Vi điều khiển là một máy tính tí hon trên một con chip: nó đọc tín hiệu từ nút bấm, cảm biến, rồi bật tắt đèn, quay động cơ, đóng rơ le theo chương trình bạn nạp vào. Bo Arduino phổ biến dễ học, cộng đồng lớn, làm việc ở mức năm vôn. ESP32 mạnh hơn, có sẵn wifi và Bluetooth, nhưng làm việc ở mức ba phẩy ba vôn, và đó là chỗ người mới hay làm cháy mạch.
Chào bạn, đây là Nhà Chế Tạo. Nếu cơ khí là tay chân của một cái máy, thì vi điều khiển là cái đầu nhỏ của nó. Một cái máy tưới cây tự động, một cái cân đếm sản phẩm, một cửa gà mở theo giờ, đều có thể bắt đầu từ một bo mạch rẻ tiền. Tập này mình kể nên bắt đầu thế nào mà không đốt tiền vào những con chip cháy.
Vi điều khiển làm việc thế nào?
Một vi điều khiển có bộ xử lý, bộ nhớ, và nhiều chân kết nối ra ngoài. Mỗi chân có thể là đầu vào, đọc xem có điện áp hay không, hoặc đầu ra, bật lên có điện áp hay tắt đi.
Một số chân đọc được giá trị tương tự, tức không chỉ có hay không mà là bao nhiêu, dùng để đọc cảm biến nhiệt, chiết áp, cảm biến ánh sáng. Một số chân phát được xung bật tắt rất nhanh để điều chỉnh độ sáng đèn hay tốc độ động cơ.
Bạn viết chương trình trên máy tính, nạp vào bo qua cáp, và bo chạy chương trình đó mãi mãi mỗi khi có điện. Chương trình thường là một vòng lặp: đọc cảm biến, quyết định, điều khiển, lặp lại.
Nghe đơn giản, và thật sự là đơn giản. Cái khó không nằm ở con chip mà ở thế giới thật quanh nó: điện áp, dòng điện, nhiễu, và những thứ cơ khí nó phải điều khiển.
Arduino và ESP32: chọn cái nào để bắt đầu?
Bo Arduino loại phổ thông là điểm khởi đầu kinh điển. Nó chịu đựng được khá nhiều lỗi của người mới, tài liệu và ví dụ nhiều vô kể, và làm việc ở mức năm vôn nên hợp với nhiều cảm biến, mô đun cũ.
ESP32 là một vi điều khiển mạnh hơn nhiều, có wifi và Bluetooth sẵn trên chip. Muốn gửi số đo lên điện thoại, điều khiển từ xa qua mạng, ESP32 là lựa chọn tự nhiên. Nó cũng có thể lập trình bằng cùng môi trường như Arduino.
Điểm cần nhớ với ESP32: các chân của nó làm việc ở ba phẩy ba vôn và nhiều chân không chịu được năm vôn đưa vào. Nối thẳng một cảm biến năm vôn vào chân ESP32 có thể làm hỏng chân đó hoặc cả chip. Cần mạch chuyển mức hoặc chọn cảm biến ba phẩy ba vôn.
Người mới nên bắt đầu với một bo phổ thông và một bộ linh kiện học tập cơ bản. Khi đã quen với nút bấm, đèn, cảm biến, chuyển sang ESP32 cho những dự án có kết nối mạng.
Chân vi điều khiển không phải là nguồn điện
Đây là lỗi làm cháy nhiều bo nhất. Mỗi chân đầu ra chỉ cấp được một dòng điện nhỏ, đủ để sáng một đèn LED nhỏ qua điện trở, hoặc để ra lệnh cho một mạch khác. Nó không đủ để chạy động cơ, rơ le, dải đèn, hay bất kỳ thứ gì tiêu thụ nhiều điện.
Nối thẳng một động cơ vào chân vi điều khiển, bạn sẽ thấy động cơ không quay, hoặc quay yếu, và chip nóng lên. Lâu dần chân đó chết.
