đồ án điều Khiển Thiết Bị điện Bằng Arduino - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.doc) (49 trang)

Trang chủ

Kỹ Thuật - Công Nghệ

Điện - Điện tử

đồ án điều khiển thiết bị điện bằng arduino

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.96 MB, 49 trang )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCMKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬPHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌCĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆNQUA INTERNETGiảng viên hướng dẫn: MAI BÁ LỘCThực hiện: NhómLê Trung Nam - 1512071TP. Hồ Chí Minh – 2018MỤC LỤCMỤC LỤC.................................................................................................................... 2LỜI NÓI ĐẦU..............................................................................................................1CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN................................................................2CHƯƠNG 2: LẮP ĐẶT VÀ NẠP CODE.................................................................25CHƯƠNG 3: TẠO ĐỊA CHỈ CHO THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN...............................38LỜI KẾT....................................................................................................................45TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................46LỜI NÓI ĐẦUNhư chúng ta đã biết, khoa học công nghệ ngày nay đang phát triển nhanhchóng. Chúng ta đang sống trong thời đại này, thời đại của công nghệ thông tin và tựđộng hóa. Và tự động hóa ngày nay đang trở thành xu hướng chung của toàn cầu.Thật vậy, công nghệ tự động hóa ngày nay đã được ứng dụng rất nhiều trongđời sống giúp con người có được một cuộc sống tiện nghi và hiện đại hơn. Một trongnhững đối tượng được phát triển đó chính là năng lượng điện – nguồn năng lượngkhông thể thiếu trong đời sống ngày nay. Và một trong số những thiết bị được kỳ vọngđó chính là ngôi nhà thông minh hay rộng hơn đó là Internet of Things. Đề tài “Điềukhiển thiết bị điện qua Internet sử dụng Arduino” mà nhóm đang hướng đến tuykhông quá mới mẻ nhưng hứa hẹn sẽ đem đến cho người sử dụng những ứng dụng tốtnhất của công nghệ này. Đề tài gồm 3 chương:Chương 1: Giới thiệu tổng quanChương 2: Tiến hành lắp đặt và nạp codeChương 3: Tạo địa chỉ cho thiết bị điều khiểnTrong quá trình nghiên cứu nhóm đã cố gắng hết sức, song khó tránh khỏinhững thiếu sót. Nhóm rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và cácbạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn.Các tác giả1CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN1.1.Giới thiệu chungNhư đã chia sẻ trong lời nói đầu, khoa học kỹ thuật ngày nay đang hướng đếnnhững giải pháp điều khiển thông minh thay thế con người hay chí ít là hỗ trợ conngười trong việc điều khiển những thiết bị xung quanh mình. Và một trong những giảipháp mà nhóm đang hướng đến đó là sử dụng mạng Internet để điều khiển các thiết bịđiện trong nhà. Nói đến điện – nguồn năng lượng gần như không thể thiếu trong đờisống trong đời sống ngày nay vì hầu hết các thiết bị gia dụng ngày nay đều phải sửdụng điện để hoạt động. Chắc hẳn ai trong chúng ta cũng đã hiểu được cái cảm giáckhó chịu khi những chiếc bóng đèn hay những chiếc quạt không thể hoạt động mỗi khicúp điện. Nếu như ngày trước, khi ta muốn bật - tắt một bóng đèn hay một chiếc quạttrong nhà, ta phải trực tiếp thao tác bằng tay lên những công tắc hay những phích cắm,điều này đôi khi đem lại những bất tiện và phiền hà hoặc có thể gây nguy hiểm chongười sử dụng. Giờ đây, với sự trợ giúp của những công nghệ mới, chỉ với một chiếcđiện thoại Smartphone được tích hợp ta hoàn toàn có thể điều khiển những thiết bịđiện trong nhà một cách linh hoạt và tiện nghi hơn thông qua những ứng dụng hoàntoàn miễn phí được chia sẻ trên thư viện của Android, IOS, …Chắc hẳn chúng ta đã quá quen thuộc khi nhắc đến thuật ngữ “Mạng máy tínhtoàn cầu” hay còn lại là Internet. Internet đã mở ra cho chúng ta sự liên kết rộng lớnvới thế giới bên ngoài. Và đối với