BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM
--------- oOo --------

TRẦN VĂN TUÂN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO
VÀ LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN BIỂN SỐ XE ĐIỆN TỬ ỨNG
DỤNG TRÊN Ô TÔ HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TP. HCM 09 – 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM
--------- oOo --------

TRẦN VĂN TUÂN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO
VÀ LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN BIỂN SỐ XE ĐIỆN TỬ ỨNG

DỤNG TRÊN Ô TÔ HIỆN ĐẠI
CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Ơ TƠ
MÃ SỐ: 62.84.01.06

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Nguyễn Văn Nhanh

TP. HCM 09 – 2018


LUẬN VĂN ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Nguyễn Văn Nhanh

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS Trần Văn Trung

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS Trần Hữu Nhân

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Giao thông vận tải Tp. HCM ngày 20
tháng 12 năm 2018
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1.
2.
3.
4.

5.


PGS.TS Lê Hữu Sơn

TS TS Trần Văn Trung
TS. TS Trần Hữu Nhân
TS. Nguyễn Nước
TS. Nguyễn Thành Sa

Chủ tịch Hội đồng;
Ủy viên, phản biện;
Ủy viên, phản biện;
Ủy viên.
Ủy viên, thư ký;

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

PGS.TS Lê Hữu Sơn

TS. Trần Văn Trung


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân thực hiện trong
suốt quá trình làm đề tài.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
TP.HCM, ngày … tháng 9 năm 2018

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Trần Văn Tuân


LỜI CẢM ƠN
Đề tài nghiên cứu thành công được là nhờ nhà trường tạo điều kiện thuận lợi
nhất trong quá trình nguyên cứu thực hiện, tận tâm hướng dẫn của giảng viên và nỗ
lực của bản thân. Vì vậy, tơi xin chân thành cảm ơn.
Ban giám hiệu Trường Đại Học giao thông vận tải TP.HCM.
Viện đào tạo sau đại học Trường Đại Học giao thơng vận tải TP.HCM.
Khoa cơ khí Trường Đại Học giao thông vận tải TP.HCM.
Thầy T.S Nguyễn Văn Nhanh cùng tồn thể q thầy cơ đã dạy và hướng dẫn
nhiệt tình tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học và nguyên cứu
đề tài.
Các bạn học viên, đồng nghiệp đã động viên ủng hộ tinh thần trong suốt quá
trình học tập.
Tuy thời gian thực hiện đề tài là khoản 4 tháng, nhưng do lượng kiến thức liên
quan để phục vụ cho công tác nghiên cứu đề tài thuộc lãnh vực mới điện tử và điều
khiển tự động, công nghệ thông tin nên khả năng tiếp cận và lĩnh hội của học viên
chuyên ngành cơ khí động lực gặp nhiều khó khăn và hạn chế. Tuy nhiên, với sự
hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi của Thầy T.S Nguyễn Văn Nhanh và các bạn
đồng nghiệp, tôi đã lĩnh hội được rất nhiều kiến thức mới, bổ ích để phục vụ cho
ngành cơ khí động lực và công tác nghiên cứu sau khi ra trường. Vì vậy, một lần nữa
tơi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô và các bạn.
Xin chúc quý thầy cơ cùng tồn thể các bạn học viên ln ln hạnh phúc và
thành công!
TP.HCM, ngày … tháng 8 năm 2018
Người cảm ơn


Trần Văn Tuân

-2-


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .........................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN...............................................................................................................2
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU..........................................5
1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ...................................................................................5
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC VỀ ĐỀ TÀI .......5
1.3. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI ........................................................................................9
1.4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .................................................9
1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................9
1.6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ..................10
1.7. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI ........................................................................................10
1.8. KẾ HOẠCH THỰC HIỆN.............................................................................11
CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ............................ 12
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ARDUINO.............................................................. 12
2.1.1 ARDUINO ..................................................................................................12
2.1.2 Giới thiệu về arduino ..................................................................................12
2.1.3 Lịch sử ra đời .............................................................................................. 13
2.1.4 Một số loại arduino trên thị trường ............................................................. 14
2.1.5 Một vài ứng dụng của arduino ....................................................................19
2.2 HỆ THỐNG CẢM BIẾN ...................................................................................20
2.3 ĐỘNG CƠ DC ...................................................................................................21
2.3.1 Khái niệm động cơ DC, điều khiển động cơ 775 DC .................................21
2.3.2 Nguyên lý hoạt động ...................................................................................22
2.4. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH .........................................................................23
2.4.1.


