ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Đề tài Thiết kế Robot hút bụi sử dụng Arduino

Robot hút bụi tự động được xem là “Người” giúp việc vô cùng thông minh và hiệu quả cho các gia đình, đặc biệt đối với những người phụ nữ nội trợ phải đi làm suốt cả ngày, không có thời g

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ - -

ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Đề tài:

Thiết kế Robot hút bụi sử dụng Arduino

Giảng viên hướng dẫn : Đỗ Hoàng Ngân Mi

Nhóm sinh viên thực hiện

Mã sinh viên : Nguyễn Ngọc Dũng 1911505510110

: Đinh Thiên Nhật Anh

1911505510101 : Nguyễn Ngọc Vĩnh

1911505510149 : Nguyễn Duy Phương

1911505510130 : Huỳnh Công Tín

1911505510135

LỜI NÓI ĐẦU

Trong xã hội hiện đại ngày nay, khoa học kỹ thuật đang phát triển rất mạnh mẽ và đi cùng với đó là sự phát triển các sản phẩm ứng dụng của nó vào thực tế trong nhiều lĩnh vực như: y tế, giáo dục, công-nông nghiệp, sản phẩm dân dụng… Do đó, với mong muốn

áp dụng kiến thức được học trên giảng đường vào thực tế, nhóm chúng em đã quyết định làm ra một sản phẩm đơn giản có thể ứng dụng vào đời sống thực tiễn của mỗi chúng ta Sản phẩm đó là một chú robot hút bụi thông minh sử dụng Arduino Trong cuộc sống hiện đại, Robot đang dần trở nên thân quen hơn với mỗi gia đình, nó đem lại sự trợ giúp không hề nhỏ với người nội trợ trong việc làm sạch nhà cửa, giúp chúng ta có nhiều thời gian dành cho gia đình hơn

Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Cô - Đỗ Hoàng Ngân Mi đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ nhóm trong suốt thời gian thực hiện đề tài này

Nội dung đề tài gồm 4 chương:

- Chương Ⅰ : Giới thiệu tổng quan

- Chương Ⅱ : Tìm hiểu linh kiện và thiết bị sử dụng

- Chương Ⅲ : Thiết kế, chế tạo Robot hút bụi

- Chương Ⅳ : Thuật toán, kết quả và chương trình điều khiển

- Chương Ⅴ : Kết luận và hướng phát triển

Đà Nẵng, ngày 25, tháng 3, năm 2022

Nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Ngọc Dũng Đinh Thiên Nhật Anh Nguyễn Ngọc Vĩnh Nguyễn Duy Phương Huỳnh Công Tín

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

CHƯƠNG Ⅰ 1

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1

1.1 Thực trạng hiện nay 1

1.2 Nguyên nhân chọn đề tài 2

1.3 Nghiên cứu về các loại Robot hút bụi trên thị trường 2

1.3.1 iRobot Roomba S9 Plus 3

1.3.2 Roborock S6 MaxV 4

1.4 Đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu chế tạo 5

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 5

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 5

1.4.3 Phương pháp nghiên cứu chế tạo 5

1.5 Cơ sở lý thuyết 5

1.5.1 Khái quát về Robot hút bụi 5

1.5.1.1 Khái niệm 5

1.5.1.2 Nhiệm vụ 6

1.5.1.3 Phân loại Robot hút bụi 6

1.5.2 Nguyên lý làm việc của Robot hút bụi sử dụng cảm biến siêu âm 6

1.5.2.1 Trạng thái làm việc của Robot tránh vật cản sử dụng cảm biến siêu âm 6 1.5.2.2 Nguyên lý làm việc của Robot tự động sử dụng cảm biến siêu âm 7

