Thiết kế hệ thống truyền tin qua sóng điện từ ứng dụng modulearduino thu thập dữ liệu

Tín hiệu sẽ đc phát đi qua sóng điện từ sử dụng cặp module NRF24L01 ở mạch phát và mạch thu, kết quả nhận được sẽ in lên màn hình máy tính thông qua phần mềm Serial monitor củ

1

621.3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Mã sinh viên : 1051083836

Nghệ an, 05/2015

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình được học tập, tu dưỡng và rèn luyện tại Khoa Điện Tử - Viễn Thông, Trường Đại Học Vinh em đã được trang bị các kiến thức cơ bản, chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực tế để có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình

Xuất phát từ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa Điện Tử - Viễn Thông, Trường Đại Học Vinh đã quan tâm, hướng dẫn, truyền đạt lại kiến thức và kinh nghiệm cho em trong suốt thời gian học tập tại trường

Trong quá trình làm đồ án em đã cố gắng hoàn thành nhưng không tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để em có thêm kinh nghiệm trong thực tế

Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS Hồ Sỹ Phương, người đã

hết sức tận tình chỉ bảo, định hướng và bổ sung kiến thức cho em, đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt đồ án

Em xin chân thành cảm ơn!

Nghệ An, tháng 05 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Cao Đình Cường

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đồ án này trình bày quá trình thiết kế, lập trình và lắp đặt mạch thu thập dữ liệu có cảnh báo qua sóng điện từ, mạch sử dụng 2 module arduino trung tâm cho mạch phát và mạch thu Ở mạch phát gồm có cảm biến nhiệt độ LM35 và cảm biến

âm thanh , mạch đo nhiệt độ môi trường thông qua cảm biến nhiệt LM35, biến đổi thành tín hiệu điện và đưa đến khối xử lý trung tâm Arduino uno R3, còn cảm biến

âm thanh là tín hiệu digital thường ở mức cao “1” nếu phát hiện âm thanh quá ngưỡng của cảm biến sẽ đc chuyển thành mức thấp “0” Tín hiệu sẽ đc phát đi qua sóng điện từ sử dụng cặp module NRF24L01 ở mạch phát và mạch thu, kết quả nhận được sẽ in lên màn hình máy tính thông qua phần mềm Serial monitor của Arduino Nếu giá trị nhiệt độ và âm thanh vượt quá mức lập trình của hệ thống thì

sẽ được cảnh báo bằng chuông và đèn

ABSTRACT

This project presents the design, programming and installation of data acquisition circuit with warnings by radio waves, the circuit uses two modules Arduino development center and receiver circuit In circuit release include LM35 temperature sensor and sound sensor, temperature measurement circuit environment through LM35 temperature sensor, converted into electrical signals and sent to the central processing unit R3 Arduino uno, while sensors digital audio signal is usually high "1" if the detection threshold of sound sensors are redirected into a low "0"

DC signal transmitted by radio waves used in circuit nRF24L01 module pair transmitter and receiver circuits, the results received will print on the screen computer monitor via software Serial Arduino If the temperature value and sound

in excess of system programming will be alerted by bells and lights

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 2

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 3

MỞ ĐẦU 7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 8

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 10

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 11

CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12

1.1 Giới thiệu cơ bản về sóng RF 12

1.1.1 Bức xạ điện từ 13

1.1.2 Phase 13

1.1.3 Thời gian và pha 14

1.2 Các phương pháp điều chế 14

1.2.1 Điều biên 15

1.2.2 Điều tần 15

1.2.3 Điều pha 16

1.3 Cấu tạo nguyên lý và ưu điểm của một mạch thu phát sóng RF 16

1.3.1 Mạch phát sóng RF 16

1.3.2 Mạch thu sóng RF 17

1.3.3 Ưu điểm và hạn chế của mạch thu phát sóng RF 17

1.4 Phương thức truyền sóng trong thông tin vi ba 17

1.4.1 Phân loại sóng theo bước sóng 17

1.4.2 Phân loại sóng theo phương thức truyền lan 18

1.4.3 Đặc điểm của hệ thống VIBA 19

1.4.4 Các mạng VIBA số 19

1.5 GPS 20

1.6 Giới thiệu chung về ARDUINO 22

1.6.1 Giói thiệu một số board Arduino thông dụng 23

1.6.1.1 Arduino Due 24

1.6.1.2 Arduino Mega2560 25

1.6.1.3 Arduino Micro 26

1.6.1.4 Arduino Leonardo 27

1.6.1.5 Arduino Nano R3 28

1.6.1.6 Arduino Esplora 29

1.6.1.7 Arduino Uno R3 30

1.6.2 Giới thiệu họ vi điều khiển AVR 31

1.6.3 Giới thiệu một số Shield thông dụng cho Arduino 33

1.6.3.1 Arduino ProtoShied 33

1.6.3.2 Arduino Joystic Shield 34

1.6.3.3 Arduino Motor Shield 35

1.6.3.4 Arduino Ethernet Shield 36

1.6.3.5 LCD16x2 Shield 37

1.6.4 Ứng dụng Arduino 38

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ HỆ THỐNG 40

2.1 Bài toán thu thập dữ liệu và cảnh báo 40

2.2 Khối giao tiếp máy tính 40

2.2.1 Cổng USB 40

2.2.2 Cấu trúc của giao tiếp USB 43

2.2.3 Các kiểu truyền USB 45

2.2.4 Giao diện vật lý BUS US 46

2.3 Khối cảm biến nhiệt độ 49

2.4 Khối Module nRF24L01 53

2.4.1 Các đặc điểm của NRF24L01 53

2.4.2 Sơ đồ khối của Module nRF24L01 54

2.4.3 Chức năng tổng quát của Module nRF24L01 54

2.4.4 Đặc điểm hoạt động tiêu biểu 56

2.5 Khối module relay 57

2.6 Khối module cảm biến âm thanh 58

2.7 Khối Buzzer Sound Module 59

CHƯƠNG 3 LẬP TRÌNH, LẮP ĐẶT MẠCH THU THẬP DỮ LIỆU VÀ CẢNH BÁO QUA SÓNG ĐIỆN TỪ 60

3.1 Khối xử lý trung tâm Arduino Uno R3 60

3.2 Mạch phát 64

3.2.1 Sơ đồ các khối 64

3.2.2 Chức năng các khối 64

3.2.3 Sơ đồ kết nối phần cứng 65

3.2.4 Xây dựng thuật toán điều khiển 66

3.3 Mạch thu 67

3.3.1 Sơ đồ khối 67

3.3.2 Chức năng các khối 67

3.3.3 Sơ đồ kết nối phần cứng 67

3.3.4 Xây dựng thuật toán điều khiển 69

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

PHỤ LỤC 72

MỞ ĐẦU

Kỹ thuật vi xử lý với tốc độ phát triển nhanh đã và đang mang đến những thay đổi to lớn trong khoa học và công nghệ cũng như trong đời sống hằng ngày Ngày nay các thiết bị máy móc càng trở nên thông minh hơn, các công việc được thực hiện với hiệu quả cao hơn, đó cũng là nhờ vi xử lý, vi điều khiển

