Đồ án cảnh báo khí gas cảnh báo cháy

Hỗ trợ đồ án , liên hệ : https:www.facebook.comdoangiaresv Đồ án cảnh báo khí gas Sử dụng module sim 800l Hệ thống nếu phát hiện rò rỉ gas, sẽ bật còi hú thông báo. Đặc biệt, hệ thống sẽ thực hiện cuộc gọi đến 1 số điện thoại đã cài đặt sẵn để thông báo, giúp người ở xa cũng có thế biết , có những khắc phục kịp thời Có hộp nhựa bảo vệ mạch, giúp đồ án gọn gàng, thẩm mỹ Có thể dễ dàng phát triển thêm các chức năng như cảnh báo cháy, tự động bật nước khi có cháy.... giúp đồ án thông minh hơn Hỗ trợ đồ án , liên hệ : https:www.facebook.comdoangiaresv

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Hà Nội, ngày tháng năm

Người nhận xét

MỤC LỤC

DANH SÁCH VIẾT TẮT 6

DANH MỤC HÌNH 7

LỜI CAM ĐOAN 9

LỜI CẢM ƠN 10

LỜI MỞ ĐẦU 11

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 13

1.1 Giới thiệu đề tài 13

1.2 Ứng dụng của hệ thống cảnh báo khí gas 13

1.2.1.Khái niệm 13

1.2.2.Ứng dụng của khí gas trong công nghiệp 13

1.2.2.1.Ứng dụng trong ngành thực phẩm 14

1.2.2.2.Ứng dụng trong thiết bị gia dụng 14

1.2.2.3.Ứng dụng làm nhiên liệu khí đốt 16

1.2.3.Tính chất nguy hiểm cháy, nổ của gas 16

1.2.4 Ứng dụng trong gia đình 17

1.3 Kết luận chương 17

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 18

2.1 Sơ lược về Arduino 18

2.1.1 Khái niệm Arduino 18

2.1.2 Lý do chọn Arduino 18

2.1.3 Lịch sử 20

2.2 Một số loại arduino trên thị trường 20

2.2.1 Arduino Uno R3 20

2.2.2 Arduino Pro Mini ( là board Arduino rất nhỏ, sử dụng chip ATmega328 SMD) 22

2.2.3 Arduino Mega 2560 23

2.2.4 Arduino nano ( Nhỏ, tiện lợi, mang trên mình tinh hoa của Arduino Uno) 23

2.2.4.2 Cổng kết nối với Arduino Nano 25

2.2.4.3 Lập trình cho Arduino Nano 26

2.2.4.4 Giới thiệu cấu trúc phần cứng Atmega328P 26

2.2.4.5 Nhiệm vụ của vi điều khiển atmega328p 27

2.2.4.6 Ứng dụng arduino nano 27

2.3 Giới thiệu Module Sim 800L 28

2.3.1 Tổng quan về module sim 800L 28

2.3.2 Đèn báo trạng thái Module 30

2.3.3.Chọn loại ăng-ten cho module SIM800L 31

2.3.4.Cấp nguồn cho module SIM800L 32

2.3.5.Sơ đồ chân của module SIM800L 33

2.4 Cảm biến khí gas MQ-2 34

2.4.1.Tổng quan về cảm biến khí gas MQ-2 34

2.4.2.Thông số kỹ thuật 35

CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ MẠCH 36

3.1 Giới thiệu về mô hình hệ thống 36

3.2 Xây dựng sơ đồ khối 36

3.3 Xây dựng lưu đồ thuật toán 37

3.4 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 38

3.5 Khối nguồn 38

3.6 Khối xử lý trung tâm 39

3.9 Khối buzzer 40

3.10.1.Mạch phần mềm 41

3.10.2 Lắp ráp và mô hình thực tế 44

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 46

4.1 Kết quả test 46

4.2.Kết luận 46

4.3.Hướng phát triển của đề tài 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHỤ LỤC 49

DANH SÁCH VIẾT TẮT

ADC: Analog Digital Converter

DC: Direct Current

I/O: Input/ output

SRAM:Static Random Access Memory

EEPROM:Electrically Eraseble Programmable Read Only MemoryUSART: Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter PWM: Pulse width modulation