Quy trình xử lý ảnh ..............................................................................25

2.4.2.

Những vấn đề cần lưu ý trong xử lý ảnh ..............................................30
-3-


2.4.3. Các mơ hình màu ........................................................................................34
2.5. HỆ THỐNG GIÁM SÁT HÌNH ẢNH........................................................... 38
CHƯƠNG 3 - THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ..............................................42
BIỂN SỐ XE ĐIỆN TỬ............................................................................................... 42
3.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ.......................................................42
3.1.1 Phương pháp 1: ........................................................................................... 42
3.1.2 Phương pháp 2 : .......................................................................................... 42
3.1.3 Phương án thiết kế chính ............................................................................43
3.2 CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BIỂN SỐ XE
ĐIỆN TỬ .................................................................................................................43
3.3 THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ BIỂN SỐ THƠNG MINH ....................................43
3.4 THIẾT KẾ, TÍNH TỐN PHẦN ĐIỆN ........................................................... 46
3.4.1 ĐỘNG CƠ DC ............................................................................................ 46
3.4.2 Bảng LED ma trận p10 ...............................................................................46
3.4.3 Mạch RF điều khiển từ xa ..........................................................................47
3.4.4 Mạch ARDUNO điều khiển cảm biến và mạch LED ................................ 49
3.5 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ..........................................................................59
CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN ..................................61
4.3

LẮP ĐẶT BIỀN SỐ XE ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ HONDA CITY ...............61


4.2. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ .....................................................................63
4.3. KẾT LUẬN.......................................................................................................66
4.4. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ............................................................ 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 68
PHỤ LỤC ....................................................................................................................69

-4-


CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1.

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hiện nay, hầu hết các loại phương tiện xe cơ giới đường bộ đều phải gắn
biển số xe cơ khí. Biển kiểm sốt xe cơ giới (hay còn gọi tắt là biển số xe) tại
Việt Nam là tấm biển gắn trên mỗi xe cơ giới, được cơ quan công an cấp nhằm
dễ dàng quản lý phương tiện giao thơng. Biển số xe cơ khí có ưu điểm là rẻ, dễ
lắp đặt. Tuy nhiên, xe gắn biển số xe cơ khí có nhược điểm là dễ làm giả,
khơng thể tích hợp các chức năng tốt như hiển thị ngày tháng năm, cảnh báo
hết hạn đăng kiểm, hết hạn phí đường bộ, hiện thị “Cảm ơn” khi được xe khác
nhường đường, giúp cảnh sát định vị xe khi bị ăn trộm, theo dõi hành trình lái
xe…..
Cuộc cách mạng cơng nghiệp 4.0 là cuộc cách mạng của cơng nghệ.
Mục đích của cuộc cách mạng cơng nghiệp 4.0 là chuyển hóa toàn bộ thế giới
thực thành thế giới số. Các doanh nghiệp sử dụng tối đa công nghệ vào doanh
nghiệp sẽ dễ dàng nhận thấy sự hoạt động của doanh nghiệp trở nên logic hơn,
các thông tin số liệu nắm bắt chính xác hơn và hơn hết nó giúp cho doanh
nghiệp khắc phục được nhiều rủi ro, tăng nhanh lợi nhuận, dễ dàng quản lý, an

tồn….
Các xe ơ tơ hiện đại chạy trong các thành phố thông minh, hay các xe
của doanh nghiệp dễ quản lý, an toàn, hiệu quả kinh tế thì cần thiết gắn biển số
xe điện tử nhằm tích hợp nhiều tiện ích, tiện lợi.
Vì lí do đó nên bản thân tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo
và lập trình hệ thống điều khiển biển số xe điện tử ứng dụng trên ô tô hiện
đại” nhằm nâng cao chất lượng quản lý, an toàn kỹ thuật và hiệu quả kinh tế.
1.2.