những người nghiên cứu trong lĩnh vực tự động hóa– điều khiển thì Internet thật sự là một công cụ hỗ trợ đắc lực để họ thực hiện những ýtưởng một cách hoàn hảo nhất.Như chúng ta đã biết, thị trường công nghệ trong năm 2015 đã bắt đầu cónhững bước chuyển mình rất lớn và một trong số những thiết bị được kỳ vọng đóchính là ngôi nhà thông minh hay rộng hơn đó là Internet of Things. Khi ngôi nhà củachúng ta được kết nối Internet, nó sẽ giúp ta mở rộng phạm vi điều khiển ra rất nhiều.Thử tưởng tượng khi ta ngồi ở bất cứ đâu với một thiết bị có thể kết nối Internet, tahoàn toàn có thể điều khiển được những thiết bị trong nhà theo ý muốn, chẳng hạn như2khi ta đi ra ngoài mà quên tắt điện hoặc khi ta muốn theo dõi ngôi nhà qua hệ thốngcamera giám sát khi ta đang ở bất kỳ đâu,… Khi điều đó vượt khỏi phạm vi kiểm soátcủa sóng Bluetooth hay một giao diện máy tính thông thường, thì việc kết nối Arduinovới Internet là cần thiết.1.2. Đối tượng nghiên cứu1.2.1. Ngôi nhà thông minh (Smart Home) Khái niệmNhà thông minh (tiếng Anh: Smart Home hoặc Intellihome) là kiểu nhà đượclắp đặt các thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hoá hoàn toàn hoặc bán tự động,thay thế con người trong thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển.Nhà thông minh có đặc trưng nổi bật là sự tiết kiệm tối đa tiêu hao năng lượngdưới mọi dạng mà vẫn tạo điều kiện thoải mái và tiện nghi tối đa cho chủ nhân.Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòng khách đếntoilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với Internet và điện thoại diđộng, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho thiết bị ở nhàhoạt động theo lịch. Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngôn ngữ củanhau và có khả năng tương tác với nhau.Hiện tại trên thế giới có rất nhiều hãng cung cấp nhà thông minh. trong đó nổibật nhất là các hãng Home Automation Inc (HAI - Nay là Leviton security &Automation), ELK, Vantage, Control4.Biệt thự Thái Bình Dương của Bill Gates, được mệnh danh là "ngôi nhà thôngminh" đầu tiên trong lịch sử loài người cả về nghĩ đen và nghĩa bóng, do có những hệthống trang, thiết bị điện tử tinh vi, hiện đại và rất phức tạp được bố trí ở nội thất bêntrong.Các chức năng chính thường sử dụng trong nhà thông minh:+ Điều khiển chiếu sáng (on/off, dimmer, scence, timer, logic,...).+ Điều khiển mành, rèm, cửa cổng.+ Hệ thống An ninh, báo động, báo cháy.3+ Điều khiển điều hòa, máy lạnh.+ Hệ thống âm thanh đa vùng.+ Camera, chuông hình.+ HT Bảo vệ nguồn điện.+ Các tiện ích và ứng dụng khác. Quá trình và phát triển phát triển- Trong quá khứ:Tờ báo ABC News của Mỹ cho rằng ý tưởng về một ngôi nhà thông minh nghecó vẻ như là một thứ gì đó chỉ có ở các bộ trong phim viễn tưởng của Mỹ. Năm 1999,bộ phim có tựa đề "Smart House" đã phác thảo về nhà thông minh qua một câu chuyệnhài hước: Một cậu bé 13 tuổi giành được giải thưởng trong một cuộc thi máy tính là4một "ngôi nhà của tương lai" với cô giúp việc ảo PAT (viết tắt của Công nghệ ứngdụng cá nhân).PAT rất tài tổ chức các bữa tiệc và đảm bảo cho ngôi nhà quy củ, trật tự. Nhưngkhi cha cậu bé bắt đầu hẹn hò với người đã làm ra ngôi nhà, cậu bé lập trình lại PAT đểnó hoạt động gần giống như có sự chăm sóc của mẹ hơn. Do đó, cha cậu sẽ không nghĩrằng họ cần một người mẹ khác nữa. Từ đó, mọi thứ trong ngôi nhà thông minh đảolộn, gây ra những tình huống dở khóc dở cười và kết cục là cậu bé có 2 "người mẹ",một là mẹ kế và một là ngôi nhà thông minh.Nhiều bộ phim khoa học giả tưởng Hollywood khác cũng khai thác nội dung vềcông nghệ nhà thông minh mà nhiều người có thể nghĩ là không thể.Trước đây, nhà thông minh chỉ hoàn toàn nằm trong trí tưởng tượng cũng nhưtrên phim ảnh mà thôi. Nhưng từ đầu những năm 1900, "ông tổ" của nhà thông minh tức các thiết bị điều khiển từ xa, bắt đầu được nghiên cứu và phát minh, tạo tiền đề chosự ra đời của chúng sau này.Sự manh nha phát triển của các thiết bị điện gia dụng bắt đầu từ năm 1915, đểrồi ý tưởng tự động hóa các thiết bị trong nhà xuất hiện vào những năm 1930. Đến tậnnăm 1984, thuật ngữ "Smarthome" mới xuất hiện!Cùng với sự phát triển đến chóng mặt của công nghệ, nhà thông minh cũng từđó được để ý đến và nhận được sự đầu tư nhiều hơn. Đến năm 2012, theo báo cáo củaABI Research, tại Mỹ đã có 1,2 triệu căn nhà được "tự động hóa"!