Bài 2: Bảng Mạch Điều Khiển Và Cơ Cấu Chấp Hành | Chuyên đề học tập Tin học 10 (Định hướng khoa học máy tính) | Chuyên Đề 1: Thực Hành Với Các Bộ Phận Của Robot Giáo Dục - Lớp 10 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Chuyên đề học tập Tin học 10 - Bài 2: Bảng Mạch Điều Khiển Và Cơ Cấu Chấp Hành - Phân tích chức năng của bảng mạch điều khiển và cơ cấu chấp hành trong hệ thống robot.


Trang 9

Học xong bài này em sẽ:

- Biết được nguyên lí hoạt động và một số bộ phận chính của bảng mạch điều khiển.

- Biết được động cơ là cơ cấu chấp hành chính trong robot.

Khởi động

Hình 2.1 là hai mẫu robot được sử dụng để giảng dạy và thực hành. Trên các robot có nhiều dây điện kết nối các bộ phận của robot với một bảng mạch điện tử. Hãy thảo luận để tìm hiểu vai trò của bảng mạch điện tử quan trọng này của robot.

hinh-anh-bai-2-bang-mach-dieu-khien-va-co-cau-chap-hanh-13374-0

Hình 2.1. Một số mẫu robot

1. Bảng mạch điều khiển

Hoạt động 1: Tìm hiểu vai trò và chức năng của bảng mạch điều khiển

Thảo luận nhóm về cơ chế hoạt động của robot: Bộ phận nào là quan trọng nhất chi phối mọi hoạt động của robot?

Trang 10

a) Bảng mạch điều khiển là gì?

Bảng mạch điều khiển (còn được gọi là bảng mạch chính) bao gồm các bộ phận cơ bản là chip vi điều khiển (Micro-Controller) kết hợp với bộ nhớ, các mô đun vào/ra và các bộ chuyển đổi tín hiệu,....

Bảng mạch điều khiển của robot thực hiện chức năng quan trọng nhất trong robot là xử lí tín hiệu thu nhận được và đưa ra các quyết định điều khiển robot. Vì thế bảng mạch điều khiển còn được coi là bộ não của robot. Mỗi bảng mạch điều khiển thường đi kèm với phần mềm hệ thống cho phép lập trình bằng các ngôn ngữ khác nhau để điều khiển các cơ cấu chấp hành và phụ kiện tiếp nhận điều khiển của robot. Phần mềm hệ thống đi kèm bảng mạch điều khiển và các chương trình ứng dụng do người lập trình đưa vào để điều khiển robot có thể coi là phần hồn của robot, cấu thành nên phần mềm của robot.

Bảng mạch điều khiển hoạt động theo sơ đồ sau:

hinh-anh-bai-2-bang-mach-dieu-khien-va-co-cau-chap-hanh-13374-1

Nhận dữ liệu vào từ các cảm biến (nhiệt độ, độ ẩm, khoảng cách, màu sắc,...) hoặc tín hiệu điều khiển (nút bấm) được nối với bảng mạch điều khiển thông qua các cổng vào/ra.

Chip vi điều khiển sẽ xử lí dữ liệu vào theo hướng dẫn của chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ từ trước.

Kết quả xử lí – dữ liệu ra được chuyển thành các lệnh điều khiển các cơ cấu chấp hànhphụ kiện tiếp nhận điều khiển như màn hình, đèn, còi,....

Các bước trên sẽ được lặp đi, lặp lại cho đến khi thoả mãn điều kiện dùng trong bộ lệnh đã nạp hoặc nguồn điện của bảng mạch điều khiển bị ngắt.

Bảng 2.1. Các bộ phận cơ bản và kiểu kết nối với bảng mạch điều khiển

Các bộ phận cơ bản                                        Nhiệm vụ Kiểu kết nối thường gặp
Chip vi điều khiển  Điều khiển việc nhận dữ liệu hoặc xuất dữ liệu thông qua các cổng vào/ra.
Xử lí dữ liệu theo bộ lệnh đã được lập trình.
Hàn cố định hoặc gắn được trên để.
Bộ nhớ Bộ nhớ có thể có ba dạng như sau:
– Bộ nhớ tạm (RAM) dùng cho việc tính toán dữ liệu.
– Bộ nhớ cố định (ROM) lưu trữ các chương trình (bao gồm PROM, EPROM, EEPROM,...).
– Bộ nhớ lưu dữ liệu (văn bản, hình ảnh, video, tệp tin cấu hình,...) thường là một thẻ nhớ được gắn vào bảng mạch điều khiển qua một khe cắm mở rộng.
Hàn cố định hoặc cắm vào khe cắm.