Để góp phần tạo nền tảng ban đầu cho việc học tập, tìm hiểu công nghệ mới

module arduino và cách truyền dữ liệu qua sóng điện từ, đề tài “Thiết kế hệ thống truyền tin qua sóng điện từ ứng dụng module arduino thu thập dữ liệu” của em

được nghiên cứu và thực hiện hy vọng có thể triển khai vào thực tiễn.Nội dung đồ án được chia thành 3 chương:

Chương 1: Cơ sỏ lý thuyết

Chương 2: Phân tích, thiết kế hệ thống

Chương 3: Lập trình, lắp đặt mạch thu thập dữ liệu và cảnh báo qua sóng điện từ

Xin trân trọng cảm ơn ThS Hồ Sỹ Phươngđã giới thiệu, cung cấp tài liệu,

tận tình hướng dẫn về nội dung và phương pháp, giúp em hoàn thành đồ án này

Xin chân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện tử Viễn thông - trường Đại học Vinh đã giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và hoàn thành chương trình đào tạo

Do kiến thức còn nhiều hạn chế, nên đồ án này không tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự đánh giá phê bình của các thầy cô

Nghệ An, tháng 05 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Cao Đình Cường

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu hệ thống điều khiển từ xa 12

Hình 1.6 Sơ đồ mạng viba số nối nhiều điểm 20

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạng GPS 22

Hình 1.8 Những thành viên khởi xướng Arduino 22

Hình 1.18 Board Arduino Joystic Shield 34

Hình 1.23 Máy in 3D Makerbot điều khiển bằng Arduino Mega2560 38 Hình 1.24 Robot tránh vật cản dùng arduino nano và cmera CMUCam 38

Hình 1.25 Thiết bị bay không người lái UAV 39

Hình 2.1 Biểu tượng của bus usb (a), cáp và cổng kết nối (b) 33

Hình 2.4 Kết nối USB theo hình sao qua các Hub 44

Hình 2.6 Đầu cắm USB kiểu A máy tính, đầu cắm kiểu B trên thiết bị 47 Hình 2.7 Đánh số các chân nối ổ cắm USB và cab nối kiểu A và B 47

Hình 2.9 Kết nối với thiết bị USB Full – Speed 49 Hình 2.10 Kết nối với các thiết bị USB Low – Speed 49

Hình 2.17 Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt LM35 53

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 So sánh giao diện USB với các giao diện thông dụng trên máy tính Bảng 2.2 Các lớp thiết bị hỗ trợ theo hệ điều hành

Bảng 2.3 Các dây dẫn trong USB

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của cảm biến nhiệt họ LM35

Bảng 2.5 Bảng chức năng chân của Module nRF24L01

Bảng 3.1 : Bảng kết nối chân Arduino với LM35

Bảng 3.2 : Bảng kết nối chân Arduino với cảm biến âm thanh

Bảng 3.3 : Bảng kết nối chân Arduino với NRF24L01 mạch phát

Bảng 3.4 : Bảngkết nối chân Arduino với module relay

Bảng 3.5 : Bảng kết nối chân Arduino với NRF24L01 mạch thu

Bảng 3.6 : Bảngkết nối chân Arduino với module buzzer

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

RF Radio Frequency

AM Amplitude Modulation

FM Frequency Modulation

WLAN Wireless Local Area Network

ASK Amplitude Shift Keying

FSK Frequency Shift Keying

PSK Phase Shift Keying

CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu cơ bản về sóng RF

Để hiểu tại sao và làm thế nào các thiết bị wireless hoạt động được thì việc nắm rõ các kiến thức cơ bản về trường điện từ, anten và một số các thuật ngữ liên quan là rất cần thiết Nếu không có những kiến thức cơ bản này, có thể ta sẽ không lắp đặt được chính xác các thiết bị wireless và khó xử lý sự cố

Hình 1.1: Sơ đồ kết cấu hệ thống điều khiển từ xa

Trong một phiên truyền thông, vì tận cùng bản chất của dữ liệu là bao gồm các bit 0 và 1, bên phát dữ liệu cần có một cách thức để gửi các bit 0 và 1 cho bên nhận Một tín hiệu xoay chiều hay một chiều tự nó sẽ không thực hiện tác vụ này Tuy nhiên, nếu một tín hiệu có thay đổi và dao động, dù chỉ một ít, sự thay đổi này

sẽ giúp phân biệt bit 0 và bit 1 Lúc đó, dữ liệu cần truyền sẽ có thể gửi và nhận thành công dựa vào chính sự thay đổi của tín hiệu Dạng tín hiệu đã điều chế này còn được gọi là sóng mang (carrier signal) Có ba thành phần của dạng sóng có thể thay đổi để tạo ra sóng mang đó là biên độ, tần số và pha Tất cả các dạng truyền thông dùng sóng vô tuyến đều dùng vài dạng điều chế để truyền dữ liệu Để mã hóa

dữ liệu vào trong một tín hiệu gửi qua sóng AM/FM, điện thoại di động, truyền hình vệ tinh, ta phải thực hiện một vào kiểu điều chế trong sóng vô tuyến đang truyền

Truyền thông vô tuyến bắt đầu khi các sóng vô tuyến được tạo ra từ một thiết bị phát và gửi đến máy nhận ở một vị trí khác Sóng vô tuyến tương tự như các cơn sóng mà ta hay gặp ở biển hay hồ Sóng có hai thành phần chính: biên độ và bước sóng

Biên độ là chiều cao, độ mạnh hoặc công suất của sóng Nếu ta đang đứng trước biển khi các cơn sóng đi vào bờ, ta có thể cảm nhận sức mạnh của những con sóng lớn so với những cơn sóng nhỏ Thiết bị ăngten cũng thực hiện một chức năng tương tự như với sóng vô tuyến Các sóng lớn thường tạo ra nhiều tín hiệu điện trong một ăngten, giúp cho tín hiệu dễ nhận ra hơn

Thiết bị phát Đường truyền Thiết bị thu

Hình 1.2: Biên độ và góc pha của sóng

1.1.1Bức xạ điện từ

Đầu tiên ta xét đến sóng điện từ Bức xạ điện từ bao gồm sóng radio, vi ba,

hồng ngoại, ánh sáng khả kiến, tia cực tím, tia X, và tia γ Tất cả chúng đều truyền

đi với vận tốc ánh sáng là c = 3*10^8 m/s và tạo ra phổ điện từ Sự khác nhau giữa các loại sóng điện từ này phụ thuộc vào bước sóng của mỗi loại và chính các bước sóng này liên quan trực tiếp đến năng lượng của sóng