-Hiện tại và tương laiVài năm trở lại đây, khi thế giới đang dần tiến vào kỷ nguyên Internet of Things(IoT), kết nối mọi vật qua Internet, nhà thông minh trở thành một xu hướng công nghệtất yếu, là tiêu chuẩn của nhà ở hiện đại. Tại triển lãm lớn nhất thế giới về công nghệđiện tử và tiêu dùng diễn ra đầu tháng 1/2015 tại Las Vegas (Mỹ), nhà thông minh làmột trong những chủ đề "nóng" nhất. Còn theo hãng tư vấn công nghệ hàng đầuGartner, công nghệ IoT sẽ bùng nổ kể từ năm 2015 với sự tham gia của hầu hết cáchãng công nghệ tên tuổi.5Việt Nam không nằm ngoài xu hướng này. Trong năm 2014, chủ đầu tư củahàng loạt khu đô thị lớn như Phú Mỹ Hưng, Royal City, Times City, Ecopark,Vinhomes Central Park... đã đưa Nhà thông minh tới các căn hộ, mang lại sự tiện nghivà đẳng cấp cho nhà ở tại đây.Các căn hộ thông minh đã xuất hiện trong các khu đô thị cao cấp như Phú MỹHưng, Royal City, Times City,. Với mong muốn “phủ sóng” nhà thông minh tại ViệtNam. Tập đoàn công nghệ BKAV đã ký hợp tác đưa giải pháp nhà thông minh BKAVSmartHome vào các khu đô thị cao cấp Ecopark (Hà Nội), Vinhomes Central Park (TP.Hồ Chí Minh),…Smarthome sẽ phát triển trong tương lai?Hiện nay, khái niệm ngôi nhà thông minh còn khá mơ hồ trong tâm trí ngườidùng. Cũng giống như cách đây gần 20 năm, Smartphone là một thiết bị gì đó màkhông phải ai cũng nghĩ nó sẽ thành hiện thực cho đến khi Apple làm một cuộc “cáchmạng” bằng iPhone. Và bây giờ, Smarthome cũng đang trong tình trạng đó.Có ai dám nghĩ một ngày nào đó Smartphone trở thành một điều bình thường?Tuy nhiên, đây là một “mảnh đất” rất “màu mỡ”, các tập đoàn và công ty côngnghệ hiện nay đã, đang và sẽ đầu tư vào Smarthome rất nhiều. Theo hãng nghiên cứuGartner, công nghệ nhà thông minh có thể đóng góp 1,9 nghìn tỷ USD cho kinh tế thếgiới vào năm 2020. Với các phát kiến gần đây về mạng và thiết bị, cuộc chiến trên mặttrận nhà thông minh của Apple, Google, Samsung và Amazon đang "nóng" lên từngngày.Công nghệ và thiết bị cho ngôi nhà thông minh đang được các công ty trongngành xây dựng quan tâm nhiều. Tại châu Âu, ngày càng có nhiều điều luật bắt buộc6các ngôi nhà mới xây phải có chứng chỉ thân thiện môi trường, như cách nhiệt tốt,giảm tiêu thụ điện, nước và khí đốt,...Nhà thông minh đang và sẽ là một xu hướng công nghệ tất yếu trên thế giới, trởthành tiêu chuẩn của nhà ở hiện đại trong kỷ nguyên Internet of Things - kết nối vạnvật qua internet. Bên cạnh đó, sự tiện nghi và tiết kiệm năng lượng cũng dần trở thànhmột tiêu chuẩn cần thiết nhằm nâng cao chất lượng sống của chúng ta. Vậy nên hãy bắtđầu cho một "kỷ nguyên công nghệ" mới! Đặc điểm của smart homeSmarthome có gì hấp dẫn?Dưới đây là 5 tính năng tiêu biểu mà một ngôi nhà thông minh mang lại giúpcon người có một cuộc sống tiện nghi và thoải mái hơn:1. Các cánh cửa đều tự động đóng và mở khi chúng nhận diện được chúng ta là ôngchủ của ngôi nhà.2. Tự điều chỉnh độ sáng các bóng đèn điện khi bạn đọc sách, xem ti-vi hay đi ngủ.3.Các thiết bị điện tử từ gia dụng đến giải trí trong ngôi nhà được điều khiển dễ dàngthông qua giọng nói hay Smartphone.4. Đưa ra các cảnh báo các vật dụng có thể gây nguy hiểm cho trẻ em khi chúng có ýđịnh sử dụng các vật dụng đó.5. Tính năng an ninh như tự báo động khi có một người cố tình xâm nhập trái phép, tựđộng khóa trái cửa, báo cảnh sát,... luôn trong trạng thái sẵn sàng.Thật tiện nghi khi mọi thứ đều được ”thông minh hóa”!1.2.2. Một số khái niệm cơ bản Mạng (network)Mạng máy tính hay hệ thống mạng (tiếng Anh: Computer Network hayNetwork System) là sự kết hợp các máy tính lại với nhau thông qua các thiết bị nối kếtmạng và phương tiện truyền thông (giao thức mạng, môi trường truyền dẫn) theo mộtcấu trúc nào đó và các máy tính này trao đổi thông tin qua lại với nhau.7Mạng máy tính được chia thành 2 loại: Mạng cục bộ (LAN – Local AreaNetwork) và Mạng diện rộng (WAN – Wide Area Network).