DẪN NHẬP
Đặt vấn đề
Thế giới ngày nay ngày càng hiện đại nhờ vào các công nghệ tiên tiến, mang lại sự thuận tiện cho cuộc sống Trong bối cảnh phát triển của khoa học và công nghệ, ứng dụng công nghệ thông tin trong chế tạo và điều khiển robot thông minh đang trở thành xu hướng nổi bật gần đây.
Robot đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong đời sống con người với nhiều vai trò như quản gia, biểu lộ tình cảm, tiếp tân và y tá Thiết kế và chế tạo robot nhằm phục vụ cho cuộc sống con người, giúp thực hiện các nhiệm vụ một cách chính xác và hiệu quả hơn Đặc biệt, robot có khả năng hoạt động trong những môi trường nguy hiểm mà con người không thể tiếp cận, như khu vực có bom, mìn hay chất phóng xạ, từ đó mở ra nhiều cơ hội mới cho sự phát triển và an toàn trong xã hội.
Lý do chọn đề tài
Tai nạn cháy nổ do khí gas đang trở thành vấn nạn nghiêm trọng tại Việt Nam, dẫn đến nhu cầu cấp thiết về các sản phẩm phát hiện và cảnh báo rò rỉ khí gas Mặc dù đã có nhiều thiết bị từ các công ty trong và ngoài nước, nhưng chúng thường cố định và cần nguồn điện Để khắc phục vấn đề này, nhóm sinh viên đã phát triển giải pháp kết hợp robot tự hành với thiết bị phát hiện khí gas, cho phép robot di chuyển đến các khu vực nguy hiểm và gửi cảnh báo qua tin nhắn điện thoại.
Mục tiêu nghiên cứu
Đồ án này bao gồm hai mục tiêu chính: Thứ nhất, thiết kế và chế tạo một robot nhỏ gọn sử dụng board Arduino Mega 2560, có khả năng tự động tránh vật cản trên đường đi Thứ hai, phát triển hệ thống nhận biết và cảnh báo rò rỉ khí gas qua mạng di động GSM, giúp tự động thông báo đến số điện thoại người dùng khi phát hiện rò rỉ, từ đó giảm thiểu nguy cơ tai nạn do cháy nổ khí gas.
Nội dung nghiên cứu
Tìm hiểu về hoạt động và cách sử dụng module sim900,module Bluetooth
Sử dụng Board arduino và các module Sim 900 Shield,HC 05,SRF 05…
Giới hạn khoảng cách kết nối Bluetooth duới 4m
Thiết kế, lập trình hệ thống phát hiện và cảnh báo rò rỉ khí Gas
Lựa chọn khung Robot, các linh kiện điện tử, động cơ, …
Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý, lưu đồ giải thuật cho Robot
Lắp ráp, kiểm tra hoạt động của Robot
Viết báo cáo kết quả đạt đƣợc sau khi thực hiện đồ án.
Giới hạn
Sử dụng mã nguồn mở và một số thư viện để viết chương trình cho Arduino
Khi hoạt động phải trong vùng phủ sóng điện thoại
Robot không thể né được những vâ ̣t cản nhỏ và ngoài tầm phát của cảm biến siêu âm
Robot còn chƣa di chuyển đƣợc từ vị trí này đến vị trí kia nhƣ ta mong muốn chỉ nằm ở mƣ́c đô ̣ gă ̣p vâ ̣t cản thì tránh ngẫu nhiên
Chương 1: Dẫn nhập, trình bày về lý do chọn đề tài, nội dung nghiên cứu, bố cục đồ án và giới hạn của đồ án
Chương 2: Cơ sở lý thuyết trình bày tổng quan về các board mạch quan trọng trong robot, bao gồm bộ xử lý, phần truyền tín hiệu, động cơ, cũng như các phần mềm ứng dụng và lập trình cần thiết cho việc phát triển robot.
Chương 3: Thiết kế và tính toán tập trung vào việc phát triển ứng dụng tự hành, bao gồm sơ đồ khối hệ thống và lưu đồ cho cả ứng dụng lẫn robot Ngoài ra, chương này còn giới thiệu các bộ thư viện cần thiết để lập trình ứng dụng, cùng với việc trình bày chi tiết về phần cứng và thiết kế robot.
Chương 4: Kết quả nghiên cứu trình bày sản phẩm hoàn thiện và các kết quả đạt được từ đồ án, đồng thời nêu rõ hướng phát triển tương lai của dự án.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tóm tắt những thành tựu đạt được và những hạn chế chưa khắc phục được so với mục tiêu ban đầu Đồng thời, phần này cũng đề xuất các hướng phát triển cho đồ án trong tương lai, nhằm nâng cao hiệu quả và đáp ứng tốt hơn các yêu cầu thực tiễn.
Bố cục đề tài
2.1 Tổng quan về công nghệ Bluetooth
Bluetooth là công nghệ không dây cho phép truyền thông giữa các thiết bị mà không cần dây dẫn Để tích hợp công nghệ này, các nhà sản xuất phải tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật của Bluetooth, đảm bảo thiết bị có thể nhận diện và tương tác với nhau Hiện nay, hầu hết các nhà máy sản xuất thiết bị như điện thoại di động, máy tính và thiết bị hỗ trợ cá nhân (PDA) đều sử dụng công nghệ Bluetooth.
Công nghệ Bluetooth là một công nghệ truyền thông dựa trên tần số vô tuyến, cho phép các thiết bị tích hợp kết nối và giao tiếp với nhau trong khoảng cách nhất định Công nghệ này thường được sử dụng để kết nối các thiết bị khác nhau, như bàn phím không dây với máy tính, tai nghe không dây với điện thoại di động, hoặc chia sẻ thông tin giữa các PDA.
2.1.1 Đặc điểm của công nghệ Bluetooth Ƣu điểm :
Tiêu thụ năng lƣợng thấp
Cho phép ứng dụng đƣợc nhiều loại thiết bị bao gồm các thiết bị cầm tay và điện thoại di động
Khoảng cách giao tiếp cho phép giữa hai thiết bị kết nối có thể lên đến 100m
Bluetooth hoạt động trên băng tần 2.4GHz và có khả năng truyền dữ liệu với tốc độ tối đa lên đến 1Mbps, cho phép các thiết bị kết nối mà không cần phải nằm trong tầm nhìn trực tiếp.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về công nghệ Bluetooth
Bluetooth là công nghệ truyền thông không dây giữa các thiết bị, yêu cầu các nhà sản xuất tuân thủ tiêu chuẩn kỹ thuật để đảm bảo khả năng tương tác Hiện nay, hầu hết các nhà máy đều sản xuất thiết bị tích hợp công nghệ Bluetooth, bao gồm điện thoại di động, máy tính và thiết bị hỗ trợ cá nhân (PDA).