1.6 Kết luận chương 7

CHƯƠNG Ⅱ 8

TÌM HIỂU LINH KIỆN VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG 8

2.1 Giới thiệu chương 8

2.2 Tổng quan về Arduino 8

2.2.1 Giới thiệu về Arduino 8

2.2.2 Phần cứng của Arduino Uno R3 8

2.3 Các linh kiện điện tử khác 12

2.3.1 Cảm biến siêu âm SRF-04 12

2.3.2 Module điều khiển động cơ L298 13

2.3.3 Động cơ giảm tốc 12V DC 14

2.3.3.1 Động cơ giảm tốc V1 DC Motor 14

2.3.3.2 Động cơ hút bụi RS - 540SH 14

2.3.4 Cell Pin 3.7V 2800mAh 15

2.3.5 Mạch điều khiển tốc độ động cơ DC PWM 10A 400W 16

2.3.6 Mạch giảm áp DC-DC LM2596 3A ADJ 16

CHƯƠNG Ⅲ 18

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI 18

3.1 Ý tưởng thiết kế 18

3.2 Sơ đồ khối 18

3.2.1 Khối xử lý 18

3.2.2 Khối cảm biến (Cảm biến siêu âm) 23

3.2.3 Khối chấp hành 24

a) Phần chuyển động của Robot 24

b) Phần hút bụi 28

3.2.4 Khối nguồn 29

a) Các phương án thiết kế nguồn cho động cơ, Arduino 30

b) Các phương án thiết kế mạch nguồn cho các module trong Robot 31

3.3 Sơ đồ mạch của sản phẩm 31

3.3.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống 31

3.3.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 32

3.3.3 Sơ đồ mô phỏng Matlab 33

CHƯƠNG Ⅳ 34

THUẬT TOÁN, KẾT QUẢ VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 34

4.1 Lưu đồ thuật toán 34

4.4.1 Lưu đồ tổng quan của hệ thống 34

4.4.2 Lưu đồ quá trình đo khoảng cách 35

4.2 Kết quả hoàn thiện 36

4.3 Chương trình điều khiển 37

CHƯƠNG Ⅴ 46

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 46

5.1 Tổng kết 46

5.1.1 Kết quả thu được 46

5.1.2 Ưu và nhược điểm 46

5.2 Hướng phát triển 46

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Robot hút bụi và công việc nội trợ gia đình 1

Hình 1.2 Robot hút bụi tự điều hướng tránh vật cản 1

Hình 1.3 iRobot Roomba S9 Plus 3

Hình 1.4 Roborock S6 MaxV 4

Hình 2.1 Cấu tạo của Arduino Uno R3 9

Hình 2.2 Các chân vào/ra của Arduino Uno 11

Hình 2.3 Chức năng của các chân trên Arduino (PinOut) 12

Hình 2.4 Cảm biến siêu âm SRF-04 13

Hình 2.5 Module điều khiển động cơ L298 13

Hình 2.6 Động cơ giảm tốc V1 14

Hình 2.7 Động cơ RS – 540SH 15

Hình 2.8 Pin 3.7V 15

Hình 2.9 Module điều khiển tốc độ động cơ DC PWM 10A 400W 16

Hình 2.10 Mạch giảm áp DC-DC LM2596 3A ADJ 17

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 18

Hình 3.2 Các chân nguồn của Arduino Uno R3 19

Hình 3.3 các cổng vào/ra trên Arduino Uno R3 20

Hình 3.4 Giao diện lập trình cho Arduino 21

Hình 3.5 Chọn Board Arduino 22

Hình 3.6 Chọn cổng Arduino 22

Hình 3.7 Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm 23

Hình 3.8 Kết nối giữa Arduino với cảm biến 24

Hình 3.9 Chip L298D 25

Hình 3.10 Kích thước động cơ giảm tốc DC 26

Hình 3.11 Cấu tạo động cơ giảm tốc DC 27

Hình 3.12 Sơ đồ kết nối phần di chuyển 27

Hình 3.13 Cơ chế hút bụi 28

Hình 3.14 Mạch chống nhiễu 29

Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý Module LM2596 31

Hình 3.16 Sơ đồ tổng quan hệ thống 31

Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 32

Hình 3.18 Sơ đồ Matlab hệ thống 33

Hình 4.1 Lưu đồ thuật toán tổng quan của hệ thống 34

Hình 4.2 Lưu đồ thuật toán quá trình đo khoảng cách 35

Hình 4.3 Tổng quan bên ngoài Robot 36

Hình 4.4 Tổng quan bên trong Robot 37

CHƯƠNG Ⅰ GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Thực trạng hiện nay