Khi chúng ta cung cấp một dòng điện xoay chiều có tần số cao vào một dây dẫn thì dây dẫn đó sẽ tạo ra sóng điện từ (radio wave) và truyền ra không gian theo phương thẳng về mọi hướng Ví dụ dễ hình dung nhất là sự phát ánh sáng của mặt trời

Nếu lấy một viên đá thả xuống hồ nước, ta sẽ tạo ra những gợn sóng nhấp nhô lên xuống và di chuyển dần ra xa, sóng điện từ cũng bức xạ ra ngoài với hình dáng y hệt như thế và phát năng lượng ra môi trường xung quanh

1.1.2Phase

Pha là một thuật ngữ mang tính tương đối Nó chỉ ra mối quan hệ giữa hai sóng có cùng tần số Để xác định pha, bước sóng được chia thành 360 phần, được gọi là độ Nếu ta xem thông số này như thời gian bắt đầu thì nếu có một sóng bắt đầu từ điểm 0 độ và một sóng khác bắt đầu lúc 90 độ, hai sóng này được xem là lệch pha nhau 90 độ

Hình 1.3: Pha của sóng vô tuyến

Trong một môi trường lý tưởng, sóng được tạo ra và truyền từ một máy này

và nhận một cách hoàn hảo bên máy kia Tuy nhiên, truyền thông vô tuyến không xảy ra trong môi trường lý tưởng, có nhiều nguồn gây nhiễu và nhiều vật cản ảnh hưởng đến sóng khi nó đang di chuyển

1.1.3Thời gian và pha

Giả sử ta có hai đồng hồ đang đứng yên và cả hai cùng chỉnh về 12 giờ Lúc

12 giờ, bạn khởi động đồng hồ đầu tiên và sau đó một giờ, bạn khởi động đồng hồ thứ hai Đồng hồ thứ hai được xem là đi chậm hơn đồng hồ thứ nhất một giờ Khi thời gian trôi đi, đồng hồ thứ hai cũng vẫn đi sau đồng hồ thứ nhất 1 giờ Cả hai đồng hồ cùng duy trì một ngày 24 giờ nhưng cả hai không đồng bộ với nhau Các sóng lệch pha nhau thì cũng là hai sóng xuất phát ở những thời gian khác nhau Cả hai sóng sẽ hoàn thành chu kỳ 360 độ nhưng nó sẽ lệch pha với nhau

1.2Các phương pháp điều chế

Để dữ liệu có thể được truyền, tín hiệu phải được xử lý sao cho bên thiết bị thu có cách để phân biệt bit 0 và 1 Phương pháp xử lý tín hiệu sao cho nó tượng trưng cho nhiều mẫu dữ liệu được gọi là điều chế Phương thức này sẽ biến tín hiệu vào trong sóng mang Phương thức này mã hóa dữ liệu sao cho nó có thể truyền đi

Có ba kiểu điều chế: điều biên (Amplitude Shift Keying - ASK), điều tần – (Frequency Shift Keying - FSK), và điều pha (Phase Shift Keying - PSK)

Ý tưởng cho phần điều chế tín hiệu trong WLAN là để chứa càng nhiều dữ liệu càng tốt vào trong tín hiệu và để giảm thiểu lượng dữ liệu có thể bị mất do nhiễu Khi dữ liệu bị mất, nó phải được truyền lại, và vì vậy làm tốn đường truyền của mạng không dây

Có hai kỹ thuật khác nhau được dùng để mô tả dữ liệu:

Trạng thái hiện hành (current state): với kỹ thuật này, giá trị hiện hành của

tín hiệu được dùng để phân biệt giá trị 0 và 1 Kỹ thuật này sẽ gán một giá trị cụ thể để chỉ ra giá trị nhị phân là 0 hay là 1 Ở một thời điểm cụ thể, giá trị của tín hiệu sẽ xác định giá trị nhị phân Ví dụ, ta có thể mô tả giá trị 0 và 1 bằng một cánh cửa bình thường Mỗi một phút, ta kiểm tra xem cửa là đóng hay mở Nếu cửa là đang

mở, nó tượng trưng cho giá trị 0 Nếu cửa đang đóng, nó tượng trưng cho giá trị 1 Tình trạng hiện thời của cánh cửa, đóng hay mở, sẽ xác định giá trị 0 hay 1

Chuyển trạng thái (state transition): với kỹ thuật này, sự thay đổi hay

chuyển tín mức tín hiệu sẽ được dùng để phân biệt 0 và 1 Kỹ thuật này có thể mô tả giá trị 0 bằng cách thay đổi pha của sóng ở một thời điểm cụ thể, trong khi giá trị 1

sẽ đặc trưng bằng việc giữ nguyên pha Ở một thời điểm cụ thể, yếu tố có sự thay đổi hay không có sự thay đổi trong pha của tín hiệu sẽ được dùng để xác định giá trị nhị phân Ví dụ cánh cửa bên trên có thể được dùng lại một lần nữa để minh họa Cứ mỗi một phút, nếu cánh cửa đang di chuyển (dù để mở hay để đóng), nó tượng trưng cho giá trị 0 Nếu cánh cửa đứng yên (dù đang mở hay đóng), nó tượng trưng giá trị 1 Trong ví dụ này, trạng thái chuyển đổi (di chuyển hay không di chuyển) sẽ xác định giá trị 0 hay 1

1.2.1Điều biên

Điều biên thay đổi biên độ hay còn gọi là độ cao của tín hiệu để mô tả dữ liệu nhị phân Điều biên dùng kỹ thuật trạng thái hiện hành, trong đó một mức biên

độ được dùng để tượng trưng mức 0 và một mức được dùng để tượng trưng mức 1

Chính biên độ của sóng sẽ xác định dữ liệu đang được truyền Đầu tiên đầu thu sẽ chia tín hiệu nhận được ra thành những khoản thời gian được gọi là thời gian lấy mẫu Đầu phát sau đó sẽ kiểm tra sóng để tìm ra biên độ Tùy thuộc vào giá trị biên độ của sóng, đầu phát sẽ xác định giá trị nhị phân đang được truyền

Như ta cũng biết, các tín hiệu không dây thì có thể bị nhiễu từ nhiều nguồn Khi nhiễu xảy ra, nó thường ảnh hưởng đến biên độ của tín hiệu Vì khi có một sự thay đổi trong biên độ có thể làm cho thiết bị phát diễn dịch sai giá trị dữ liệu, kỹ thuật này phải được dùng một cách cẩn thận

1.2.2Điều tần

Điều tần thay đổi tần số tín hiệu để mô tả dữ liệu nhị phân Điều tần dùng kỹ thuật trạng thái hiện hành, trong đó một mức tần số có thể tượng trưng cho bit 0 và một tần số khác tượng trưng cho bit 1 Sự thay đổi tần số sẽ xác định dữ liệu đang được truyền Bên đầu thu lấy mẫu của tín hiệu, nó sẽ xác định tần số của sóng, và tuỳ thuộc vào giá trị tần số, đầu thu sẽ xác định giá trị nhị phân