Công nghệ Bluetooth là một công nghệ truyền thông không dây dựa trên tần số vô tuyến, cho phép các thiết bị tích hợp kết nối và truyền dữ liệu trong khoảng cách nhất định Thường được sử dụng để kết nối giữa các thiết bị khác nhau, Bluetooth cho phép người dùng sử dụng bàn phím không dây, tai nghe Bluetooth để gọi điện, hoặc chia sẻ thông tin lịch biểu giữa các thiết bị PDA.
2.1.1 Đặc điểm của công nghệ Bluetooth Ƣu điểm :
Tiêu thụ năng lƣợng thấp
Cho phép ứng dụng đƣợc nhiều loại thiết bị bao gồm các thiết bị cầm tay và điện thoại di động
Khoảng cách giao tiếp cho phép giữa hai thiết bị kết nối có thể lên đến 100m
Bluetooth hoạt động trên băng tần 2.4GHz, cho phép tốc độ truyền dữ liệu tối đa lên đến 1Mbps mà không yêu cầu các thiết bị phải nhìn thấy nhau trực tiếp.
Bluetooth đơn giản hóa quá trình phát triển ứng dụng bằng cách cho phép kết nối giữa các ứng dụng thông qua chuẩn Bluetooth Điều này mang lại tính độc lập về phần cứng và hệ điều hành, giúp các nhà phát triển dễ dàng tích hợp và tương tác giữa các ứng dụng khác nhau.
Tính tương thích cao, được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như phần mềm hỗ trợ
Khoảng cách kết nối còn ngắn so với công nghệ mạng không dây khác nhƣ WIFI, GMS
Chỉ kết nối đƣợc theo cấu hình điểm điểm không thể kết nối thành 1 mạng
Tính bảo mật không cao
Bluetooth là công nghệ kết nối không dây tầm ngắn, lý tưởng cho việc kết nối các thiết bị cá nhân và mạng cục bộ nhỏ Nó hoạt động trong dải tần từ 2.4GHz đến 2.485GHz và sử dụng 79 tần số đơn lẻ để đảm bảo hiệu suất ổn định.
Khi kết nối, thiết bị sẽ tự động xác định tần số phù hợp để kết nối với các thiết bị xung quanh, đảm bảo sự liên tục trong quá trình truyền tải dữ liệu.
Hinh 2.1 khả năng kết nối các thiết bị Bluetooth
Module Bluetooth HC05
Trên thị trường hiện có nhiều loại module Bluetooth với khả năng kết nối xa, nhưng đề tài này chỉ yêu cầu kết nối phạm vi ngắn giữa thiết bị Android với các thiết bị khác.
Bluetooth, nên em lựa chọn module Bluetooth HC05 vì giá thành hợp lý, giới hạn tầm kết nối dưới 10m
The HC-05 Bluetooth module is designed for establishing a Serial connection between two devices via Bluetooth and can operate in either MASTER or SLAVE mode, unlike the HC-06 module, which only functions in SLAVE mode In SLAVE mode, users can connect to the module using a smartphone, laptop, or USB Bluetooth by searching for the module and entering the PIN code 1234, resulting in a remote serial port operating at a baud rate of 9600 In MASTER mode, the HC-05 module autonomously scans for other Bluetooth devices, such as an HC-06 module or USB Bluetooth, and initiates a connection without any setup required from the computer or smartphone.
Module Bluetooth HC05 có thể được điều khiển bằng lệnh AT để thực hiện các tác vụ mong muốn Để chuyển đổi từ chế độ thông thường sang chế độ điều khiển bằng lệnh AT, có hai phương pháp thực hiện.
Để cấp nguồn cho module Bluetooth, cần kết nối VCC và GND, đồng thời cung cấp mức điện áp cao cho chân KEY Giao tiếp với module được thực hiện qua lệnh AT thông qua cổng Serial (Tx và Rx) với baud rate khuyên dùng là 38400.
Để bắt đầu, hãy cấp nguồn cho module Bluetooth HC05 trước, sau đó cung cấp điện áp cao cho chân KEY của nó Bạn có thể giao tiếp với module qua lệnh AT với baud rate 9600 Khi kết nối thành công với thiết bị Bluetooth khác, đèn trên module sẽ nhấp nháy chậm, cho thấy kết nối Serial đã được thiết lập Nguồn cung cấp cho module cần từ 3.6V đến 6V, vì quá áp có thể gây cháy module Đặc biệt, module này tương thích với các vi điều khiển 5V mà không cần chuyển đổi mức giao tiếp 5V về 3.3V như nhiều loại module Bluetooth khác.
Điện thế hoạt động của UART 3.3 - 5V
Dòng điện khi hoạt động: khi kết nối 30 mA, sau khi kết nối hoạt động truyền nhận bình thường 8 mA
Baudrate UART có thể chọn đƣợc: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400,
Kích thước của module chính: 28 mm x 15 mm x 2.35 mm
Dải tần sóng hoạt động: 2.4GHz
Bluetooth protocol: Bluetooth Specification v2.0+EDRo
Kích thước: 26.9mm x 13mm x 2.2 mm
Tổng quan về công nghệ GSM
2.3.1 Giới thiệu về công nghệ GSM
GSM, hay Hệ thống Thông tin Di động Số Toàn cầu, là công nghệ không dây thế hệ 2G với cấu trúc mạng tế bào Nó cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệu chất lượng cao qua các băng tần 400Mhz, 900Mhz, 1800Mhz và 1900Mhz, theo tiêu chuẩn của ETSI.
GSM là một hệ thống mở, không phụ thuộc vào phần cứng, cho phép người dùng mua thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau Nhờ sự hiện diện rộng rãi trên toàn cầu, các nhà cung cấp dịch vụ có thể ký kết roaming, giúp thuê bao GSM sử dụng điện thoại của mình ở bất kỳ đâu Công nghệ GSM không chỉ cung cấp âm thanh chất lượng cao mà còn hỗ trợ giao tiếp qua tin nhắn SMS với chi phí thấp hơn Hệ thống mở của GSM cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết nối các thiết bị từ nhiều nhà cung cấp khác nhau.
Cho phép gởi và nhận những mẫu tin nhắn văn bản bằng kí tự dài đến 126 kí tự
Cho phép chuyển giao và nhận dữ liệu, FAX giữa các mạng GSM với tốc độ hiện hành lên đến 9.600 bps
Công nghệ GSM nổi bật với khả năng chuyển giao dữ liệu không chỉ trong một mạng mà còn giữa các mạng GSM toàn cầu mà không cần điều chỉnh hay thay đổi nào Tính năng này, được biết đến với tên gọi dịch vụ roaming, cho phép người dùng kết nối liền mạch khi di chuyển giữa các quốc gia.
Sử dụng công nghệ phân chia theo thời gian TDM để chia ra 8 kênh full rate hay 16 kênh haft rate
Công suất phát tối đa của máy điện thoại được quy định là 2 watts cho băng tần GSM 850/900MHz và 1 watt cho băng tần GSM 1800/1900MHz.