PCB: Printed circuit board

DANH MỤC HÌ

Hình 1 1 Thiết bị rò rỉ khí gas trong gia đình 16Y

Hình 2 1 Arduino UNO (Fritzing tool).[1] 20

Hình 2 2 Arduino Pro Mini 21

Hình 2 3 Arduino Mega 2560 22

Hình 2 4 Arduino nano [6] 23

Hình 2 5 Sơ đồ khối xử lý trung tâm 23

Hình 2 6 Một vài thông số của Arduino nano [5]_(trang 14) 24

Hình 2 7 Sơ đồ chân atmega328p.[7] 26

Hình 2 8 Xe tăng mini [6] 27

Hình 2 9 Module Sim 800L [8] 28

Hình 2 10 Mặt trước Module Sim 800L 28

Hình 2 11 Mặt sau Module Sim 800L 29

Hình 2 12 Đèn báo Module Sim 30

Hình 2 13 Module Sim ăng-ten GSM xoắn ốc 30

Hình 2 14 Module Sim ăng-ten GSM 3dBi 31

Hình 2 15 Thông số Module Sim 32

Hình 2 16 Sơ đồ chân Module Sim 800L 32

Hình 2 17 Sơ đồ chân MQ-2 [9] 3 Hình 3 1 Sơ đồ khối 35

Hình 3 2 Lưu đồ thuật toán 36

Hình 3 3 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 37

Hình 3 4 Khối nguồn 38

Hình 3 5 Khối vi điều khiển 38

Hình 3 6 Khối Module Sim 39

Hình 3 7 Khối cảm biến 39

Hình 3 8 Khối buzzer 40

Hình 3 9 Mạch in 2D 41

Hình 3 10 Mạch in 3D 42

Hình 3 11 Mặt trước mạch lắp ráp 43

Hình 3 12 Mặt sau mạch lắp ráp 43

Hình 3 13 Mô hình thực tế 4 Hình 4 1 Phát hiện rò rỉ khí gas 45

LỜI CAM ĐOAN

Để hoàn thành đề tài này em có tham khảo một số tài liệu có liên quanđến cảm biến khí gas MQ-2, Module Sim 800L và vi điều khiển Arduino

Em xin cam đoan đề tài này là do em thực hiện, các số liệu và kết quảcủa đề tài này là trung thực Mọi sự giúp đỡ cho bài báo cáo này đã được cảm

ơn và các thông tin trích dẫn trong bài báo cáo đã được ghi rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Sinh viên 

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, lời đầu tiên em xin cảm ơn chânthành đến toàn thể thầy cô trong trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội và cácthầy cô trong khoa SSSS nói riêng, những người đã tận tình hướng dẫn, dạy

dỗ và trang bị cho em những kiến thức bổ ích trong bốn năm vừa qua

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy ssss đã hướng dẫncho em những kiến thức, kỹ năng cơ bản cần có để hoàn thành đề tài nghiêncứu này

Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên,

cổ vũ và đóng góp ý kiến trong quá trình học tập, nghiên cứu cũng như quátrình làm đồ án tốt nghiệp

Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu đề tài, vì kiến thức chuyên ngànhcòn hạn chế nên em vẫn còn nhiều thiếu sót khi tìm hiểu, đánh giá và trìnhbày về đề tài Rất mong nhận được sự quan tâm, góp ý của các thầy cô giảngviên bộ môn để đề tài của em được dầy đủ và hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn! 

LỜI MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Như chúng ta cũng đã biết, gần như các thiết bị tự động trong nhà máy,trong đời sống của các gia đình ngày nay đều hoạt động độc lập với nhau, mỗithiết bị có một quy trình sử dụng khác nhau tuỳ thuộc vào sự thiết lập, cài đặtcủa người sử dụng Chúng chưa có một sự liên kết nào với nhau về mặt dữliệu Nhưng đối với hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua gọi điện thoạithì lại khác Ở đây, các thiết bị điều khiển tự động được kết nối với nhauthành một hệ thống hoàn chỉnh qua một một thiết bị trung tâm và có thể giaotiếp với nhau về mặt dữ liệu Điều khiển thiết bị bằng gọi điện thông quamạng di động là một ứng dụng mang tính hiện đại và có giá trị thực tiễn cao.Với chỉ một chiếc điện thoại di động trên tay, bất cứ ở đâu hay đang làm gì thìvẫn có thể quản lý, giám sát và điều khiển được các thiết bị điện trong giađình, như vậy sẽ không cần phải lo lắng mình đã bật hay tắt thiết bị trong nhàhay chưa Qua đây cho thấy giải pháp điều khiển thiết bị thông qua gọi điệnthoại là một giải pháp hữu dụng trong thực tiễn hiện nay

Chính vì vậy mà em thực hiện đề tài quyết định chọn đề tài “Thiết kế môhình hệ thống cảnh báo khí gas sử dụng Arduino” là đề tài tốt nghiệp