Trang 11

Các bộ phận cơ bản                                        Nhiệm vụ Kiểu kết nối thường gặp
Cổng kết nối nguồn điện Cổng kết nối nguồn điện (bộ chuyển đổi điện một Dây dẫn chiều hoặc pin) với bảng mạch điều khiển. Dây dẫn
Các cổng vào/ra Các cổng kết nối với các cảm biến, phụ kiện tiếp Hàn cố định nhận điều khiển dùng để nhận và gửi ra các dữ liệu
hành động.
Hàn cố định

 

Câu hỏi

Theo em, bộ nhớ làm nhiệm vụ gì trong bảng mạch điều khiển của robot?

Hoạt động 2: Bảng mạch điều khiển trong G-Robot
Hãy tìm hiểu bảng mạch điều khiển được sử dụng trong G-Robot.

b) Bảng mạch điều khiển trong robot

Kiến thức mới

Bảng mạch điều khiển trong các robot nói chung đều được thiết kế dựa trên các nền tảng thiết kế mở. Nhờ vậy, nó có thể dễ dàng kết nối với các cảm biến hay các cơ cấu chấp hành và phụ kiện tiếp nhận điều khiển một cách dễ dàng, phù hợp với việc sử dụng trong môi trường giáo dục.

Một trong các bảng mạch thuộc loại nêu trên đó là bảng mạch điều khiển của G-Robot (Hình 2.2).

hinh-anh-bai-2-bang-mach-dieu-khien-va-co-cau-chap-hanh-13374-2
Nút chuyển chế độ

Đèn hồng ngoại

Còi

Vòng tròn LED 

Nút khởi động lại

Các cổng RJ11 kết nối với cảm biến ngoài

Cổng kết nối USB nạp chương trình

Công tắc chọn nguồn

Nguồn 6, 9, 12 V

Các cổng RJ11 kết nối với cảm biến ngoài

Cổng kết nối động cơ DC M1, M2

Công tắc bluetooth

 Trang 12

2. Động cơ – cơ cấu chấp hành chính trong robot

Hoạt động 3: Làm quen với một số loại động cơ trong robot
Có hai loại động cơ thường dùng cho robot là động cơ DC và động cơ servo. Thảo luận để tìm hiểu về sự khác nhau giữa hai loại động cơ này.

a) Một số loại động cơ trong robot

Kiến thức mới

Cơ cấu chấp hành được hiểu là thiết bị chuyển đổi năng lượng thành chuyển động. Trong robot cơ cấu chấp hành chính là các loại động cơ thực hiện việc chuyển đổi năng lượng điện thành các chuyển động của robot.

Động cơ DC

hinh-anh-bai-2-bang-mach-dieu-khien-va-co-cau-chap-hanh-13374-3

Hình 2.3. Động cơ DC và bánh xe giúp robot di chuyển

Là loại động cơ điện 1 chiều dùng để thực hiện các chuyển động với vận tốc không đổi trong những khoảng thời gian xác định, ví dụ quay các bánh xe để robot di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác.

Động cơ servo

hinh-anh-bai-2-bang-mach-dieu-khien-va-co-cau-chap-hanh-13374-4

Hình 2.4. Động cơ servo và cánh tay máy gắp đồ vật

Động cơ servo dùng trong robot là động cơ có khả năng phản hồi vị trí cuối cùng của trục quay. Đầu vào cho điều khiển của nó là tín hiệu (tương tự hoặc số) đại diện cho vị trí cuối cùng và hướng quay của trục quay. Trong robot, động cơ servo thường dùng để điều khiển các cử động nâng, hạ đến vị trí thích hợp, ví dụ điều khiển cánh tay máy để di chuyển các đồ vật.