Mạng GSM sử dụng hai kiểu mã hóa âm thanh để nén tín hiệu âm thanh 3,1 kHz, bao gồm mã hóa Full rate (13 kbps) và Half rate (6 kbps).
2.3.2 Sự phát triển của công nghệ GSM ở Việt Nam
Công nghệ GSM đã được giới thiệu tại Việt Nam từ năm 1993 và hiện nay, VinaPhone, MobiFone và Viettel Mobile là ba nhà cung cấp di động lớn nhất, chiếm thị phần lớn trên thị trường Số lượng thuê bao mới của các nhà mạng này tăng nhanh chóng, với hơn 85% người dùng hiện nay là khách hàng của dịch vụ GSM.
Cho tới thời điểm này, thị trường thông tin di động của Việt Nam đã có khoảng
Việt Nam hiện có 120 triệu thuê bao di động, với sự tăng trưởng mạnh mẽ từ ba nhà mạng lớn là VinaPhone, MobiFone và Viettel, mỗi ngày ghi nhận hàng trăm ngàn thuê bao mới.
SMS, viết tắt của Short Message Service, là công nghệ cho phép gửi và nhận tin nhắn giữa các điện thoại Xuất hiện lần đầu ở Châu Âu vào năm 1992, SMS được phát triển dựa trên các chuẩn GSM và sau đó mở rộng sang các công nghệ không dây như CDMA và TDMA Các chuẩn này được phát triển bởi ETSI và hiện nay 3GPP đảm nhận việc kiểm soát và duy trì chúng Với dung lượng tối đa chỉ 140 byte (1120 bit), SMS có giới hạn trong việc lưu trữ dữ liệu.
160 ký tự nếu mã hóa ký tự 7 bit đƣợc sử dụng (phù hợp với mã hóa các ký tự latin nhƣ alphatet của tiếng Anh)
Tin nhắn SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau, bao gồm cả các ngôn ngữ không phải mã Latin như tiếng Trung, tiếng Ả Rập, tiếng Nhật và tiếng Hàn, với khả năng mã hóa ký tự 16 bit Unicode UCS2 cho phép gửi tối đa 70 ký tự Ngoài việc gửi tin nhắn văn bản, người dùng còn có thể gửi dữ liệu đa phương tiện như nhạc chuông và hình ảnh tới điện thoại khác.
2.3.3.1 Cấu trúc một tin nhắn SMS
Nội dung của 1 tin nhắn SMS khi đƣợc gửi đi chia làm 5 phần nhƣ sau:
Hình 2.3 : Cấu trúc của 1 tin nhắn SMS
Instructions to air interface: chỉ thị dữ liệu kết nối với air interface (giao diện không khí)
Instructions to SMSC: chỉ thị dữ liệu kết nối với trung tâm tin nhắn SMSC
Instructions to handset: chỉ thị dữ liệu kết nối bắt tay
Instructions to SIM (optional): chỉ thị dữ liệu kết nối, nhận biết SIM
Message body: nội dung tin nhắn SMS
Tin nhắn có thể đƣợc gửi và đọc tại bất kỳ thời điểm nào
Tin nhắn SMS có thể đƣợc gửi tới các điện thoại dù chúng đang bị tắt nguồn
Ít gây phiền phức trong khi bạn vẫn có thể giữ liên lạc với người khác
Đƣợc sử dụng trên các điện thoại di động khác nhau và có thể gửi cùng mạng hoặc khác mạng đều đƣợc
Các ứng dụng không dây tương thích với chức năng SMS, được hỗ trợ hoàn toàn bởi điện thoại sử dụng công nghệ GSM Người dùng có thể gửi nhạc chuông, hình ảnh và thực hiện thanh toán cho các dịch vụ trực tuyến như tải nhạc chuông.
2.3.3.3 Tin nhắn SMS chuỗi/tin nhắn SMS dài Để khắc phục khuyết điểm mang lƣợng giới hạn dữ liệu, một mở rộng mới ra đời đó là SMS chuỗi (SMS dài) Một SMS dạng text dài có thể chứa nhiều hơn 160 ký tự theo chuẩn dùng trong tiếng Anh SMS chuỗi có cơ cấu hoạt động nhƣ sau: điện tho ại di động sẽ chia tin nhắn dài ra thành nhiều phần nhỏ và sau đó gửi các phần nhỏ này nhƣ tin nhắn SMS đơn Khi các tin nhắn SMS này đã đƣợc gửi tới đích hoàn toàn thì nó sẽ được kết hợp lại với nhau trên máy di động của người nhận Khó khăn của SMS chuỗi là nó ít đƣợc hỗ trợ nhiều so với SMS ở các thiết bị có sử dụng sóng wireless.
Module Sim 900
2.4.1 Giới thiệu về Module Sim900
Modem GSM là một loại modem không dây hoạt động trên mạng GSM, tương tự như modem quay số Tuy nhiên, điểm khác biệt lớn nhất là modem quay số truyền và nhận dữ liệu qua đường dây điện thoại cố định, trong khi modem không dây sử dụng sóng để gửi và nhận dữ liệu.
Modem GSM, giống như điện thoại di động GSM, cần một thẻ SIM và mạng không dây để hoạt động Module SIM 900 là một loại modem GSM nâng cao với tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn Nó sử dụng công nghệ GSM/GPRS và hoạt động ở các băng tần GSM 850MHz, EGSM 900MHz, DCS 1800MHz và PCS 1900MHz, đồng thời hỗ trợ GPRS với các chế độ mã hóa CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4.
Trong đồ án này, chúng tôi sử dụng Sim 900 shield để nhận tín hiệu SMS từ điện thoại, sau đó chuyển tín hiệu này đến vi điều khiển nhằm điều khiển trạng thái thiết bị Đồng thời, hệ thống sẽ phản hồi qua SMS để cung cấp thông tin về trạng thái của các thiết bị.