-Mạng cục bộ (LAN- Local Area Network):+ Là mạng kết nối các máy tính ở gần nhau trong một phòng,một tòa nhà ,một trườnghọc.+Chỉ kết nối các máy tính trong một phạm vi nhỏ (dưới 100m). Truyền dữ liệu tốc độcao mà chỉ chịu tỷ lệ lỗi nhỏ.-Mạng diện rộng (WAN-Wide Area Network):+Là mạng kết nối các máy tính ở cách xa nhau ,như một tỉnh,một quốc gia.+Mạng diện rộng WAN thường liên kết với mạng LAN. Địa chỉ IPVề cơ bản, địa chỉ IP là địa chỉ đơn nhất mà mọi thiết bị điện tử đang sử dụng.Thông qua nó, thiết bị này có thể kết nối với thiết bị khác và chia sẻ dữ liệu.Một địa chỉ IP tiêu chuẩn (giao thức IPv4) chứa 4 nhóm chữ số khác nhau đượcngăn ra bằng dấu “.”, ví dụ 172.16.254.1. VPSVPS (Virtual Private Server) là dạng máy chủ ảo được tạo ra bằng phương phápphân chia một máy chủ vật lý thành nhiều máy chủ khác nhau có tính năng tương tựnhư máy chủ riêng (dedicated server), chạy dưới dạng chia sẻ tài nguyên từ máy chủvật lý ban đầu đó. Mỗi VPS là một hệ thống hoàn toàn riêng biệt, có một phần CPUriêng, dung lượng RAM riêng, dung lượng ổ HDD riêng, địa chỉ IP riêng và hệ điềuhành riêng, người dùng có toàn quyền quản lý root và có thể restart lại hệ thống bất cứlúc nào.1.2.3. Giới thiệu về Arduino8Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tácvới nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một boardmạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARMAtmel 32-bit. Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chânđầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khácnhau.Được giới thiệu vào năm 2005, những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mangđến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên vàgiới chuyên nghiệp để tạo ra những nhiết bị có khả năng tương tác với môi trườngthông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Những ví dụ phổ biến cho nhữngngười yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và pháthiện chuyển động. Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạytrên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trìnhcho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++.Giá của các board Arduino dao động xung quanh €20, hoặc $27 hoặc 574.468VNĐ, nếu được "làm giả" thì giá có thể giảm xuống thấp hơn $9. Các board Arduinocó thể được đặt hàng ở dạng được lắp sẵn hoặc dưới dạng các kit tự làm lấy. Thông tinthiết kế phần cứng được cung cấp công khai để những ai muốn tự làm một mạchArduino bằng tay có thể tự mình thực hiện được (mã nguồn mở). Người ta ước tínhkhoảng giữa năm 2011 có trên 300 ngàn mạch Arduino chính thức đã được sản xuấtthương mại, và vào năm 2013 có khoảng 700 ngàn mạch chính thức đã được đưa tớitay người dùng.Arduino được khởi động vào năm 2005 như là một dự án dành cho sinh viêntrại Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea) tại Ivrea, Italy.Vào thời điểm đó các sinh viên sử dụng một "BASIC Stamp" (con tem cơ bản) có giákhoảng $100, xem như giá dành cho sinh viên. Massimo Banzi, một trong nhữngngười sáng lập, giảng dạy tại Ivrea. Cái tên "Arduino" đến từ một quán bar tại Ivrea.Bản thân quán bar này có được lấy tên là Arduino, Bá tước của Ivrea, và là vua củaItaly từ năm 1002 đến 1014.9Lý thuyết phần cứng được đóng góp bởi một sinh viên người Colombia tên làHernando Barragan. Sau khi nền tảng Wiring hoàn thành, các nhà nghiên cứu đã làmviệc với nhau để giúp nó nhẹ hơn, rẻ hơn, và khả dụng đối với cộng đồng mã nguồnmở. Trường này cuối cùng bị đóng cửa, vì vậy các nhà nghiên cứu, một trong số đó làDavid Cuarlielles, đã phổ biến ý tưởng này.Giá hiện tại của board mạch này dao động xung quanh $30 và được làm giả đến mứcchỉ còn $9. Một mạch bắt chước đơn giản Arduino Mini Pro có lẽ được xuất phát từTrung Quốc có giá rẻ hơn $4, đã trả phí bưu điện.Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sunggiúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác. Một khía cạnh quan trọngcủa Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối với CPUcủa board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là shield. Vàishield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua các chân khách nhau, nhưngnhiều shield được định địa chỉ thông qua serial bus I²C-nhiều shield có thể được xếpchồng và sử dụng dưới dạng song song. Arduino chính thức thường sử dụng các dòngchip megaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, vàATmega2560. Một vài các bộ vi xử lý khác cũng được sử dụng bởi các mạch Aquinotương thích. Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anhdao động 16 MHz (hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một vài biến thể), mặc dù mộtvài thiết kế như LilyPad chạy tại 8 MHz và bỏ qua bộ điều chỉnh điện áp onboard dohạn chế về kích cỡ thiết bị. Một vi điều khiển Arduino cũng có thể được lập trình sẵnvới một boot loader cho phép đơn giản là upload chương trình vào bộ nhớ flash onchip, so với các thiết bị khác thường phải cần một bộ nạp bên ngoài. Điều này giúpcho việc sử dụng Arduino được trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tínhgốc như là một bộ nạp chương trình.Theo nguyên tắc, khi sử dụng ngăn xếp phần mềm Arduino, tất cả các boardđược lập trình thông qua một kết nối RS-232, nhưng cách thức thực hiện lại tùy thuộcvào đời phần cứng. Các board Serial Arduino có chứa một mạch chuyển đổi giữaRS232 sang TTL. Các board Arduino hiện tại được lập trình thông qua cổng USB,thực hiện thông qua chip chuyển đổi USB-to-serial như là FTDI FT232. Vài biến thể,10như Arduino Mini và Boarduino không chính thức, sử dụng một board adapter hoặccáp nối USB-to-serial có thể tháo rời được, Bluetooth hoặc các phương thức khác.(Khi sử dụng một công cụ lập trình vi điều khiển truyền thống thay vì ArduinoIDE,công cụ lập trình AVR ISP tiêu chuẩn sẽ được sử dụng).BoardUSBđầuI/Otiêncủa(2005)Board Arduino sẽ đưara Arduinohầu hết cácchânvi điều khiển để sử dụng chonhững mạch ngoài. Diecimila, Duemilanove, và bây giờ là Uno đưa ra 14 chân I/O kỹthuật số, 6 trong số đó có thể tạo xung PWM (điều chế độ rộng xung) và 6 chân inputanalog, có thể được sử dụng như là 6 chân I/O số. Những chân này được thiết kế nằmphía trên mặt board, thông qua các header cái 0.10-inch (2.5 mm). Nhiều shield ứngdụng plug-in cũng được thương mại hóa. Các board Arduino Nano, và Arduinocompatible Bare Bones Board và Boarduino có thể cung cấp các chân header đực ởmặt trên của board dùng để cắm vào các breadboard.Có nhiều biến thể như Arduino-compatible và Arduino-derived. Một vài trongsố đó có chức năng tương đương với Arduino và có thể sử dụng để thay thế qua lại.Nhiều mở rộng cho Arduino được thực thiện bằng cách thêm vào các driver đầu ra,thường sử dụng trong các trường học để đơn giản hóa các cấu trúc của các 'con rệp' vàcác robot nhỏ. Những board khác thường tương đương về điện nhưng có thay đổi vềhình dạng-đôi khi còn duy trì độ tương thích với các shield, đôi khi không. Vài biếnthể sử dụng bộ vi xử lý hoàn toàn khác biệt, với các mức độ tương thích khác nhau.Phần cứng Arduino gốc được sản xuất bởi công ty Italy tên là Smart Projects.Một vài board dẫn xuất từ Arduino cũng được thiết kế bởi công ty của Mỹ tên làSparkFun Electronics. Sáu phiên bản phần cứng của Arduino cũng đã được sản xuấtthương mại tính đến thời điểm hiện tại.Nền tảng Arduino đã có mặt ở trên thế giới được 11 năm, Arduino được gianhập vào Việt Nam những năm 2010 bởi những thành viên trong BQT Cộng đồngArudino Việt Nam. (www.arduino.vn)Các board Arduino qua các thời kỳ:-Arduino “đời đầu”11Arduino Extreme version 1-Phiên bản tiếp theo: ArduinoExtreme (2006)-ArduinoNG(NuovaGenerazione) (2006)Arduino Extreme version 2-ArduinoDiecimila(Diecimila = 1 vạn) (2007)-ArduinoDuemilanove (2008 - 2009)12-Dòng Arduino thế hệ mới: Arduino UNO (2010 – nay)Ở mạch này, ngoài việc thay đổi và cách đặt tên cho dễ xác định các chân I/O,Arduino UNO còn thay con chip FTDI bằng con chip ATMega8U2 (Serial TTLConverter). Arduino UNO có 3 phiên bản mới, đó là: R2, R3 và SMD. Trong phiênbản R3 (hiện tại), Arduino đã sử dụng con chip ATMega16U2, giúp việc nạp nhữngchương trình lớn nhanh