Hiện nay, công việc nội trợ gia đình dần xem như lạc hậu, làm việc tay chân rất mất thời gian, công sức Chính vì thế, Robot hút bụi thông minh đang dần trở thành

xu thế mới, thay thế các loại máy hút bụi truyền thống để hỗ trợ con người trong việc dọn dẹp nhà cửa Tại Việt Nam, dòng sản phẩm này chỉ vừa mới có mặt trên thị

trường và hứa hẹn sẽ trở thành một sản phẩm hot trong thời gian tới Robot hút bụi tự động được xem là “Người” giúp việc vô cùng thông minh và hiệu quả cho các gia đình, đặc biệt đối với những người phụ nữ nội trợ phải đi làm suốt cả ngày, không có thời gian chăm sóc nhà cửa

Hình 1.1 Robot hút bụi và công việc nội trợ gia đình Robot thiết kế thông minh, có thể tự động thực hiện công việc hút bụi, lau dọn nhà mà không cần có sự hướng dẫn của con người Kích thước của Robot hút bụi tự động nhỏ gọn, có thể đi đến tất cả các ngóc ngách như: gầm bàn, gầm giường, ghế sofa, góc tường,… để làm sạch toàn diện

Hình 1.2 Robot hút bụi tự điều hướng tránh vật cản

1.2 Nguyên nhân chọn đề tài

Trong cuộc sống của chúng ta hiện nay, Robot dần thay thế, hoặc trợ giúp con người về vận chuyển hàng hóa, Robot kiểm tra nguy hiểm, Robot phục vụ cho các công việc gia đình rất phổ biến Nhất là các loại Robot có thể tự hoạt động mà không cần người điều khiển giúp giảm công việc cho con người

Cùng với sự phát triển của khoa học, công nghệ thì việc thiết kế ra một Robot có thể làm việc nhà là điều nên làm

Từ những ý tưởng trên, nhóm chúng em đã chọn đề tài “ Robot hút bụi tự động

sử dụng Arduino” cho đồ án này

❖ Tính mới của đề tài:

Robot hút bụi tự động là Robot di chuyển tự động mà không cần con người phải điều khiển, nó sẽ tự động tránh những vật cản từ đó có thể hút bụi được tất cả mọi

vị trí trong nhà Robot tránh vật bằng công nghệ dùng mạch logic đã được áp dụng từ rất sớm và thu được một số thành tựu nhất định, đồng thời cũng xuất hiện một số các nhược điểm làm cho Robot khó có thể xác định vật cản và di chuyển tránh vật cản một cách chính xác Để khắc phục nhược điểm này, đồ án đã xây dựng và thiết kế một Robot tránh vật cản, tín hiệu từ cảm biến siêu âm được chuyển về cổng điều khiển của vi điều khiển, ở đó tín hiệu được xử lí và đưa ra tín hiệu để điều khiển cho các cơ cấu chấp hành như động cơ servo, module điều khiển động cơ,…Trong đồ án sử dụng các module vi điều khiển, Arduino Uno R3 đây là một module rất thông dụng và rất dễ dàng lập trình Ngoài ra phần hút bụi

sử dụng các vật liệu có sẵn là các loại ống nước, các tấm vải, động cơ DC 775,… rất dễ tìm kiếm trên thị trường và rất dễ chế tạo, lắp ráp

1.3 Nghiên cứu về các loại Robot hút bụi trên thị trường

Robot hút bụi - “cơn sốt” mới trong ngành thiết bị gia dụng?

