Giới thiệu chi tiết về chương trình giảng dạy STEM phần 3/3

Ở phần này học viên sẽ được giới thiệu về một số modul cơ bản,thường hay dùng trong dự án thuộc chương trình học như các modul cảm biến hay các modul điều khiển động cơ. Cùng với đó là một số loại IC như L298,L293,atmega 328,…

I.Các loại cảm biến

Trong các dự án về Arduino hay các loại vi điều khiển khác ta thường dùng một số loại cảm biến tùy vào mục đích và thông số cần đo đạc. Học sinh sẽ được giới thiệu 1 cách cơ bản về công dụng,cấu tạo và tín hiệu từ 1 số loại cảm biến sau.

• Cảm biến nhiệt độ lm35

Dùng cho các dự án cần lấy thông số về nhiệt độ trong phạm vi từ -55-150⁰C như lò ấp trứng hay chỉ đơn giản là đo nhiệt độ môi trường.

• Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11

Thích hợp khi dùng cho các dự án liên quan đến nông nghiệp khi có thể lấy thông số chính xác về 2 yếu tố là nhiệt độ và độ ẩm,một thông số vô cùng quan trọng với bất cứ khu vườn nào.

• Cảm biến PIRthụ động nguồn kích hồng ngoại.

Đây là loại cảm biến rất phù hợp để có thể phát hiện ra chuyển động của các sinh vật sống có nhiệt độ cơ thể cao hơn nhiệt độ môi trường. Có thể dùng cho các ứng dụng về an ninh như hệ thống báo trộm và báo động có người xâm nhập.

• Cảm biến siêu âm HC-SR04

Đây là loại cảm biến chủ động khi nó vừa phát ra tín hiệu là sóng siêu âm và thu nhận tín hiệu phản hồi khi có vật cản, do đó đây là loại cảm biến hết sức thông dụng cho các dự án Arduino như xe tránh vật cản,máy đo khoảng cách,…

• Cảm biến lửa

Sử dụng 1 led thu hồng ngoại để có thể phát hiện tín hiệu của nguồn nhiệt ở khoảng cách lên đến 80 cm với góc quét 60⁰. Phù hợp với các ứng dụng

• Cảm biến chất lượng không khí MQ135

Đây là loại cảm biến có thể phát hiện nồng độ ở mức gây hại của một số chất như CO,NH3,Benzen,Alcol. Phù hợp cho các dự án về môi trường khi đặc các thiết bị đánh giá chất lượng không khí ở những nơi dễ bị ô nhiễm.

• Cảm biến khí Gas MQ2

Ở một số loại khí đốt thông dụng trong gia đình do tính chất dễ bắt lửa của chúng nên rất dễ gây ra hỏa hoạn do rò rỉ. Cảm biến khí Gas MQ2 cho ta biết trước được nguy cơ đó khi có thể phát hiện được hầu hết các khí dễ cháy và cả các loại gây hại đơn thuần như LPG, i-butan, Propane, Methane , Alcohol, Hydrogen, Smoke và khí ga. Rất phù hợp cho các hệ thống báo động dùng cho nhà thông minh

II.Các loại modul thông dụng

Để có thể thực hiện hiệu quả các dự án về Arduino,học sinh,ngoài việc nắm được cấu trúc các loại cảm biến,linh kiện,và cách lập trình thì việc có kiến thức về các loại modul thông dụng ngoài thị trường cũng rất quan trọng. Vì trong đó,đã tích hợp sẵn các linh kiện cần thiết để có thể lắp ráp và đơn giản hóa quá trình thực hiện dự án,qua đó,ta sẽ tập trung vào bước lập trình để có thể phát triển thêm nhiều chức năng hơn.

• Modul relay

Đây là 1 loại modul thông dụng,được dùng trong hầu hết các ứng dụng khi ta cần điều khiển các thiết bị xoay chiều (AC) thông qua tín hiệu từ các khóa điện tử như transistor,fet ,IC,hay các loại vi điều khiển vốn chỉ dùng điện 1 chiều DC. Các ứng dụng có sử dụng nó vô cùng rộng rãi từ các dự án về điều khiển đèn thông qua IR hồng ngoại,các thiết bị tự động,báo cháy,RF cho đến các ứng dụng về IoT.