hơn.Những linh kiện nào có thể thu gọn lại thì nhà phát triển đã thu gọn hết cỡ, vàđặc biệt là các nhà sản xuất Trung Quốc sản xuất ra giá thành chỉ 4$ (hàng fake) nhưnghàng chính hãng 20$ vẫn sống và sống một cách trường tồn hơn 5 năm nay (2010 2015).uinoArdMEGA(2010 – nay)ArduinoMEGA có rấtnhiều chân IOso với dòngArduino UNO loại thườngArduino UNO SMD (chip dán)13Arduino UNO (54 digital IO và 16 analog IO), đồng thời bộ nhớ flash của MEGA rấtlớn, gấp 4 lần so với UNO (128kb) với vi điều khiển ATmega1280. Rõ ràng, những dựán cần điều khiển nhiều loại động cơ và xử lý nhiều luồng dữ liệu song song (3 timer),nhiều ngắt hơn (6 cổng interrupt),... có thể được phát triển dễ dàng với ArduinoMEGA, chẳng hạn như: máy in 3d, quadcopter,...Chúng ta dễ dàng nhận thấy rằng, các chân digital từ 0 -> 13, analog từ 0 -> 5và các chân nguồn được thiết kế tương tự Arduino UNO. Như vậy, ta có thể thừa kếnhững mạch phát triển khác kiểu plugin gắn lên Arduino MEGA.Ở phiên bản Arduino MEGA, chúng ta đã thấy được sự thay đổi (Modify) trongviệc suy nghĩ về thiết kế mạch Arduino. Cụ thể, để có thể thêm được nhiều vùng nhớhơn, thêm được nhiều chân IO hơn, những nhà phát triển đã mạnh dạng thay đổi con viđiều khiển ATmega1280. Nhưng như vậy, sẽ làm cho việc thiết kế giao diện mạchArduino Mega trở nên khó khăn, vì có quá nhiều chân. Với khó khăn như vậy, họ đãthích nghi (Adapt) bằng cách thiết kế Arduino MEGA tương tự như mạch ArduinoUNO nối dài.Và một năm sau đó, nhà sản xuất có những ý tưởng lớn hơn, hay hơn, nhưngcần phải có một dung lượng flash lớn hơn... Vì vậy, Arduino MEGA 2560 ra đời.Arduino MEGA 2560 về cơ bản là giống hoàn toàn với Arduino MEGA, nhưng tạiphiên bản này, họ đã lắng nghe ý kiến người sử dụng và thay thế (Substitute) conATmega1280 bằng con ATmega2560. Như vậy, họ đã sáng tạo trên một “vùng đất rộnggấp đôi”. Ngoài ra, phiên bản này cũng có một số sự thay thế nho nhỏ nữa, như tụ,màu sắc tụ,...14Arduino MEGA đầu tiên (2009 – 2010)Arduino MEGA 2560ArduinoMEGAADK(Android compatible) (2011)Đây là phiên bản Arduino MEGA có thể giao tiếp với các thiết bị Android thôngqua cổng sạc (USB micro) của các thiết bị Android. Ở phiên bản này, Arduino MEGA15có thể giao tiếp được với điện thoại Android thông qua cổng micro usb (cổng sạc) củaAndroid (>=4.0).Ngoài racònrấtnhiềucác loại board Arduino khác mà chúng ta có thể tìm hiểu và tham khảo thêm tại 2 trangweb: www.arduino.cc và www.arduino.vn. Phần mềm (Arduino IDE)Môi trường phát triển tích hợp (IDE) của Arduino là một ứng dụng crossplatform (nền tảng) được viết bằng Java, và từ IDE này sẽ được sử dụng cho Ngôn ngữlập trình xử lý (Processing programming language) và project Wiring. Nó được thiếtkế để dành cho các nghệ sĩ và những người mới tập tành làm quen với lĩnh vực pháttriển phần mềm. Nó bao gồm một chương trình code editor với các chức năng nhưđánh dấu cú pháp, tự động brace matching, và tự động canh lề, cũng như compile(biêndịch) và upload chương trình lên board chỉ với 1 cú click chuột. Một chương trìnhhoặc code viết cho Arduino được gọi là một sketch.Các chương trình Arduino được viết bằng C hoặc C++. Arduino IDE đi kèm vớimột thư viện phần mềm được gọi là "Wiring", từ project Wiring gốc, có thể giúp cácthao tác input/output được dễ dàng hơn. Người dùng chỉ cần định nghĩa 2 hàm để tạora một chương trình vòng thực thi (cyclic executive) có thể chạy được:+setup(): hàm này chạy mỗi khi khởi động một chương trình, dùng để thiết lậpcác cài đặt+loop(): hàm này được gọi lặp lại cho đến khi tắt nguồn board mạch16Một chương trình điển hình cho một bộ vi điều khiển đơn giản chỉ là làm chomột bóng đèn Led sáng/tắt. Trong môi trường Arduino, ta sẽ phải viết một chươngtrình giống như sau:Arduino IDE này sử dụng GNU toolchain và AVR Libc để biên dịch chươngtrình, và sử dụng avrdude để upload chương trình lên board.Vì nền tảng của Arduino là các vi điều khiển của Atmel, cho nên môi trườngphát triển của Atmel, AVR Studio hoặc các phiên bản Atmel Studio mới hơn, cũng cóthể được sử dụng để làm phần mềm phát triển cho Arduino.Arduino là một