Nghiên cứu hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà thông minh bằng giọng nói

TÓM TẮT ĐỀ TÀI Các nhiệm vụ chính đề ra trong báo cáo đồ án tốt nghiệp: • Nghiên cứu tổng quan và mô tả bài toán. • Phân tích yêu cầu đề tài • Thiết kế tổng quan hệ thống. • Thiết kế chi tiết hệ thống • Triển khai và kiểm thử Bố cục báo cáo: Bao gồm phần Mở đầu, Nội dung, Kết luận, Tài liệu tham khảo. Phần mở đầu: Giới thiệu tóm tắt nhiệm vụ, đề tài, mục tiêu và phạm vi thực hiện đồ án Phần nội dung: gồm 5 phần chính • Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài: Chương này mô tả bài toán thiết kế hệ thống điều khiển nhà thông minh bằng giọng nói và ứng dụng điện thoại • Chương 2: Phân tích yêu cầu: Chương này trình bày kết quả đặc tả chức năng của hệ thống • Chương 3: Thiết kế tổng quan hệ thống: Chương này trình bày kết quả phân tích và thiết kế cho hệ thống. • Chương 4: Thiết kế chi tiết hệ thống: Chương này trình bày thiết kế chi tiết từng khối và các công nghệ được sử dụng • Chương 5: Triển khai và kiểm thử: Chương này trình bày các kết quả triển khai hệ thống và các kết quả kiểm tra đạt được • Phần kết luận: Kết luận chung của đề tài nghiên cứu khoa học, đánh giá các công việc đã làm được và chưa làm trong khuôn khổ đồ án, những kiến thức tích lũy được trong việc làm đồ tài. Nêu định hướng trong tương lai tiếp tục phát triển hệ thống. MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 2 1.1 KHÁI NIỆM NHÀ THÔNG MINH 2 1.2 THỰC TRẠNG NHÀ THÔNG MINH Ở VIỆT NAM 3 1.3 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 5 CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH YÊU CẦU 6 2.1 YÊU CẦU CHỨC NĂNG 6 2.1.1 Điều khiển thiết bị qua giọng nói: 6 2.1.2 Điều khiển thiết bị bằng điện thoại 6 2.2 YÊU CẦU PHI CHỨC NĂNG 7 2.2.1 Yêu cầu về phần cứng 7 2.2.2 Yêu cầu về hệ thống 8 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG 9 3.1 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG 9 3.2 MÔ TẢ CHỨC NĂNG CÁC KHỐI 10 3.2.1 Mạch arduino UNO R3 10 3.2.2 Nguồn điện 11 3.2.3 Relay 3.2.4 Xử lý giọng nói CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ CHI TIẾT 12 4.1 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 12 4.1.1 Giới thiệu chung 11 4.1.2 Phần cứng 11 4.1.3 Năng lượng 14 4.1.4 Các chân năng lượng 14 4.1.5 Bộ nhớ 15 4.1.6 Các cổng vàora……………………………………………………….. 15 4.1.7 Lập trình Arduino…………………………………………………….. 17 4.2 Khối RELAY 19 4.2.1 Giới thiệu chung 19 4.2.2 Thông số kĩ thuật 19 4.2.3 Kết nối với Arduino uno r3 21 4.3 Khối xử lý giọng nói………………………………………………………... 28 4.3.1 Giới thiệu tổng quát…………………………………………………… 28 4.3.2 Module Bluetooth hc 06………………………………………………. 28 4.3.3 Thông số kỹ thuật……………………………………………………... 30 4.3.4 Sơ đồ cấu trúc…………………………………………………………. 30 CHƯƠNG 5. TRIỂN KHAI VÀ KIỂM THỬ 34 5.1 TRIỂN KHAI 34 5.1.1 Cài đặt các công cụ cần thiết 34 5.1.2 Thiết kế mô hình 36 5.2 Kiểm thử…………………………………………………………………………………... 39 KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