Đối tượng nghiên cứu

Hệ thống sử dụng cảm biến khí gas, để phát hiện trong gia đình hay nhàmáy có rò rỉ khí gas hay không Nếu phát hiện rò rỉ khí gas, hệ thống sẽ bậtcòi báo, đồng thời thực hiện cuộc gọi đến 1 hay nhiều số điện thoại đã cài sẵnđể cảnh báo, giúp mọi người có những khắc phục kịp thời, tránh cháy nổ xảyra

Nội dung nghiên cứu

Tìm hiểu về :

Arduino ATMEGA328P

Cảm biến khí gas MQ-2

Module Sim 800L

Phạm vi nghiên cứu

Điều khiển các thiết bị trong nhà (cụ thể là điều khiển hai thiết bị côngsuất trung bình) bằng cách gọi điện thoại tại ví trí có phủ sóng của mạng điệnthoại di động đang hoạt động trong nước như Viettel, Mobile Phone, VinaPhone …

Hệ thống còn có chức năng tự động báo rò rỉ gas bằng cách gọi điệnthoại tới người chủ

Với đề tài “Thiết kế mô hình hệ thống cảnh báo khí gas sử dụngArduino” báo cáo của em gồm những nội dung sau:

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyết.

Chương 3: Cấu trúc, nguyên lý hoạt động và thiết kế mạch.

Chương 4: Kết quả.

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu đề tài

Như chúng ta cũng đã biết, gần như các thiết bị tự động trong nhà máy,trong đời sống của các gia đình ngày nay đều hoạt động độc lập với nhau, mỗithiết bị có một quy trình sử dụng khác nhau tuỳ thuộc vào sự thiết lập, cài đặtcủa người sử dụng.Chúng chưa có một sự liên kết nào với nhau về mặt dữliệu Nhưng đối với hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua gọi điện thoạithì lại khác Ở đây, các thiết bị điều khiển tự động được kết nối với nhauthành một hệ thống hoàn chỉnh qua một một thiết bị trung tâm và có thể giaotiếp với nhau về mặt dữ liệu

Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống,cộng với sự hợp tác, phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên em đã chọn đềtài " Thiết kế mô hình hệ thống cảnh báo khí gas sử dụng arduino " để đápứng được nhu cầu ngày càng cao của con người và góp phần vào sự tiến bộ,văn minh, hiện đại của nước nhà

1.2 Ứng dụng của hệ thống cảnh báo khí gas

1.2.1.Khái niệm

Hiện nay, với đặc tính là nguồn nhiên liệu sạch và thân thiện với môitrường thì khí gas dần khẳng định được vị trí quan trọng trong đời sống củachúng ta và đã góp phần tạo nên sự văn minh của xã hội Lợi ích của gas làrất tích cực, được sử dụng rộng rãi trong dân dụng, thương mại, vận tải và cácứng dụng công nghiệp

Gas là hỗn hợp của các chất Hydrocacbon, trong đó thành phần chủ yếu

là khí Propane (C3H8), Butane (C4H10) và một số thành phần khác

1.2.2.Ứng dụng của khí gas trong công nghiệp

Khí công nghiệp là loại nguyên liệu khí được sản xuât để sử dụng trongcông nghiệp Các khí trong công nhiệp được sửu dụng nhiều nhất như:nitrogen, oxy, caarbon dioxide, hydro, acetylen,…

Các loại khí công nghiệp được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệpkhác nhau Bao gồm các ngành công nghiệp nặng như dầu khí, hoá dầu, hóachất, điện, khai thác mỏ, luyện kim, kim loại Và cũng được sử dụng trongcác ngành dược phẩm, công nghệ sinh học, thực phẩm, nước, phân bón, điệnhạt nhân, điện tử, hàng không vũ trụ, phân tích thí nghiệm, kiểm nghiệm môitrường…[10]

1.2.2.1.Ứng dụng trong ngành thực phẩm

Nước ngọt có gas đã trở thành loại nước giải khát quá quen thuộc trongcuộc sống hàng ngày của chúng ta Nước có gas chiếm đến 94% thành phầncủa nước ngọt, có tên gọi hóa học là: Carbon dioxide (CO2) - có vai trò nhưmột chất bảo quản nhẹ Khí CO2 được sử dụng nhiều trong ngành sản xuấtnước giải khát và bia rượu

