Nội dung chính
1. Sơ lược về Arduino
2. Xây dựng mô hình hệ thống cơ điện tử
3. Thiết kế bộ điều khiển
4. Kết luận
1. Sơ lược về Arduino
Arduino là hãng cung cấp phần cứng và phần mềm mã nguồn mở (open source hardware, open-source software) của Italia do B.Massimo, D.Mellis sáng lập. Tên hãng được đặt theo tên một quán rượu, nơi những người sáng lập ra thường xuyên gặp gỡ và bàn luận. Mạch điện tử Arduino Uno phiên bản đầu tiên được giới thiệu năm 2005, nó được phát triển trên luận án master 2004 – Platform Wiring của sinh viên master người Columbia B.Hermando, với mục tiêu là tạo mạch điện tử ứng dụng, giá thành thấp, đơn giản, nhỏ gọn, dễ sử dụng cho những người không phải chuyên ngành điện tử (B.Massimo và R.Casey là hướng dẫn của Hermando).
Cho tới thời điểm hiện tại, Arduino đã phát triển với nhiều phiên bản mạch ứng dụng khác nhau. Arduino là tên chung cho các phiên bản được phát hành tại Mỹ bởi sự hợp tác giữa Arduno và Sparkfun Elextronics. Ngoài thị trường Mỹ, Arduino được biết đến với tên gọi khác là Genuino. Có thể tóm lược và phân loại các mạch Arduino theo ứng dụng như bảng 1 dưới đây.
Bảng 1– Phân loại Arduino theo ứng dụng.
|
Ứng dụng căn bản |
Arduino Uno, Arduino 101, Arduino Pro, Arduino Pro mini, Arduino Micro, Starter KIT, Basic KIT |
|
Ứng dụng nâng cao |
Arduino Mega, Arduino Zero |
|
Ứng dụng internet |
Arduino MKR1000, Arduino Yún, Arduino Wifi |
|
Wearable |
Arduino Gemma, LilyPad Arduino Usb, LilyPad Arduino main board, LilyPad Arduino simple, LilyPad Arduino Simple Snap, |
Những phiên bản về sau của Arduino sử dụng vi điều khiển Atmel có bộ nhớ lớn hơn, chức năng nhiều hơn do đó số lượng chân vào/ra lớn hơn cũng vì thế kích thước mạch Arduino cũng tăng lên. Để lựa chọn Arduni phù hợp với ứng dụng của mình, không lãng phí bộ nhớ, cũng như không gian lắp đặt phần cứng, người thiết kế cần liệt kê số bậc tự do của hệ thống, sơ đồ lắp đặt vị trí các cơ cấu chấp hành, đường nối dây… Các mạch của Arduino đã được thiết kế một cách tối ưu về kích thước, vị trí các chân kết nối cũng như vị trí lắp đặc các bulong kết nối. Ngoài việc dựa vào Bảng 1 – Phân loại Arduino theo ứng dụng, người thiết kế còn có thể lựa chọn mạch Arduino phù hợp với hệ thống của mình thông qua bảng 2 – Một số mạch Arduino và đặc tính liên quan.
Bảng 2 – Một số mạch Arduino và đặc tính liên quan
|
Mạch Arduino |
Flash memory (Kbytes) |
SPRAM (Kbytes) |
EEPROM (Kbytes) |
Xung nhịp (MHz) |
Vào/ra tín hiệu số |
Ngõ vào Analog |
Điện áp (V) |
|
Uno |
32 |
2 |
1 |
16 |
14 |
6 |
5V |
|
Nano |
32 |
2 |
1 |
16 |
14 |
8 |
5V |
|
Pro |
16 |
2 |
1 |
16 |
14 |
10 |
5V |
|
Micro |
16 |
8 |
1 |
16 |
14 |
8 |
3.3V |
|
Mega 1280 |
128 |
8 |
4 |
16 |
54 |
16 |
5V |
|
Mega 2560 |
256 |
8 |
4 |
16 |
54 |
16 |
5V |
|
Due |
512 |
96 |
- |
84 |
54 |
12 |
3.3V |
|
Leonardo |
32 |
2.5 |
1 |
16 |
20 |
12 |
5V |
Sau phiên bản Arduino đầu tiên phát hành với cổng kết nối RS232, các phiên bản Arduino sau đó đã được cải tiến rất nhiều, thay các linh kiện chân cắm bằng các linh kiện dán, thay chuẩn giao tiếp RS232 bằng chuẩn giao tiếp USB. Chính điều đó đã làm các phiên bản Arduino càng về sau, càng hoàn thiện. Một số phiên bản Arduino cho tới thời điểm hiện tại được trình bày qua hình 1.
Hình 1– Một số mạch Arduino ở thời điểm hiện tại.
Một cách tổng quát, trên sơ đồ mạch Arduino bất kì, có thể phân thành các vị trí:
Mạch cấp nguồn cho Arduino qua cổng cấp nguồn 7~12V DC,
Mạch kết nối Arduino với máy tính qua cổng giao tiếp USB sử dụng chip Atmel 16U2,
Vi điều khiển Atmel và các chân xuất/nhận tín hiệu.
Ở phần chính của mạch, các nhóm chân xuất/nhận tín hiệu được nhóm chung vào một nhóm, và đặt cùng vị trí:
POWER: nhóm chân cấp nguồn 5V, 3.3V hay cấp nguồn cho mạch Arduino (Vin)
ANALOG IN: nhóm chân nhận tín hiệu vào là tín hiệu Analog; giao tiếp I2C (SDA/SCL)
DIGITAL: nhóm chân xuất/nhận tín hiệu số
(~PWM): nhóm chân có thể xuất tín hiệu analog PWM
(RX, TX): nhóm chân sử dụng để giao tiếp USART, Serial
Arduino là hãng đã công khai phần cứng của mạch Arduino (Open hardware) nên rất dễ để có thể tìm kiếm một sơ đồ kết nối linh kiện để có thể tự lắp cho bản thân một mạch Arduino Uno (Hình 2)
Hình 2 – Mạch Arduino tự lắp
(Còn tiếp)