Trong các chuẩn 802.11 ban đầu, kỹ thuật điều tần FSK được dùng Khi yêu cầu truyền thông nhanh hơn, kỹ thuật FSK sẽ đòi hỏi nhiều kỹ thuật đắt hơn để hỗ trợ tốc độ nhanh hơn Điều này làm cho nó không còn thực tế

1.2.3Điều pha

Kỹ thuật này sẽ thay đổi pha của tín hiệu để mô tả dữ liệu nhị phân Điều pha dùng kỹ thuật thay đổi trạng thái, trong đó một pha dùng để mô tả bit 0 và một pha khác dùng để mô tả mức 1 Sự thay đổi trạng thái của pha sẽ xác định dữ liệu đang được truyền Khi thiết bị nhận lấy mẫu tín hiệu, nó sẽ xác định pha và trạng thái của bit

Điều pha dùng nhiều trong các chuẩn 802.11 Một cách tiêu biểu, bên thiết bị nhận sẽ lấy mẫu tín hiệu và so sánh pha của mẫu hiện hành với pha trước đó và xác định sự khác nhau Sự khác nhau trong pha (lệch pha) sẽ được dùng để xác định giá trị bit

1.3Cấu tạo nguyên lý và ưu điểm của một mạch thu phát sóng RF

1.3.1Mạch phát sóng RF

Nguyên lý làm việc của 1 mạch phát sóng RF:

Tín hiệu đi ra từ vi điều khiển sau đó được lọc nhiễu và tiến hành mã hóa, để

có thể truyền đi xa phải kết hợp với sóng có năng lượng cao Chính vì vậy người ta đã dùng một mạch dao động LC để tạo ra sóng điện từ có tần số ổn định để làm sóng mang đưa tín hiệu đi xa và sau đó qua một mạch khuếch đại, cuối cùng sóng mang được phát vào môi trường xung quanh nhờ 1 ăngten

Hình 1.4: Sơ đồ khối mạch phát sóng RF

1.3.2Mạch thu sóng RF

Hình 1.5: Sơ đồ khối mạch thu sóng RF

Sóng mang sau khi được phát ra vào môi trường xung quanh thì trong không gian cũng tồn tại nhiều sóng có tần số khác nhau Nhờ có mạch giao động mà khi tín hiệu gửi đi từ bộ phát sóng RF có cùng tần số sẽ sảy ra cộng hưởng làm biên độ

và pha có giá trị lớn sau đó nó được đưa qua 1 mạch lọc để tách sóng rồi được lọc nhiễu và mã hóa trước khi đưa tín hiệu vào vi điều khiển

1.3.3Ưu điểm và hạn chế của mạch thu phát sóng RF

Ưu điểm: Truyền sóng với khoảng cách xa, không phụ thuộc vào vật cản như

bộ thu phát sóng hồng ngoại và khắc phục được nhược điểm của bộ thu phát sóng hồng ngoại là khoảng cách gần

Nhược điểm: Khó chế tạo các cuộn cảm và lựa chọn giá trị tụ điện làm mạch dao động cộng hưởng cho bộ phát Hơn nữa để hiệu chỉnh đúng tần số giữa bên phát

và bên thu là một vấn đề khó và cần nhiều thời gian

1.4Phương thức truyền sóng trong thông tin vi ba

1.4.1Phân loại sóng theo bước sóng

Tần số cực kỳ thấp: có giá trị nằm trong phạm vi từ 30 – 300Hz, chứa cả tần số điện mạng AC, và các tín hiệu đo lường từ xa tần thấp

Các tần số tiếng nói: có giá trị nằm trong khoảng từ 300Hz – 30Ghz, phổ tín hiệu thoại từ 03 – 3,4Khz các tần số rất thấp VLF từ 3Ghz – 30Ghz, chứa phần trên của dải nghe được của tiếng nói dùng cho các hệ thống an ninh, quân sự

Tần số thấp: LF từ 30Khz – 300KHz là sóng dài dành cho thông tin hàng hải, hàng không

Tần số trung bình: MF từ 300KHz – 3 Mhz gọi là sóng trung Tần số cao: HF từ 3Mhz – 30MHz là sóng ngắn ứng dụng thông tin cự li xa xuyên lục địa, phat thanh quảng bá

Tần số rất cao: VHF, 30MHz – 300Mhz là sóng mét dành cho thông tin di động, phát thanh FM thương mại

Tần số cực cao: UHF từ 300MHz – 3Ghz là sóng dm dùng cho hệ thống rada, hệ thống thông tin vi ba vệ tinh

Tần số siêu cao: SHF từ 3GHz – 30Ghz là sóng cm dùng cho thông tin vi ba vệ tinh

1.4.2Phân loại sóng theo phương thức truyền lan

Các sóng bức xạ từ điểm phát có thể đến được các điểm thu theo những đường khác nhau

Sóng mặt đất là: các sóng truyền lan dọc theo bề mặt trái đất (sóng bề mặt) Sóng điện li là: các sóng đi tới các lớp riêng biệt của tầng ion và phản xạ lại được gọi (sóng trời)

Sóng không gian gồm: sóng trực tiếp và sóng phản xạ từ mặt đất, sóng phản xạ tầng đối lưu

Phương thức truyền sóng trong thông tin vi ba là phương thức truyền thẳng Trong thực tế hiện nay thường tính toán tối ưu độ cao anten ứng với R=50km Do đó để đảm bảo thông tin 1 cách chắc chắn và tin cậy thì anten của thiết bị thu và anten của thiết bị phát phải nhìn thấy nhau, do bề mặt trái đất có độ cong nhất định và địa hình phức tạp nên môi trường truyền dẫn ảnh hưởng đến thông tin trong tầm nhìn thẳng Để tăng cự li liên lạc thì tăng độ cao anten, thiết lập các trạm trung gian có chức năng chuyển tiếp

Chức năng của trạm chuyển tiếp là: thực hiện chức năng khuếch đại để bù đắp suy hao trên đường truyền sau đó, nó phát đi đến trạm trung gian kế tiếp để chuyển tiếp tình trạng trung gian là anten phát và anten thu đặt gần nhau

1.4.3Đặc điểm của hệ thống VIBA

Ưu điểm:

Nhờ các phương thức mã hoá và ghép kênh theo thời gian dùng các vi mạch tích hợp cỡ lớn nên thông tin xuất phát từ các nguồn khác nhau như điện thoại, máy tính,

facsimile, telex, video đựợc tổng hợp thành luồng bit số liệu tốc độ cao để truyền trên cùng một sóng mang vô tuyến

Nhờ sử dụng các bộ lặp tái sinh luồng số liệu nên tránh được nhiễu tích luỹ trong hệ thống số Việc tái sinh này có thể được tiến hành ở tốc độ bit cao nhất của băng tần gốc mà không cần đưa xuống tốc độ bit ban đầu