Trong công nghiệp khí CO2 được điều chế từ các khí sinh ra khi lên menrượu bia, phân hủy chất béo, từ các khí thu được trong sản xuất hóa chất, nhưsản xuất amoniac hoặc tổng hợp methanol, từ khói các nhà máy công nghiệpđốt than.[10]

1.2.2.2.Ứng dụng trong thiết bị gia dụng

a.Máy điều hòa

Gas điều hòa là môi chất được sử dụng trong hệ thống làm hạnh hấp thụnhiệt, có nhiệm vụ mang nhiệt từ nơi có nhiệt độ thấp thải ra nơi có nhiệt độcao hơn Đây chính là thành phần không thể thiếu trong quá trình làm lạnhcủa hệ thống điều hòa nói chung và các hệ thống làm lạnh nói riêng

Các loại gas được sử dụng trong máy điều hóa không khí như gas R22,gas R410A, gas R32 nhưng được sử dụng nhiều nhất vẫn là gas R22 vàGas R410A

Gas điều hòa R22

Gas R22 là loại gas được sử dụng đầu tiên trên các máy lạnh, chiếm hơn70% trên thị trường điều hòa hiện nay, được sủ dụng cho máy điều hòa khôngkhí loại thường (không sử dụng công nghệ Inverter)

Gas điều hòa R410A

Gas R410A có độ bay hơi cao hơn, và khi môi trường ở tầm thấp sẽ gâythiếu oxi chính vì vậy mà phòng của bạn phải được thoáng khí nếu không sẽrất nguy hiểm khi có hiện tượng rò rỉ khí gas

Gas điều hòa Gas R32

Loại Gas R32 là loại gas mới nhất hiện nay, được ứng dụng sử dụngnhiều nhất tại Nhật Bản Loại gas này được phát minh ra nhằm thay thế choloại gas R22 và loại R410A

b.Tủ lạnh

Gas tủ lạnh được nằm trong các dây đồng có tác dụng chuyển tải nhiệt từdàn lạnh tới dàn nóng Khí gas khi đi qua dàn lạnh sẽ hấp thụ nhiệt xungquanh dàn lạnh để chuyển tới dàn nóng Tại đây, khí gas sẽ được làm mátthông qua việc tản nhiệt ra môi trường

Gas R12

Gas R12 là loại gas lâu đời nhất, được sử dụng phổ biến trong các tủlạnh đời cũ Gas R12 bình thường có mùi hôi, khi đốt có màu xanh lá và mùihắc, có thể gây choáng và nhức đầu khi hít nhiều

Gas R134A

Do tính chất độc hại và gây nguy hiểm cho tầng Ozon của gas R12 nêngas R134A được tạo ra để thay thế cho gas R12 Loại gas này được sử dụngphổ biến cho nhiều loại tủ lạnh dân dụng hiện nay

Gas R404

Gas R404 là loại gas chuyên dùng cho các tủ cấp đông Loại gas nàyđược thiết kế dành riêng cho nhu cầu làm đông ở nhiệt độ sâu hơn đồng thờiđảm bảo tuổi thọ cho máy nén, các chi tiết và dầu bôi trơn cao hơn

Gas R600

Gas R600 được ứng dụng trong các dòng tủ lạnh cao cấp Gas R600 làGas Hidrocacbon (HC gas) nhằm bảo vệ môi trường và an toàn với tầng ozon,tránh hiện tượng biến đổi toàn cầu

1.2.2.3.Ứng dụng làm nhiên liệu khí đốt

a.Khí đốt hóa lỏng (Liquefied Petrolium Gas - LPG)

LPG là khí không màu, không mùi (được thêm mùi để dễ phát hiện khibị rò rỉ), nhiệt độ ngọn lửa từ 1890ºC đến 1935ºC, nhẹ hơn nước nhưng nặnghơn không khí, dễ cháy, không chứa chất độc nhưng có thể gây ngạt thở.Khí đốt ( Petrolium gas) là sản phẩm phụ thu được trong quá trình chếbiến dầu, Khí đốt được hóa lỏng để tạo thành LPG Thành phần hóa học chủyếu gồm propan, butan và một lượng nhỏ propylen, butylen và các khí khác

b.Khí thiên nhiên hóa lỏng (Liquefied Natural Gas - LNG )

LNG là khí không màu, không mùi, không vị, không độc hại và không

có tính chất ăn mòn, có nhiệt độ ngọn lửa khoảng 2440oCvà nhẹ hơnkhông khí

Khí thiên nhiên (Natural gas) được hóa lỏng ở -120ºC đến -170ºC (tùyvào tỷ lệ thành phần hỗn hợp trong chất khí), giúp dễ dàng bảo quản và vậnchuyển

c.Khí nén thiên nhiên( Compressed Natural Gas - CNG)