• Modul điều khiển động cơ L298D

Việc muốn điều khiển các loại động cơ từ DC  thông thường đến động cơ bước bằng vi điều khiển,bao giờ cũng phải dùng việc ứng dụng 1 loại IC driver nào đó,thông thường là các loại IC L298d hay L293D. Tuy nhiên,việc kết nối các IC sao cho hiệu quả và không ảnh hưởng bởi các điều kiện bên ngoài như nhiễu hay quá nhiệt thì không bao giờ dễ. Vì thế ta sẽ dùng loại modul driver L298D này để đơn giản hóa dự án. Trong đây đã được tích hợp IC L298D cùng với mạch bảo vệ,tụ lọc chống nhiễu,cùng domino kết nối để có thể dễ dàn kết nối với vi điều khiển và các loại động cơ.

• Modul Bluetooth HC06

Bluetooth từ lâu đã trở thành 1 phương thức truyền tin nhanh và tiện lợi trên các thiết bị điện thoại,tín hiệu Bluetooth cũng có thể tương tác với nhau ở 1 khoảng cách tương đối. Từ đó,ta có thể ứng dụng dạng tín hiệu này vào việc điều khiển các thiết bị khác như xe điều khiển,robot, đèn,… Modul này có thể đáp ứng hầu hết các ứng dụng khi nó tích hợp sẵn các thiết bị nhận và chuyển tín hiệu Bluetooth từ thiết bị di động,sau đó đưa vào board Arduino hay các thiết bị cần kết nối khác.

• Modul wifi ESP-07 8266

Bên cạnh Bluetooth thì wifi cũng là một dạng tín hiệu thông dụng và việc ứng dụng nó vào kĩ thuật điều khiển cũng thiết thực không kém khi nó có thể truyền 1 khoảng cách xa hơn so với Bluetooth. Ngoài ra modul wifi này còn có 1 ứng dụng hết sức thiết thực ,đó là dùng vào các ứng dụng IoT khi cần điều khiển các thiết bị qua mạng,ở những khoảng cách không giới hạn.

III.Các loại IC  thông dụng

Để có thể thực hiện và quan trọng hơn là nắm bắt được nguyên lý của các dự án về Arduino thì một điều tối quan trọng chính là sự nắm bắt 1 cách đầy đủ về các loại vi mạch tích hợp hay còn gọi là IC. Trong phần này,học sinh sẽ được nắm một cách cơ bản về một số loại IC hay vi điều khiển vốn hay dùng trong các dự án Arduino.

• Atmega 328

Đây là thành phần cơ bản và là trái tim của board Arduino. Vốn dĩ  nó là 1 loại vi điều khiển,tuy nhiên nó đã được tích hợp trong Arduino với các ngõ ra vào số,tương tự,các chân nguồn,GND,mạch bảo vệ,…

• L298D/ L293D
• 

Đây điều là 2 loại IC điều khiển động cơ hay còn gọi là IC driver,chúng vốn dĩ là các mạch cầu transistor được tích hợp và đóng gói trong 1 IC. Tùy vào cách thức sử dụng mà chúng có thể được sử dụng riêng lẻ hay dùng dưới dạng các modul tích hợp.

1. Lắp ráp và thực hiện các dự án trên bộ KIT

Dựa trên bộ KIT Arduino đã có sẵn các thành phần cơ bản,học sinh sẽ được hướng dẫn và giải thích rõ về nguyên lý cũng như cách thực hiện các dự án đơn giản,học sinh sẽ được khuyến khích tìm tòi và sáng tạo để có thể cải tiến dự án của mình theo hướng thiết thực,với các bộ khung hay các chi tiết cơ khí được chế tạo một cách linh hoạt bằng công nghệ in 3d.