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC VỀ ĐỀ TÀI

Tình hình nghiên cứu trong nước:
Hiện trạng về việc sản xuất thiết bị trong nước: Hiện nay tại Việt Nam do
điều kiện về kinh tế cũng như kỹ thuật vẫn chưa chế tạo, sản xuất và thương
mại hố các thiết bị thơng minh như biển số thông minh.
-5-


Tình hình nghiên cứu trên thế giới:
Hiện trạng về việc sản xuất thiết bị ngoài nước: Hiện tại ở các nước phát
triển về kĩ thuật và kinh tế như Đức, Mỹ, Nhật, Trung Quốc và Ấn Độ đã có
những bước tiến quan trọng trong việc sản xuất cũng như thương mại hố các
thiết bị thơng minh và biển số thơng minh cũng không phải là ngoại lệ đã áp
dụng thực tế vào cuộc sống hiện nay và thương mại hoá trên toàn thế giới.
Sau đây là một loại biển số thơng minh đã được sản xuất trên thế giới:

Hình 1.1- Biển sớ thơng minh tại Dubai

Hình 1.2 – Biển sớ xe điện tử gắn trên xe Range rover
Ở Dubai hiện nay đã thử nghiệm biển số xe thông minh trang bị GPS và

cơng nghệ giao tiếp khơng dây, để có thể gọi cấp cứu trong trường hợp phương
-6-


tiện gặp tai nạn, gọi cảnh sát khi xe bị lấy cắp, hoặc truyền dữ liệu cập nhật tình
hình giao thơng đến các xe khác.
Theo đó, hệ thống Tag2Connect (T2C) có khả năng gửi thơng báo đến
các dịch vụ khẩn cấp trong trường hợp xe gặp tai nạn hoặc bị đánh cắp. T2C
được kết nối với tài khoản giấy phép lái xe, cho phép thanh tốn phí đỗ xe hoặc
tự động nộp phạt khi tài xế vi phạm luật giao thông mà không cần trực tiếp tới
các cơ quan chức năng.
Tính năng này sẽ giúp giám sát hành vi của tài xế, nắm bắt các chuyển
động của phương tiện, cũng như tạo điều kiện để tài xế thực hiện giao dịch với
những cơ quan khác nhau.
Tuy nhiên, bên cạnh sự tiện lợi của biển số xe thơng minh, việc tích hợp
GPS sẽ ảnh hưởng đến quyền riêng tư của người dùng do các cơ quan có thẩm
quyền và thậm chí cả các hacker có khả năng theo dõi các dữ liệu liên quan mọi
lúc mọi nơi. Và đó cũng là nhược điểm của hệ thống biển số xe thông minh tích
hợp GPS. Giá thành của biển số xe điện tử vẫn cịn hơi cao.

Hình 1.3 - Biển sớ thơng minh được bớ trí trên xe ơ tơ tại Dubai
Một trong những tiện ích nổi bật của biển số xe điện tử là khi chiếc xe có
biển số điện tử bị đánh cắp, chính quyền sẽ biết chính xác chiếc xe ở đâu, hoặc
-7-


ít nhất là vị trí của tấm biển, nếu nó được tháo ra. Tại Bang California ở Mỹ
tiến hành thử nghiệm để chuẩn bị đưa vào áp dụng. Đây sẽ là bang đầu tiên tại
Mỹ sử dụng biển số xe điện tử.
Sở Quản lý phương tiện của Mỹ (DMV) đang tiến hành thí điểm dự án

này với nhà sản xuất biển số xe Reviver Auto, và chuẩn bị mở bán sản phẩm tại
các đại lý ô tô. Giá cho một chiếc là 699 USD, khơng bao gồm chi phí lắp đặt.
Ngồi ra, người dùng cịn phải trả một khoản phí bắt buộc hàng tháng 7 USD.

