Giải chuyên đề học tập Tin học 10 KNTT định hướng khoa học máy tính bài 2: Bảng mạch điều khiển và cơ cấu chấp hành

Khởi động

Câu hỏi: 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?

Vai trò của bảng mạch điện tử của robot: Thực hiện chức năng quan trọng nhất trong robot là xử lý tín hiệu ghi nhận được và đưa ra quyết định điều khiển robot. Vì thế bảng mạch điều khiển còn được coi là bộ não của robot.

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?

Bảng mạch điều khiển của robot thực hiện chức năng quan trọng nhất trong robot là xử lý tín hiệu ghi nhận được và đưa ra quyết định điều khiển robot. Vì thế bảng mạch điều khiển còn được coi là bộ não của robot.

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

Bộ nhớ có thể có 3 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, âm thanh, video, tệp tin, cấu hình) thường là một thẻ nhớ được gắn vào bảng mạch điều khiển qua một khe cắm mở rộng.

Hoạt động 2. Bảng mạch điều khiển trong G-Robot.

Hãy tìm hiểu bảng mạch điều khiển được sử dụng trong G-Robot.

Bảng mạch điều khiển trong các robot nói chung đều được thiết kế dựa trên các nền tảng thiết kế mở. Nhờ vậy, 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 của robot G-Robot (Hình 2.2)

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 sự khác nhau của hai loại động cơ này.

Có hai loại động cơ thường dùng cho robot là động cơ DC và động cơ Servo. Sự khác nhau của chúng:

• Động cơ DC: 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: 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 quan 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 để di chuyển các đồ vật.

Câu hỏi: Vì sao các bảng mạch của robot thường có hai cổng kết nối động cơ DC?

Câu hỏi: Vì sao các robot thường có hai cổng kết nối động cơ servo?

Các robot thường có hai cổng kết nối động cơ servo vì 2 cổng kết nối động cơ servo cho phép chúng ta lắp ghép được một cánh tay robot đơn giản.

LUYỆN TẬP

Bài tập 1. Tại sao gọi bảng mạch điều khiển là bộ não của robot?

Gọi bảng mạch điều khiển là bộ não của robot vì bảng mạch điều khiển đóng vai trò tiếp nhận các dữ liệu, xử lý và điều khiển các cơ cấu chấp hành dựa trên kết quả xử lý.

Bài tập 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

Bài tập 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?

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

Công xuất của động cơ DC sẽ giảm khi nguồn điện của pin giảm xuống thấp. Vì công xuất là thông số cho biết lượng điện năng tiêu thụ trong một đơn vị thời gian, do đó nguồn điện của pin giảm thì lượng điện năng mà pin cung cấp trong một đơn vị thời gian, thì lượng điện năng mà pin cung cấp trong một đơn vị thời gian cũng sẽ giảm tưởng ứng.

Bài tập 2. Truy cập internet để điều tìm hiểu một số thông tin chính liên quan liên quan đến 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, ...)

Một số thông tin chính liên quan liên quan đến bảng mạch điều khiển của Adruino:

Hiện nay, Arduino được sử dụng rất rộng rãi, không chỉ Việt Nam mà trên toàn thế giới. Điều đó cho thấy, Arduino có những ưu điểm độc đáo của mình. Đặc điểm nổi bật nhất của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng. Cách sử dụng board mạch Arduino cũng như Arduino IDE là rất dễ dàng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình.

Arduino có các tập lệnh hết sức đơn giản. Nhờ đó, Arduino che đi sự phức tạp của việc lập trình cho vi điều khiển. Ví dụ, chỉ với vài câu lệnh đơn giản là có thể chớp, tắt được được một con LED mà không cần hiểu kiến trúc của vi điều khiển.

Công cụ phát triển Arduino có thể chạy trên cả hệ điều hành Windows, Mac OS, Linux.

Bảng mạch điều khiển của Adruino dùng ngôn ngữ lập trình Adruino.

Một số thông tin chính liên quan liên quan đến bảng mạch điều khiển Microbit:

Mạch điều khiển động cơ cho Microbit cho phép điều khiển hai động cơ với điều khiển tiến, lùi và dừng, đồng thời cho phép truy cập vào các chân khác. Nó có các khối đầu cuối để kết nối bốn thiết bị đầu vào và nguồn cung cấp 3V được điều chỉnh được đưa vào đầu nối 80 cách để cấp nguồn cho micro: bit BBC được lắp vào.

Bảng mạch điều khiển Microbit dùng ngôn ngữ lập trình Microbit.