2.4.2 Đặc điểm của module SIM 900
Băng tần: GSM 850Mhz EGSM 900Mhz, DCS 1800 Mhz và PCS 1900Mhz SIM900 có thể tự động tìm kiếm các băng tần
Phù hợp với GSM Pha 2/2+
Loại GSM là loại MS nhỏ
Kết nối GPRS 8 lớp điện dung
Giới hạn nhiêt độ: Bình thường -30°C tới +80°C
Hạn chế : - 40°C tới -30°C và +80°C tới +85°C
Nhiệt độ bảo quản: -45°C tới 90°
Dữ liệu GPRS GPRS dữ liệu tải xuống: Max 85.6 kbps
GPRS dữ liệu tải lên: Max 42.8 kbps
Sơ đồ mã hóa: CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4
Sim 900 hổ trợ giao thức PAP ,kiểu sử dụng kết nối PPP
Sim 900 tích hợp giao thức TCP/IP
Chấp nhận thông tin đƣợc điều chỉnh rộng rãi
SMS: MT, MO, CB, Text and PDU mode
Bộ nhớ SMS: Sim card Sim card: Hỗ trợ sim card: 1,8v ; 3v
Anten ngoài: Kết nối thông qua anten ngoài 500km hoặc đế anten Âm thanh: Dạng mã hòa âm thanh
Toàn bộ chế độ (ETS 06.1 0)
Toàn bộ chế độ tăng cường (ETS 06.50/ 06.06/ 06.80)
Giao tiếp nối tiếp và sự ghép nối: Cổng nối tiếp: 8 Cổng nối tiếp( ghép nối)
Cổng kết nối có thể Sd với CSD Fax, GPRS và gửi lệnh
ATCommand tới module điều khiển Cổng nối tiếp có thể Sd chức năng giao tiếp Hỗ trợ tốc độ truyền 1200 BPS tới 115200 BPS Cổng hiệu chỉnh lỗi:
2 cổng nối tiếp TXD và RX
Quản lý danh sách: Hỗ trợ mẫu danh sách: SM, FD, LD, RC,ON, MC Đồng hồ thời gian thực: Người cài đặt
Times function: Lập trình thông qua AT Command Đặc tính vật lý (đặc điểm): Kích thước 24mmx24mmx24mm> Nặng 3.4g
2.4.3 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân của Breakout SIM 900
Trong đồ án này, chúng tôi đã sử dụng mô-đun Breakout SIM 900, được thiết kế để dễ dàng tích hợp vào dự án Cụ thể, mô-đun SIM 900 Shield được áp dụng để phục vụ cho các yêu cầu của đồ án.
Module Sim900 Shield tương thích với tất cả các bo mạch có hình thức và pinout giống như bo mạch Arduino tiêu chuẩn Nó được cấu hình và điều khiển qua giao tiếp UART bằng lệnh AT đơn giản Dựa trên module SIM900 từ SIMCOM, Sim900 Shield hoạt động tương tự như một điện thoại di động Ngoài các tính năng truyền thông, module này còn cung cấp 12 GPIOs, 2 PWM và một ADC.
Hình 2.5 Breakout của Module SIM 900
Hình 2.6 Sơ đồ thiết kế Breakout của Module SIM 900 shield
Giải thích sơ đồ chân:
Power select : chọn nguồn cung cấp năng lƣợng cho module sim 900 shield
Power jack : kết nối với 4,8 ~ 5VDC nguồn điện bên ngoài
Antenna interface : kết nối với anten ngoài
Serial port select : chọn một trong hai phần mềm cổng nối tiếp hoặc cổng nối tiếp phần cứng để đƣợc kết module sim 900 shield
Hardware Serial : D0/D1 của Arduino/Seeeduino
Software serial : D7/D8 của Arduino/Seeeduino only
Status LED : đèn led báo trạng thái đươc cấp điện
Net light : đèn led báo trạng thái kết nối với mạng GSM
UART of SIM900 : chân kết nối UART của SIM900
Microphone : để trả lời các cuộc điện thoại tới
Speaker : để lời các cuộc điên thoại
GPIO,PWM and ADC of SIM900 : các chân breakout GPIO,PWM và
Power key : nút nhấn khởi động module sim 900 shield
- Các pin sử dụng trên Arduino:
D0 : chƣa sử dụng nếu bạn chọn cổng nối tiếp phần mềm để giao tiếp với
D1 : chƣa sử dụng nếu bạn chọn phần mềm cổng nối tiếp để giao tiếp với
D7 : Đƣợc sử dụng nếu bạn chọn phần mềm cổng nối tiếp để giao tiếp với
D8 : Đƣợc sử dụng nếu bạn chọn cổng nối tiếp phần mềm để giao tiếp với
D9 : Đƣợc sử dụng cho phần mềm điều khiển sức mạnh lên hoặc xuống của
2.4.4 Khảo sát tập lệnh AT Command của Module SIM 900
Các lệnh modem được gọi là lệnh AT vì mỗi dòng lệnh bắt đầu bằng “AT” hoặc “at” Những lệnh này chủ yếu được sử dụng để điều khiển các modem quay số qua dây mối (wired dial-up modems).
4 ATO return to online data state
Các modem GSM/GPRS và điện thoại di động không chỉ hỗ trợ bộ lệnh AT thông dụng mà còn có một bộ lệnh AT đặc biệt dành riêng cho công nghệ GSM.
1 AT+ CMGS gửi tin nhắn SMS
2 AT+CMSS gửi tin nhắn SMS từ một vùng lưu trữ
3 AT+CMGL chuỗi liệt kê các tin nhắn
4 AT+CMGR đọc tin nhắn SMS
Đọc,viết, xóa tin nhắn
Kiểm tra chiều dài tín hiệu
Đọc, viết và tìm kiếm về các mục danh bạ
Số lượng tin nhắn SMS mà một modem SMS có thể gửi trong một phút rất hạn chế, chỉ khoảng 6 đến 10 tin nhắn Trong bài viết này, tôi sẽ tập trung vào một số tập lệnh cơ bản cần thiết cho công việc của mình liên quan đến dịch vụ SMS Dưới đây là một số tập lệnh cơ bản để thao tác với dịch vụ SMS.
Gửi tin nhắn Các thuật ngữ em dùng:
MT : Mobile Terminal :Thiết bị đầu cuối mạng (chính là module)
TE : Terminal Equipment: Thiết bị đầu cuối(chính là vi điều khiển)
2.5 Tổng quan về hệ điều hành Android
Android là hệ điều hành dựa trên nền tảng Linux, được thiết kế cho các thiết bị di động như điện thoại thông minh và máy tính bảng Phát triển bởi Tổng công ty Android với sự hỗ trợ từ Google, hệ điều hành này đã được Google mua lại vào năm 2005 Năm 2007, Android chính thức ra mắt cùng với việc thành lập Liên minh thiết bị cầm tay mở, nhằm thúc đẩy tiêu chuẩn cho thiết bị di động Tháng 10 năm 2008, chiếc điện thoại đầu tiên chạy Android đã được bán ra thị trường.
Hình 2.7 Hệ điều hành android
Android, thương hiệu của Google, nổi bật với khả năng tùy biến cao và khả năng hoạt động trên nhiều thiết bị cũng như kiến trúc vi xử lý khác nhau (ARM/x86) Tính đến thời điểm hiện tại, Android đã phát hành nhiều phiên bản với các tên mã khác nhau.
2.5 Phần mềm phần mềm lập trình Android Studio
Android Studio is Google's official programming tool, replacing the older Eclipse version It comprises essential components such as the Android Studio IDE, Android SDK tools, the Android 5.0 (Lollipop) platform, and the emulator system image with Google APIs.