Hình 1.4 - Biển sớ thơng minh được bớ trí trên xe ơ tơ tại Mỹ
Hiển thị được những thơng điệp khác nhau và có thể theo dõi đường đi,
biển số kiểu mới thực tế là dạng máy tính bảng đơn giản tích hợp pin và chip
điện tử. Reviver Auto, hãng sản xuất cho biết, tính năng theo dõi đường đi đặc
biệt quan trọng nếu xe bị lấy trộm. Tuy nhiên, kẻ trộm có thể gỡ ln biển số
và mọi tính năng đều trở nên vô dụng.
Biển số điện tử được cho là đặc biệt phù hợp với những công ty sử dụng
đội xe, theo nhà sáng lập của Reviver Auto. Ví dụ, biển số có thể được dùng
cho các sản phẩm quảng cáo cũng như các dịch vụ khác khi xe đang đỗ.
Qua phân tích về hiện trạng, tình hình sử dụng biển số xe điện tử tại Mỹ
và tại Dubai cho thấy rằng, tại các nước tiên tiến đã phát triển ứng dụng tiện ích

-8-


này. Tuy nhiên, tại Việt Nam cũng như các nước khác còn lại trên thế giới vẫn
còn rất hạn chế. Giá thành của biển số xe còn khá cao. Theo hướng phát triển tự
động hóa, cuộc cách mạng cơng nghiệp 4.0 thì tại các thành phố lớn rất cần ứng
dụng công nghệ mới tự động để đáp ứng nhu cầu phát triển, an toàn, hiệu quả,
tiện lợi về quản lý cũng như người dân sử dụng dịch vụ.
1.3.

MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI
- Thiết kế chế tạo được biển số xe điện tử hiển thị các thông tin cần

thiết như hiện thị thông tin biển số, ngày tháng năm, cảnh báo hết hạn đăng

kiểm, hết hạn phí đường bộ, hiện thị “Cảm ơn” khi được xe khác nhường
đường, giúp cảnh sát định vị xe khi bị ăn trộm, theo dõi hành trình lái xe, cảnh
báo va chạm.
- Xây dựng được áp điều khiển hoạt động của biển số xe điện tử.

1.4.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

 Đối tượng nghiên cứu:
-

Xe ô tô du lịch, camera…

-

Lý thuyết về điện tử - điều khiển tự động.

-

Lý thuyết về điều khiển ô tô.

-

Đối tượng nghiên cứu là biển số xe điện tử, hệ thống điều khiển.

-

Biển số thông minh.


-

Cảm biến hồng ngoại.

-

Động cơ DC 1 chiều.

-

Board mạch adruino.

 Phạm vi nghiên cứu:
Đề tài tập trung trọng tâm vào việc tính tốn thiết kế biển số xe điện tử,
xây dựng thuật toán điều khiển, lập trình mơ phỏng hoạt động và lắp đặt vận
hành thực nghiệm hoạt động trên ô tô hiện đại.
1.5.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

-9-


 Phương pháp quan sát khoa học: tìm hiểu và nghiên cứu các loại biển
số đã có trên thị trường.
 Phương pháp thực nghiệm khoa học: quan sát hoạt động của biển số
sau khi hoàn thành để tối ưu vận hành của máy.
 Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm: nêu ra các ưu điểm và
các nhược điểm của biển số sau khi hồn thành.
 Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: phân tích là nghiên cứu

các tài liệu, lý luận khác nhau bằng cách phân tích chúng thành từng bộ phận
để tìm hiểu sâu sắc về đối tượng. Tổng hợp là liên kết từng mặt, từng bộ phận
thơng tin đã được phân tích tạo ra một hệ thông lý thuyết mới đầy đủ và sâu sắc
về đối tượng.
 Phương pháp mơ hình hóa: là phương pháp nghiên cứu các đối tượng
bằng xây dựng gần giống với đối tượng, tái hiện lại đối tượng theo các cơ cấu,
chức năng của đối tượng.
 Phương pháp lập trình: Là phương pháp nghiên cứu và lập trình các đối
tượng trên các phần mềm ứng dụng, để đạt được các chức năng cần thiết đã đặt
ra.
1.6.

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Sản phẩm của đề tài sẽ giúp cho người điều khiển xe ô tô tham

gia giao thơng trên đường an tồn hơn, tiện lợi hơn, giúp các nhà quản lý
phương tiện giao thông được thuận tiện hơn, kiểm soát phương tiện tốt hơn
về mặt đăng kiểm, phí đường bộ.
Sản phẩm được ứng dụng rất tốt cho xe chạy trong các thành phố
lớn, thông minh.
1.7.

GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Do đề tài tổng hợp từ nhiều môn khoa học khác nhau rất phức tạp

nên đề tài chỉ dừng lại ở mức thiết kế hệ thống điều khiển biển số xe điện tử
có các chức năng như sau: hiển thị biển số bằng điện tử đèn LED, cảnh báo
va chạm khi lùi xe, cảnh báo cho người lái xe biết sắp hết thời hạn đăng
- 10 -



kiểm, phí đường bộ, khi hệ thống hư hỏng phần điện thì lập tức hệ thống tự
chuyển từ biển số xe điện tử thành biển số cơ.
1.8.

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN

-

Nghiên cứu lý thuyết về đèn LED, điện tử, cảm biến.

-

Nghiên cứu thiết kế phần cơ khí, cơ cấu chuyển đổi quay biển số.

-

Nghiên cứu lý thuyết về điều khiển ô tô, điều khiển tự động.

-

Lên ý tưởng lắp đặt, tiến hành lắp đặt.

-

Thiết kế mạch điều khiển tự cảnh báo va chạm khi lùi xe, cảnh báo

hết hạn đăng kiểm, phí đường bộ.
-


Thử nghiệm và khắc phục lỗi.

-

Kết luận đánh giá.

- 11 -


CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ARDUINO
2.1.1 ARDUINO
Với đề tài này chúng ta sẽ sử dụng vi điều khiển Arduino để xử lý và
điều khiển hệ thống. Ngoài ra, các phương án khác như sử dụng IC số sẽ
được trình bày và phân tích rõ hơn ở chương 3.
2.1.2 Giới thiệu về arduino
Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng
tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Một mạch
Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung giúp
dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác. Một khía cạnh
quan trọng của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người
dùng kết nối với CPU của board với các module thêm vào có thể dễ dàng
chuyển đổi, được gọi là shield.
Mơi trường phát triển tích hợp (IDE) của Arduino là một ứng dụng
cross-platform (nền tảng) được viết bằng Java, và từ IDE này sẽ được sử
dụng cho Ngôn ngữ lập trình xử lý (Processing programming language) và
project Wiring. Nó được thiết kế để dành cho những người mới tập làm
quen với lĩnh vực phát triển phần mềm. Một chương trình hoặc code viết
cho Arduino được gọi là một Sketch.

Các chương trình Arduino được viết bằng C hoặc C++. Arduino IDE
đi kèm với một thư viện phần mềm được gọi là "Wiring", từ project
Wiring gốc, có thể giúp các thao tác input/output được dễ dàng hơn.

- 12 -


2.1.3 Lịch sử ra đời
Mới đầu Arduino được tạo ra để giải quyết bài toán: Làm thế nào
để sinh viên có thể tạo ra được một thiết bị điện tử một cách nhanh
chóng.
Vào năm 2002, Banzi, một giáo sư phần mềm đã được đưa về
IDII (Viện Thiết Kế Vật Lý Ivrea, Italia) để thúc đẩy một lĩnh vực còn
non trẻ gọi là “máy tính vật lý” với một ngân sách hạn hẹp, thời gian
hạn chế và các công cụ rất ít
Giống như nhiều đồng nghiệp của mình, Banzi dựa vào Stamp
BASIC, một vi điều khiển được tạo ra bởi công ty California Parallax mà
các kỹ sư đã sử dụng trong khoảng một thập kỷ. Nhưng với Stamp BASIC
có hai vấn đề mà Banzi phát hiện ra: nó khơng có đủ khả năng xử lý cho
một số dự án của sinh viên, và nó có giá khoảng 100 USD khá cao so với
sinh viên. Ơng cũng cần một cái gì đó mà có thể chạy trên các máy tính
Macintosh, thứ phổ biến với các sinh viên IDII.
Mẫu thử nghiệm ban đầu, được thực hiện vào năm 2005, là một thiết
kế đơn giản, và chưa được gọi là Arduino. Massimo Banzi sử dụng cái tên
Arduino vào một năm sau đó.
Để làm bo Arduino, nhóm đã đặt ra một giá cụ thể để Arduino trở
nên “thân thiện” với sinh viên và mục tiêu của họ là 30$. “Nó phải tương
đương với một bữa ăn Pizza ở ngồi” Banzi nói.
Với mức giá 30$ cho một bo Arduino có khồng 20 ngõ I/O có thể
tương tác và điều khiển chừng ấy thiết bị, tính chất nguồn mở từ phần cứng

tới phần mềm, giao diện lập trình cực kỳ dễ sử dụng, với một ngơn ngữ lập
trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về
điện tử và lập trình. Arduino đã thực sự gây sóng gió trên thị trường người
dùng DIY (Do It Yourself) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây.

