TỔNG QUAN VỀ BLUETOOTH
Công nghệ bluetooth
Bluetooth là công nghệ tần số vô tuyến cho phép kết nối và giao tiếp giữa các thiết bị khác nhau trong một khoảng cách nhất định Nhiều thiết bị như điện thoại di động, máy tính và PDA sử dụng công nghệ Bluetooth để truyền tải dữ liệu một cách thuận tiện.
Công nghệ Bluetooth cho phép người dùng làm việc trên máy tính với bàn phím không dây và sử dụng tai nghe không dây để gọi điện hoặc nghe nhạc Kết nối Bluetooth hoạt động ở tần số 2.4 GHz, đạt tốc độ truyền dữ liệu lên đến 1Mb/s Trong khoảng cách 10m, tốc độ truyền tải dữ liệu có thể đạt 720 Kbps.
Tên gọi Bluetooth được lấy từ tên vua Đan Mạch Harald Bluetooth, nổi tiếng với khả năng giao tiếp và thương lượng Các nhà nghiên cứu đã chọn tên này để nhấn mạnh tính năng kết nối và trao đổi thông tin giữa các thiết bị qua công nghệ Bluetooth.
In 1994, Sven Mattison and Jaap Haartsen, employees of Ericsson (now part of Sony Ericsson and Ericsson Mobile Platforms), developed the initial features of Bluetooth technology The Bluetooth Special Interest Group (SIG) further advanced this technology, officially launching it on May 20, 1999.
Sony Ericsson, IBM, Intel, Toshiba và Nokia đã hợp tác phát triển công nghệ không dây tầm gần, giúp truyền dữ liệu giữa các thiết bị di động và cố định qua khoảng cách ngắn, tạo ra mạng cá nhân không dây (Wireless Personal Area Network - PANs) Công nghệ này còn được biết đến với tên gọi IEEE 802.15.1.
Bluetooth hiện nay là một trong những kết nối không dây phổ biến nhất toàn cầu, với khoảng 1 tỷ người dùng vào năm 2006, tương đương với dân số Ấn Độ Khoảng 1/3 số xe hơi mới sản xuất được trang bị công nghệ này, trong đó thiết bị âm thanh stereo phát triển nhanh nhất và có nhiều ứng dụng nhất.
Bluetooth 1.0 Tháng 7/1999, phiên bản Bluetooth 1.0 đầu tiên đƣợc đƣa ra thị trường với tốc độ kết nối ban đầu là 1Mbps Tuy nhiên, trên thực tế tốc độ kết nối của thế hệ này chƣa bao giờ đạt quá mức 700Kbps Phiên bản này còn khá nhiều lỗi và các nhà sản xuất đã rất khó khăn khi tích hợp nó với các sản phẩm công nghệ
Bluetooth 1.1 Năm 2001, phiên bản Bluetooth 1.1 ra đời, đánh dấu bước phát triển mới của công nghệ Bluetooth trên nhiều lĩnh vực khác nhau với sự quan tâm của nhiều nhà sản xuất mới Cũng trong năm này, Bluetooth đươc bình chọn là công nghệ vô tuyến tốt nhất năm
Bluetooth 1.2 Ra mắt vào tháng 11/2003, Bluetooth 1.2 bắt đầu có nhiều tiến bộ đáng kể Chuẩn này hoạt động dựa trên nền băng tần 2.4 Ghz và tăng cường kết nối thoại Motorola RARZ là thế hệ di động đầu tiên tích hợp Bluetooth 1.2
Bluetooth 2.0 + ERD Một năm sau, vào tháng 11/2004, công nghệ Bluetooth 2.0 + ERD đã bắt đầu nâng cao tốc độ và giảm thiểu một nửa năng lƣợng tiêu thụ so với trước đây Tốc độ của chuẩn Bluetooth lên đến 2.1 Mbps với chế độ cải thiện kết nối truyền tải – ERD (enhanced data rate), song ERD vẫn chỉ là chế độ tùy chọn, phụ thuộc vào các hãng sản xuất có đƣa vào thiết bị hay không Năng lƣợng sử dụng của kết nối Bluetooth chỉ còn tiêu hao một nửa so với trước Các thiết bị tiêu biểu ứng dụng Bluetooth 2.0 + ERD là: Apple iPhone, HTC Touch Pro và T- Mobile’s Android G1
Bluetooth 2.1 + ERD Đây chính là thế hệ nâng cấp của Bluetooth 2.0 Bluetooth 2.1 có hiệu năng cao hơn và tiết kiệm năng lƣợng hơn Chuẩn này chủ yếu đã đƣợc sử dụng trong trong điện thoại, máy tính và các thiết bị di động khác Tuy nhiên, Bluetooth 2.1 không cho phép truyền các file lớn với tốc độ cao Do đó, nếu người dùng muốn chuyển các file dung lượng lớn đến 1-2GB từ máy tính sang điện thoại thì chỉ có thể kết nối hai thiết bị này bằng dây cắm USB hoặc bằng thẻ nhớ