Là một “tân binh” trong ngành gia dụng điện tử ở những năm gần đây, thu hút nhiều

sự quan tâm của người tiêu dùng Lý do nào để người dùng dành sự quan tâm đặc biệt đến mặt hàng này và dự báo xu hướng nổi bật trong tương lai ra sao?

Sẽ có 3 lý do minh chứng cho câu hỏi trên:

- Tích hợp bộ lọc không khí để thúc đẩy thị trường Robot hút bụi

- Sự cạnh tranh từ các thương hiệu và mức giá phù hợp

- Quan tâm đến chính sách bảo hành, hỗ trợ khách hàng

❖ Một số mẫu Robot hút bụi tốt nhất được xướng danh Đáp ứng được những tiêu chuẩn cao nhất gồm: Thương hiệu, Chất lượng hoàn thiện, Khả năng vận

1.3.1 iRobot Roomba S9 Plus

Hình 1.3 iRobot Roomba S9 Plus

➢ Đánh giá tổng thể:

Roomba S9 Plus là một chiếc máy hút bụi thông minh cao cấp được tích hợp tính năng xử lý bụi bẩn tự động Clean Base (Clean Base Automatic Dirt Disposal), công nghệ PerfectEdge và thiết kế vuông ở mặt trước, cho phép nó có thể bám sát vào tường, đồ nội thất và đồ trang trí

Bản chải góc mới của nó với năm cánh tay góc cạnh và cảm biến tiên tiến cho phép thiết bị này dễ dàng tiếp cận những không gian chật hẹp Hệ thống làm sạch

ba giai đoạn sử dụng bàn chải cao su đa bề mặt kép cho phép điều chỉnh linh hoạt

- Tính năng Keep Out Zones

- Hiệu suất Pin

➢ Điểm mạnh của Roomba S9 Plus:

- Công nghệ PerfectEdge cho phép làm sạch các góc cạnh

- Trợ thủ quét dọn đắc lực cho những ngôi nhà có nuôi thú cưng

- Tích hợp hệ thống bản đồ nâng cao

- Trang bị thùng rác tự làm đống

➢ Nhược điểm của Roomba S9 Plus:

- Giá bán quá cao

- Có thể gặp khó khăn khi quét dọn trên thảm

350 x 96,5mm, với thiết kế nhỏ gọn như vậy, giúp thiết bị dễ dàng làm sạch ở các khu vực gầm thấp S6 MaxV được trang bị bình chứa nước lớn, có dung tích 300ml, bình nước trong suốt cho phép bạn có thể dễ dàng nhìn thấy mực nước bên trong Một trong những thay đổi quan trọng nhất của Roborock S6 MaxV là việc

bổ sung bộ camera kép trên thân máy, đây là một sản phẩm đầu tiên trong dòng máy hút bụi của Roborock có camera kép, giúp thiết bị có kỹ năng điều hướng và tránh vật cản tốt nhất Thông minh giống như các máy hút bụi Roborock trước đây, Roborock S6 MaxV cũng đi kèm với một dock sạc Như vậy, khi pin yếu, nó

sẽ tự động điều hướng về phía cổng sạc và kết nối với dock sạc

- Roborock S6 MaxV có một loạt các tùy chọn tùy chỉnh và lên lịch để tối ưu hóa việc dọn dẹp nhà cửa của bạn

- Bạn có thể thiết lập một số cấp độ với một số Vùng cấm, Vùng cấm lau

- Roborock S6 MaxV có tính năng lau và hút bụi cực kỳ mạnh mẽ

- Tính năng bản đồ đa cấp cho phép người dùng lưu tối đa 4 cấp bản đồ

➢ Nhược điểm:

- Giá thành mắc hơn các sản phẩm khác

- Camera hoạt động không nhìn được trực tiếp trên APP

- Hộp chứa bụi hơi nhỏ

1.4 Đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu chế tạo

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

- Robot tránh vật cản

- Máy hút bụi

- Hệ thống cảm biến về khoảng cách

- Module điều khiển động cơ L298

- Cách giao tiếp giữa Arduino Uno R3 – hệ thống cảm biến – module điều khiển

động cơ L298 – động cơ DC

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu, thiết kế Robot hút bụi thông minh có khả năng hút bụi và tự động tránh vật cản sử dụng trong gia đình

1.4.3 Phương pháp nghiên cứu chế tạo

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến đề tài

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn:

+ Mô phỏng trên Proteus, phần mềm Arduino và Matlab

+ Sử dụng các module có sẳn một cách tối ưu, hợp lý

+ Làm thân Robot theo phương pháp gia công cơ khí

+ Phương pháp viết code bằng phần mềm có sẳn Arduino

1.5.1.2 Nhiệm vụ

Robot tự động hút bụi có thể tránh các vật cản trong nhà từ đó có thể di chuyển xung quanh nhà và hút bụi

1.5.1.3 Phân loại Robot hút bụi

➢ Phân loại Robot hút bụi dựa theo nguyên lý làm việc của đầu cảm biến có:

• Robot tránh vật cản sử dụng cảm biến hồng ngoại: Robot chủ yếu phát hiện

➢ Phân loại Robot hút bụi theo bộ phận thực hiện chuyển động ta có thể chia Robot tự hành thành 2 lớp: chuyển động bằng chân hoặc bằng bánh xe

• Robot chuyển động bằng chân là Robot di chuyển mô phỏng theo di chuyển của con người Tuy nhiên nó rất phức tạp và chỉ có thể di chuyển ở một số địa hình nhất định

• Robot chuyển động bằng bánh xe làm việc tốt trong hầu hết các địa hình do con người tạo ra Điều khiển di chuyển bằng bánh xe cũng đơn giản hơn nhiều, gần như luôn đảm bảo tính ổn định Lớp chuyển động bằng bánh xe có thể chia

ra làm 3 loại: loại chuyển động bằng bánh xe, loại chuyển động bằng vòng xích và loại hỗn hợp bánh xe vòng xích

1.5.2 Nguyên lý làm việc của Robot hút bụi sử dụng cảm biến siêu âm

1.5.2.1 Trạng thái làm việc của Robot tránh vật cản sử dụng cảm biến siêu âm

• Trạng thái thường trực (khi không có vật cản): Robot sẽ đưa ra khoảng cách

an toàn đồng thời cảm biến siêu âm bắt đầu đo khoảng cách

• Trạng thái di chuyển: Robot sẽ luôn đi thẳng đến khi gặp vật cản

• Trạng thái có vật cản: Robot sẽ tiến hành đo khoảng cách hai bên từ đó sẽ xác định hướng di chuyển hợp lí

1.5.2.2 Nguyên lý làm việc của Robot tự động sử dụng cảm biến siêu âm

- Bình thường Robot hoạt động ở chế độ thường trực Ở chế độ này Robot luôn có tín hiệu kiểm tra sự làm việc đến các thiết bị trong Robot như cảm biến, các module,…từ đó các cảm biến cũng như các module này cũng có tín hiệu hồi đáp

về trung tâm Trong Robot luôn có dòng điện 𝐼0 chạy qua

- Khi có vật cản ( tường, bàn, ghế, ) sẽ tác động lên cảm biến Khi các yếu tố này đạt tới ngưỡng làm việc thì sẽ tạo ra tín hiệu truyền về trung tâm Tại trung tâm điều khiển diễn ra các hoạt động xử lí tín hiệu truyền về Đồng thời trung tâm điều khiển sẽ điều khiển module động cơ làm cho động cơ hoạt động