BỘ CÔNG THƯƠNG

KHOA CƠ KHÍ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ

THUẬT CÔNG NGHIỆP

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Các nhiệm vụ chính đề ra trong báo cáo đồ án tốt nghiệp:

 Nghiên cứu tổng quan và mô tả bài toán

 Phân tích yêu cầu đề tài

 Thiết kế tổng quan hệ thống

 Thiết kế chi tiết hệ thống

 Triển khai và kiểm thử

Bố cục báo cáo: Bao gồm phần Mở đầu, Nội dung, Kết luận, Tài liệu tham khảo Phần mở đầu: Giới thiệu tóm tắt nhiệm vụ, đề tài, mục tiêu và phạm vi thực hiện đồ

án

Phần nội dung: gồm 5 phần chính

 Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài: Chương này mô tả bài toán thiết kế hệ

thống điều khiển nhà thông minh bằng giọng nói và ứng dụng điện thoại

 Chương 2: Phân tích yêu cầu: Chương này trình bày kết quả đặc tả chức năng

của hệ thống

 Chương 3: Thiết kế tổng quan hệ thống: Chương này trình bày kết quả phân tích

và thiết kế cho hệ thống

 Chương 4: Thiết kế chi tiết hệ thống: Chương này trình bày thiết kế chi tiết từng

khối và các công nghệ được sử dụng

 Chương 5: Triển khai và kiểm thử: Chương này trình bày các kết quả triển khai

hệ thống và các kết quả kiểm tra đạt được

 Phần kết luận: Kết luận chung của đề tài nghiên cứu khoa học, đánh giá các

công việc đã làm được và chưa làm trong khuôn khổ đồ án, những kiến thức tíchlũy được trong việc làm đồ tài Nêu định hướng trong tương lai tiếp tục pháttriển hệ thống