Bluetooth 3.0 + HS: Tháng 4/2009, Bluetooth 3.0 - thế hệ "siêu tốc" chính thức ra mắt Bluetooth 3.0 có tốc độ truyền dữ liệu đạt mức 24Mbps – bằng sóng Bluetooth – High Speed, tương đương chuẩn Wi-Fi thế hệ đầu tiên Chuẩn này giúp các thiết bị tương tác tốt hơn, tăng cường năng lực kết nối giữa các cá nhân với nhau và tiết kiệm pin nhờ chức năng điều khiển năng lƣợng nâng cao Đặc biệt, nó có thể dò tự động các thiết bị gần kề và chuyển trực tiếp sang mạng Wi-Fi nếu các thiết bị đó có kết nối Wi-Fi Tuy nhiên, phạm vi hiệu quả nhất chỉ trong vòng 10m
Bluetooth 4.0: Đây là phiên bản mới nhất của Bluetooth vừa đƣợc tổ chức SIG thông qua Bluetooth 4.0 có nhiều đặc điểm chung với chuẩn 3.0, nhƣng ngoài khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao lên tới 25 Mb/giây, Bluetooth 4.0 còn bổ sung thêm khả năng truyền dữ liệu dung lƣợng nhỏ trong phạm vi ngắn (8-27 byte tốc độ 1Mbps) với mức tiêu thụ điện năng rất thấp giúp tiết kiệm năng lƣợng so với chuẩn cũ
Bluetooth 4.0 nhiều khả năng sẽ dành cho các ứng dụng trong lĩnh vực y tế, chăm sóc sức khỏe và an ninh, chẳng hạn nhƣ đồng hồ đeo tay theo dõi sức khỏe, hoặc trang bị cho các bộ cảm biến nhiệt độ, nhịp tim, thể thao, và các thiết bị sử dụng tại gia Tổ chức Continua Health Alliance đã đồng ý chọn lựa Bluetooth 4.0 làm công nghệ truyền dữ liệu cho những thiết bị y tế di động tương lai Dự kiến các thiết bị sử dụng chuẩn bluetooth 4.0 sẽ ra mắt trong quý IV năm nay.
Giới thiệu chung về đề tài
Trong bối cảnh xã hội hiện đại và sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, nhu cầu trao đổi thông tin giải trí và điều khiển thiết bị từ xa ngày càng gia tăng.
Hệ thống dây cáp phức tạp không thể đáp ứng nhu cầu kết nối, đặc biệt ở những khu vực chật hẹp, xa xôi hoặc trên các phương tiện vận chuyển Do đó, công nghệ không dây đã ra đời và phát triển mạnh mẽ, mang lại nhiều tiện ích cho cuộc sống hàng ngày của con người.
Trong những năm gần đây, công nghệ truyền nhận dữ liệu không dây đã phát triển mạnh mẽ, đóng góp lớn cho các hệ thống điều khiển và giám sát từ xa, đặc biệt là trong lĩnh vực hệ thống thông minh Hiện nay, có nhiều công nghệ không dây như RF, Wifi, Bluetooth, và NFC Trong số đó, Bluetooth là một công nghệ lâu đời, liên tục được cải tiến để nâng cao tốc độ truyền tải và khả năng bảo mật.
Trên thị trường Việt Nam, sản phẩm điều khiển thiết bị không dây còn hạn chế và chủ yếu là hàng nhập khẩu với giá cao Việc nghiên cứu và thiết kế bộ sản phẩm điều khiển không dây trong nước không chỉ tăng sự lựa chọn cho người tiêu dùng mà còn giúp giảm giá thành, đồng thời thúc đẩy sự phát triển của các hệ thống điều khiển thông minh.
Tôi quyết định thực hiện đề tài “Mạch điều khiển từ xa các thiết bị qua Bluetooth”, ứng dụng công nghệ Bluetooth phổ biến trên nhiều thiết bị Điểm mới của đề tài là khả năng điều khiển thông qua hệ điều hành Android, tận dụng các thiết bị Android sẵn có của người dùng để giảm giá thành sản phẩm Thêm vào đó, màn hình lớn của điện thoại cho phép hiển thị nhiều thông tin hơn.
1.2.2 Lựa chọn các linh kiện Để thực hiện một sản phẩm nhƣ trên ở quy mô nhỏ ta có thể sử dụng các họ vi điều khiển khác nhau nhƣ AVR, PIC, 8051 hay vi xử lý đa năng nhƣ 8086 Tuy nhiên, để tiết kiệm chi phí cũng nhƣ xét trên khả năng mua các chip trên trên thị trường, tài liệu nghiên cứu về chúng, bộ Kit phát triển, nhóm em đã lựa chọn ATmega 8 làm vi điều khiển cho mạch điều khiển này.Ngoài ra, các linh kiện khác hoàn toàn dễ kiếm trên [1]
PHÂN TÍCH THIẾT KẾ
Sơ đồ khối
Hình 2.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển
(1) Khối nút bấm ( khối điều khiển )
(4) Khối xử lý trung tâm
(5) Khối đèn báo/ rơ le/ ngõ ra
Sơ đồ nguyên lý
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý.