CNG là khí không màu, không mùi, có nhiệt độ ngọn lửa khoảng 1950ºC

và nhẹ hơn không khí Thành phần chủ yếu của CNG gồm các hydrocarbon,trong đó metan có thể chiếm đến 95%, etan chiếm 5% đến 10% cùng mộtlượng nhỏ propan, butan và các khí khác

Thông thường, hương lưu huỳnh được thêm vào giúp dễ phát hiện khi bị

rò rỉ Do nhẹ hơn không khí nên trong trường hợp rò rỉ, khí thiên nhiên (cảCNG và LNG) không gây thiệt hại nghiêm trọng như xăng hoặc LPG

1.2.3.Tính chất nguy hiểm cháy, nổ của gas

Khi thoát ra khỏi thiết bị chứa, gas chuyển thành thể khí nên rất khó bảoquản Mặt khác, do không có mùi, không có màu nên gas thoát ra thiết bịchứa rất khó phát hiện, do đó nhà sản xuất phải đưa thêm vào hỗn hợp gaschất tạo ra mùi bắp cải thối để dễ phát hiện gas bị rò rỉ.[10]

Tỷ trọng của gas nặng hơn không khí (Propan gấp 1,55 lần; Butan gấp2,07 lần) nên khi thoát khỏi thiết bị chứa, gas tích tụ ở những chỗ trũng trênmặt đất và tạo thành hỗn hợp nguy hiểm cháy nổ.

Do nhiệt độ ngọn lửa của gas khi bị cháy rất cao (1900oC đến 1950oC)nên dễ gây bỏng cho người và gia súc đồng thời gây cháy lan, khó khăn choviệc chữa cháy (vận tốc cháy lan của Butan là 0,38m/s của Propan là 0,46m/s)

1.2.4 Ứng dụng trong gia đình

Trong gia đình rò rỉ gas sẽ gây ra nhiều nguy hiểm Với nồng độ gastrong không khí xấp xỉ 40%, gas sẽ cháy nổ nếu gặp tia lửa Dưới nồng độnày dù không gây cháy nổ nhưng sẽ gây ngộ độc khí, nếu khu vực kín còn cóthể dẫn đến tử vong Van bình bị rò, ống dẫn gas bị thủng, đứt do chuột cắnhoặc bếp không kín đều là những nguyên nhân có thể biến bình gas gia đình

Hình 1 1 Thiết bị rò rỉ khí gas trong gia đình

thành "bom nổ chậm" Thiết bị cảnh báo rò rỉ ga là thiết bị không thể thiếutrong bếp nhà bạn Nó giống như chiếc van khóa bình gas, cho gia đình antoàn.

1.3 Kết luận chương

Trong chương 1 đã giới thiệu sơ lược tình hình nghiên cứu về các khígas với ứng dụng thực tế đối với thiết bị Từ đó giúp ích cho quá trình đưa rayêu cầu công nghệ, lên kế hoạch, nhiệm vụ thiết kế mô hình cảnh báo khígas

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Sơ lược về Arduino

2.1.1 Khái niệm Arduino

Arduino là một nền tảng điện tử nguồn mở dựa trên phần cứng và phầnmềm dễ sử dụng Các bo mạch arduino có thể đọc các đầu vào - sáng trên cảmbiến, ngón tay trên nút hoặc tin nhắn Twitter - và biến nó thành đầu ra - kíchhoạt động cơ, bật đèn LED, xuất bản một cái gì đó trực tuyến.[4]

Trong những năm qua, Arduino là bộ não của hàng ngàn dự án, từ cácvật thể hàng ngày đến các công cụ khoa học phức tạp Một cộng đồng các nhàsản xuất trên toàn thế giới - sinh viên, người có sở thích, nghệ sĩ, lập trìnhviên và chuyên gia - đã tập hợp xung quanh nền tảng nguồn mở này, nhữngđóng góp của họ đã bổ sung vào một lượng kiến thức đáng kinh ngạc có thểgiúp ích rất nhiều cho người mới và các chuyên gia.[4]