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 2

1.1 KHÁI NIỆM NHÀ THÔNG MINH 2

1.2 THỰC TRẠNG NHÀ THÔNG MINH Ở VIỆT NAM 3

1.3 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 5

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH YÊU CẦU 6

2.1 YÊU CẦU CHỨC NĂNG 6

2.1.1 Điều khiển thiết bị qua giọng nói: 6

2.1.2 Điều khiển thiết bị bằng điện thoại 6

2.2 YÊU CẦU PHI CHỨC NĂNG 7

2.2.1 Yêu cầu về phần cứng 7

2.2.2 Yêu cầu về hệ thống 8

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 9

3.1 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG 9

3.2 MÔ TẢ CHỨC NĂNG CÁC KHỐI 10

3.2.1 Mạch arduino UNO R3 10

3.2.2 Nguồn điện 11

3.2.3 Relay

3.2.4 Xử lý giọng nói

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ CHI TIẾT 12

4.1 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 12

4.1.1 Giới thiệu chung 11

4.1.2 Phần cứng 11

4.1.3 Năng lượng 14

4.1.4 Các chân năng lượng 14

4.1.5 Bộ nhớ 15

4.1.6 Các cổng vào/ra……… 15

4.1.7 Lập trình Arduino……… 17

4.2 Khối RELAY 19

4.2.1 Giới thiệu chung 19

4.2.2 Thông số kĩ thuật 19

4.2.3 Kết nối với Arduino uno r3 21

4.3 Khối xử lý giọng nói……… 28

4.3.1 Giới thiệu tổng quát……… 28

4.3.2 Module Bluetooth hc 06……… 28

4.3.3 Thông số kỹ thuật……… 30

4.3.4 Sơ đồ cấu trúc……… 30

CHƯƠNG 5 TRIỂN KHAI VÀ KIỂM THỬ 34

5.1 TRIỂN KHAI 34

5.1.1 Cài đặt các công cụ cần thiết 34

5.1.2 Thiết kế mô hình 36

5.2Kiểm thử……… 39

KẾT LUẬN 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

Danh mục hình

Hình 1.1 Mô hình ngôi nhà thông minh……… 3

Hình 1.2 Điều khiển ngôi nhà chỉ với một thiết bị thông minh…… 4

Hình 1.3 Mô hình nhà thông minh của BKAV……… 5

Hình 2.2.1 Module Relay 2 kênh………8

Hình 2.2.2 Sơ đồ chân của Module Relay……… 9

Hình 2.2.3 Kết nối điện áp nguồn……….10

Hình 2.2.4 Chân cấp nguồn và đầu vào………11

Hình 2.2.5 Module Relay 1 kênh………11

Hình 2.2.6 Module Relay 4 kênh………12

Hình 2.2.7 Module Relay 8 kênh………12

Hình 2.3 mạch Arduino……….13

Hình 3.1 Kiến trúc hệ thống………15

Hình 3.2 Mạch arduino UNO R3……… 16

Hình 4.6 Các chân Relay 5V………25

Danh mục các từ viết tắt

SRAM Static Random Access

Memory Giá trị các biến khai báo khi lập trìnhEEPROM Electrically Eraseble

Programmable Read Only

Memory

Đọc và ghi dữ liệu

Alexa Alexa Voice Service Dịch vụ giọng nói

IoT Internet of Things Internet của vạn vật

Arduino

IDE

Intergrated DevelopmentEnvironment

Môi trường lập trình arduino

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay trên thế giới với sự bùng nổ của các ngành công nghệ thông tin, điện tửứng dụng v.v đã làm cho đời sống của con người ngày càng hoàn thiện Các thiết bị tựđộng hóa đã ngày càng trở nên phổ biến và thậm chí là trong đời sống sinh hoạt hằngngày của môi con người Do đó một ngôi nhà thông minh có thể trở thành điều hiệnthực hóa để nâng cao và phục vụ các tiện ích cho con người hơn

Qua báo chí và các phương tiện truyền thông, internet chúng ta có thể thấy những

mô hình ngôi nhà thông minh đã ra đời Là một sinh viên khoa Cơ điện tử của trường

ĐH Kinh tế kỹ thuật công nghiệp Hà Nội, với những kiến thức đã học cùng với mongmuốn thiết kế một ngôi nhà được điều khiển giám sát một cách dễ dàng để đáp ứng

được nhu cầu sinh hoạt hằng ngày, chúng em đã chọn “Nghiên cứu hệ thống điều

khiển thiết bị trong nhà thông minh bằng giọng nói” làm đề tài nghiên cứu khoa học

Em xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Khái niệm nhà thông minh

Ngôi nhà thông minh là ngôi nhà có các điều kiện kĩ thuật đảm bảo cuộc sống tốtnhất cho con người, được tự động bảo đảm các chỉ tiêu kỹ thuật theo mong muốn củangười sử dụng

Ngôi nhà thông minh là tích hợp của các hệ thống điều khiển và giám sát môitrường như điều khiển đèn chiếu sáng, nhiệt độ, độ ẩm cho phù hợp với môi trường,truyền thông đa phương tiện, an ninh bảo mật….và nhiều tính năng khác nhằm mụcđích làm cho cuộc sống ngày càng tiện nghi, an toàn và góp phần sử dụng hợp lý cácnguồn tài nguyên như điều khiển bằng giọng nói, điều khiển thông qua ứng dụng diđộng

Ngoài ra, cùng với sự phát triển của các thiết bị điện tử cá nhân như máy tínhbảng và điện thoại thông minh cùng hạ tầng thông tin ngày càng tiên tiến như internethoặc các mạng thông tin di động 3G, 4G, ngày nay các hệ thống nhà thông minh còncung cấp khả năng tương tác với người sử dụng thông qua các thiết bị điện tử cá nhân.Con người có thể điều khiển các thiết bị gia dụng như: hệ thống chiếu sáng, sưởi ấm,máy lạnh, TV, máy tính, âm thanh, camera an ninh,… ở bất cứ đâu, từ trong chính ngôinhà thông minh đó đến bất kỳ nơi nào trên thế giới thông qua điện thoại hoặc internet