Các IC và linh kiện sử dụng trong mạch
Hình 2.3: Sơ đồ chân ATmega 8
Hình 2.4: Sơ đồ khối ATmega 8
ATMega 8 đóng gói dạng PDIP28 chân.Trong đó có 23chân I/O (in put/out put) chia thành 3 Port: B,C,D; Mỗi một chân có thể đảm nhận nhiều vai trò Cụ thể nhƣ sau:
VCC (chân 7): Chân điện áp GND (chân 8): Chần tiếp đất
Các cổng vào ra của Atmega 8 gồm có 3 PortB, PortC, PortD,
PortB ( PB7…PB0) XTAL2/TOSC2 – Port B, Bit7
XTAL2 là chân 2 dùng để tạo tín hiệu clock, có thể sử dụng với thạch anh hoặc dao động thạch anh tần số thấp Tuy nhiên, khi chân này được sử dụng để dao động, nó sẽ không còn khả năng hoạt động như chân nhập xuất.
TOSC2: Chân 2 là dao dộng Timer Nếu PB7 đƣợc dùng làm clock pin, DDB7, PORTB7 and PINB7 sẽ sẽ hiều là mức 0
XTAL1: Chip clock Oscillatorpin TOSC1: Timer Oscillator pin1
Nếu PB6 dùng làm chân clock, DDB6, PORTB6 and PINB6 sẽ hiều là mức 0
The SCK pin serves as the Master Clock output and Slave Clock input for the SPI channel When the SPI is activated as a Slave, this pin is configured as an input, regardless of the settings from DDB5.
MISO (Master In Slave Out) serves as the data output pin for the SPI channel when the SPI is activated in master mode This pin is configured as an input regardless of any adjustments made to DDB4.
MOSI là chân dữ liệu đầu ra của SPI Master và đầu vào của SPI Slave Khi SPI hoạt động ở chế độ Slave, chân này được cấu hình là ngõ vào mặc dù DDB3 có thể điều chỉnh Ngược lại, khi SPI hoạt động ở chế độ Master, dữ liệu trên chân này được điều khiển trực tiếp bởi DDB3.
SS: Slave Select ngõ vào Khi SPI đƣợc kích hoạt là Slave, chân này đƣợc cấu hình 1 chân ngõ vào bất chấp sự điều chỉnh từ DDB2
OC1A, Output Compare Match output:Chân PB1 có thể xử lý nhƣ 1 ngõ ra bên ngoài Timer/Counter1 Compare Match A
ICP1 –chân giữ(chốt) ngõ vào : Chân PB0 có thể tác động làm 1 chân giữ choTimer/Counter1
Chân RESET – Port C, Bit 6 (RESET) đóng vai trò quan trọng trong việc khởi động lại mạch Khi cầu chì RSTDISBL được lập trình, chân này hoạt động như một chân vào ra bình thường, phụ thuộc vào Power-on Reset và Brown-out Reset làm nguồn reset Nếu PC6 được sử dụng làm chân reset, các tín hiệu DDC6, PORTC6 và PINC6 sẽ được hiểu là mức 0.
The 5SCL two-wire serial interface operates by setting the TWEN bit in the TWCR register to enable the interface When activated, pin PC5 is disconnected from the port and functions as the Serial Clock I/O for the Two-wire Serial Interface.
When the TWEN bit in the TWCR is set to one, the Two-wire Serial Interface is enabled, causing pin PC4 to disconnect from the port and function as the Serial Data I/O pin for the interface.
PC3 cũng có thể dùng là ADC input Channel 3 Chú ý là ADC input channel
PC2 cũng có thể dùng là ADC input Channel 2 Chú ý là ADC input channel
PC1 cũng có thể dùng là ADC input Channel 1 Chú ý là ADC input channel
PC0 cũng có thể dùng là ADC input Channel 0 Chú ý là ADC input channel
AIN1 là bộ so sánh tương tự với ngõ vào được cấu hình chân để nhập vào, kèm theo ngắt pull-up bên trong nhằm giảm thiểu nhiễu từ port số Bộ so sánh này đảm bảo chức năng hoạt động ổn định và chính xác.
Bộ so sánh tương tự AIN0 sử dụng cấu hình chân của port với ngắt pull-up bên trong, giúp giảm thiểu nhiễu từ port số, đồng thời đảm bảo chức năng chính của bộ so sánh tương tự.
T1, số lƣợng mã nguồn Timer/Counter1
XCK, USART xung nhịp ngoài T0, số lƣợng mã nguồn
Timer/Counter0.INT1 – Port D, Bit 3
INT1, Ngắt nguồn bên ngoài 1: Chân PD3 có thể làm chức năng nhƣ 1 nguồn ngắt ngoài
INT0, Ngắt nguồn bên ngoài 0: Chân PD2 có thể làm chức năng nhƣ 1 nguồn ngắt ngoài
TXD là chân dữ liệu ra của USART, dùng để truyền tải dữ liệu Khi bộ truyền USART được kích hoạt, chân TXD sẽ được cấu hình là ngõ ra, bất kể giá trị của DDD1.