Android Studio là một công cụ lập trình mạnh mẽ với khả năng chỉnh sửa mã nguồn tiên tiến, bao gồm các tính năng như công cụ thiết kế giao diện người dùng trực quan và phân tích hiệu suất Điều này giúp lập trình viên dễ dàng tạo ra ứng dụng, thực hiện các thay đổi và xem trước sản phẩm trong thời gian thực.
Thông tin thêm cho Android Studio:
Đƣợc xây dựng dựa trên IntelliJ IDEA Community Edition, Java IDE phổ biến của JetBrains
Hệ thống xây dựng dựa trên Gradle linh động
Tạo lập nhiều phương án và Multiple ẠP cho các API Levels khác nhau
Hỗ trợ temple đƣợc mở rộng cho các dịch vụ của Google và các thiết bị khác nhau
Biên tập layout phong phú hỗ trợ chỉnh sửa theme
Công cụ lint để bắt hiệu suất, khả năng sử dụng, phiên bản tương thích và các vấn đề liên quan khác
Bảo vệ chuyên nghiệp ProGuard và khả năng tạo sign app
Hỗ trợ Build-in cho nền tảng đám mây của Google, từ đó có thể dễ dàng tích hợp Google Cloud Messaging và App Engine
Giao diện màn hình đầu của Android Studio khi bắt đầu một project:
Hình 2.8 giao diện màn hình đầu của Android Studio
Sau khi tạo dự án, chúng ta tiến hành mở dự án đã tạo để xem cấu trúc của nó
Và trên màn hình của chúng ta lúc này sẽ tương tự như sau:
Giao diện thiết kế ứng dụng được chia thành 6 phần chính, mỗi phần đảm nhận các chức năng cụ thể mà người dùng thường xuyên tương tác.
Phần 1: Thanh công cụ này rất tiện lợi Nó sẽ giúp chúng ta thao tác nhanh hơn các chức năng thường dùng khi lập trình, chi tiết như sau:
: dùng để mở tập tin (File) hay một dự án (Project)
Để lưu tất cả tập tin trong dự án, bạn có thể sử dụng tổ hợp phím Ctrl + S thay vì chọn biểu tượng "Lưu tất cả".
Chức năng đồng bộ tập tin cho phép tìm và tải lại tất cả các tập tin đã thay đổi từ bên ngoài từ ổ đĩa cứng Người dùng có thể sử dụng tổ hợp phím Ctrl + All + Y để thực hiện chức năng này một cách nhanh chóng, thay vì phải chọn biểu tượng.
Phần mềm phần mềm lập trình Android Studio
Android Studio is Google's official programming tool, replacing the older Eclipse version It comprises several components, including the Android Studio IDE, Android SDK tools, the Android 5.0 (Lollipop) Platform, and the Android 5.0 emulator system image with Google APIs.
Android Studio là một công cụ lập trình thông minh, cung cấp khả năng chỉnh sửa code tiên tiến với nhiều tính năng mới như công cụ thiết kế giao diện người dùng trực quan và phân tích hiệu suất Điều này giúp lập trình viên tạo ra các ứng dụng, thực hiện các thay đổi và xem trước sản phẩm trong thời gian thực một cách dễ dàng và hiệu quả.
Thông tin thêm cho Android Studio:
Đƣợc xây dựng dựa trên IntelliJ IDEA Community Edition, Java IDE phổ biến của JetBrains
Hệ thống xây dựng dựa trên Gradle linh động
Tạo lập nhiều phương án và Multiple ẠP cho các API Levels khác nhau
Hỗ trợ temple đƣợc mở rộng cho các dịch vụ của Google và các thiết bị khác nhau
Biên tập layout phong phú hỗ trợ chỉnh sửa theme
Công cụ lint để bắt hiệu suất, khả năng sử dụng, phiên bản tương thích và các vấn đề liên quan khác
Bảo vệ chuyên nghiệp ProGuard và khả năng tạo sign app
Hỗ trợ Build-in cho nền tảng đám mây của Google, từ đó có thể dễ dàng tích hợp Google Cloud Messaging và App Engine
Giao diện màn hình đầu của Android Studio khi bắt đầu một project:
Hình 2.8 giao diện màn hình đầu của Android Studio
Sau khi tạo dự án, chúng ta tiến hành mở dự án đã tạo để xem cấu trúc của nó
Và trên màn hình của chúng ta lúc này sẽ tương tự như sau:
Giao diện thiết kế ứng dụng được chia thành 6 phần, mỗi phần đảm nhiệm các chức năng cụ thể mà người dùng thường xuyên tương tác.
Phần 1: Thanh công cụ này rất tiện lợi Nó sẽ giúp chúng ta thao tác nhanh hơn các chức năng thường dùng khi lập trình, chi tiết như sau:
: dùng để mở tập tin (File) hay một dự án (Project)
Để lưu tất cả tập tin trong dự án, bạn có thể sử dụng tổ hợp phím Ctrl + S thay vì chọn biểu tượng "Save All".
Chức năng đồng bộ tập tin cho phép tìm và tải lại tất cả các tập tin đã thay đổi từ bên ngoài từ ổ đĩa cứng Để thực hiện chức năng này, người dùng có thể sử dụng phím tắt Ctrl + All + Y thay vì chọn biểu tượng trên giao diện.
Chức năng Undo và Redo cho phép người dùng quay lại các hành động trước đó hoặc thực hiện lại các thao tác đã hủy Bạn có thể sử dụng tổ hợp phím Ctrl + Z để hoàn tác và Ctrl + Shift + Z để thực hiện lại hành động.
: để “cut” tập tin hoặc hình ảnh đến Clipboard Có thể sử dụng phím Ctrl + X để thực hiện chức năng này thay vì chọn biểu tƣợng
: để sao chép (copy) tập tin hoặc hình ảnh đến Clipboard Có thể sử dụng phím Ctrl + C để thực hiện chức năng này thay vì chọn biểu tƣợng
: để dán (paste) tập tin hoặc hình ảnh từ Clipboard Có thể sử dụng phím Ctrl + V để thực hiện chức năng này thay vì chọn biểu tƣợng
: để chạy (run) ứng dụng Chúng ta có thể sử dụng phím Shift + F10 thay vì chọn biểu tƣợng này
: để debug ứng dụng Chúng ta có thể sử dụng phím Shift + F9 thay vì chọn biểu tƣợng này
: là Android Virtual Device Manager (AVD Manager) cho phép tạo và quản lý các thiết bị ảo
SDK Manager là công cụ quản lý phiên bản Android, cung cấp các biểu tượng và chức năng thường dùng trong lập trình Ngoài ra, người dùng còn có thể khám phá thêm nhiều biểu tượng khác để hỗ trợ quá trình phát triển ứng dụng.