Hình 1.1 Mô hình ngôi nhà thông minh

1.2 Thực trạng nhà thông minh ở Việt Nam

Trước đây nhà thông minh chỉ hoàn toàn nằm trong trí tưởng tượng hoặc trênphim ảnh Nhưng từ đầu những năm 1900, “ông tổ” của nhà thông minh – tức các thiết

bị điều khiển từ xa đã được bắt đầu nghiên cứu và phát minh, tạo tiền đề cho sự ra đờicủa chúng sau này Tuy nhiên cho đến năm 1984, thuật ngữ “Smarthome” - nhà thôngminh mới thực sự xuất hiện

Vài 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 với khả năng điều khiển trở thànhmột xu hướng công nghệ tất yếu, là tiêu chuẩn của nhà ở hiện đại Tại triển lãm lớnnhất về công nghệ điện tử và tiêu dùng diễn ra đầu tháng 1/2015 tại Las Vegas (Mỹ),nhà thông minh là một trong những chủ đề "nóng" nhất Còn theo hãng tư vấn côngnghệ hàng đầu Gartner, công nghệ IoT sẽ bùng nổ kể từ năm 2015 với sự tham gia củahầu hết các hãng công nghệ tên tuổi

Hình 1.2 Điều khiển ngôi nhà chỉ với một thiết bị thông minh

Việt Nam không nằm ngoài xu hướng này Tại thị trường Việt Nam có sự gópmặt của hàng loạt các thương hiệu như BKAV, Lumi, Hager, Acis, Arkos, Gamma với

sự cạnh tranh về giá thành cũng như công nghệ Ngày càng nhiều khu đô thị áp dụnggiải pháp nhà thông minh trong các căn hộ sang trọng, cao cấp của mình để thỏa mãnnhu cầu của người sử dụng Hàng loạt khu đô thị cao cấp như Thăng Long NumberOne, Mandarin Garden, Royal City, Times City, Trung tâm Thương mại Chợ Mơ, Hà

Đô Park View, Green Park Tower, Ecopark – khu đô thị sinh thái lớn nhất miền Bắc vàhiều biệt thự sang trọng, đẳng cấp từ Bắc vào Nam như Vincom Village, Việt Hưng,Gamuda Gardens, Phú Mỹ Hưng, Phố Đông Village, Thảo Điền, Nam Quan – Quận 7,Tân Phú – Tây Ninh… đang sử dụng giải pháp nhà thông minh

Hình 1.3 Mô hình nhà thông minh của BKAV

Để có một căn nhà thông minh, ban đầu các công ty sẽ khảo sát thực tế côngtrình rồi thiết kế phương án theo yêu cầu của gia chủ Sau khi chốt phương án triểnkhai, các kỹ sư sẽ tiến hành thi công lắp đặt thiết bị và cấu hình hoạt động cho hệthống Vì sử dụng công nghệ truyền thông không dây Zigbee, Wifi kết nối các thiết

bị, nên hệ thống nhà thông minh có thể dễ dàng triển khai với cả những ngôi nhà đang

sử dụng

Tuy nhiên, các giải pháp nhà thông minh hiện tại đa phần mới tập trung ở cáccông trình biệt thự, chung cư cao cấp Còn với nhà ở dân dụng, người dùng đã bắt đầuquan tâm nhưng vẫn đang trong giai đoạn tìm hiểu chứ chưa đầu tư nhiều do còn gặpnhiều khó khăn về thói quen, công nghệ cũng như giá thành còn khá cao đối với nhữngkhách hàng bình thường Ngoài ra cũng chưa tích hợp được giải pháp điều khiển ngôinhà thông minh bằng giọng nói khi nhu cầu dễ dàng điều khiển ngôi nhà là xu hướnghiện nay.