RXD là chân nhận dữ liệu của USART, được cấu hình là ngõ vào khi bộ nhận USART được kích hoạt, bất kể giá trị của DDD0.
Mô tả thanh ghi của port I/O
The Port B Data Register – PORTB
The Port B Data Direction Register – DDRB
The Port B Input Pins Address – PINB
The Port C Data Register – PORTC
The Port C Data Direction Register – DDRC
The Port C Input Pins Address – PINC
The Port D Data Register – PORTD
The Port D Data Direction Register – DDRD
The Port D Input Pins Address – PIND
Để đọc dữ liệu từ ngoài thì ta phải thực hiện các bướcsau:
Đƣa dữ liệu ra thanh ghi điều khiển DDRxn để đặt cho PORTx ( hoặc bít n trong port) đó là đầu vào ( xóa thanh ghi DDRx hoặc bít)
Sau đó ( hoạt điện trở pull-up bằng cách set thanh ghi PORTx (bit)
Cuối cùng đọc dữ liệu từ địa chỉ PINxn (trong đó x: là cổng và n làbit)
Để xuất dữ liệu từ vi điều khiển ra các cổng, trước tiên cần định nghĩa cổng ra bằng cách thiết lập bit tương ứng Sau đó, dữ liệu sẽ được ghi vào bit tương ứng của thanh ghi PORTx.
Bluetooth là công nghệ truyền thông không dây cho phép trao đổi dữ liệu ở khoảng cách ngắn, sử dụng sóng radio tần số cao (UHF) trong dải tần ISM từ 2.4 đến 2.485 GHz Khoảng cách tối đa mà module Bluetooth có thể truyền tải dữ liệu là khoảng 10 mét.
Module HC-05 được phát triển dựa trên chip BC417, một chip phức tạp với bộ nhớ flash ngoài 8Mbit Tuy nhiên, việc sử dụng module này rất dễ dàng vì nhà sản xuất đã tích hợp tất cả các thành phần cần thiết vào module HC-05.
Hình 2.8: Sơ đồ chân HC05
Nguyên lý và tác dụng linh kiện
Mạch hoạt động dựa trên nguyên lý truyền thông nối tiếp không đồng bộ của vi điều khiển ATmega 8 kết nối với module Bluetooth HC05 Khi nhận tín hiệu điều khiển, vi điều khiển sẽ thay đổi trạng thái của các chân đầu ra từ PC5 đến PC1 thông qua IC ULN.
2803 để điều khiển relay ( khóa K) để bật tắt thiết bị điện
The HC-05 Bluetooth module enables Serial communication between two devices via Bluetooth waves and operates in two modes: MASTER and SLAVE In SLAVE mode, users can connect their smartphone, laptop, or USB Bluetooth to the module by pairing it with the PIN code 1234, establishing a remote serial port with a baud rate of 9600 In MASTER mode, the module autonomously scans for other Bluetooth devices, such as another HC-06 module, USB Bluetooth, or laptop Bluetooth, and pairs with them without requiring any setup from a computer or smartphone.
Nguồn cung cấp cho module bluetooth là nguồn từ 3.6V đến 6V Ngoài ra module tương thích với các vi điều khiển 5V mà không cần chuyển đổi mức giao tiếp 5V về 3.3V
Là linh kiện trung gian có chức năng nâng dòng giúp vi điều khiển điều khiển Relay,thiết bị điện [3]
ULN 2803 hoạt động theo nguyên tắc mạch Darlington :
Gồm 2 transistor mắc nối tiếp với nhau, cực E của transistor đƣợc nối vào cực B của transistor 2 Lợi ích của việc ghép nối này là gia tăng hệ số của mạch
Dòng Ie của transistor đầu tiên được đưa vào làm dòng Ib của transistor thứ hai, giúp dòng điện được tăng lên B2 lần Do đó, hai transistor ghép Darlington hoạt động như một transistor duy nhất với đặc tính tương tự.
Hệ số khuếch đại dòng điện gần bằng tích 2 hệ số của 2 con thành phần
Điện áp phân cực đầu vào tăng gần gấp đôi
* Lưu ý trong mạch: Điện áp đầu vào IC ở mức cao sẽ cho điện áp đầu ra ở mức thấp và ngƣợc lại
Sử dụng trong khối cấp nguồn để lọc phẳng tín hiệu
2.4.3 Điện trở Điện trở 10K nối chân reset của vi điều khiển với nguồn với chức năng bảo vệ Điện trở 330 Ohm có chức năng bảo vệ LED
Relay là một công tắc điện (khóa K) có chức năng đóng ngắt mạch điện một cách tự động, thay thế thao tác của con người Trong các mạch điện, relay được sử dụng để điều khiển việc bật tắt các thiết bị điện theo nhu cầu cụ thể.
