan trọng là phải biết một số các bộ phận và vật liệu cần có . Trong suốt cuốn sách này, bạn sẽ cần những linh kiện kế tiếp của phần 3 cứng để hoàn thành các thiết kế khác nhau.Chúng ta sẽ làm việc trên (đối với một danh sách đầy đủ của phần cứng được sử dụng trong cuốn sách này, xin vui lòng xem Phụ lục A):  Arduino Duemilanove hoặc UNO : Bạn có thể sử dụng vi điều khiển Duemilanove hoặc UNO trong cuốn sách này (Hình 1-1) . Chúng có nhiều cổng I / O cho các cảm biến và động cơ . Chúng ta sẽ sử dụng các điểm I / O để điều khiển và theo dõi các thiết kế khác nhau trong cuốn sách này. Hình 1-1 : Arduino UNO (trái ) and Duemilanove ( phải) Arduino BT hoặc Bluetooth Mate sliver: Ta nên sử dụng modem Bluetooth Mate sliver cho cuốn sách này bởi vì nó có thể làm cho Arduino Duemilanove hoặc UNO của bạn hành xử như một ArduinoBT với một nửa chi phí. Ngoài ra, các ArduinoBT không có điểm đầu ra 3.3V, vì vậy bạn sẽ cần phải thêm mạch để các Arduino để có được 3.3V , cái mà bạn cần trong chương 6 của cuốn sách này . Hình 1-2 minh họa hai phần của phần cứng. 4 Hình 1-2: ArduinoBT (left) and Bluetooth Mate Silver (right) Solderless breadboard: Một phần rất quan trọng của phần cứng là breadboard solderless (xem Hình 1-3), được sử dụng để thực hiện mạch của bạn. Đối với cuốn sách này, bạn cần phải có một breadboard solderless hạng trung. Nó sẽ được sử dụng trong cả hai giai đoạn thiết kế và xử lý sự cố của dự án. Hình 1-3 : Một ví dụ về một solderless breadboard 5 Dây: Chúng ta sẽ sử dụng một số lượng lớn các dây trong cuốn sách này; bạn có thể có được một kit wire jumper ( kit đi dây ) ở hầu như bất kỳ cửa hàng điện tử. Lá chắn Arduino: Chúng tôi sẽ sử dụng một số lá chắn trong cuốn sách này, bao gồm cả lá chắn động cơ, GPS, GSM, và LCD (xem Hình 1-4). Hình 1-4 : Một cặp lá chắn Arduino , GPS Shield ở bên trái và lá chắn motor ở bên phải Lá chắn động cơ : Lá chắn này được sử dụng để điều khiển động cơ lên tới 18V. Nó bao gồm một mặt gắn kết cầu H , cái mà cho phép một mô tơ điện áp cao hơn đc sử dụng tốt cũng như điều khiển hai mô tơ. Để biết thêm thông tin về cầu H , chúng ta có thể đọc chương 3 . Lá chắn GPS : Lá chắn này được sử dụng để có được thông tin vị trí từ vệ tinh GPS. Nó sử dụng các tiêu chuẩn của Hiệp hội Điện tử Hàng Hải Quốc gia (NMEA) , có thể được phân tích để cho bạn biết bất kỳ các con số về những thứ như kinh độ và vĩ độ cho dù GPS có một số vấn đề về sửa lỗi , loại sửa lỗi , một sự đánh dấu thời gian và tỉ số tín hiệu trên nhiễu .Thông tin chi tiết về hệ thống GPS được trình bày ở chương 5 . Lá chắn GSM : Lá chắn này sẽ cho phép bạn sử dụng sức mạnh của Hệ Thống Truyền Thông Di Động Toàn Cầu (GSM) để gửi tin nhắn văn bản qua lại ở khoảng cách lớn ; lá chắn này cũng sử dụng một giao thức chuẩn, gọi là giao thức GSM. Lá chắn LCD : Được sử dụng để thêm các hình ảnh về cuộc sống vào trong các robot. Các lá chắn LCD cũng có thể được sử dụng để tạo giao diện người dùng của riêng bạn cho robot của bạn hoặc bất kỳ thiết kế nào khác mà bạn muốn persue. 6 Cảm biến : Đây là rất quan trọng vì chúng tạo ra sự sống cho các thiết kế của bạn. Một số ví dụ là cảm biến PIR (hồng ngoại thụ động ), sonar và nhiệt độ (xem Hình 1- 5). Hình 1-5 : Một cảm biến PIR (trái) và một cảm biến sonar (phải) Cảm biến PIR: Đây là một bộ cảm biến vượt trội để phát hiện những thay đổi trong ánh sáng hồng ngoại và có thể phát hiện những thay đổi về nhiệt độ. Nó cũng là rất tốt với khả năng phát hiện chuyển động . Cảm biến Sonar: Sonar cảm biến phát hiện tốt các đối tượng trong môi trường xung quanh. Các cảm biến Sonar mà chúng ta sẽ sử dụng là một bộ cảm biến Parallax và cho ta biết khoảng cách bao xa tới các đối tượng . Cảm biến nhiệt độ: Những cảm biến này được sử dụng để đọc nhiệt độ. Để sử dụng chúng, trước tiên bạn cần mở rộng quy mô điện áp với nhiệt độ bạn muốn ghi lại; bạn có thể tìm thêm thông tin về bộ cảm biến này trong chương 6. Servos và motor : điều khiển nhiều khía cạnh của thiết kế (xem Hình 1-6). 