Giới thiệu về Arduino
Arduino là gì?
Arduino là một nền tảng nguồn mở (open-source) với các phần cứng và phần mềm được thiết kế dựa trên tiêu chí dễ sử dụng, các bo mạch Arduino có thể dễ dàng nhận tín hiệu từ cảm biến: ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm,... ,và xuất tín hiệu để điều khiển Relay, Motor, LCD,...,để thực hiện vô số các ứng dụng khác nhau, thậm chí bạn có thể sử dụng Arduino để bật tắt bóng đèn hay thiết bị điện trong nhà bằng điện thoại thông qua mạng Internet.
Nền tảng Arduino (Arduino Platform)
Tổng thể Arduino được cấu tạo từ 2 thành phần chính:
- Mạch phần cứng Arduino: được sử dụng để để giao tiếp, kết nối và điều khiển các mạch phần cứng khác như cảm biến, mạch điều khiển động cơ, màn hình LCD,...
- Phần mềm Arduino IDE: là phần mềm sử dụng trên máy tính dùng để lập trình và nạp chương trình cho các mạch phần cứng Arduino, các bạn có thể lập trình điều kiển Arduino dựa trên Ngôn ngữ lập trình Arduino sử dụng Phần mềm Arduino IDE. .
Trước đây việc thiết kế chức năng cho các phần cứng điện tử dựa trên các linh kiện điện tử cơ bản: Tụ điện, điện trở, transistor,... Vi điều khiển (MCU) xuất hiện với khả năng lập trình tuỳ biến các chức năng đã giúp đơn giản hóa việc thiết kế các phần cứng điện tử đi rất nhiều, tuy nhiên nó vẫn còn khá phức tạp và đòi hỏi các kiến thức chuyên ngành. Arduino xuất hiện với ngôn ngữ lập trình đơn giản, phần mềm dễ sử dụng, bo mạch thiết kế với các khuân mẫu tiêu chuẩn (có thể gắn với các loại Shield hỗ trợ khác nhau) giúp việc kết nối, sử dụng và lập trình phần cứng đơn giản hóa đi rất nhiều!
Cấu trúc phần cứng Arduino
Cấu trúc phần cứng của các mạch Arduino có thể cơ bản chia làm 7 phần chính như sau:
1) Vi điều khiển chính: là trung tâm của mạch Arduino có chức năng lưu trữ và thực thi các lệnh được lập trình, Vi điều khiển hoạt động như một máy tính thu nhỏ với bộ xử lý trung tâm CPU, RAM, ROM, bộ nhớ Flash và các chuẩn giao tiếp tích hợp như UART, I2C,...
2) Khối giao tiếp máy tính: giúp kết nối Vi điều khiển với máy tính để nạp chương trình và truyền dữ liệu lên máy tính qua phần mềm Arduino, khối này còn có tác dụng cấp nguồn 5VDC cho mạch hoạt động qua cổng USB.
3) Khối cấp nguồn ngoài: được sử dụng để cấp nguồn ngoài cho mạch hoạt động khi không cấp nguồn bằng cổng USB, khối này được tích hợp IC chuyển đổi nguồn nên có thể cấp nguồn linh hoạt theo thông số của từng loại mạch Arduino.
4) Các chân tín hiệu nguồn: được sử dụng để cấp nguồn cho các mạch kết nối với Arduino, có các chân tín hiệu nguồn chính: 3.3V - 5V - GND - Vin.
5) Các chân tín hiệu Analog: được sử dụng để giao tiếp với các mạch điện sử dụng tín hiệu Analog với Arduino, các chân Analog còn có thể sử dụng như các chân tín hiệu Digital.
6) Các chân tín hiệu Digital: được sử dụng để giao tiếp với các mạch điện sử dụng tín hiệu Digital với Arduino.
7) Cổng giao tiếp ICSP: được sử dụng để kết nối với các bo mạch Arduino Shield sử dụng chuẩn giao tiếp SPI với Arduino hoặc để nạp Bootloader cho Vi điều khiển chính trên mạch Arduino (một dạng tương tự như Bios trên máy tính để phần mềm Arduino có thể nhận dạng được các mạch Arduino).
Các mạch Arduino Shield
Arduino Shield là các mạch bổ sung chức năng cho Arduino được thiết kế tương thích với chuẩn chân cắm của Arduino để có thể dễ dàng cắm và chạy (Plug and Play) ngay lập tức, có rất nhiều loại Arduino Shield: Arduino Motor Shield để điều khiển động cơ, Arduino Joystick Shield để biến Arduino thành tay cầm điều khiển, Arduino Ethernet Shield để kết nối Internet,...
Các biến thể phần cứng Arduino (Arduino Compatible Boards)
Vì nền tảng Arduino được phát triển dưới dạng nguồn mở (Open Source) nên ngoài các mạch phần cứng Arduino được chính hãng Arduino.cc sản xuất, cộng đồng sử dụng Arduino còn phát triển thêm nhiều biến thể Arduino như: Lilypad (của Adafruit), RedBoard (SparkFun),...
MakerLab.vn cũng phát triển các phiên bản phần cứng tương thích Arduino (Arduino Compatible) với nhiều cải tiến tên gọi Vietduino, tiêu biểu là 2 phiên bản:
1) Vietduino Uno (Arduino Uno Compatible):
2) Vietduino Mega 2560 (Arduino Mega 2560 Compatible):
Mạch Vietduino Uno và Vietduino Mega 2560 là hai phiên bản phần cứng tương thích Arduino (Arduino Compatible) được nghiên cứu và và sản xuất bởi MakerLab.vn có chức năng, kích thước, hình dạng và cách sử dụng tương đương với Arduino Uno R3 & Arduino Mega 2560 với các ưu điểm vượt trội:
- Thiết kế tương thích hoàn toàn về hình dạng, chuẩn chân tín hiệu và cách sử dụng với Arduino Uno R3 & Arduino Mega 2560.
- Sử dụng mạch nguồn xung giảm áp với ưu điểm là hiệu suất chuyển đổi cao, toả nhiệt thấp, tiết kiệm năng lượng, dải điện áp đầu vào cấp cho mạch rộng từ 6~24VDC với dòng đầu ra lớn: 5VDC/Max 1500mA, 3.3VDC / Max 700mA.
- Bổ sung thêm các chân cấp nguồn POWER+ 5VDC giúp dễ dàng cấp nguồn cho nhiều thiết bị khác nhau.
- Sử dụng IC chuyển đổi USB-UART CH340 (Vietduino Uno) và CP2102 (Vietduino Mega 2560) được nhập khẩu chính hãng cho độ ổn định và độ bền cao.
- Chức năng cách ly nguồn cổng USB tự động khi cấp nguồn ngoài từ chân Vin hoặc giắc DC giúp bảo vệ cổng USB máy tính của bạn an toàn hơn.