Thời gian tác động:10ms
Thời gian nhả hãm:5ms
Nhiệt độ hoạt động: -45oC ~75oC
Nó gồm 2 phần chính là cuộn hút và các tiếp điểm Cấu tạo của relay đƣợc mô tả trong hình [4]
Các thiết bị trong bộ thực hành
Mạch giảm áp LM2596 là một module giảm áp hiệu quả, cho phép điều chỉnh dòng ra lên đến 3A Với IC nguồn tích hợp sẵn, khi cấp nguồn 9V vào module, LM2596 có khả năng giảm áp để cung cấp nguồn đầu ra dưới 9V, chẳng hạn như 5V hoặc 3,3V.
Module nguồn không sử dụng cách ly
Kích thước mạch: 53mm Đầu vào: INPUT+, INPUT- Đầu ra: OUTPUT+, OUTPUT-
- Kết nối, nối các dây vào trong mạch Cố định dây bằng ốc vặn
- Có thể ghép nhiều cái với nhau
- Dùng trong các mạch điện tử
- Khoảng cách 2 chân là 5mm, có ốc vặn
- Trở kháng tiếp xúc: 20 milliohm
+ Rơ le 12V: là loại linh kiện đóng ngắt điện cơ đơn giản Nó gồm hai phần chính là cuộn hút và các tiếp điểm
+ Thông số kỹ thuật Điện áp điều khiển : 12V
Thời gian tác động: 10ms
Thời gian nhả hãm: 5ms
Nhiệt độ hoạt động: -45 độ c ~ 75 độ c
Điện trở là yếu tố cản trở dòng điện trong vật dẫn điện; vật dẫn tốt có điện trở thấp, trong khi vật dẫn kém có điện trở cao, và vật cách điện có điện trở rất lớn.
+ Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây
Hình 2.16: Điện trở 12V 2.5.5 Đèn LED
Đèn LED là bóng đèn nhỏ tích hợp vào mạch điện, khác với bóng đèn sợi đốt truyền thống vì không có sợi đốt bị nung nóng, nên không tỏa nhiệt quá mức Chúng phát sáng nhờ sự chuyển động của electron trong vật liệu bán dẫn và có tuổi thọ lâu dài, vượt xa hàng ngàn giờ so với bóng đèn sợi đốt Đèn LED cũng đã thay thế ống ánh sáng trong các TV LCD, giúp tạo ra những chiếc TV mỏng hơn đáng kể.
LED được sử dụng chủ yếu cho hai chức năng: chiếu sáng và hiển thị Chiếu sáng có nghĩa là "tỏa sáng vào một cái gì đó," như đèn pin hoặc đèn pha LED khuếch tán rất phù hợp cho hiển thị vì chúng tạo ra ánh sáng mềm mại và đồng nhất, có thể nhìn thấy từ mọi góc độ Trong khi đó, LED chiếu sáng phát ra ánh sáng mạnh mẽ và truyền thẳng, nhưng chỉ có thể nhìn thấy từ phía trước.
LED là diode, do đó nó phụ thuộc chủ yếu vào dòng điện thay vì điện áp Khi được cung cấp dòng điện thuận từ Anode đến Cathode, LED sẽ phát sáng với mức tối thiểu khoảng 10mA đến 20mA cho độ sáng tốt, đặc biệt là với LED màu đỏ Dòng điện vượt quá giới hạn này có thể gây hại cho LED, dẫn đến hư hỏng.
Hình 2.17: Tính toán thiết kế mạch led
Đèn LED không thể được kết nối trực tiếp với pin hoặc nguồn điện, vì dòng điện quá lớn sẽ làm hỏng chúng ngay lập tức Để bảo vệ đèn LED, cần phải giảm dòng điện, và cách đơn giản nhất để thực hiện điều này là sử dụng một điện trở mắc nối tiếp với LED Điện trở sẽ giúp giảm dòng điện và điều chỉnh điện áp rơi trên LED xuống mức an toàn.
Vì vậy, làm thế nào để chúng ta tìm ra đƣợc giá trị điện trở sử dụng? Chúng ta sẽ sử dụng định luật ohm cho việc này
V = IR, với I là dòng điện
Tính toán giá trị điện trở LED với công thức sau:
Giá trị điện trở dùng mắc nối tiếp với LED:
Nguồn sử dụng pin 9V với điện áp cung cấp là 9V Đối với đèn LED đỏ, điện áp nuôi là 2,0 V và dòng LED tiêu chuẩn là 20 mA Nếu không tìm được điện trở đúng giá trị, có thể chọn điện trở tiêu chuẩn lớn hơn một chút Để tăng tuổi thọ nguồn, nên chọn điện trở cao hơn, mặc dù điều này sẽ làm đèn LED mờ hơn Ví dụ, nếu chọn dòng LED 15 mA thay vì 20 mA, sẽ giúp kéo dài tuổi thọ của đèn LED.