nền tảng phần cứng mã nguồn mở: Các thiết kế phần cứng thamkhảo của Arduino được phân phối dưới dạng Creative CommonsAttribution ShareAlike 2.5 license và có sẵn trên website của Arduino. Một vài phiên bản phần cứng củaArduino cònđưa lên cảfilevàLayoutthànhphẩm.MãnguồnchoIDEnàycũngkhảdụngvàđượcxuấtdướidạngGNUbảnGeneralPublicLicense,version 2.17Giao diện làm việc của Arduino IDE+ Vùng lệnh: Bao gồm các nút lệnh menu (File, Edit, Sketch, Tools, Help). Phíadưới là các icon cho phép sử dụng nhanh các chức năng thường dùng của IDEđược miêu tả như sau:+ Vùng viết chương trình: Bạn sẽ viết các đoạn mã của mình tại đây. Tên chươngtrình của bạn được hiển thị ngay dưới dãy các Icon, ở đây nó tên là “Blink”. Để ýrằng phía sau tên chương trình có một dấu “§”. Điều đó có nghĩa là đoạn chươngtrình của bạn chưa được lưu lại.+ Vùng thông báo (debug): Những thông báo từ IDE sẽ được hiển thị tại đây. Đểý rằng góc dưới cùng bên phải hiển thị loại board Arduino và cổng COM được sử18dụng. Luôn chú ý tới mục này bởi nếu chọn sai loại board hoặc cổng COM, bạn sẽkhông thể upload được code của mình. Giao tiếp với Arduino UNO R3- Bảng thông số:-Các thành phần:19a) USB (1): Arduino sử dụng cáp USB để giao tiếp với máy tính. Thông quacáp USB chúng ta có thể Upload chương trình cho Arduino hoạt động, ngoài ra USBcòn là nguồn cho Arduino.b) Nguồn (2 và 3): Khi không sử dụng USB làm nguồn thì chúng ta có thể sửdụng nguồn ngoài thông qua jack cắm 2.1 mm (cực dương ở giữa) hoặc có thể sử dụng2 chân Vin và GND để cấp nguồn cho Arduino. Board mạch hoạt động với nguồnngoài ở điện áp từ 5 - 20 Volt. Chúng ta có thể cấp một áp lớn hơn tuy nhiên chân 5Vsẽ có mức điện áp lớn hơn 5 volt. Và nếu sử dụng nguồn lớn hơn 12 volt thì sẽ có hiệntượng nóng và làm hỏng board mạch. Khuyến cáo các bạn nên dùng nguồn ổn định là5 đến dưới 12 volt.Chân 5V và chân 3.3 V (Output voltage): Các chân này dùng để lấy nguồn ra từnguồn mà chúng ta đã cung cấp cho Arduino. Lưu ý: Không được cấp nguồn vào cácchân này vì sẽ làm hỏng Arduino.GND: Chân mass.c) Chip Atmega328.Chip Atmega328 Có 32K bộ nhớ flash trong đó 0.5k sử dụng cho bootloader.Ngoài ra còn có 2K SRAM, 1K EEPROM.d) Input và Output (4, 5 và 6).Arduino Uno có 14 chân digital với chức năng input và output sử dụng các hàmpinMode(), digitalWrite() và digitalRead(). Cũng trên 14 chân digital này chúng ta cònmột số chân chức năng đó là: Serial : chân 0 (Rx), chân 1 (Tx). Hai chân này dùng đểtruyền (Tx) và nhận (Rx) dữ liệu nối tiếp TTL. Chúng ta có thể sử dụng nó để giao tiếpvới cổng COM của một số thiết bị hoặc các linh kiện có chuẩn giao tiếp nối tiếp. PWM(pulse width modulation): các chân 3, 5, 6, 9, 10, 11 trên bo mạch có dấu (~) là cácchân PWM chúng ta có thể sử dụng nó để điều khiển tốc độ động cơ, độ sáng củađèn... SPI : 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK), các chân này hỗ trợ giao tiếptheo chuẩn SPI.20I2C: Arduino hỗ trợ giao tiếp theo chuẩn I2C. Các chân A4 (SDA) và A5 (SCL)cho phép chúng tao giao tiếp giửa Arduino với các linh kiện có chuẩn giao tiếp là I2C.e) Reset (7): dùng để reset Arduino. Arduino Ethernet ShieldArduino Ethernet Shield là mạch tích hợp được phát triển từ Arduino UNO chophép kết nối dễ dàng Arduino với internet. Shield này cho phép Arduino của bạn đểgửi và nhận dữ liệu từ bất cứ nơi nào trên thế giới với một kết nối internet. Có thể sửdụng nó để làm công cụ thú vị như robot điều khiển từ xa từ một trang web, hoặc rungchuông mỗi khi nhận được một tin nhắn twitter mới.Arduino Ethernet ShieldArduino Ethernet Shield sử dụng chip W5100 cho tốc độ và khả năng kết nối ổnđịnh nhất, bộ thư viện đi kèm và phần cứng với cách kết nối dễ dàng khiến cho việckết vối Arduino với Ethernet đơn giản hơn bao giờ hết, thích hợp để làm các ứng dụngđiều khiển thiết bị qua Ethernet, Ethernet Controller.Phiên bản shield này có tích hợp khe cắm thẻ micro SD, có thể được sử dụng đểlưu trữ các tập tin phục vụ qua mạng. Arduino Ethernet Shield tương thích với ArduinoUno và Mega (sử dụng Ethernet Library). Bạn có thể truy cập vào khe cắm thẻ trênboard và sử dụng thư viện SD được bao gồm tích hợp trong bộ thư viện có sẵn trongtrình biên dịch arduino.21IC điều khiển W5100 trên Arduino Ethernet Shield có thể thực hiện truyền dữliệu thông qua 2 giao thức là TCP và UDP. Số đường truyền dữ liệu song song tối đa là4. Đây chính là điểm mạnh của W5100 so với Microchip ENC28J60. Khả năng truyềnsong song cùng lúc 4 luồng dữ liệu giúp board có khả năng nhận dữ liệu từ internet vớitỉ lệ lỗi thấp hơn (nguyên nhân thường là do mất dữ liệu trên đường truyền hoặc dothời gian truyền vượt quá giới hạn - time out).