Cách đúng là dùng chân vi điều khiển để điều khiển một công tắc điện tử, như transistor hoặc mạch điều khiển động cơ, và công tắc đó mới là thứ đóng cắt dòng lớn từ một nguồn riêng.
Động cơ và cuộn rơ le còn sinh ra xung điện áp ngược khi ngắt. Cần một điốt đặt ngược song song với cuộn dây để hấp thụ xung, nếu không nó có thể phá transistor và vi điều khiển. Các mô đun rơ le bán sẵn thường đã có sẵn phần này.
Những dự án đầu tiên đáng làm ở xưởng
Một nhiệt kế ghi lại nhiệt độ trong xưởng theo giờ. Bạn học đọc cảm biến, hiển thị, lưu dữ liệu.
Một bộ đếm sản phẩm trên băng chuyền nhỏ bằng cảm biến quang. Bạn học đọc tín hiệu nhanh, chống đếm nhầm.
Một bộ hẹn giờ tắt quạt hút khói sau khi tắt máy vài phút. Bạn học điều khiển rơ le an toàn. Lưu ý: nếu rơ le đóng cắt điện lưới, phần đó phải do người có chuyên môn lắp, trong hộp kín, đúng tiêu chuẩn. Phần vi điều khiển của bạn chỉ nằm ở phía thấp áp.
Một bộ điều khiển động cơ bước cho một máy nhỏ tự chế. Bạn học điều khiển chuyển động chính xác. Đây là cầu nối giữa điện tử và cơ khí, chỗ mà nghề chế tạo trở nên thú vị nhất.
Thói quen tốt từ ngày đầu
Luôn rút nguồn trước khi cắm dây hay đổi linh kiện. Một dây cắm nhầm khi đang có điện có thể làm chập mạch.
Đọc bảng thông số của linh kiện trước khi nối: điện áp làm việc, dòng tối đa, chân nào là chân nào. Rất nhiều mô đun trông giống nhau mà chân sắp xếp khác nhau.
Có một đồng hồ vạn năng và học đo điện áp, đo thông mạch. Đây là cặp mắt của bạn trong thế giới điện tử.
Và bắt đầu từ ví dụ nhỏ nhất: làm một đèn nhấp nháy. Nghe có vẻ trẻ con, nhưng khi nó chạy, bạn đã đi qua đủ mọi bước: nối mạch, viết chương trình, nạp, chạy. Mọi dự án lớn chỉ là nhiều bước nhỏ như vậy nối lại.
Câu hỏi thường gặp
Học vi điều khiển có cần biết lập trình trước không?
Không bắt buộc. Nhiều người học lập trình qua chính vi điều khiển, vì thấy kết quả ngay bằng đèn sáng, động cơ quay. Bắt đầu bằng ví dụ có sẵn, sửa từng dòng và xem điều gì thay đổi.
Vi điều khiển có điều khiển thiết bị điện hai trăm hai mươi vôn được không?
Được, thông qua rơ le hoặc mô đun đóng cắt có cách ly. Nhưng phần điện lưới rất nguy hiểm, phải lắp trong hộp kín, có cầu chì, đúng quy định và nên để người có chuyên môn làm. Người mới nên giữ dự án ở phía điện áp thấp.
Vì sao bo mạch chạy lúc được lúc không?
Thường do nguồn yếu, dây cắm lỏng trên bảng cắm thử, hoặc nhiễu từ động cơ. Kiểm tra nguồn đủ dòng, dây chắc, và tách nguồn động cơ khỏi nguồn vi điều khiển.
Bảng cắm thử có dùng lâu dài được không?
Bảng cắm thử để thử nghiệm, không nên dùng cho thiết bị chạy lâu dài vì tiếp xúc dễ lỏng. Khi mạch đã chạy ổn, hàn lên bảng mạch đục lỗ hoặc làm bảng mạch in.
ESP32 có cần mạng wifi mới chạy được không?
Không. ESP32 chạy chương trình bình thường không cần mạng. Wifi chỉ cần khi dự án của bạn gửi dữ liệu hoặc nhận lệnh qua mạng.