Sử dụng giá trị tiêu chuẩn cao hơn tiếp theo (có sẵn trên thị trường) là 470
Hình 2.19: Rào cái vuông 2.5.7 Rào đực vuông
Một vài thông số của Arduino UNO R3
Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ đƣợc cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ khoảng 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 hardware PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
Arduino UNO sử dụng ba loại vi điều khiển 8bit AVR: ATmega8, ATmega168 và ATmega328 Bộ vi điều khiển này có khả năng thực hiện các tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lý tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, và tạo ra một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm hiển thị trên màn hình LCD.
Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V qua cổng USB hoặc nguồn ngoài, với điện áp khuyên dùng từ 7-12V DC và giới hạn từ 6-20V Sử dụng pin vuông 9V là lựa chọn hợp lý nếu không có nguồn từ cổng USB Lưu ý rằng việc cấp nguồn vượt quá giới hạn trên có thể gây hỏng Arduino UNO.
GND (Ground) là cực âm của nguồn điện cung cấp cho Arduino UNO Khi sử dụng các thiết bị có nguồn điện riêng biệt, cần phải kết nối các chân GND này với nhau để đảm bảo hoạt động ổn định.
5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA
3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA
Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND
IOREF là chân trên Arduino UNO cho phép đo điện áp hoạt động của vi điều khiển, luôn ổn định ở mức 5V Tuy nhiên, bạn không nên sử dụng nguồn 5V từ chân này vì chức năng chính của nó không phải là cung cấp điện.
RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET đƣợc nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ
Arduino UNO không được trang bị bảo vệ chống cắm ngược nguồn, vì vậy bạn cần kiểm tra cẩn thận các cực âm và dương trước khi cấp nguồn Việc cắm sai nguồn có thể làm hỏng bo mạch và khiến Arduino UNO trở thành một miếng nhựa vô dụng Do đó, nếu có thể, hãy sử dụng nguồn từ cổng USB để đảm bảo an toàn cho thiết bị.
Các chân 3.3V và 5V trên Arduino được sử dụng để cung cấp nguồn cho các thiết bị khác, không phải để nhận nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí có thể gây hỏng board, điều mà nhà sản xuất không khuyến khích.
Cấp nguồn ngoài không qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp dưới 6V có thể làm hỏng board
Cấp điện áp trên 13V vào chân RESET trên board có thể làm hỏng vi điều khiển ATmega328
Cường độ dòng điện vào/ra ở tất cả các chân Digital và Analog của Arduino UNO nếu vƣợt quá 200mA sẽ làm hỏng vi điều khiển
Cấp điệp áp trên 5.5V vào các chân Digital hoặc Analog của Arduino UNO sẽ làm hỏng vi điều khiển
Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog của Arduino UNO không được vượt quá 40mA, vì điều này có thể gây hỏng vi điều khiển Nếu không sử dụng chân để truyền nhận dữ liệu, cần phải mắc một điện trở hạn dòng để bảo vệ thiết bị.
Khi nói rằng bạn “có thể làm hỏng” linh kiện điện tử, điều này không có nghĩa là sẽ hỏng ngay lập tức, vì các thông số kỹ thuật luôn có sự tương đối Do đó, việc tuân thủ các thông số kỹ thuật của nhà sản xuất là rất quan trọng nếu bạn không muốn phải mua thêm một board Arduino UNO khác.
CHƯƠNG TRÌNH VÀ THIẾT KẾ MẠCH IN
Viết chương trình trên trình biên dịch AVRStudio
Chương trình cho vi điều khiển được viết bằng ngôn ngữ C thông qua trình dịch lệnh AVR Studio 4
Hình 3.1 : Giao diện làm việc AVR Studio 4
In the setup function, the code initializes eight output pins for lamps, designated as Lamp1 through Lamp8, using the pinMode function Additionally, it establishes a serial communication at a baud rate of 9600 with the mySerial object This setup is crucial for controlling the status of the lamps in the system.
//cek data serial from bluetooth android App if( mySerial.available() >0 ) { val = mySerial.read();
The code snippet controls multiple lamps based on the input value When the input value is '1' to '8', it activates the corresponding lamp and updates its status For example, if the value is '1', Lamp1 is turned on, and its status is set to "1" If the value is '9', all lamps from Lamp1 to Lamp8 are activated simultaneously, with their statuses updated accordingly This structured approach allows for efficient control of the lamps based on specific input values.
The code snippet demonstrates how to control multiple lamps based on input values If the input value is 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', or 'G', the corresponding lamp is turned off, and its status is updated accordingly For example, when the value is 'A', Lamp1 is turned off, and its status is set to "A" Additionally, if the input value is 'I', all lamps from Lamp1 to Lamp8 are turned off, and their statuses are updated sequentially from "A" to "H" This code effectively manages the state of multiple lamps based on specific conditions.