Nhờ có tính chống nhiễu tốt, các hệ thống vi ba số có thể hoạt động tốt với tỉ số sóng mang / nhiễu (C/N)>15dB Trong khi đó hệ thống vi ba tương tự yêu cầu (C/N) lớn hơn nhiều (>30dB, theo khuyến nghị của CCIR) Điều này cho phép sử dụng lại tần số đó bằng ph-ơng pháp phân cực trực giao, tăng phổ hiệu dụng và dung lượng kênh

Cùng một dung lượng truyền dẫn, công suất phát cần thiết nhỏ hơn so với hệ thống tương tự làm giảm chi phí thiết bị, tăng độ tin cậy, tiết kiệm nguồn Ngoài ra, công suất phát nhỏ ít gây nhiễu cho các hệ thống khác

1.4.4 Các mạng VIBA số

Thường các mạng vi ba số được nối cùng với các trạm chuyển mạch như là một bộ phận của mạng trung kế quốc gia hoặc trung kế riêng, hoặc là nối các tuyến nhánh xuất phát từ trung tâm thu thập thông tin khác nhau đến trạm chính (ứng dụng trong các trung tâm chuyển mạch hoặc tổ chức các mạng Internet)

Mạng vi ba số điểm nối điểm: Mạng vi ba số điểm nối điểm hiện nay được

sử dụng phổ biến Trong các mạng đường dài thường dùng cáp sợi quang còn các mạng quy mô nhỏ hơn như từ tỉnh đến các huyện hoặc các ngành kinh tế khác người ta thường sử dụng cấu hình vi ba số điểm-điểm dung lượng trung bình hoặc cao nhằm thoả mãn nhu cầu của các thông tin và đặc biệt là dịch vụ truyền số liệu Ngoài ra, trong một số trường hợp vi ba dung lượng thấp là giải pháp hấp dẫn để cung cấp trung kế cho các mạng nội hạt, mạng thông tin di động

Mạng viba số điểm nối nhiều điểm:

Hình 1.6: Sơ đồ mạng viba số nối nhiều điểm

Mạng vi ba số này trở thành phổ biến trong một số vùng ngoại ô và nông thôn Mạng bao gồm một trạm trung tâm phát thông tin trên một anten đẳng hướng phục vụ cho một số trạm ngoại vi bao quanh Nếu các trạm ngoại vi này nằm trong phạm vi (bán kính) truyền dẫn cho phép thì không cần dùng các trạm lặp, nếu khoảng cách xa hơn thì sẽ sử dụng các trạm lặp để đưa tín hiệu đến các trạm ngoại

vi Từ đây, thông tin sẽ được truyễn đến các thuê bao Thiết bị vi ba trạm ngoại vi

có thể đặt ngoài trời, trên cột.v.v mỗi trạm ngoại vi có thể được lắp đặt thiết bị cho nhiều trung kế Khi mật độ cao có thể bổ sung thêm thiết bị được thiết kế để hoạt động trong các băng tần 1,5GHz -1,8GHz và 2,4GHz sử dụng một sóng mang cho hệ thống hoàn chỉnh

Hiện nay các hệ thống điểm nối đến đa điểm 19GHz đã được chế tạo và lắp đặt ở Châu Âu để cung cấp các dịch vụ số liệu (Kbit/s) Internet trong mạng nội hạt khoảng cách 10Km Trạm trung tâm phát tốc độ bit khoảng 8,2Mb/s và địa chỉ mỗi trạm lại sử dụng kỹ thuật TDMA

1.5GPS

NASTAR Global Positioning System (GPS) là hệ thống định vị vị trí dựa vào hệ thống vệ tinh Hệ thống này được sử dụng từ năm 1995, do Mỹ xây dựng Hiện nay, rất nhiều thiết bị và ứng dụng đã và đang sử dụng hệ thống này Tuy nhiên, chúng ta chỉ có thể sử dụng GPS của người Mỹ ở 1 mức độ nhất định, đủ để

dùng cho mục đích cá nhân mà thôi Ngoài ra hệ thống GPS còn cung cấp rất nhiều dịch vụ và thông tin dành cho các lĩnh vực khoa học, quân sự, hàng không, dự báo thời tiết v.v

Hệ thống GPS gồm:

Phần không gian: Gồm 1 tổ hợp vài chục cái vệ tinh đang bay trên bầu trời theo những quỹ đạo nhất định, có tính toán và điều chỉnh để có thể phủ sóng toàn bộ mặt đất Ở bất cứ điểm nào trên mặt đất, cũng đều có thể "nhìn thấy" tối thiểu 4 vệ tinh Các vệ tinh này bay ở độ cao 20,000km

Phần điều khiển: Là các trung tâm mặt đất đặt cố định và rải rác khắp thế giới, theo dõi và điều khiển hoạt động của các vệ tinh trên

Phần sử dụng: là thiết bị thu nhận và sử dụng tín hiệu GPS có mục đích Thiết bị này bao gồm phần cứng để thu nhận sóng, phần mềm để giải mã sóng, tính toán, và phần giao diện

Cơ chế hoạt động:

Vị trí của 1 điểm trên mặt đất, sẽ là tham chiếu so với vị trí của các vệ tinh

và trung tâm tín hiệu trung gian mặt đất Nói đơn giản là thế này: Vị trí của bạn sẽ được tính toán dựa trên khoảng cách từ nơi bạn đang đứng đến các vệ tinh, và đến các trung tâm mặt đất Khoảng cách này được đo = phương pháp rất đơn giản, đó là Quãng đường = Vận Tốc x Thời Gian Ở đây, vận tốc là vận tốc truyền tín hiệu (sóng), thời gian đo bằng đồng hồ nguyên tử có độ chính xác cực cao Vì thế, khi nhận đc tín hiệu từ vệ tinh, thiết bị sẽ tự tính toán ra khoảng cách giữa thiết bị và vệ tinh thông qua phương pháp trên

Theo lý thuyết, chỉ cần có 3 vệ tinh là có thể tính toán đc vị trí (tính ra tọa độ x,y,z trong không gian), tuy nhiên do có sai số nhất định nên hệ thống cần thêm 1 tham chiếu nữa, tức là thêm 1 vệ tinh nữa là 4 vệ tinh để có thể tính toán đc chính xác Dĩ nhiên nếu có nhiều hơn 4 vệ tinh thì nó cũng sẽ nhận hết và xử lý hết tín hiệu Các bạn cũng nên biết rằng, có thêm nhiều vệ tinh thì có thể bắt chính xác hơn, nhưng chỉ là có thể thôi nhé, không phải cứ nhiều hơn là chính xác hơn đâu Đôi khi còn chậm hơn vì thiết bị phải xử lý quá nhiều tín hiệu

Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của GPS

Cuối cùng, GPS tuy tính toán vị trí rất chính xác nhưng vẫn luôn luôn có sai số Sai số này có thể và vài mét, hoặc vài trăm mét Sai số hiển thị trên màn hình thiết bị chỉ là sai số có thể có dựa trên phân tích tín hiệu thu nhận đc, còn thực tế thì

ko ai biết đc chính xác Bởi các vệ tinh, trái đất, và cả chúng ta đều di chuyển liên

tục đồng thời trong thời gian thực

1.6Giới thiệu chung về ARDUINO

Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là những người tự chế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống với những gì Apple đã làm được trên thị trường thiết bị di động, số lượng người dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học đã làm cho ngay cả những người tạo ra chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến

Hình 1.8: Những thành viên khởi xướng Arduino

Arduino là gì mà có thể khiến ngay cả những sinh viên và nhà nghiên cứu tại các trường đại học danh tiếng như MIT, Stanford, Camegie Mellon phải sử dụng; hoặc ngay cả Google cũng muốn hỗ trợ khi cho ra đời bộ kit Arduino Mega ADK dùng để phát triển các ứng dụng Android tương tác với cảm biến và các thiết bị khác?

Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu

về điện tử và lập trình Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm Chỉ với khoảng $30, người dùng đã có thể sở hữu một board Arduino có 20 ngõ I/O có thể tương tác và điều khiển chừng ấy thiết bị

Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theo tên một vị vua vào thế kỷ thứ 9 là King Arduin Arduino chính thức được đưa ra giới thiệu vào năm 2005 như là một công cụ khiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo sư Massimo Banzi, là một trong những người phát triển Arduino, tại trường Interaction Design Instistute Ivrea (IDII) Mặc dù hầu như không được tiếp thị gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ những lời truyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên Hiện nay Arduino nổi tiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để tham quan nơi đã sản sinh ra Arduino

1.6.1 Giói thiệu một số board Arduino thông dụng

1.6.1.1 Arduino Due

Arduino Due là board phát triển sử dụng nhân ARM đầu tiên của series board arduino Arduino Due là board sử dụng nhân ARM 32bit cortexM3 và được nạp bootloader tương thích code như các board arduino khác

Arduino Due có 54 chân Digital I/O ( với 12 chân có thể sử dụng chức năng PWM), 12 ngõ vào tín hiệu Analog, 4 UARTs ( cổng truyền nối tiếp), xung clock sử dụng lên đến 84MHZ, baord tích hợp 1 cổng USB OTG, 2 bộ chuyển đổi DAC (digital to Analog), 2 TWI, một jack cấp nguồn, 1 jack SPI, một jack chuẫn Jtag, một nút reset, và một nút xóa chương trình Arduino Due còn có những tính năng đặt biệt khác đang chờ khám phá

Hình 1.9: Board Arduino Due

Để sử dụng trình biên dịch có thể nạp chương trình được cho board Arduino Due chúng ta cần sử dụng trình biên dịch Arduino IDE 1.5 trở lên hoặc bản 1.0.1 trở lên

Vì board Arduino Due chạy nhân ARM Atmel SA3MX8E, nên bị hạn chế điện áp vào của các chân I/O là 3.3V Nhưng các Shield Arduino đa phần là sử dụng I/O là 5V nên việc kết nối với Arduino Due phức tạp hơn một chút Đa số các Shield thiết kế chuẩn theo arduino Uno nên chúng ta phải cẩn thận khi sử dụng shield với Arduino Due

Arduino Due không giống như các board khác, Arduino Due chỉ hoạt động ở điện áp 3.3V nên khi cắm 5V vào các chân I/O có thể gây hỏng baord Arduino Due Tính năng của board:

Microcontroller: AT91SAM3X8E

Operating Voltage:3.3V

Recommended Input Voltage: 7-12V

Min-Max Input Voltage: 6-20V

Digital I/O Pins: 54 (of which 12 provide PWM output)

Analog Input Pins: 12

Analog Outputs Pins: 2

Total DC Output Current on all I/O lines: 130 mA

DC Current for 3.3V Pin: 800 mA

DC Current for 5V Pin: 800 mA

Flash Memory: 512 KB all available for the user applications

SRAM: 96 KB (two banks: 64KB and 32KB)

Clock Speed: 84 MHz

1.6.1.2 Arduino Mega2560

Hình 1.10: Board Arduino Mega2560

Arduino là một mã nguồn mở các nền tảng máy tính vật lý dựa trên một bảng i/o đơn giản và một môi trường phát triển thực hiện ngôn ngữ xử lý/dây Arduino có thể được sử dụng để phát triển các đối tượng tương tác độc lập hoặc có thể được kết nối với phần mềm trên máy tính của bạn (ví dụ như Flash, chế biến, MaxMSP) IDE

mã nguồn mở có thể được tải về miễn phí (hiện nay cho hệ điều hành Mac OS X, Windows và Linux)

Arduino Mega2560 là một board vi điều khiển dựa trên ATmega2560 Board này có 54 chân I/O (14 chân PWM ), 16 analog đầu hàng vào, 4 UARTs (phần cứng cổng tuần tự), sử dụng thạch anh 16 MHz, kết nối cổng USB, một Jack cắm điện, chân ICSP, và một nút reset Board có tất cả mọi thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển

chỉ cần kết nối Arduino Mega2560 với một máy tính bằng cáp USB hoặc cấp nguồn với một adapter AC sang DC hoặc pin để bắt đầu Arduino Mega2560 tương thích với hầu hết các shield mở rộng được thiết kế cho Arduino Duemilanove hoặc Diecimila hay Arduino Uno R3

Thông số Arduino Mega2560:

Microcontroller: ATmega2560

Operating voltage: 5 V

Input voltage (recommended): 7-12 V

Digital I/O pins: 70 (of which 15 provide PWM output)

Analog input pins: 16

DC current per I/O pin: 40 mA

DC current for 3.3V pin: 50 mA

Flash memory: 256 KB of which 8 KB used by bootloader

SRAM: 8 KB

EEPROM: 4 KB

Clock speed: 16 MHZ

1.6.1.3 Arduino Micro

Hình 1.11: Board Arduino Micro

Arduino Micro dùng vi xử lý ATmega32u4, phiên bản Arduino micro được sản xuất với sự hợp tác giữa Arduino và Adafruit

Board gồm có 20 chân Input / Output (7 chân PWM, 12 chân Analog), sử dụng thạch anh 16MHZ, Micro USB, Chân ICSP, và nút reset Board có tất cả các chức năng của vi xử lý

Arduino Micro gần giống như board Aruino Leonardo cùng sử dụng chip vi

xử lý ATmega32u4 tích hợp chuẩn kết nối USB, không cần sử dụng đến chip USB khác

Board có thể sử dụng các chức năng đặc biệt như giả lập bàn phím, chuột vitual Serial/ COM port mà các board thông dụng như Uno hay Mega không có Thông số cơ bản:

Microcontroller: ATmega32u4

Operating Voltage: 5V

Input Voltage (recommended): 7-12V

Input Voltage (limits): 6-20V

Digital I/O Pins: 20

PWM Channels: 7

Analog Input Channels: 12

DC Current per I/O Pin: 40 mA

DC Current for 3.3V Pin: 50 mA

Flash Memory: 32 KB (ATmega32u4) of which 4 KB used by bootloader SRAM: 2.5 KB (ATmega32u4)