7 Hình 1-6 : Các ví dụ về một số mô tơ Các loại khác: Đây là những thành phần phổ biến nhất, chẳng hạn như điện trở, tụ điện, đèn LED, điốt, và bóng bán dẫn (xem hình 1-7). Hình 1-7 :Các thành phần khác của phần cứng (các khối thiết bị đầu cuối, tụ điện, điện trở, đèn LED, và chuyển mạch) 8 Thu Thập Các Công Cụ. Trong phần này chúng ta sẽ được mô tả ngắn gọn một loạt các công cụ , đối với một danh sách đầy đủ các công cụ bạn cần vui lòng xem Phụ lục A. Hàn sắt: Công cụ này được sử dụng để kết nối các mạch với nhau; mà chúng ta sẽ sử dụng nó chủ yếu để kết nối dây mạch (xem Hình 1-8). Hình 1-8 : Một mỏ hàn sắt và ống đặt của nó Hàn: Bạn sẽ sử dụng kết hợp với sắt hàn; nó là kim loại kết nối các mạch với nhau. Hàn có nhiệt độ nóng chảy rất thấp. Kìm mũi nhọn: Những kìm là rất quan trọng; chúng được sử dụng để giữ dây và mạch tại chỗ, quấn dây xung quanh mạch, (xem hình 1-9). Kính phóng đại : Công cụ này được sử dụng để xem tốt hơn mạch. Kềm (dikes): Chúng được sử dụng để cắt dây (xem hình 1-9). Kìm cắt tuốt dây: Công cụ này được sử dụng để tách dây cách điện (xem hình 1-9) 9 Đồng hồ vạn năng: Có thể là công cụ quan trọng nhất mà bạn có thể sở hữu, công cụ này cho phép bạn đọc điện áp AC (dòng xoay chiều) và DC (dòng một chiều), amps (ampe), và ohms (xem Hình 1-9). Máy tính khoa học: Điều này cho phép bạn làm các phép tính khác nhau (Luật Ohm, chia điện áp, vv). Hình 1-9 : Công cụ bổ sung từ trái sang phải: Đồng hồ vạn năng, kìm nhọn , kìm cắt dây (trên) , kìm cắt,tuốt dây (dưới ) Tìm hiểu về Quy Trình Kỹ Thuật Các quy trình kỹ thuật là rất hữu ích trong việc tạo các thiết kế của bạn hiệu quả hơn, sắp xếp hợp lý, và dễ hiểu. Quá trình này bao gồm thu thập yêu cầu, tạo ra các tài liệu yêu cầu, tập hợp các phần cứng chính xác, cấu hình phần cứng, viết phần mềm, gỡ lỗi phần mềm, khắc phục sự cố phần cứng, và phát tín hiệu ngừng trên nguyên mẫu hoàn thành Thu thập yêu cầu Một ngày, khi bạn là một kỹ sư, bạn có thể được yêu cầu để tới một công ty và đánh giá nhu cầu của họ cho một thiết kế cụ thể. Phần này của quá trình kỹ thuật là rất quan trọng; tất cả mọi thứ sẽ phụ thuộc vào các yêu cầu bạn thu thập tại cuộc gặp đầu tiên này . Ví dụ, giả sử bạn biết rằng 10 [...]... trở nên phức tạp hơn, và các quy trình kỹ thuật sẽ trở nên cần thiết hơn để đảm bảo mã code là hiệu quả, hợp lý, và dễ hiểu Tóm Tắt Sơ Lược Trong chương này, ta đã học được những phần khác nhau của phần cứng và các công cụ khác nhau như: Arduino, Arduino Shields (lá chắn arduino) , Đồng hồ vạn năng, và kìm nhọn , sau đó chúng ta đã tìm hiểu về qui trình kĩ thuật Arduino Các bước trong quá trình này là... cài đặt Arduino IDE Để làm điều này, đi đến www .Arduino. cc/en/Main/Software Arduino IDE sẽ làm việc với Windows Vista hoặc 7, Mac OS X, và các hệ thống Linux Sau khi Arduino IDE sẽ được tải về máy tính để bàn của bạn, nó sẽ được trong một định dạng nén, do đó giải nén file Arduino- 0022 trên máy tính để bàn của bạn Arduino IDE đã được cài đặt Bây giờ bạn có Arduino IDE được cài đặt trên máy tính của bạn,... thể sử dụng một điện trở 22 Ohm để hạn dòng cho LED Hoàn Thành Mẫu Thử Một khi bạn đã hoàn thành việc gỡ lỗi phần mềm và khắc phục sự cố phần cứng, bạn cần phải có một nguyên mẫu hoàn thành sẽ làm việc trong hầu hết các trường hợp Một