1.6 Kết luận chương

- Trong chương này, nhóm chúng em đã giới thiệu một số loại Robot hút bụi trên thị trường, ưu nhược điểm của từng loại Robot Tiếp theo, nhóm cũng đã trình bày tổng quan về thiết kế Robot hút bụi nhóm sẽ thực hiện trong học phần đồ án này, nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ thống Trong chương tiếp theo, nhóm sẽ trình bày chi tiết về linh kiện, thiết bị của hệ thống

- Trong học phần đồ án này, nhóm sẽ thiết kế Robot hút bụi đơn giản với chi phí thấp, phù hợp với điều kiện của sinh viên cũng như yêu cầu của đồ án đặt ra

CHƯƠNG Ⅱ TÌM HIỂU LINH KIỆN VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG 2.1 Giới thiệu chương

Trong chương này, nhóm xin giới thiệu sơ bộ về Arduino Uno R3 cũng như các linh kiện khác được sử dụng để thiết kế chế tạo thành Robot hút bụi tự động, trong đó nội dung chính trình bày bao gồm: tên linh kiện, thông số kỹ thuật và hình ảnh minh họa

2.2 Tổng quan về Arduino

2.2.1 Giới thiệu về Arduino

Arduino là một nền tảng nguyên mẫu (mã nguồn mở) dựa trên nền phần mềm và phần cứng dễ sử dụng Nó bao gồm một bo mạch - thứ mà có thể được lập trình (đang

đề cập đến vi điều khiển) và một phần mềm hỗ trợ gọi là Arduino IDE (Môi trường phát triển tích hợp cho Arduino), được sử dụng để viết và nạp từ mã máy tính sang bo mạch vật lý

Những tính năng chính như:

➢ Các bo mạch Arduino có khả năng đọc các tín hiệu tương tự (analog) hoặc tín hiệu số (digital) làm đầu vào từ các cảm biến khác nhau và chuyển nó thành đầu ra như kích hoạt mô-tơ quay, bật/tắt đèn LED, kế nối mạng Internet hoặc nhiều hoạt động khác nữa

➢ Bạn có thể điều khiển các chức năng của bo mạch của mình bằng cách nạp các tập lệnh đến vi điều khiển trên bo mạch Thông qua phần mềm hỗ trợ là

2.2.2 Phần cứng của Arduino Uno R3

Phần này nói về phần cứng của Arduino Uno R3, một bo mạch thông dụng hiện nay Nếu cần những kiến thức chuyên sâu hơn thì có thể tham khảo tại website chính thức của Arduino: “arduino.cc”

Hình 2.1 Cấu tạo của Arduino Uno R3

➢ 1 Cáp USB: Đây là dây cáp thường được bán kèm theo bo, dây cáp dùng

để cắm vào máy tính để nạp chương trình cho bo và dây đồng thời cũng lấy nguồn từ nguồn USB của máy tính để cho bo hoạt động Ngoài ra cáp USB còn được dùng để truyền dữ liệu từ bo Arduino lên máy tính Dây cáp có 2 đầu, đầu 1a được dùng để cắm vào cổng USB trên bo Arduino, đầu 1b dùng để cắm vào cổng USB trên máy tính

➢ 2 IC Atmega 16U2: IC này được lập trình như một bộ chuyển đổi USB -

to-Serial dùng để giao tiếp với máy tính thông qua giao thức Serial (dùng cổng COM)

➢ 3 Cổng nguồn ngoài: Cổng nguồn ngoài nhằm sử dụng nguồn điện bên

ngoài như pin, bình Acquy hay các Adapter cho bo Arduino hoạt động

Nguồn điện cấp vào cổng này là nguồn DC có hiệu điện thế từ 6V đến 20V, tuy nhiên hiệu điện thế tốt nhất mà nhà sản xuất khuyên dùng là từ 7 đến 12V