Arduino được sinh ra tại Viện Thiết kế Tương tác Ivrea như một công cụ

dễ dàng để tạo mẫu nhanh, nhằm vào các sinh viên không có nền tảng về điện

tử và lập trình Ngay khi tiếp cận cộng đồng rộng hơn, bo mạch Arduino bắtđầu thay đổi để thích ứng với các nhu cầu và thách thức mới, phân biệt ưu đãicủa nó từ bo mạch 8 bit đơn giản đến các sản phẩm cho các ứng dụng IoT cóthể đeo, in 3D và môi trường nhúng Tất cả các bo mạch Arduino hoàn toàn lànguồn mở, trao quyền cho người dùng xây dựng chúng một cách độc lập vàcuối cùng thích ứng chúng với nhu cầu cụ thể của họ Phần mềm cũng lànguồn mở và nó đang phát triển thông qua sự đóng góp của người dùng trêntoàn thế giới.[4]

2.1.2 Lý do chọn Arduino

Nhờ trải nghiệm người dùng đơn giản và dễ tiếp cận, Arduino đã được

sử dụng trong hàng ngàn dự án và ứng dụng khác nhau Phần mềm Arduinorất dễ sử dụng cho người mới bắt đầu, nhưng đủ linh hoạt cho người dùng caocấp Nó chạy trên Mac, Windows và Linux Giáo viên và sinh viên sử dụng

nó để xây dựng các công cụ khoa học chi phí thấp, để chứng minh các nguyêntắc hóa học và vật lý, hoặc để bắt đầu với lập trình và robot Các nhà thiết kế

và kiến trúc sư xây dựng các nguyên mẫu tương tác, nhạc sĩ và nghệ sĩ sửdụng nó để cài đặt và để thử nghiệm các nhạc cụ mới Các nhà sản xuất, tấtnhiên, sử dụng nó để xây dựng nhiều dự án được trưng bày tại Maker Faire.Arduino là một công cụ quan trọng để học những điều mới Bất cứ ai - trẻ em,người có sở thích, nghệ sĩ, lập trình viên - có thể bắt đầu mày mò chỉ cần làmtheo các hướng dẫn từng bước của một bộ.[4]

Có nhiều nền tảng vi điều khiển và vi điều khiển khác có sẵn cho máytính vật lý Parallax Basic Stamp, Bmed-24 của Netmedia, Phidgets, Bảngtiện dụng của MIT và nhiều loại khác cung cấp chức năng tương tự Tất cảcác công cụ này lấy các chi tiết lộn xộn của lập trình vi điều khiển và gói nótrong một gói dễ sử dụng Arduino cũng đơn giản hóa quá trình làm việc với

vi điều khiển, nhưng nó mang lại một số lợi thế cho giáo viên, học sinh vànhững người nghiệp dư quan tâm hơn các hệ thống khác:

- Không tốn kém - Bảng mạch Arduino tương đối rẻ so với các nền tảng

vi điều khiển khác Phiên bản ít tốn kém nhất của mô-đun Arduino có thểđược lắp ráp bằng tay và thậm chí các mô-đun Arduino được lắp ráp sẵn cógiá dưới 50 đô la

- Đa nền tảng - Phần mềm Arduino chạy trên các hệ điều hành Windows,Macintosh OSX và Linux Hầu hết các hệ thống vi điều khiển được giới hạntrong Windows

- Môi trường lập trình đơn giản, rõ ràng - Phần mềm Arduino dễ sử dụngcho người mới bắt đầu, nhưng đủ linh hoạt để người dùng cao cấp cũng có thểtận dụng Đối với giáo viên, nó thuận tiện dựa trên môi trường lập trình xử lý,

vì vậy sinh viên học lập trình trong môi trường đó sẽ quen với cách thức hoạtđộng của Arduino

- Mã nguồn mở và phần mềm mở rộng - Phần mềm Arduino được xuấtbản dưới dạng các công cụ nguồn mở, có sẵn để mở rộng bởi các lập trình

viên có kinh nghiệm Ngôn ngữ có thể được mở rộng thông qua các thư viện

C ++ và mọi người muốn hiểu các chi tiết kỹ thuật có thể thực hiện bước nhảyvọt từ Arduino sang ngôn ngữ lập trình AVR C mà nó dựa trên Tương tự,bạn có thể thêm mã AVR-C trực tiếp vào các chương trình Arduino của mìnhnếu muốn

- Nguồn mở và phần cứng có thể hoạt động - Các kế hoạch của bo mạchArduino được xuất bản theo giấy phép Creative Commons, vì vậy các nhàthiết kế mạch có kinh nghiệm có thể tạo phiên bản mô-đun của riêng họ, mởrộng và cải thiện nó Ngay cả những người dùng tương đối thiếu kinh nghiệmcũng có thể xây dựng phiên bản modul bánh mì để hiểu cách thức hoạt động

và tiết kiệm tiền.[4]