Từ thực trạng trên, với mong muốn tạo ra một sản phẩm nhà thông minh dễ dàng sử

dụng cho người sử dụng và có chi phí giá thành thấp, chúng em đã chọn “Nghiên cứu

hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà thông minh bằng giọng nói” làm đề tài nghiên

cứu khoa học của mình để tạo bước đệm cho tương lai có thể thiết kế một ngôi nhàthông minh thực sự với nhiều tinh năng hơn

1.3 Giới thiệu tổng quan về đề tài

Trong phạm vi đề tài đồ án tốt nghiệp, chúng em xin thiết kế mô hình hệ thốngnhà thông minh với khả năng điều khiển giám sát bằng giọng nói và qua ứng điện thoạivới các đặc tính như sau:

- Phạm vi: Sử dụng cho ngôi nhà

- Tính năng: Thiết kế ngôi nhà thông minh với các chức năng như:

 Điều khiển thiết bị qua giọng nói: Đèn chiếu sáng, Cửa tự động, Quạt,

 Và một số chức năng khác sẽ phát triển: mở khóa bằng nhận dạngkhuôn mặt, phát nhạc…

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH YÊU CẦU 2.1 Yêu cầu chức năng

Điều khiển thiết bị qua giọng nói:

Đầu vào

- Lệnh điều khiển của người dùng bằng giọng nói tiếng Anh hoặc tiếng Việt

- Âm thanh được thu qua điện thoại

- Báo cáo trạng thái hiện tại của các thiết bị lên điện thoại

Mô tả chức năng

Bộ xử lý trung tâm sẽ nhận dữ liệu trạng thái ngôi nhà và hiển thị lên ứng dụngđiện thoại, từ đây người dùng có thể thao tác điều khiển các thiết bị một cách dễ dàngbằng cách truy cập qua ứng dụng smartphone để điều chỉnh trạng thái các thiết bị ngay

ở trong ngôi nhà của mình

Người dùng có thể kiểm tra các trạng thái nhiệt độ, độ ẩm, trạng thái sử dụng của cácthiết bị trong nhà để có thể điều khiển ngôi nhà một cách phù hợp

2.2 Yêu cầu phi chức năng

Yêu cầu về phần cứng

2.2.1.1 Module đóng ngắt thiết bị sử dụng module Relay

- Module Relay là một công tắc hoạt động bằng điện, có thể bật hoặc tắt, cho phép dòngđiện đi qua hoặc không, và có thể được điều khiển bằng điện áp thấp, như 5V được cung cấpbởi các chân Arduino

Điều khiển mô-đun chuyển tiếp với Arduino cũng đơn giản như điều khiển bất kỳ đầu ranào khác

- Mô-đun chuyển tiếp này có hai kênh (các khối màu xanh lam ) Có nhiều loại Modulechuyển tiếp như loại:1 kênh, 2 kênh ,4 kênh ,8 kênh Mô-đun này phải được cấp nguồn5V, thích hợp để sử dụng với Arduino

Hình 2.2.2 Sơ đồ chân của Module Relay

Sáu chân ở bên trái của mô-đun rơle kết nối điện áp cao và các chân ở bên phải kết nốithành phần yêu cầu điện áp thấp — các chân Arduino

- Kết nối điện áp nguồn :

Phía cao áp có hai đầu nối, mỗi đầu có ba ổ cắm: chung (COM), thường đóng (NC), vàthường mở (NO)

COM : chân chung

NC (Thường đóng): cấu hình thường đóng được sử dụng khi bạn muốn đóng rơ le theo

mặc định, nghĩa là có dòng điện chạy trừ khi bạn gửi tín hiệu từ Arduino đến mô-đun rơ le

để mở mạch và dừng dòng điện

KHÔNG (Thường Mở): cấu hình thường mở hoạt động theo cách khác: rơ le luôn mở, do

đó mạch bị hỏng trừ khi bạn gửi tín hiệu từ Arduino để đóng mạch

Hình 2.2.3 Kết nối điện áp nguồn

- Ghim giây nhận tín hiệu

Bên hạ áp có một bộ bốn chân và một bộ ba chân

Bộ ở bên phải bao gồm VCC và GND để cấp nguồn cho mô-đun, và đầu vào 1 ( IN1 ) và đầuvào 2 ( IN2 ) để điều khiển rơ le phía dưới và phía trên tương ứng