➢ 4 Cổng USB: Cổng USB trên bo Arduino dùng để kết nối với cáp USB

➢ 5 Nút Reset: Nút reset được sử dụng để reset lại chương trình đang chạy

Đôi khi chương trình chạy gặp lỗi, người dùng có thể reset lại chương trình

➢ 6 ICSP của ATmega 16U2: ICSP là chữ viết tắt của In-Circuit Serial

Programming Đây là các chân giao tiếp SPI của chip Atmega 16U2 Các chân này thường ít được sử trong các dự án về Arduino

➢ 7 Chân xuất tín hiệu ra: Có tất cả 14 chân xuất tín hiệu ra trong Arduino

Uno, những chân có dấu ~ là những chân có thể băm xung (PWM), tức có thể điều khiển tốc độ động cơ hoặc độ sáng của đèn

➢ 8 IC ATmega 328: IC Atmega 328 là linh hồn của bo mạch Arduino Uno,

IC này được sử dụng trong việc thu thập dữ liệu từ cảm biến, xử lý dữ liệu, xuất tín hiệu ra,

➢ 9 Chân ICSP của ATmega 328: Các chân ICSP của ATmega 328 được

sử dụng cho các giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface), một số ứng dụng của Arduino có sử dụng chân này, ví dụ như sử dụng module RFID RC522 với Arduino hay Ethernet Shield với Arduino

➢ 10 Chân lấy tín hiệu Analog: Các chân này lấy tín hiệu Analog (tín hiệu

tương tự) từ cảm biến để IC Atmega 328 xử lý Có tất cả 6 chân lấy tín hiệu Analog, từ A0 đến A5

➢ 11 Chân cấp nguồn cho cảm biến: Các chân này dùng để cấp nguồn cho

các thiết bị bên ngoài như role, cảm biến, RC servo, trên khu vực này có sẵn các chân GND (chân nối đất, chân âm), chân 5V, chân 3.3V như được thể hiện ở hình 2 Nhờ những chân này mà người sử dụng không cần thiết

bị biến đổi điện khi cấp nguồn cho cảm biến, role, rc servo, Ngoài ra trên khu vực này còn có chân Vin và chân reset, chân IOREF Tuy nhiên các

chân này thường ít được sử dụng

➢ 12 Các linh kiện khác trên board Arduino Uno: Ngoài các linh kiện đã

liệt kê bên trên, Arduino Uno còn 1 số linh kiện đáng chú ý khác Trên bo

có tất cả 4 đèn Led, bao gồm 1 Led nguồn ( Led ON nhằm cho biết bo đã được cấp nguồn), 2 Led Tx và Rx, 1 Led L Các Led Tx và Rx sẽ nhấp nháy khi có dữ liệu truyền từ board lên máy tính hoặc ngược lại thông qua cổng USB Led L được được kết nối với chân số 13 Led này được gọi là Led on board (tức Led trên bo), Led này giúp người dùng có thể thực hành các bài đơn giản mà không cần dùng thêm Led ngoài

Trong 14 chân ra của bo còn có 2 chân 0 và 1 có thể truyền nhận dữ liệu nối tiếp TTL Có một số ứng dụng cần dùng đến tính năng này, ví dụ như ứng dụng điều khiển mạch Arduino Uno qua điện thoại sử dụng bluetooth HC05

Thêm vào đó, chân 2 và chân 3 cũng được sử dụng cho lập trình ngắt (interrupt), đồng thời còn 1 vài chân khác có thể được sử dụng cho các chức năng khác, như được thể hiện ở hình 3

Hình 2.2 Các chân vào/ra của Arduino Uno

Thông số kỹ thuật:

• Vi điều khiển : Atmega328 họ 8bit

• Điện áp hoạt động : 5VDC (chỉ được cấp qua cổng USB)

• Tần số hoạt động : 16MHz

• Điện áp đặt vào khuyên dùng : 7-12VDC

• Điện áp vào giới hạn : 6-20VDC

• 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 : 30mA

• Dòng ra tối đa (5V) : 500mA

• Dòng ra tối đa (3.3V) : 50mA

• Bộ nhớ Flash : 32KB (Atmega328) với 0.5KB dùng bởi

Hình 2.3 Chức năng của các chân trên Arduino (PinOut)