Trang 13

b) Kết nối động cơ với robot

Động cơ DC

Hầu hết các robot hiện nay đều thiết kế sẵn hai cổng để kết nối với động cơ DC điều khiển bánh xe chạy. Thông thường, động cơ DC ứng với bánh xe bên trái được kí hiệu là M1, động cơ DC ứng với bánh xe bên phải được kí hiệu là M2. Khi lắp ghép chúng ta cần xác định rõ các động cơ bánh xe bên trái và bên phải ứng các cổng M1, M2. Các động cơ này sẽ được ghép nối với bánh xe và kết nối cứng với bảng mạch của robot.

Tất cả các robot có bánh xe chuyển động đều được cung cấp nguồn điện từ hệ thống pin lắp vào robot.

Sau đây là sơ đồ kết nối hai động cơ DC M1, M2 với bảng mạch của robot.

hinh-anh-bai-2-bang-mach-dieu-khien-va-co-cau-chap-hanh-13374-5

M1, M2

Vị trí lắp hai động cơ DC M1 và M2 trên bảng mạch

Hình 2.5. Sơ đồ kết nối động cơ DC vào bảng mạch

Các bước kết nối động cơ DC (M1, M2) với robot.

• Kết nối robot với nguồn điện (USB, DC Adapter hoặc pin).

• Kết nối các động cơ DC M1 và M2 với các cổng M1, M2.

• Nạp lệnh điều khiển robot đi thẳng và kiểm tra hoạt động của động cơ DC M1, M2 bằng cách quan sát hai động cơ xoay cùng chiều.

Động cơ servo

Tuỳ vào thiết kế bảng mạch điều khiển của robot mà việc kết nối động cơ servo có thể khác nhau. Với một số bảng mạch, động cơ servo có thể kết nối trực tiếp với các cổng RJxx. Một số robot khác thì được thiết kế các cổng riêng cho động cơ servo. Mỗi robot có thể lắp đặt hai động cơ servo.

Trang 14

hinh-anh-bai-2-bang-mach-dieu-khien-va-co-cau-chap-hanh-13374-6

Động cơ servo

Động cơ servo có thể kết nối với một trong các cổng RJxx

Hình 2.6. Sơ đồ kết nối động cơ servo với robot

Để kết nối động cơ servo với robot cần thực hiện theo các bước sau:

• Kết nối robot với nguồn điện (USB, DC Adapter hoặc pin).

• Kết nối các động cơ servo với cổng giao tiếp mở rộng bằng dây nối chuẩn RJxx (Mỗi robot có tối thiểu 04 cổng giao tiếp RJxx để kết nối đến thiết bị, phụ kiện tiếp nhận điều khiển).

• Nạp lệnh điều khiển động cơ servo xoay các góc 0o, 90°, 180° và kiểm tra hoạt động của động cơ servo bằng cách quan sát góc xoay của động cơ servo.

Câu hỏi

1. Vì sao các bảng mạch của robot thường có hai cổng kết nối động cơ DC?

2. Vì sao các robot lại thường có hai cổng kết nối động cơ servo?

LUYỆN TẬP

1. Tại sao lại gọi bàng mạch điều khiển là bộ não của robot

2. Nếu chúng ta lắp động cơ bên trái vào cổng M2, động cơ bên phải vào cổng M1 thì lắp đúng hay sai? Giải thích lí do.

VẬN DỤNG

1. Nếu robot sử dụng pin để chạy động cơ DC, theo em khi nguồn điện của pin xuống thấp thì công suất của động cơ DC có bị ảnh hưởng không?

2. Truy cập Intemet để tìm hiểu một số thông tin chính liên quan tới các bảng mạch điều khiển của Adruino và Microbit (vài nét về lịch sử hình thành; mục đích sử dụng; ngôn ngữ lập trình dùng cho các bảng mạch đó,...).