Phần 2: là phần dành cho cấu trúc hệ thống của ứng dụng:
Hình 2.10 Cấu trúc hệ thống của ứng dụng
Cấu trúc dự án có thể chia thành phần sau:
src: Thƣ mục này chứa các file mã nguồn mở java cho dự án của bạn
Thư mục gen chứa file R.java, một file được trình biên dịch tạo ra có khả năng tham chiếu đến tất cả các tài nguyên trong dự án Bạn không nên chỉnh sửa file này để đảm bảo tính toàn vẹn của dự án.
bin: Thƣ mục này chức các file *.apk (Android Package file) đƣợc build mới ADT
res/drawable-hdpi: Đây là thƣ mục chứa các đối tƣợng drawable đƣợc thiết kế dành cho các màn hình có độ phân giải cao
res/layout: Đây là thƣ mục chứa các file layout cho việc thiết kế giao diện
res/values: Đây là thƣ mục dành cho các file XML khác chứa 1 tập hợp các tài nguyên, ví dụ nhƣ: các định nghĩa về strings, colors
AndroidManifest.xml: chứa thông tin cài đặt ứng dụng
Ngoài ra còn có thƣ mục assét chứa tất cả các thông tin không biên dịch nhƣ: âm thanh, hình ảnh, tập tin CSDL của ứng dụng
Phần 3: Nó khá quan trọng cho những bạn mới bắt đầu lập trình Đây là nơi hiển thị trực tiếp các điều khiển (control) mà Android hỗ trợ, cho phép bạn kéo thả trực tiếp vào phần 4 ( Giao diện thiết bị ) để thiết kế
- Chú ý ở góc trái có 2 phần Design và Text, với:
Phần Design cho phép thiết kế giao diện bằng cách kéo thả
Phần Text cho phép chúng ta thiết kế giao diện bằng viết thẻ XML
Hình 2.11 phần thiết kế Design giao diện ứng dụng
Hình 2.12 phần thiết kế Design và Tex góc trái màn hình
Phần 4: Là vùng giao diện thiết bị , cho phép các điều khiển (control) kéo thả vào đây Chúng ta có thể chọn cách hiển thị theo nằm ngang – nằm đứng – phóng to – thu nhỏ, căn chỉnh điều khiển, lựa chọn loại thiết bị hiển thị…
Phần 5: Khi màn hình của bạn có nhiều điều khiển (control) thì phần 5 này rất cần thiết Nó hiển thị giao diện theo dạng cấu trúc cây nên bạn dễ dàng quan sát và lựa chọn khi chúng ta bị chồng lập trên giao diện
Hình 2.13 phần cấu trúc giao diện
Phần 6: cho phép thiết lập trạng thái hay thuộc tính cho các điều khiển trên giao diện
Giao diện phần viết code của Project có dạng nhƣ thế này:
Hình 2.14 giao diện khi thực hiện 1 project.
Giới thiệu về cảm biến khí Gas MQ2
MQ2 là cảm biến khí chuyên dụng để phát hiện các khí dễ cháy, được chế tạo từ chất bán dẫn SnO2 với độ nhạy thấp trong không khí sạch Khi tiếp xúc với môi trường có khí cháy, độ dẫn của cảm biến sẽ thay đổi đáng kể Đặc điểm này cho phép tích hợp vào mạch điện đơn giản để chuyển đổi độ nhạy thành tín hiệu điện áp.
Hình 2.15 Cảm biến gas MQ2
Cảm biến MQ2 gồm 4 chân VCC, GND, Dout, Aout trong đó:
- Aout : Điện áp ra tương tự có giá tri ̣ từ 0,3-4,5V, phụ thuộc vào nồng đô ̣ khí gas xung quanh MQ2
- Dout: Điện áp ra số, giá trị 0,1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng đô ̣ khí mà MQ2 đo được
- VCC và GND là chân cấp nguồn của cảm biến
Mô ̣t vài thông số kĩ thuâ ̣t của cảm biến MQ2:
- Hai dạng tín hiệu đầu ra: Digital và analog
- Công suất tiêu thụ khoảng 350mW
- Nhiệt độ hoạt động -10 O C đến 50 O C
Trong môi trường sạch, điện áp đầu ra của cảm biến MQ2 ở mức thấp Khi nồng độ khí gây cháy xung quanh tăng lên, giá trị điện áp đầu ra của cảm biến cũng sẽ tăng theo.
MQ2 là cảm biến lý tưởng cho môi trường khí hóa lỏng LPG, H2 và các khí dễ cháy khác Với mạch thiết kế đơn giản và chi phí thấp, cảm biến này được ứng dụng rộng rãi trong cả ngành công nghiệp và đời sống dân dụng.
Giới thiệu về cảm biến siêu âm SRF-05
Cảm biến SRF05 là một thiết bị đo khoảng cách sử dụng công nghệ siêu âm, bao gồm một bộ phát và một bộ thu sóng Khi sóng siêu âm được phát ra, chúng di chuyển qua không khí và khi gặp vật cản, sóng sẽ phản xạ trở lại, được bộ thu ghi nhận.
Hình 2.16 Cảm biến siêu âm SRF-05
Vận tốc truyền âm thanh trong không khí là hằng số ổn định, ít thay đổi Bằng cách đo khoảng thời gian từ khi phát sóng siêu âm đến khi nhận được tín hiệu phản xạ, ta có thể tính toán khoảng cách từ cảm biến đến vật thể.
- Điện áp hoạt động: 5VDC
- Khoảng cách đo tối đa 3-4m
- Tín hiệu TTL (mức 0 và 1)
- Kích thước 43mm x 20mm x 17mm
- Vcc: Cấp nguồn cho cảm biến
- Trigger: Kích hoạt quá trình phát sóng âm Quá trình kích hoạt khi một chu kì điện cao / thấp diễn ra
- Echo: Bình thường sẽ ở trạng thái 0V, được kích hoạt lên 5V ngay khi có tín hiệu trả về, sau đó trở về 0V
- Gnd: Nối với cực âm của mạch
Sóng siêu âm được truyền trong không khí với tốc độ 343 m/s Cảm biến phát ra sóng siêu âm và đồng thời thu nhận các sóng phản xạ Bằng cách đo khoảng thời gian từ lúc phát sóng đến khi thu nhận, chúng ta có thể xác định quãng đường mà sóng đã di chuyển trong không gian.
Hình 2.17 Biểu diễn sóng âm trong không gian
Quãng đường đi chuyển của sóng sẽ bằng hai lần khoảng cách từ cảm biến tới vật cản, theo hướng phát của sóng siêu âm với công thức:
Khoảng cách cần đo (d) được xác định bằng công thức liên quan đến vận tốc sóng siêu âm (v) trong môi trường truyền sóng và thời gian (t) từ lúc sóng phát ra đến khi sóng nhận về.
Cảm biến siêu âm SRF-05 hoạt động ở hai chế độ: Chế độ 1 yêu cầu một chân trigger và một chân echo, phù hợp cho kết nối đơn giản nhưng tiêu tốn hai chân để đo khoảng cách Trong khi đó, Chế độ 2 chỉ cần một chân duy nhất cho cả trigger và echo, giúp tiết kiệm số chân sử dụng trên vi điều khiển.