2.3 Các linh kiện điện tử khác

2.3.1 Cảm biến siêu âm SRF-04

Hình 2.4 Cảm biến siêu âm SRF-04

2.3.2 Module điều khiển động cơ L298

Thông số kỹ thuật:

• Điện áp điều khiển : +5V ~ +12V

• Dòng tối đa cho mỗi cầu H : 2A (=> 2A cho mỗi motor)

• Điện áp của tín hiệu điều khiển : +5V ~ +7V

• Dòng của tín hiệu điều khiển : 0 ~ 36mA

• Công suất hao phí : 20W (khi nhiệt độ T = 75℃

• Nhiệt độ bảo quản : -25℃ ~ +130℃

Hình 2.5 Module điều khiển động cơ L298

2.3.5 Mạch điều khiển tốc độ động cơ DC PWM 10A 400W

• Điều chỉnh điện áp đầu ra : Bằng biến trở

CHƯƠNG Ⅲ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI 3.1 Ý tưởng thiết kế

Với nền khoa học – kỹ thuật ngày một phát triển như hiện nay thì việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo robot có thể giúp đỡ, thay thế con người làm việc trong các lĩnh vực việc nhà, giúp đỡ người khuyết tật,thám hiểm,… là điều hoàn toàn có thể xảy ra Điển hình là các robot có thể tự hoạt động và tự tránh vật cản từ đó có thể thực hiện thêm các thao tác khác giúp tăng năng suất lao động, giảm thời gian làm việc, giảm thiểu các tai nạn lao động do làm trong những nơi nguy hiểm của con người

➢ Robot hút bụi tự động cần có những yêu cầu sau:

• Phát hiện ra vật cản và di chuyển một cách ổn định, linh hoạt

• Thiết kế nhỏ gọn, dễ di chuyển mang theo

• Không bị nhiễu do các thiết bị khác gây ra

• Làm việc với điện áp 12V với động cơ

• Hút sạch bụi, dễ dang vệ sinh

Vì vậy, đề tài sử dụng Arduino Uno R3 sử dụng vi điều khiển 8 bit họ AVR là

Atmega328 Bộ não này có thể xử lý những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lý tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, điều khiển động cơ bước, điều khiển động cơ servo, làm một trạm đo nhiệt độ – độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,… hay những ứng dụng khác

Nguồn sử dụng: Arduino Uno R3 có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB

hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7 - 12V DC hoặc điện áp giới hạn là 6 - 20V Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, sẽ làm hỏng Arduino UNO

Các chân nguồn:

Hình 3.2 Các chân nguồn của Arduino Uno R3

• GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng các

thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

• 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: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở

chân này

• RESET: việc nhấn nút Reset trên board để Reset vi điều khiển tương đương với việc

chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

Bộ nhớ sử dụng: Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn sử dụng trên Arduino Uno R3 có:

• 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash

của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng cho Bootloader

• 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến khai báo khi lập

trình sẽ lưu ở đây Khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

• 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): nơi

có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây mà không phải lo bị mất khimất điện như dữ liệu trên SRAM

Các cổng vào /ra trên Arduino board:

Hình 3.3 các cổng vào/ra trên Arduino Uno R3

Mạch Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng

chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

• 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX)

dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác

• Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng

thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác

• LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset,

bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

• Arduino UNO Broad có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu

10bit (0 → 210− 1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF

trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức

là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

Lập trình cho Arduino Uno R3

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại là một biến thể của C/C++ Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++

Để lập trình cho Mạch Arduino, nhà phát triển cung cấp một môi trường lập trình

Arduino được gọi là Arduino IDE (Intergrated Development Environment) như hình

dưới đây:

Hình 3.4 Giao diện lập trình cho Arduino