khi b đã hoàn thành việc gỡ lỗi phần mềm và khắc phục sự cố phần cứng, bạn cần phải có một nguyên mẫu hoàn thành sẽ làm việc trong hầu hết các trường hợp Trong chương... LED nhấp nháy Arduino Pin 9V LED Cổng kết nối Pin 9V 12 Để thiết lập phần cứng, chúng ta cần phải kết nối các đèn LED tới pin kỹ thuật số 13 và nối đất trên Arduino (xem hình 1-11), như minh họa trong sơ đồ thể hiện trong hình 1-12 Hình 1-11 : Các thiết lập phần cứng cho thiết kế nhấp nhát LE Hình 1-12 : Một sơ đồ nguyên lí của thiết kế nhấp nháy LED 13 Đầu tiên, chúng ta cần phải cài đặt Arduino IDE... trên máy tính của bạn, bạn cần phải chắc chắn rằng nó được cấu hình đúng Để làm điều này, mở Arduino IDE, và vào Tools cổng nối tiếp (Serial port) ; chọn cổng nối tiếp ( Serial port) Arduino của bạn được kết nối với Tiếp theo, chọn Tools board , và chọn Arduino board bạn đang sử dụng (cuốn sách này sử dụng Arduino Duemilanove Atmega328) Một khi phần cứng của bạn được cấu hình, nó là thời điểm để viết... hợp các phần cứng , cấu hình phần cứng, viết phần mềm, gỡ lỗi các phần mềm Arduino, khắc phục sự cố phần cứng, và hoàn thành nguyên mẫu Tacũng xác định một số điều khoản mới sẽ giúp hiểu được quy trình kỹ thuật, vàchúng ta đã học được sự khác biệt giữa các lỗi logic và cú pháp 16 Chương 2: Tìm hiểu về chương trình phần mềm Arduino Trong chương này, chúng ta sẽ thảo luận về các khối lập trình khác... đó, bạn và khách hàng xác định rằng các bộ vi xử lý Arduino là sự lựa chọn tốt nhất Để sử dụng Arduino nhấp nháy đèn LED [chèn một ví dụ ở đây], một khách hàng cần một đèn LED nhấp nháy ở khoảng 100ms Khởi tạo những tài liệu yêu cầu Dựa trên nhu cầu của khách hàng và giải pháp đề xuất của bạn, sau đây là một tài liệu yêu cầu rất đơn giản: Phần cứng Arduino LED Pin 9V Cổng kết nối Pin 9V Điện trở 22... trong chương này là NewSoftwareSerial, Thư viện LCD, TinyGPS,và một vài thư viện khác Bắt Đầu Với setup( ) và loop( ) Tất cả các chương trình Arduino phải có hai thành phần chính để làm việc đúng là setup () và loop () Chúng được thực hiện như sau : // chương trình Arduino cơ bản void setup() { // thiết đặt I/O tại đây } void loop() { // làm một số công việc } 17 setup ( ) được sử dụng để thiết lập cổng... trọng bởi vì để sử dụng các chân trên Arduino, chúng ta cần phải thông báo với Arduino rằng chúng sẽ được sử dụng loop ( ) nắm giữ tất cả các mã điều khiển các cổng I / O Ví dụ, ở đây bạn sẽ thông báo với động cơ (motor) của bạn chạy với một tốc độ nhất định Chúng ta sẽ tìm hiểu làm thế nào để thiết lập và điều khiển I / O trong các phần tiếp theo Chương trình Arduino cũng có chức năng bổ sung các... Libraries trong thư mục Arduino- 022 Sau khi bạn làm điều đó, bạn sẽ có thể sử dụng bất kỳ thư viện tương thích với các Arduino NewSoftwareSerial Thư viện NewSoftwareSerial cho phép chúng tôi viết lệnh cho nhiều chương trình nối tiếp Để sử dụng thư viện này, điều đầu tiên bạn phải làm là có được thư viện NewSoftwareSerial từ Internet và thêm nó vào thư mục Libraries trong thư mục Arduino IDE Bạn có thể . cứng và các công cụ khác nhau như: Arduino, Arduino Shields (lá chắn arduino) , Đồng hồ vạn năng, và kìm nhọn , sau đó chúng ta đã tìm hiểu về qui trình kĩ thuật Arduino . Các bước trong quá trình. arduino là www .Arduino. cc và http://tronixstuff.wordpress.com/tutorials/ Nhưng cuốn sách này là một cách đợn giản hơn để tham khảo; cuốn sách này sẽ dạy cho bạn về quá trình kĩ thuật arduino - một. Duemilanove hoặc UNO của bạn hành xử như một ArduinoBT với một nửa chi phí. Ngoài ra, các ArduinoBT không có điểm đầu ra 3.3V, vì vậy bạn sẽ cần phải thêm mạch để các Arduino để có được 3.3V ,