Chế độ 1: Hai chân Trigger và Echo riêng
Hình 2.18 Giản đồ thời gian cho chế độ 1
Theo sơ đồ thời gian, để kích hoạt cảm biến, cần cấp một xung Trigger ngắn tối thiểu 10uS Sau đó, cảm biến sẽ phát ra 8 chu kỳ sóng siêu âm ở tần số 40kHz và xuất xung Echo lên mức cao Cảm biến sẽ chờ nhận sóng siêu âm phản hồi từ vật cản; khi nhận được, xung Echo sẽ giảm xuống mức thấp Độ rộng của xung Echo tỉ lệ thuận với khoảng cách đến vật cản.
Nếu không phát hiện được vật cản hoặc vật cản nằm ngoài tầm xác định của cảm biến, sau 30ms, xung Echo sẽ tự động giảm xuống mức thấp Khoảng cách d từ cảm biến đến vật cản được tính theo công thức cụ thể.
Chế độ 2: Một chân xử dụng cho cả Trigger và Echo
Hình 2.19 Giản đồ thời gian cho chế độ 2
Chế độ sử dụng một chân cho hai tín hiệu Trigger và Echo yêu cầu kết nối chân Mode với GND và để chân Echo trống Khi gửi tín hiệu Trigger, tín hiệu Echo sẽ xuất hiện trên cùng một chân và gửi lại tín hiệu cho bộ điều khiển Cảm biến SRF 05 không trả tín hiệu Echo ngay lập tức sau khi nhận Trigger, mà sau khoảng 700uS kể từ khi tín hiệu Trigger kết thúc, tức là khi Trigger được kéo xuống mức thấp Cần lưu ý rằng khi sử dụng chế độ này, chân của vi điều khiển phải được lập trình ở chế độ In-Output.
Giới thiệu về RC servo
RC servo là thiết bị tích hợp động cơ mini và hệ bánh răng giảm tốc, giúp trục quay đến góc mong muốn với độ chính xác cao và khả năng chịu tải lớn hơn nhiều lần so với trọng lượng của nó Thiết bị này thường được ứng dụng trong lĩnh vực robotics và đồ chơi mô hình RC Hoạt động của RC servo dựa trên nguyên lý nhận xung PWM để điều khiển góc quay, tuy nhiên, nó chỉ có thể xoay ở các góc cố định, khác với các loại động cơ thông thường có khả năng xoay quanh trục Tùy thuộc vào loại servo, góc quay sẽ có sự khác biệt.
- Điện áp hoạt động từ 4,8~6V
- Nhiệt độ hoạt động 0 ºC – 55 ºC
- Chân GND: nối cực âm của mạch ( màu nâu )
- Chân VCC: nối cực dương của mạch ( màu đỏ )
- Chân PWM: chân nhận xung PWM ( màu cam)
Module giảm áp LM2596
Module LM2596 là một giải pháp giảm áp hiệu quả, cho phép điều chỉnh dòng ra lên đến 3A Với IC nguồn tích hợp, LM2596 cung cấp nguồn ổn định 5V hoặc 3,3V, lý tưởng để cấp nguồn cho các module và cảm biến.
Hình.2.21 Module giảm áp LM2596
- Module nguồn không sử dụng cách ly
- Nguồn đầu vào từ 4V đến 35V
- Nguồn đầu ra từ 1V đến 30V
- Kích thước mạch 53mm đến 26mm
- Tần số hoạt động 150KHz
- Nhiệt độ hoạt động -40 ℃ đến + 85 ℃
- Cấp nguồn thô vào các chân INPUT +, INPUT - và lấy nguồn ra từ các chân OUTPUT +, OUTPUT -
Để điều chỉnh điện áp đầu ra, bạn cần vặn các biến trở trên module và sử dụng đồng hồ đo điện áp để kiểm tra Sau đó, hiệu chỉnh điện áp sao cho phù hợp với yêu cầu sử dụng.
Giới thiệu mạch điều khiển động cơ L298
Mạch điều khiển động cơ L298 cho phép điều chỉnh chiều quay của động cơ DC một cách đơn giản và hiệu quả Bên cạnh đó, mạch này cũng có khả năng điều khiển động cơ bước lưỡng cực, mang lại sự linh hoạt trong ứng dụng.
Hình 2.22 Mạch điều khiển động cơ L298
Mạch tích hợp một ic nguồn 7805 để tạo ra nguồn 5V có thể cung cấp cho các thiết bị khác
Bảng 2 4 Thông số cơ bản của mạch điều khiển L298
Driver L298N Điện áp điều khiển +5V ~ +35V
Dòng tối đa cho mỗi cầu H 2A Điện áp của tín hiệu điều khiển +5V ~ +7V
Dòng của tín hiệu điều khiển 0 ~ 36mA
Nhiệm vụ của các chân
- OUT1: DC motor 1”+” hay stepper motor A+
- OUT2: DC motor 1”-” hay stepper motor A-
- OUT3: DC motor 2”+” hay stepper motor B+
- OUT4: DC motor 2”-” hay stepper motor B-
Chân Enable (ENA) của Motor 1 được sử dụng để cấp xung PWM cho motor Nếu sử dụng VDK, hãy rút jumper ra và cắm chân PWM vào ENA Đối với động cơ bước, giữ nguyên cấu hình này.
Chân Enable (ENB) của động cơ 2 được sử dụng để cấp xung PWM cho động cơ Nếu sử dụng VDK, cần rút jumper ra và cắm chân PWM vào đây Đối với động cơ bước, giữ nguyên cấu hình này.
- VCC: Cắm dây nguồn cung cấp điện áp cho motor vào đây từ 5V đến 35V
- GND: Cắm dây GND của nguồn
- IN1, IN2, IN3, IN4: Các chân điều khiển động cơ.
Giới thiệu động cơ DC giảm tốc
Động cơ nhỏ này có công suất thấp, thường được sử dụng để kéo tải nhẹ như bánh xe, và rất phổ biến trong các loại robot đơn giản, dễ sử dụng.
Bảng 2.5 Thông số cơ bản của động cơ giảm tốc
Khung xe robot
Khung robot Iron Hide, như hình 2.15, là một thiết kế hoàn chỉnh cho phép lắp ráp Arduino, mạch điều khiển động cơ L298, động cơ servo và nhiều loại cảm biến khác.
Với sự tiện lợi trong việc lắp ráp các module và cảm biến, người dùng không cần lo lắng về thiết kế cơ khí mà chỉ cần tập trung vào lập trình và điều khiển Bộ khung robot Iron Hide bao gồm nhiều thành phần linh hoạt và dễ dàng kết nối.