Tin tức mới


Đánh giá

Bài 2: Bảng Mạch Điều Khiển Và Cơ Cấu Chấp Hành | Chuyên đề học tập Tin học 10 (Định hướng khoa học máy tính) | Chuyên Đề 1: Thực Hành Với Các Bộ Phận Của Robot Giáo Dục - Lớp 10 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Tổng số sao của bài viết là: 5 trong 1 đánh giá
Xếp hạng: 5 / 5 sao

Bình Luận

Để Lại Bình Luận Của Bạn

Tin tức mới

Môn Học Lớp 10 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Chuyên đề học tập Toán 10

Chuyên đề học tập Vật lí 10

Chuyên đề học tập Ngữ văn 10

Chuyên đề học tập Hóa học 10

Chuyên đề học tập Sinh học 10

Chuyên đề học tập Lịch sử 10

Chuyên đề học tập Địa lí 10

Chuyên đề học tập Giáo dục Kinh tế và Pháp luật 10

Chuyên đề học tập Âm nhạc 10

Chuyên đề học tập Công nghệ 10 (Công nghệ trồng trọt)

Chuyên đề học tập Mĩ thuật 10

Chuyên đề học tập Công nghệ 10 (Thiết kế và Công nghệ)

Chuyên đề học tập Tin học 10 (Định hướng khoa học máy tính)

Chuyên đề học tập Tin học 10 (Định hướng tin học ứng dụng)

Vật Lí 10

Hóa học 10

Sinh học 10

Âm nhạc 10

Giáo Dục Quốc Phòng Và An Ninh 10

Ngữ văn 10 - Tập 1

Ngữ văn 10 - Tập 2

Giáo Dục Kinh Tế Và Pháp Luật 10

Giáo dục thể chất cầu lông

Giáo dục thể chất bóng đá

Công nghệ trồng trọt 10

Giáo dục thể chất bóng chuyền

Giáo dục thể chất bóng rổ

Hoạt Động Trải Nghiệm, Hướng Nghiệp 10

Công Nghệ 10

Địa Lí 10

Toán 10 - Tập 1

Toán 10 - Tập 2

Lịch Sử 10

Mĩ thuật_Thiết kế thời trang 10

Mĩ thuật_Thiết kế mĩ thuật sân khấu, điện ảnh 10

Mĩ thuật_Thiết kế công nghiệp 10

Mĩ thuật_Thiết kế đồ hoạ 10

Mĩ thuật_Thiết kế mĩ thuật đa phương tiện 10

Mĩ thuật_Lí luận và lịch sử mĩ thuật 10

Mĩ thuật _Điêu khắc 10

Mĩ thuật_Đồ hoạ (tranh in) 10

Mĩ thuật_Hội hoạ 10

Mĩ thuật_Kiến trúc 10

Tin Học 10

Giải bài tập Sinh học 10

Giải bài tập Hóa học 10

Giải bài tập Vật lý 10

Bộ Sách Lớp 10

Giáo Dục Việt Nam

Bộ Sách Giáo Khoa của Nhà Xuất Bản Giáo Dục Việt Nam

Tài liệu học tập

Đây là tài liệu tham khảo hỗ trợ trong quá trình học tập

Global Success & Bộ Giáo Dục - Đào Tạo

Bộ sách Global Success & Bộ Giáo Dục - Đào Tạo là sự kết hợp giữa ngôn ngữ Tiếng Anh theo lối giảng dạy truyền thống và cập nhật những phương thức quốc tế

Cánh Diều

Bộ sách giáo khoa của Nhà xuất bản Cánh Diều

Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Sách giáo khoa của nhà xuất bản Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Sách Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Lớp 1

Sách giáo khoa dành cho lớp 1

Lớp 6

Sách giáo khoa dành cho lớp 6

Lớp 5

Sách giáo khoa dành cho lớp 5

Lớp 4

Sách giáo khoa dành cho lớp 4

Lớp 2

Sách giáo khoa dành cho lớp 2

Lớp 3

Sách giáo khoa dành cho lớp 3

Lớp 7

Sách giáo khoa dành cho lớp 7

Lớp 8

Sách giáo khoa dành cho lớp 8

Lớp 9

Sách giáo khoa dành cho lớp 9

Lớp 10

Sách giáo khoa dành cho lớp 10

Lớp 11

Sách giáo khoa dành cho lớp 11

Lớp 12

Sách giáo khoa dành cho lớp 12

Liên Kết Chia Sẻ

** Đây là liên kết chia sẻ bới cộng đồng người dùng, chúng tôi không chịu trách nhiệm gì về nội dung của các thông tin này. Nếu có liên kết nào không phù hợp xin hãy báo cho admin.