} else if( val == 'S' ) { delay(500); mySerial.println(statusLamp1+statusLamp2+statusLamp3+statusLamp4+st atusLamp5+statusLamp6+statusLamp7+statusLamp8+"J"); //delay(500); val=' ';
} Ứng dụng điều khiển trên điện thoại Android
Trên cửa hàng ứng dụng CH Play, có nhiều ứng dụng hỗ trợ kết nối Bluetooth như Bluetooth SSP và Bluetooth Remote, giúp người dùng dễ dàng thiết lập và sử dụng.
Thiết kế mạch in trên Orcad
ORCAD là một công cụ thiết kế mạch điện tử phổ biến và mạnh mẽ, được nhiều người lựa chọn Mặc dù có nhiều phần mềm thiết kế khác, ORCAD nổi bật nhờ bộ công cụ mạnh mẽ và thư viện linh kiện phong phú Thư viện linh kiện của ORCAD được coi là tốt nhất hiện nay, với hầu hết các nhà sản xuất linh kiện điện tử cung cấp add-in cho phần mềm này.
Hình 3.2: Khởi động orcad capture
Tạo Project mới có thể liên thông với các phần mềm khác: File→New→Project
Nếu chỉ muốn vẽ sơ đồ nguyên lý , chọn: File→New→Design Muốn tạo thƣ viện mới, chọn: File→New→Library
Tạo file để nạp cho EPROM: File→New→VHDL Tạo file văn bản: File→New→Text File
Analog or Mixed A/D: Project liên thông với trình Pspice PC Board
Wizard: Project liên thông với trình Layout Plus
Programmable Logic Wizard: Project liên thông với trình PLD để nạp chương trình vào các IC EPROM
Schematic: Chỉ vẽ sơ đồ nguyênlý
Giao diện chính của orcadcapture Sessionlog
Session Log lưu trữ thông tin về các sự kiện trong quá trình thiết kế mạch, bao gồm thông báo lỗi, cảnh báo và dữ liệu linh kiện Để xóa nội dung của cửa sổ này, người dùng có thể chọn lệnh Clear Session Log từ menu Edit hoặc sử dụng phím tắt Ctrl+Del.
Tab File hiển thị danh sách tất cả các file được tạo ra trong quá trình thiết kế mạch, trong khi Tab Hierarchy cung cấp thông tin về tất cả các linh kiện có mặt trong sơ đồ mạch nguyên lý.
Schematic Page cho phép chúng ta vẽ sơ đồ mạch với sự hỗ trợ của các thanh công cụ Toolbar và Tool Palettes
Hình 18: Chức năng Toolbar và Tool Palettes
Hình 3.7: Chức năng Toolbar và Tool Palettes
Tạo liên kết giữa capture và layout
Trên thẻ session, chọn đường dẫn theo hình
Chọn thẻ tool-> create netlist->layout
Hình 3.10: Hướng dẫn tạo netlist
Chức năng "Run ECO to Layout" trong OrCAD Capture đóng vai trò quan trọng trong việc liên kết chặt chẽ giữa bản vẽ Nguyên lý và bản vẽ Mạch in Khi thực hiện thay đổi trên mạch nguyên lý, chức năng này sẽ tự động cập nhật các thay đổi tương ứng trên mạch in Nhờ đó, quá trình tạo file Netlist phục vụ cho việc vẽ mạch in được hoàn thành một cách hiệu quả.
3.2.2 Thiết kế mạch in ORCADLAYOUT
Các lớp cơ bản trong layout lớp BOT ( bottom ) : Màu đỏ
Lớp TOP : Màu xanh dương
Lớp SST (SSTOP) : Màu trắng In chữ và ký hiệu tên linh kiện
Lớp SMT (Solder – Mask TOP) : Màu xanh lá Định khoảng cách phủ xanh TOP
Lớp SMB (Solder – Mask BOTTOM) : Màu nâu Định khoảng cách phủ xanh BOTTOM
Lớp DRILL &SRLDWG : Kích thước lỗ khoan
Mặc dù OrCAD hỗ trợ nhiều chân linh kiện, nhưng vẫn không đủ để đáp ứng nhu cầu vẽ mạch của chúng ta Do đó, việc tạo mới chân linh kiện là một công việc cần thiết khi thiết kế mạch in.
Ta có 2 cách để tạo mới chân linh kiện:
Dựa vào chân linh kiện có sẵn của OrCAD hoặc từ nguồn khác, chúng ta có thể sửa đổi tên IC và thiết lập các thông số như kích thước lỗ khoan, kích thước và hình dạng đường đồng bao quanh lỗ khoan để phù hợp với nhu cầu riêng của mình.
Vẽ mới chân linh kiên và thiết lập các thông số
TẠO MỚI MỘT DỰ ÁN VÀ TIẾN HÀNH LIÊN KẾT LINH KIỆN GIỮA CAPTURE VỚI LAYOUT:
Để tạo một bảng mới, bạn vào File -> New hoặc nhấn vào thẻ "Open new board" trên thanh công cụ Nếu hộp thoại "Load Template File" không xuất hiện, bạn có thể tìm đến mục này theo đường link bên dưới.