4 bánh xe nhựa 65mm ( hình 2.14)
4 động cơ vàng 6V-9V
Đế và mă ̣t trên được làm từ chất liê ̣u mica
Ốc vit để kết nối khung xe Điện áp hoạt động 3-9VDC
Số vòng/1 phút 50 vòng/ 1 phút tại 3VDC
Khung xe sau khi lắp ráp hoàn chỉnh nhƣ hình 2.15
Hình 2.25 khung xe robot Iron Hide
Pin Panasonic 18650
- Sƣ̉ du ̣ng làm nguồn nuôi cho robot, sạc pin dự phòng…
- Sƣ̉ du ̣ng nuôi nguồn cho các ma ̣ch điê ̣n tƣ̉
- Sƣ̉ du ̣ng trong bô ̣ điều khiển cầm tay
- Pin có thể sƣ̉ du ̣ng nhiều lần
- Dung lươ ̣ng pin tùy từng loại pin mà dung lượng khác nhau:
- Nhiê ̣t đô ̣ làm viê ̣c -20 đến 40 ℃
Bô ̣ sa ̣c Panasonic
Khi pin hết năng lươ ̣ng ta có thể sa ̣c la ̣i pin bằng bô ̣ sa ̣c pin Untrafire 18650
- Sƣ̉ du ̣ng cho tất cả dòng pin Ultrafire
Lắp pin vào bô ̣ sa ̣c và cấp nguồn cho bô ̣ sa ̣c
- Nếu pin chƣa đầy đèn sáng màu đỏ, khi pin đầy đèn chuyển sang màu xanh
- Khi đèn chuyển sang màu xanh ba ̣n nên lấy pin ra khỏi bô ̣ sa ̣c
Hình 2.27 Bô ̣ sa ̣c pin Panasonic 18650
Giới thiệu board Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 là bo mạch sử dụng vi điều khiển AVR Atmega2560, nổi bật với việc không sử dụng chip FTDI để chuyển tín hiệu từ USB Thay vào đó, nó sử dụng ATmega16U2, được lập trình như một công cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB, mang lại hiệu suất cao và tính linh hoạt cho các dự án điện tử.
Arduino Mega2560 có cấu trúc tương tự như Arduino Uno R3, với điểm khác biệt là số lượng chân nhiều hơn và nhiều tính năng mạnh mẽ hơn Do đó, người dùng có thể lập trình cho Arduino Mega2560 bằng phần mềm lập trình tương tự như cho Arduino Uno R3.
Hình 2.29 Sơ đồ chân của Arduino Mega 2560
Cấu tạo chính của Arduino Mega 2560 bao gồm các phần sau:
Cổng USB là giao tiếp chính để tải mã từ máy tính lên vi điều khiển, đồng thời cũng cho phép truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính thông qua giao tiếp serial.
Để cung cấp nguồn cho Arduino, bạn có thể sử dụng cổng USB, nhưng không phải lúc nào cũng có thể kết nối với máy tính Trong trường hợp đó, bạn cần sử dụng nguồn từ 9V đến 12V và cắm vào jack nguồn.
Có 54 chân ra/vào số đánh số thứ tự từ 0 đến 13, ngoài ra có mộtchân nối đất (GND) và một chân điện áp tham chiếu (AREF)
Vi điều khiển AVR là bộ xử lý trung tâm của bo mạch Arduino, và mỗi mẫu Arduino sử dụng một loại chip khác nhau Cụ thể, Arduino Mega2560 sử dụng chip ATMega2560.
Có một nút nhấn reset và một đầu ICSP
Mega 2560 sở hữu 16 chân vào tương tự với độ phân giải 10 bit, cho phép đo 1024 giá trị khác nhau Mặc định, các giá trị này được đo trong khoảng từ 0 đến 5 volts, nhưng người dùng có thể điều chỉnh phạm vi đo bằng cách sử dụng chân Aref và chức năng analogReference.
Các Atmega 2560 có 256 KB bộ nhớ flash để lưu trữ mã (trongđó có 8
KB đƣợc sử dụng cho bộ nạp khởi động), 8 KB SRAM và4 KB EEPROM
Vi điều khiển ATmega2560 Điện áp hoạt động 5V Điện áp đầu vào (đƣợc đề nghị) 7-12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V
Số lƣợng chân I / O 54 (trong đó có 15 cung cấp sản lƣợng
Dòng điện DC với chân 3.3V 50 mA
Bộ nhớ flash 256 KB trong đó có 8 KB sử dụng bởi bộ nạp khởi động
Tốc độ đồng hồ 16 MHz
Hình 2.30 thông số kỹ thuật của Arduino Mega 2560
Trong đó các chân pin có các chức nhƣ sau:
Nối tiếp: 0 (RX) và 1 (TX); Nối tiếp 1: 19 (RX) và 18 (TX); Nối tiếp 2: 17
Chân RX và TX được sử dụng để nhận và truyền dữ liệu TTL, với RX là chân 15 và TX là chân 14 Ngoài ra, chân 0 và 1 cũng kết nối với các chân tương ứng của chip USB-to-TTL nối tiếp.
External Interrupt: 2 (gián đoạn 0), 3 (gián đoạn 1), 18 (gián đoạn 5), 19
Các chân trong hệ thống có thể được cấu hình để kích hoạt ngắt dựa trên các điều kiện như giá trị thấp, góc lên hoặc xuống, hoặc sự thay đổi trong giá trị Để biết thêm chi tiết, hãy tham khảo chức năng attachInterrupt().
PWM: 2-13 và 44-46, cung cấp sản lƣợng PWM 8-bit với analogWrite () chức năng
SPI sử dụng các chân 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK) và 53 (SS) để giao tiếp, hỗ trợ thông qua thư viện SPI Các chân này cũng được bố trí trên tiêu đề ICSP, tương thích với các board Uno, Duemilanove và Diecimila.
Đèn LED tích hợp với pin kỹ thuật số 13 sẽ sáng khi pin có giá trị cao và tắt khi pin ở mức thấp.
Giao tiếp I2C (còn gọi là IIC hoặc TWI) sử dụng chân 20 (SDA) và 21 (SCL) và được hỗ trợ thông qua thư viện Wire Cần lưu ý rằng vị trí các chân này khác với các chân TWI/I2C trên các bo mạch Duemilanove hoặc Diecimila.
Mega có 16 chân vào analog, mỗi chân cung cấp độ phân giải 10 bit, tương đương với 1024 giá trị khác nhau Mặc định, các chân này đo từ 0 đến 5 volts, nhưng người dùng có thể điều chỉnh giới hạn trên của phạm vi bằng cách sử dụng chân Aref và hàm analogReference().
Tất cả các chân tương tự hoạt động bằng cách sử dụng PWM (Pulse Width Modulation) Thay vì thiết lập một điện áp cụ thể cho pin tương tự, PWM điều chỉnh chu kỳ nhiệm vụ của sóng vuông luân phiên giữa 0V và +5V, tạo ra điện áp trung bình theo thời gian nằm trong khoảng từ 0V đến +5V.
Hình 2.31 Sơ đồ nguyên lý board Arduino Mega 2560