2.1.3 Lịch sử

Arduino được khởi động vào năm 2005 như là một dự án dành cho sinhviên trại Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea) tạiIvrea, Italy Vào thời điểm đó các sinh viên sử dụng một "BASIC Stamp"(con tem Cơ Bản) có giá khoảng $100, xem như giá dành cho sinh viên.Massimo Banzi, một trong những người sáng lập, giảng dạy tại Ivrea Cái tên

"Arduino" đến từ một quán bar tại Ivrea, nơi một vài nhà sáng lập của dự ánnày thường xuyên gặp mặt Bản thân quán bar này có được lấy tên làArduino, Bá tước của Ivrea, và là vua của Italy từ năm 1002 đến 1014.[3]

Lý thuyết phần cứng được đóng góp bởi một sinh viên người Colombiatên là Hernando Barragan Sau khi nền tảng Wiring hoàn thành, các nhànghiên cứu đã làm việc với nhau để giúp nó nhẹ hơn, rẻ hơn, và khả dụng đốivới cộng đồng mã nguồn mở Trường này cuối cùng bị đóng cửa, vì vậy cácnhà nghiên cứu, một trong số đó là David Cuarlielles, đã phổ biến ý tưởngnày.[3]

2.2 Một số loại arduino trên thị trường

2.2.1 Arduino Uno R3

Đây là loại linh hoạt và phổ biến nhất trong tất cả các bảng, với kíchthước trung bình cho phép nó được đặt trong hầu hết mọi không gian Thoạtnhìn có vẻ đơn giản, nhưng nó có một số lượng mô-đun mở rộng (như mô-đun mở rộng Wi-Fi, Bluetooth và I / O bảng), cho phép chúng ta có những gìchúng ta cần khi chúng ta cần (chỉ trong thời gian) Điều này làm cho nó làmột vi điều khiển rất linh hoạt Nó có sự hỗ trợ lớn hơn từ các nhà phát triểnhơn bất kỳ ai khác hội đồng quản trị trên thị trường hiện nay.[1]_(trang 65)

Hình 2 1 Arduino UNO (Fritzing tool).[1]

Arduino UNO có 13 cổng kỹ thuật số, 6 cổng analog, 5V và cổng 3,3 V.Bên cạnh đó, gắn kết Chip ATMEGA328 có thể thay thế, đây là một tínhnăng quan trọng cho tương lai có thể sửa đổi hoặc để sửa chữa.[1]_(trang 65)

2.2.2 Arduino Pro Mini ( là board Arduino rất nhỏ, sử dụng chip ATmega328 SMD)

Hình 2 2 Arduino Pro MiniĐặc biệt thích hợp cho các ứng dụng thực tế đòi hỏi sự gọn gàng

Board Arduino Pro Mini 5V 16MHz mặc định sử dụng nguồn 5V và ICATmega328 chạy ở xung nhịp 16MHZ Tuy nhiên trên board có sẵn ngõ vàoRAW để cấp nguồn thông qua mạch điều áp Nguồn vào cho ngõ RAW có thể

từ 3.3V - 12V (max 12V).[5]_(trang 10)

- RAW: cấp nguồn thông qua mạch điều áp

- Vcc: cấp nguồn 5V hoặc 3.3V (Lưu ý: nguồn > 5.5V sẽ gây hỏng IC)

Vì sử dụng chung dòng chip ATmega328 nên việc lập trình và thiết kếứng dụng hoàn toàn tương tự board Arduino Uno R3 Ngoài ra có 1 sự khácbiệt nhỏ là board Arduino Pro Mini có tới 8 cổng analog (thay vì 6 như trênArduino Uno R3) Trong đó 2 ngõ analog A6,A7 không thể xuất tín hiệudigital Arduino Pro Mini không có sẵn giao tiếp USB.[5]_(trang 10)

Điều này có nghĩa là bạn không thể cắm trực tiếp board Arduino ProMini vào máy tính như Arduino Mega 2560, Arduino Uno R3, Arduino Nano.Nếu bạn cần 1 board arduino kích thước nhỏ, có sẵn cổng USB để kếtnối với máy tính thì Arduino Nano là sự lựa chọn thích hợp hơn là ArduinoPro Mini

Tuy nhiên bạn có thể dễ dàng sử dụng board Arduino Uno R3 sẵn có củamình để lập trình cho Arduino Pro Mini.