-Thông số kỹ thuật:+ Hoạt động tại điện áp 5V (được cấp từ mạch Arduino).+ Cổng giao tiếp: Cổng RJ-45.+ Chip Ethernet: W5100 với buffer nội 16KB.+ Tốc độ kết nối: 10/100Mb.+ Kết nối với mạch Arduino qua cổng SPI.+ Thư viện và code mẫu có sẵn trong chương trình Arduino.1.2. Mục tiêu nghiên cứu1.2.1. Mục tiêu cần đạtSau khi đã tìm hiểu sơ lược về những khái niệm cơ bản của đề tài trong Chương1 như: Lý do chọn đề tài, mục đích nghiên cứu hay những khái niệm cơ bản vềBluetooth, sơ lược về phần cứng, board Arduino và phần mềm Arduino IDE,… thìtrong Chương 2 nhóm sẽ trình bày về mục tiêu cần đạt của đề này và triển vọng pháttriển của ý tưởng trong tương lai mà nhóm sẽ trình bày trong những bài nghiên cứusau.Những mục tiêu cần đạt trong đề tài này:22+ Hiểu được nguyên lý hoạt động của Arduino, module Arduino Ethernet Shield,module Bluetooth, mudule relay và các phần mềm ứng dụng.+ Biết cách kết nối phần cứng, cách đấu dây.+ Giao tiếp được với Arduino thông qua cổng USB sử dụng môi trường tích hợpArduino IDE.+ Tiến hành chạy thử và sửa lỗi.1.2.2. Mục tiêu phát triển của đề tài trong tương lai Điều khiển thiết bị bằng giọng nói với ArduinoĐã có thể sử dụng Bluetooth để bật tắt thiết bị từ xa, hoặc điều khiển nhữngthiết bị qua mạng Internet nhưng liệu chúng ta có thể bật tắt thiết bị (một bóng đèn 220VAC chẳng hạn) từ xa bằng giọng nói hay không? Có vẻ hơi khó và cao siêu, nhưngnó không khó và chẳng cao siêu gì đâu. Với với một chút biến tấu và cấu hình lại chiếcSmartphone của mình ta hoàn toàn có thể làm được điều đó. Điều khiển bằng ý nghĩ.Điều khiển bằng ý nghĩ là một người nào đó có thể điều khiển được sự việc xảyra bên ngoài cơ thể thông qua sóng não chỉ bằng ánh mắt nhìn và suy nghĩ tập trung.Nghĩa là điều khiển mọi thứ từ xa chỉ cần bằng suy nghĩ trong sâu thẳm tâm hồn. Bạnmuốn bật tivi, thay vì phải chạy đi lấy remote thì chỉ cần nhìn vào nút nguồn và nhấnnó bằng mắt, tivi tự khắc bật. Bạn muốn ngồi, thay vì phải chạy đi lấy ghế, bạn chỉ cầnđứng ở một chỗ, rồi dùng ý nghĩ ra lệnh và ngay lập tức, ghế được đưa ra chỗ bạn.Có những trường hợp siêu nhiên điều khiển bằng ý nghĩ tồn tại ở con người,người ta hoài nghi nhiều hơn là tin cậy. Như trường hợp cô gái điện Angelique Cottinở Pháp. Cô di chuyển đồ vật trong nhà, nhưng cô lại không thể kiểm soát tốc độ. Tốcđộ di chuyển nhanh tới mức người ta còn chưa kịp nhận ra sự di chuyển của chúng thìđã thấy chúng ở vị trí khác, như thể có một sự gian trá ở đây.Nhưng có một trường phái khác đang tồn tại trong giới khoa học, rằng conngười, về mặt lý thuyết, có thể làm được và gây được các hiện tượng trên. Cơ chếchính là năng lượng truyền tải trong sóng điện từ. Người ta chỉ ra não bộ hoạt động23

Tài liệu liên quan

Đồ án điều khiển thiết bị bằng giọng nói truyền từ xa luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp
- 69
- 1
- 4
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG GIỌNG NÓI
- 81
- 1
- 4
Điều khiển thiết bị điện bằng máy tính
- 2
- 773
- 7
Đồ án điều khiển thiết bị sử dụng mạng GSM
- 68
- 1
- 5
Thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện bằng âm thanh
- 67
- 279
- 0
Đồ án điều khiển thiết bị qua mạng GSM
- 61
- 640
- 1
Đồ án Điều khiển thiết bị qua mạng Ethernet
- 89
- 1
- 3
Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển thiết bị điện bằng điện thoại di động
- 55
- 445
- 1
Thuyết minh đồ án điều khiển thiết bị bằng điện thoại
- 111
- 523
- 3
Thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện bằng âm thanh
- 68
- 890
- 0