Hình 1.12: Board Arduino Leonardo

Board Arduino Leonardo là board nhúng đầu tiên tích hợp chức năng chuyển USB Arduino Leonardo sử dụng chip Atmega32u4 làm chip vi xử chính nên có giá thành rẻ hơn các board khác, vì chip 32U4 tích hợp sẵn USB convert, nên Arduino Leonardo có thể dễ dàng mô phỏng thành bàn phím, chuột, và rất nhiều các loại thiết bị khác có chuẩn USB-HID với thư viện có sẵn do đội ngũ Arduino phát triển Arduino Leonardo có 20 chân digital Input/Output với 7 chân có chắc năng sử dụng PWM và 12 chân có chức năng Analog inputs Arduino Leonardo sử dụng thạch anh 16MHZ, kết nối bẳng cổng Micro USB, nguồn jack 3.5mm, chân ICSP,

và nút reset Board có đầy đủ chức năng của 1 board vi điều khiển

Tính Năng Của Board:

- ATmega32u4 Microcontroller

Hình 1.13: Board Arduino Nano R3

Arduino Nano là bản thu nhỏ của các bản arduino khác, Arduino Nano được thiết kế để sử dụng với breadboard nhưng vẫn đầy đủ chức năng như 1 board arduino bình thường khác

Arduino Nano nhỏ gọn, đầy đủ, và tiện dụng khi sử dụng với breadboard Arduino Nano sử dụng chip Atmega328-AU nên còn có thêm 2 chân Analog A6 và A7 mà các board sử dụng chip Cắm không hề có Trên board tích hợp opamp tự động chuyển nguồn khi có điện áp cao hơn vào board nên board không cần sử dụng công tắc chọn nguồn

Trên board Arduino Nano sử dụng chíp chuyển COM To UART là chip FTDI FT232RL chứ không dùng chip giả lập COM như các board arduino khác, vì vậy việc truyền UART sẽ đơn giản hơn so với các board dùng chip giả lập COM Thông số kỹ thuật :

Microcontroller Atmel ATmega328

Operating Voltage (logic level) 5 V

Input Voltage (recommended) 7-12 V

Input Voltage (limits) 6-20 V

Digital I/O Pins 14 (of which 6 provide PWM output)

Analog Input Pins 8

DC Current per I/O Pin 40 mA

Flash Memory 32 KB (of which 2KB used by bootloader)

Hình 1.14: Board Arduino Esplora

Arduino Esplora là board được thiết kế nhằm chuyên dụng cho việc điều khiển robot được thiết kế dưa trên board arduino Leonardo Những ưu điểm của board Arduino Esplora có đó là cảm biến gia tốc tích hợp, các cảm biến hỗ trợ điều khiển

và rf giúp kết nối không dây với các board Arduino khác, board phù hợp cho các bạn mới học làm robot mà không biết cách nối dây quá nhiều khiến việc làm baord điều khiển trở nên quá rắc rối

Arduino Esplora tích hợp sẵn loa và led, một số cảm biến, kết hợp joystic, một biến trở gạt, càm biến nhiệt độ, cảm biến gia tốc, micro phone, và cảm biến ánh sáng Còn có cả socket cho màn hình LCD TFT touch quá đỉnh cho 1 tay cầm điều khiển thực thụ

Arduino Esplora giống như board Arduino Leonardo cũng dùng chip vi xử lý

là Atmega32U4 với tần số xung là 16MHZ, với ngõ USB là Micro USB Ưu điểm của board Arduino Esplora là có thể kết nối với máy tính như thiết bị chuột bàn phím, nên có thể chơi game như Joystic Shield trên máy tính như đang chơi gamepad thực thụ

Mô tả thông tin board:

Hình 1.15 : Module Arduin Uno R3

Arduino hiện nay đã được biết đến một cách quen thuộc tại Việt Nam, và trên thế giới thì nó đã quá phổ biến! Sức mạnh của chúng ngày càng được chứng tỏ theo thời gian với vô vàn các ứng dụng mở (open source) độc đáo được chia sẻ rộng rãi

Bo mạch Arduino sử dụng dòng vi xử lý 8-bit mega AVR của Atmel với hai chip phổ biến nhất là ATmega328 và ATmega2560 Các dòng vi xử lý này cho phép lập trình các ứng dụng điều khiển phức tạp do được trang bị cấu hình mạnh với các loại bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ có khả năng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, TWI (I2C)

Các thông số chi tiết của Arduino Uno:

Vi điều khiển: ATmega328 (họ 8bit)

Điện áp hoạt động: 5V – DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động: 16 MHz

Dòng tiêu thụ: 30mA

Điện áp vào khuyên dùng: 7-12V – DC

Điện áp vào giới hạn: 6-20V – DC

Số chân Digital I/O: 14 (6 chân PWM)

Số chân Analog: 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O: 30 mA

1.6.2 Giới thiệu họ vi điều khiển AVR

AVR là một họ vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất (Atmel cũng là nhà sản xuất dòng vi điều khiển 89C51 mà có thể bạn đã từng nghe đến) AVR là chip vi điều khiển 8 bits với cấu trúc tập lệnh đơn giản hóa-RISC(Reduced Instruction Set Computer), một kiểu cấu trúc đang thể hiện ưu thế trong các bộ xử lí

So với các chip vi điều khiển 8 bits khác, AVR có nhiều đặc tính hơn hẳn, hơn cả trong tính ứng dụng (dễ sử dụng) và đặc biệt là về chức năng:

- Gần như chúng ta không cần mắc thêm bất kỳ linh kiện phụ nào khi sử dụng AVR, thậm chí không cần nguồn tạo xung clock cho chip (thường là các khối thạch anh)

- Thiết bị lập trình (mạch nạp) cho AVR rất đơn giản, có loại mạch nạp chỉ cần vài điện trở là có thể làm được một số AVR còn hỗ trợ lập trình on – chip bằng bootloader không

cần mạch nạp…

- Bên cạnh lập trình bằng ASM, cấu trúc AVR được thiết kế tương thích C

- Nguồn tài nguyên về source code, tài liệu, application note…rất lớn trên internet + Chức năng Analog comparator

+ Giao diện nối tiếp USART (tương thích chuẩn nối tiếp RS-232)

+ Giao diện nối tiếp Two –Wire –Serial (tương thích chuẩn I2C) Master và Slaver

+ Giao diện nối tiếp Serial Peripheral Interface (SPI)

- Một số chip AVR thông dụng:

+ AT90S1200

+ AT90S2313

+ AT90S2323 and AT90S2343

+ AT90S2333 and AT90S4433

+ AT90S4414 and AT90S8515

+ AT90S4434 and AT90S8535

Hình 1.16 : Vi điều khiển AVR Atmega 2560

1.6.3 Giới thiệu một số Shield thông dụng cho Arduino

1.6.3.1 Arduino ProtoShied

Hình 1.17: Board Arduino ProtoShied

Proto Shield (hay Breadboards Shield) là mạch khá tiện lợi cho việc thực hiện nhanh một dự án mà không cần phải mất công làm mạch in, giải pháp để làm mạch chức năng nhanh chóng thì Proto Shield cho một cách nhanh chóng nhất

ProtoShields tương thích hầu như các board Arduino, bạn có thể hàn các ic hay các linh kiện chức năng phù hợp, ngoài ra trên board còn tích hợp các linh kiện:

- Nút reset tích hợp trên shield

- Chân ICSP (SPI)

- Rất nhiều chân GND và +5V tiện lợi cho việc lấy nguồn nuôi

- Tích hợp sẵn chân cắm IC tiện cho việc sử dụng IC

- Tích hợp Chân IC dán SOIC 14 chân dạng hẹp và rộng

- Có thể sử dụng thêm với breadboard nhỏ và loại vừa

- Tích hợp sẵn 2 led với điện trở hạn dòng và thêm 2 nút nhấn tiện lợi

1.6.3.2 Arduino Joystic Shield

Hình 1.18: Board Arduino Joystic Shield

Joystic Shield arduino là module rất thích hợp cho những ứng dụng điều khiển chiếc robot của bạn thông qua điều khiển RF NRF24L01 và có thể cùng hiển thị dữ liệu qua màn hình graphic Nokia 5110

Hình 1.19: Nokia N5110 LCD module

Với Joystic Shield Arduino bạn có thể thỏa thích sáng tạo game như game Mario huyền thoại, hoặc có thể kết nối qua RF NRF24L01 để làm hàng ngàn ứng dụng khác

Trên Joystic Shield arduino gồm có 7 nút nhấn:

- 4 nút điều khiển lớn

- 2 nút điều khiển nhỏ

- Và 1 cần điêu khiển joystic 2 trục

Lưu ý: nếu khi sử dụng Joystic Shield arduino với màn hình LCD graphic N5110 phái chuyển sang sử dụng nguồn cấp là 3.3V vì màn hình chỉ hoạt động ở mức điện áp 3.3V, nếu chúng ta sử dụng điện áp arduino mặc định là 5V thì có thể

sẽ làm hỏng module LCD graphic N5110

1.6.3.3 Arduino Motor Shield

Hình 1.20: Board Arduino Motor Shield

Arduino Motor Shield là một phần board mở rộng cho các board arduino, dùng để điều khiển các loại động cơ DC, Stepper Motor Arduino Motor Shield được thiết kế gọn gàng, đẹp mắt và tương thích hoàn toàn với các board Arduino: arduino uno r3, arduino leonardo, arduino mega2560, giúp bạn có thể sử dụng và điều khiển một cách dễ dàng và nhanh chóng

Arduino Motor Shield sử dụng 2 IC cầu H L293D hoàn chỉnh với các chế độ bảo vệ và 1 IC logic 74HC595 để điều khiển các động cơ

Arduino Motor Shield có thể điều khiển nhiều loại motor khác nhau như step motor, servo motor, motor DC, với mức áp lên đến 36V, dòng tối đa 600mA cho mỗi kênh điều khiển

Cụ thể là điều khiển được số lượng motor như sau:

- 2 jack cắm điều khiển 2 động cơ RC servo

- 4 ngõ ra điều khiển đến 4 động cơ DC độc lập

- 2 động cơ step motor loại đơn cực (unipolar) hoặc lưỡng cực (bipolar)

Mạch tích hợp điện trở nối GND giúp cho không tự chạy khi khởi động board Các chân mà Arduino Motor Shield sử dụng là:

- Chân điều khiển 2 RC servo được kết nối với chân số 9 và 10 Nguồn cung cấp được lấy trực tiếp từ board Arduino

- Motor 1 nối với chân 11

- Motor 2 nối với chân 3

- Motor 3 nối với chân 5

- Motor 4 nối với chân 6

- Chân 4, 7, 8, 12 dùng điều khiển motor thông qua IC 74HC595

Ngoài ra để tiện cho việc sử dụng nguồn cắm ngoài, trên Arduino Motor Shield sử dụng 1 jumper PWR mục đích để lấy nguồn ngoài thông qua jack DC của board arduino để cung cấp nguồn cho motor hoạt động Nếu trong trường hợp chúng ta không sử dụng jumper này thỉ phải cấp 1 nguồn riêng vào chân EXT_PWR để cấp nguồn cho motor hoạt động

1.6.3.4 Arduino Ethernet Shield

Hình 1.21: Board Arduino Ethernet Shield

Arduino Ethernet Shield sử dụng nhằm giúp arduino có thể kết nối với internet Nó được dựa trên chip Wiznet W5100, ethernet phát triển cả 2 chuẩn giao tiếp có khả năng cả 2 chuẩn TCP và UDP Arduino Ethernet Shield hỗ trợ tối đa bốn thiết bị đồng thời kết nối Sử dụng thư viện Ethernet có sẵn để kết nốivới internet thông qua một jack RJ45

Phiên bản shield này có tích hợp khe cắm thẻ micro SD, có thể được sử dụng để lưu trữ các tập tin phục vụ qua mạng Arduino Ethernet Shield tương thích với Arduino Uno và Mega (sử dụng Ethernet Thư viện) Bạn có thể truy cập vào khe

cắm thẻ trên board và sử dụng thư viện SD được bao gồm tích hợp trong bộ thư viện có sẵn trong trình biên dịch arduino

Arduino giao tiếp với cả hai module W5100 và thẻ SD bằng cách sử dụng chuẩn SPI (thông qua cổng ICSP), trên các chân 11, 12, và 13 của board arduino Uno R3 và chân 50, 51 và 52 của board arduino mega 2560, chân số 10 được sử dụng để chọn W5100 và chân số 4 cho SD card Các chân không thể được sử dụng cho chức năng i/o nếu sử dụng cả 2 module cùng lúc thì chân số 10 trên board arduino Uno R3 phải được để trống, và chân số 53 trên board arduino mega2560 nếu không thì board sẽ không thể hoạt động được

Lưu ý rằng bởi vì W5100 và SD card sử dụng chung chuẩn truyền SPI, vì vậy một thiết bị duy nhất có thể được hoạt động tại một thời điểm Nếu bạn đang sử dụng cả hai thiết bị ngoại vi trong chương trình của bạn, điều này cần được xử lý bởi các thư viện tương ứng

1.6.3.5 LCD16x2 Shield

Hình 1.22: Board LCD16x2 Shield

LCD 16x2 Shield được phát triển và tương thích với board arduino, nhằm tạo một giao diện người dùng thân thiện cho phép người dùng đơn giản hóa quá trình điều chình và làm mạch nên LCD 16x2 shield khá dể sử dụng Shield bao gồm một

1602 chữ trắng đèn nền xanh