Bộ chân thứ hai bao gồm các chân GND , VCC và JD-VCC Chân JD-VCC cấp nguồn chonam châm điện của rơ le

Các kết nối giữa mô-đun chuyển tiếp và Arduino

GND : đi xuống đất

IN1 : điều khiển rơ le đầu tiên (nó sẽ được kết nối với chân kỹ thuật số Arduino)

IN2 : điều khiển rơ le thứ hai (nó phải được kết nối với chân kỹ thuật số Arduino nếu bạn

đang sử dụng rơ le thứ hai này Nếu không, bạn không cần kết nối nó)

VCC : đi tới 5V

Hình 2.2.4 Chân cấp nguồn và đầu vào

Hình 2.2.6 Module Relay 4 kênh

Hình 2.2.7 Module Relay 8 kênh

- 2.2.1.2 Mạch Arduino vi điều khiển trung tâm

- Arduino Uno là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip

ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu raDigital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau

Hình 2.3.mạch Arduino

g

Yêu cầu về hệ thống

- Đảm bảo điều khiển và xử lý được cho các thiết bị ở trong phòng khách, phòngngủ và phòng bếp

- Thời gian xử lý nhận dạng giọng nói: < 30s

- Độ chính xác trong việc điều khiển bằng giọng nói: > 80%

- Nguồn cấp: từ 220V cho bộ xử lý trung tâm và các thiết bị điện

- Chế độ hoạt động: 24/24h

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1 Kiến trúc hệ thống

Hệ thống được thiết kế cho ngồi nhà với 3 khu vực: Phòng khách, phòng ngủ vàphòng bếp Bộ xử lý trung tâm sẽ được đặt ở phòng khách, nhận thông tin âm điệnthoại của người dùng để điều khiển các thiết bị bóng đèn của các phòng

Hình 3.1 Kiến trúc hệ thống

3.2 Mô tả chức năng

Mạch arduino UNO R3

Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168, ATmega328 Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,… hay những ứng dụng khác

Hình 3.2 Mạch arduino UNO R3

Bên cạnh đó chúng ta có thể sử dụng dịch vụ giọng nói Alexa (Alexa VoiceService - AVS) để có thể điều khiển được ngôi nhà thông minh AVS cho phép chúng

ta cấu hình mạch arduino uno r3 như một thiết bị thông minh đáp ứng được nhu cầutrao đổi, điều khiển thông minh với ngôi nhà

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ CHI TIẾT

4.1 Khối xử lý trung tâm

Giới thiệu chung.

Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8,ATmega168, ATmega328 Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điềukhiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt

độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,… hay những ứng dụng khác

Phần cứng

Thông số kỹ thuật

Vi điều khiển

Năng lượng

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với

điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thường thì cấp nguồn bằng pinvuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượtquá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO

Các chân năng lượng

 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 vớinhau

 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 Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từchân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

 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

4.1.5 Bộ nhớ

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn 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 dùngcho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu

 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai báo

khi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớRAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạnphải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

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

đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của mìnhvào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM

4.1.6 Các cổng vào/ra

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 điệntrở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trởnày 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 2chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial khôngdây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu khôngcần thiết

 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân

giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nóimột cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến5V 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 SPIvới 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 Khichân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino UNO 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 2.5Vvào 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 vớicác thiết bị khác

4.1.7 Lập trình arduino

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

mình thì gọi nó là “ngôn ngữ Arduino”, và đội ngũ phát triển Arduino cũng gọi như vậy.

Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễ học, dễ hiểu Nếuhọc tốt chương trình Tin học 11 thì việc lập trình Arduino sẽ rất dễ thở đối với bạn

Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự ánnày đã cũng cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình Arduino được gọi là

Arduino IDE (Intergrated Development Environment)