- 13 -


Hình 2.1- Arduino phải có giá tương đương với một chiếc xe địa hình
Về cái tên Arduino, đây là tên được đặt theo tên của quán rượu Bar
di Re Arduino, nơi mà Bazi và các cộng sự thường lui tới trong quá trình
làm nên bo mạch này. Đây là một điều thật sự thú vị và bất ngờ
2.1.4 Một số loại arduino trên thị trường
Bảng 2.1 Một số loại Arduino trên thị trường
STT

Tên

bo

Thông số kỹ thuật

Arduino
1

Vi

điều

khiển:


ATmega2560
Điện áp hoạt động: 5V
Điện áp ngõ vào DC: 7Mega 2560
R3

12V
Số chân Digital: 54 (15
chân PWM)
Số chân Analog: 16
Bộ nhớ Flash: 256 KB,
8KB

sử

dụng

Bootloader

- 14 -

cho

Hình dáng


SRAM: 8 KB
EEPROM: 4 KB
Xung clock: 16 MHz
1

2

Vi

điều

khiển:

AT91SAM3X8E
Điện áp hoạt động:
3.3V
Điện áp cung cấp: 712V
Số chân Digital: 54
Số

chân

ngõ

vào

Analog: 12
Due

Số chân ngõ ra Analog:
2 (DAC)
Tổng dòng ngõ ra trên
các chân I/O: 130mA
Bộ nhớ Flash: 512KB
SRAM: 96KB

Xung clock: 84MHz
Kích thước: 101.5 x
53.5 mm
Khối lượng: 36g

2

- 15 -


Chip
3

sử

dụng:

ATmega328
Điện áp hoạt động: 5V
Điện áp cung cấp: 712V
Điện áp vào: 6-20V
Digital I/O Pins
14 (of which 6 provide
PWM output)
Analog Input Pins: 6
DC Current per I/O Pin:

Uno R3

40 mA

DC Current for 3.3V
Pin
50 mA
Flash Memory
32 KB (ATmega328) of
which 0.5 KB used by
bootloader SRAM
2

3

KB

(ATmega328)

EEPROM

1

KB

(ATmega328)
Clock Speed: 16 MHz

- 16 -


4

Vi


điều

khiển:

ATmega32u4
Điện áp hoạt động: 5V
Điện thế ngõ vào DC:
7-12V
Số chân Digital: 20
Số kênh PWM: 7
Leonardo

Số kênh vào Analog: 12
Bộ nhớ Flash: 32 KB
(ATmega32u4), 4KB sử
dụng cho Bootloader.
SRAM:

2.5

KB

(ATmega32u4)
EEPROM:

1

KB


(ATmega32u4)
Xung lock: 16 MHz

4
Sử

dụng

chip

Atmega32U4
Điện áp cung cấp: 6V ~
5Pro Micro

12V DC (chân Raw)
Điện áp hoạt động: 5V
Hỗ trợ từ Arduino IDE
V1.0.1 trở lên

- 17 -


Tích hợp cổng USB
Micro trên board
Tần

số

hoạt


động:

16MHz
Chống cấp ngược điện
áp
Có Led hiện thị nguồn
và báo tình trạng
Kích thước: 33 x 18 x
6mm
Chip điều khiển chính:

6

ATmega328
Nguồn ni mạch: 5V
Nguồn ngồi: Khun
dùng 7-9V
Số chân Digital: 14 (hỗ
trợ 6 chân PWM)
Số chân Analog: 6
Uno
(SMD)

R3

Dòng

ra

trên


chân

digital: tối đa 40 mA
Dòng ra trên chân 5V:
500 mA
Dòng ra trên chân 3.3V:
50 mA
Dung lượng bộ nhớ
Flash:

32

KB

(ATmega328)
SRAM:

2

- 18 -

KB


(ATmega328)
EEPROM:
6

1


KB

(ATmega328)
Tốc độ: 16 MHz
2.1.5 Một vài ứng dụng của arduino

Hình 2.2 - Drone (sử dụng làm điều khiển thiết bị bay)

Hình 2.3- Xe tự hành sử dụng arduino

- 19 -


Hình 2.4 - Cánh tay robot có sử dụng arduino
2.2 HỆ THỐNG CẢM BIẾN

Hình 2.5 - Cảm biến khoảng cách
Cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04 được sử dụng rất phổ biến
để xác định khoảng cách vì RẺ và CHÍNH XÁC. Cảm biến sử dụng sóng

- 20 -


siêu âm và có thể đo khoảng cách trong khoảng từ 2 -> 300 cm, với độ
chính xác gần như chỉ phụ thuộc vào cách lập trình.
Cảm biến HC-SR04 có 4 chân là: Vcc, Trig, Echo, GND.
Nguyên lý hoạt động:
Để đo khoảng cách, ta sẽ phát 1 xung rất ngắn (5 microSeconds - ú)
từ chân Trig. Sau đó, cảm biến sẽ tạo ra 1 xung HIGH ở chân Echo cho

đến khi nhận lại được sóng phản xạ ở pin này. Chiều rộng của xung sẽ
bằng với thời gian sóng siêu âm được phát từ cảm biển và quay trở lại.
Tốc độ của âm thanh trong khơng khí là 340 m/s (hằng số vật lý),
tương đương với 29,412 microSeconds/cm (106 / (340*100)). Khi đã tính
được thời gian, ta sẽ chia cho 29,412 để nhận được khoảng cách.
Áp dụng cho biển số thơng minh dùng để giới hạn khoảng cách an
tồn để biển số có thể xoay từ biển số cơ khí sang biển số led.
2.3 ĐỘNG CƠ DC
2.3.1 Khái niệm động cơ DC, điều khiển động cơ 775 DC
Sản phẩm mới 100%
- Điện áp định mức: 12V
- Công suất: 100W
- Không tải: 0.27A
- Có tải: 3.25A
- Tốc độ: 7600 Vịng/ phút (12V); 18000 Vịng/ phút (24V)-Chiều
cao: 45mm.
- Đường kính động cơ bước: 17.5mm
- Chiều dài: 16mm (chiều dài trục ngang trên bước)
- Đường kính trục: 15mm (đường cắt cạnh: 1.5mm; cạnh chiều dài
cắt: 13mm).
- Đường kính động cơ: 42mm
- Chiều dài cơ:66.5mm
- Chiều dài đuôi trục động cơ:4.5mm
- 21 -


- Trọng lượng động cơ:350g
- Chất lượng vỏ động cơ: nhơm

Hình 2.6- Động Cơ DC

2.3.2 Ngun lý hoạt động
Muốn cho động cơ làm việc, stato của động cơ cần được cấp dòng
điện xoay chiều. Dòng điện qua dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay với
tốc độ: n=60. f/p (vịng/phút)
Trong đó: f- là tần sớ của nguồn điện;
p- là sớ đơi cực của dây quấn stato.
Trong q trình quay từ trường này sẽ quét qua các thanh dẫn của
rôto, làm xuất hiện sức điện động cảm ứng. Vì dây quấn rơto là kín mạch
nên sức điện động này tạo ra dịng điện trong các thanh dẫn của rơto. Các
thanh dẫn có dịng điện lại nằm trong từ trường, nên sẽ tương tác với nhau,
tạo ra lực điện từ đặc vào các thanh dẫn.
Tổng hợp các lực này sẽ tạo ra môment quay đối với trục rôto, làm
cho rôto quay theo chiều của từ trường.
Khi ĐC làm việc, tốc độ của rôto (n) luôn nhỏ hơn tốc độ của từ
trường (n1) ( tức là n).
Kết quả là rôto quay chậm lại nên ln nhỏ hơn n1, vì thế động cơ
được gọi là động cơ không đồng bộ.
Độ sai lệch giữa tốc độ rôto và tốc độ từ trường được gọi là hệ số
trượt, ký hiệu là: S và được tính bằng:
- 22 -