Hình 3.11: Hướng dẫn tạo layout
Tiếp theo, ta nhấn chọn file “_DEFAULT.TCH” nhƣ hình bên sau rồi nhấn OPEN
File Template trong OrCAD Layout định nghĩa các thông số mặc định cho board mạch, bao gồm số lớp, khoảng cách đi dây, kích thước đường mạch và quy định thiết kế Để thiết kế một board mạch thông thường, bạn nên chọn file _DEFAULT.TCH hoặc JUMP6238.TCH.
Sau khi nhấn OPEN từ hộp thoại “Load Template File” thì hộp thoại “Load
Netlist Source” sẽ xuất hiện, bây giờ ta chọn đến file Netlist mà ta tạo ra đƣợc từ phần mềm OrCAD Capture rồi nhấn Open
Sau khi nhấn Open từ hộp thoại “Load Netlist Source” thì hộp thoại “Save File As” sẽ xuất hiện Ta chọn tên cho bản vẽ Layout rồi nhấn Save
Sau khi nhấn Save từ hộp thoại “Save File As” thì màn hình của OrCAD Layout sẽ xuất hiện nhƣ sau:
Hình 3.12: Link Footprint to Component
Trong hộp thoại “Link Footprint to Component” ta có 3 thẻ và ta chủ yếu dùng 2 thẻ với chức năng nhƣ sau:
Link existing footprint to component….”Để lấy chân linh kiện từ thƣ viện Layout có sẵn
Create or modify footprint library… : Để tạo mới chân linh kiện cho phù hợp với linh kiện cần liên kết từ bản vẽ Capture
Sắp xếp các chân linh kiện hợp lý trước khi đi dây
Sau khi sắp xếp lại vị trí linh kiện để dễ dàng đi dây và tạo sự bắt mắt, ta tiến hành đi dây với hai phương pháp: bằng tay hoặc sử dụng chế độ tự động của OrCAD Layout Thông thường, chúng ta sẽ thực hiện đi dây theo cách đã xác định trước.
Thiết lập các thông số cho bản vẽ Layout
Sử dụng chức năng Autoroute của OrCAD Layout
Hiệu chỉnh lại bằng tay
Thực hiện Jumper cho những vị trí không thể đi dây trên Boar đồng
Thiết lập các thông số chung cho bản vẽ Layout
Vào thẻ Tool ->Layer -> Select From Spreadsheet
Chọn kích thước đường mạch
Chọn Tool -> Net -> Select From Spresadsheet
Hình 3.14: Chọn kích thước đường mạch
Autorote, hiệu chỉnh bằng tay
Chọn thẻ Auto -> Autoroute -> Board Là cách tự động đi dây Hiệu chỉnh bằng tay
+ Thẻ (Edit Segment Mode): để ta dịch chuyển tịnh tiến đường mạch + Thẻ (Add/Edit Route Mode): để ta vẽ mới một đường mạch
Hoàn thiện mạch in là bước cuối cùng trong quá trình thiết kế mạch in Để hoàn tất, cần thực hiện một số bước như tạo đường bao cho board mạch, đo kích thước chính xác và phủ mass cho board mạch.
3.2.3 Kết quả mạch in thực tế
Sơ đồ mạch vẽ lớp BOTTOM Độ rộng dây từ 0.5 mm đến 1.5 mm Khoảng cách từ dây đến mặt thừa 1.25mm
Hình 3.15: Mạch in hoàn thành.
CHƯƠNG TRÌNH CHẾ TẠO MẠCH
Chương trình chế tạo mạch bắt đầu với bước vẽ PCB, viết tắt của Printed Circuit Board, hay còn gọi là mạch in PCB là thuật ngữ dùng để chỉ board mạch, thường được sử dụng trong các thiết kế điện tử.
Thiết kế PCB yêu cầu sử dụng phần mềm chuyên dụng để vẽ board mạch in, với nhiều lựa chọn như OrCad, Allegro, Egle, Altium và Proteus Tôi đã sử dụng phần mềm OrCad để thực hiện việc vẽ mạch.
Mạch in đƣợc in ra giấy nhiệt để tiến hành là
Hình 4.2: Quá trình là mạch
Bước 3: Ngâm mạch và ăn mòn
Hình 4.3: Quá trình ăn mòn
Bước 4: Bảo vệ mạch in không bị oxi hóa
Bảo vệ mạch in khỏi oxi hóa không chỉ giúp mạch trông đẹp hơn mà còn tăng độ bền Để thực hiện điều này, người dùng thường sử dụng bình xịt keo silicone chuyên dụng để phun một lớp mỏng lên bề mặt mạch in.
Bước 5: Khoan mạch, gắn linh kiện và hàn board Đây là bước cuối của quá trình làm mạch in thủ công
Hình 4.4: Khoan lỗ để lắp thiết bị
Hình 4.5: Quá trình lắp ráp thiết bị
Hình 4.6: Mô hình hoàn chỉnh