2.2.3 Arduino Mega 2560

Hình 2 3 Arduino Mega 2560Arduino Mega2560 khác với tất cả các vi xử lý trước giờ vì không sửdụng FTDI chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý Thay vào đó, nó

sử dụng ATmega16U2 lập trình như là một công cụ chuyển đổi tín hiệu từUSB Ngoài ra, Arduino Mega2560 cơ bản vẫn giống Arduino Uno R3, chỉkhác số lượng chân và nhiều tính năng mạnh mẽ hơn, nên các bạn vẫn có thểlập trình cho con vi điều khiển này bằng chương trình lập trình cho ArduinoUno R3.[5]_(trang 16)

2.2.4 Arduino nano ( Nhỏ, tiện lợi, mang trên mình tinh hoa của Arduino Uno)

Khi chúng ta tiếp xúc với Arduino Nano, đó là sự tiện dụng, đơn giản, cóthể lập trình trực tiếp bằng máy tính (như UNO R3) và đặc biệt hơn cả đó làkích thước của nó Kích thước của Arduino Nano cực kì nhỏ chỉ tương đươngđồng 2 nghìn gấp lại 2 lần (1.85cm x 4.3cm), rất thích hợp cho những ngườimới học, vì giá rẻ hơn Arduino Uno nhưng dùng được tất cả các thư viện củamạch này

Hình 2 4 Arduino nano [6]

Trong đề tài này em sử dụng arduino nano nên sẽ tìm hiểu kĩ hơn về nó.2.2.4.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 2 5 Sơ đồ khối xử lý trung tâm

Điện áp vào khuyên dùng 7-12 – DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)

Số chân Analog 8 (độ phân giải 10 bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 40 mA

Hình 2 6 Một vài thông số của Arduino nano [5]_(trang 14)

Các thông số kĩ thuật của Arduino Nano hầu như giống hoàn arduinouno r3, vì vậy các thư viện trên Arduino Uno đều hoạt động tốt trên ArduinoUno Tuy nhiên, ở Nano có một lợi thế cực kì quan trọng, nhờ đó ArduinoNano đã được ứng dụng rất nhiều trong các dự án DIY, đó chính là kích thướccủa nó Đồng thời Nano còn số lượng chân Analog nhiều hơn Uno (2 chân

A6, A7 chỉ dùng để đọc) cùng với dùng ra tối đa của mỗi chân IO lên đến40mA Nhưng, có một điểm trừ nhẹ cho Nano, đó là mạch này Nano cần đến2KB bộ nhớ cho bootloader (ở Uno là 0.5KB) Tuy nhiên còn đến tận 30KB

bộ nhớ flash để lập trình, để dùng hết được 30KB này với tôi, đó là cả mộtvấn đề lập trình

2.2.4.2 Cổng kết nối với Arduino Nano

Khác với Arduino Nano sử dụng cổng USB type B, Nano lại sử dụngmột cổng nhỏ hơn có tên là mini USB Vì sử dụng cổng này nên kích thướcboard (về chiều cao) cũng giảm đi khá nhiều, ngoài ra bạn có thể lập trìnhthẳng trực tiếp cho Nano từ máy tính điều này tạo nhiều điện thuận lợi chongười mới

2.2.4.3 Lập trình cho Arduino Nano

Cũng tương tự như bên Arduino Uno R3 , Arduino Nano sử dụngchương trình Arduino IDE để lập trình, và ngôn ngữ lập trình cho Arduinocũng tên là Arduino và được xây dựng trên ngôn ngữ C

2.2.4.4 Giới thiệu cấu trúc phần cứng Atmega328P

Atmega328P là một chíp vi điều khiển được sản xuất bời hãng Atmelthuộc họ MegaAVR có sức mạnh hơn hẳn Atmega8 Atmega 328P là một bộ

vi điều khiển 8 bít dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 32KB ISPflash có thể ghi xóa hàng nghìn lần, 1KB EEPROM, một bộ nhớ RAM vôcùng lớn trong thế giới vi xử lý 8 bít (2KB SRAM).[7]

Với 23 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào hoặc ra I/O, 32 thanhghi, 3 bộ timer/counter có thể lập trình, có các gắt nội và ngoại (2 lệnh trênmột vector ngắt), giao thức truyền thông nối tiếp USART Ngoài ra có thể sửdụng bộ biến đổi số tương tự 10 bít (ADC/DAC) mở rộng tới 8 kênh, khảnăng lập trình được watchdog timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn, có thể sửdụng tới 6 kênh điều chế độ rộng xung (PWM), hỗ trợ bootloader