KIT MIKROPENGAWAL E-MODUL DISEDIAKAN OLEH: NUR FARISHA IZZATI BINTI SAIFUL ANUAR
PRAKATA Setinggi -tinggi pujian dipanjatkan ke hadrat Allah SWT kerana dengan izinnya, E-modul kit mikropengawal bagi pelajar projek tahun akhir telah berjaya dibangunkan. E-modul ini dibangunkan adalah bagi menjadi satu alat bahan bantu mengajar dan juga sebagai sumber rujukan kepada pelajar yang sedang membangunkan projek tahun akhir. E-modul ini adalah bagi memastikan pelajar memahami asas mikropengawal dengan lebih baik. Diharapkan dengan kewujudan e-modul ini, ia akan dapat dijadikan sebagai panduan kepada pelajar di dalam membangunkan projek tahun akhir mereka. Dikesempatan ini juga, saya ingin merakamkan penghargaan ikhlas dan terima kasih yang tidak terhingga kepada penyelia saya, Prof Madya Dr Norlisa Bte Sulaiman atas tunjuk ajar, bimbingan serta dorongan sepanjang pembangunan e-modul ini. Sekian Terima Kasih. NUR FARISHA IZZATI BINTI SAIFUL ANUAR PENULIS FPTV, UTHM.
02 Arduino Uno 03 Raspberry Pi 04 NodeMCU 05 Nota Tambahan ISI KANDUNGAN 06 Latih Tubi 01 Pernyataan masalah
PERNYATAAN MASALAH
MASALAH Seorang pelajar telah mempunyai idea bagi membangunkan prototaip kunci pintu cap jari. Cara bagi menggunakan prototaip kunci pintu cap jari ini adalah dengan meletakkan jari pada penderia yang terdapat pada protaip tersebut, dan penderia tersebut akan mengambil imej bagi cap jari tersebut dan memastikan cap jari tersebut merupakan cap jari yang telah didaftarkan. Jika jari yang telah dikesan oleh penderia tersebut merupakan cap jari yang telah didaftarkan, maka pintu tersebut akan terbuka secara automatik untuk masa yang tertentu dan akan tertutup dengan sendirinya setelah waktu tersebut tamat. 1
MASALAH 2 Satu projek yang bakal dibangunkan merupakan projek pengasingan sisa buangan yang boleh dikitar semula. Projek ini berfungsi dengan menggunakan kamera bagi mengesan kehadiran seseorang pada tong sisa buangan tersebut. Melalui pengesanan tersebut, maka tong sisa bunagn tersebut akan memberikan arahan tunjuk ajar kepada pengguna bagi memastikan pembuangan sisa buangan tersebut dilakukan dengan betul. Data dihantar melalui IOT ke platform IOT yang memaparkan data tahap tong melalui internet. Petunjuk ini boleh digunakan untuk memaklumkan pihak berkuasa bahawa tong sampah perlu dikosongkan.
MASALAH 3 Seorang pelajar telah mempunyai idea tentang sebuah produk yang akan dibangunkan bagi mengetahui kualiti air. Produk ini berfungsi dengan menggunakan meter TDS yang menunjukkan jumlah pepejal terlarut seperti garam, mineral dan logam, dalam larutan. Parameter ini boleh digunakan untuk memberi gambaran tentang kualiti air dan membandingkan air daripada sumber yang berbeza. Salah satu aplikasi utama meter TDS ialah pemantauan kualiti air akuarium. Pengujian kualiti air penting bagi memastikan sumber air yang digunakan bersih dan selamat.
Melalui masalah-masalah yang telah ditunjukkan diatas. Setiap dari idea yang telah dikeluarkan tidak mempunyai mikropengawal yang sesuai untuk digunakan. Oleh hal yang demikian, melalui panduan bagi beberapa mikropengawal dibawah, manakah mikropengawal yang sesuai bagi digunakan di dalam projek yang telah dicadangkan diatas. Setiap projek yang telah disenaraikan mempunyai satu mikropengawal yang telah diterangkan dibawah.
BAB 1 ARDUINO UNO
ARDUINO UNO (REV 3) Panduan asas yang diberikan pada Arduino Uno ini adalah bagi memberikan sedikit panduan asas tentang pernyataan masalah yang pertama
OBJEKTIF Pada bab ini, penerangan tentang Arduino Uno (Rev 3). Pada bab ini juga terdapat beberapa video tutorial yang membantu di dalam penggunaan Arduino Uno (Rev 3)
PENGENALAN Arduino Uno ialah papan mikropengawal berdasarkan ATmega328P. Ia mempunyai 14 pin input/output digital (yang mana 6 boleh digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, resonator seramik 16 MHz (CSTCE16M0V53-R0), sambungan USB, bicu kuasa, pengepala ICSP dan butang set semula . Ia mengandungi semua yang diperlukan untuk menyokong mikropengawal; hanya sambungkannya ke komputer dengan kabel USB atau kuasakannya dengan penyesuai AC-ke-DC atau bateri untuk bermula.. Anda boleh bermain-main dengan Uno anda tanpa terlalu risau tentang melakukan sesuatu yang salah, senario terburuk anda boleh menggantikan cip untuk beberapa dolar dan mulakan semula. "Uno" bermaksud satu dalam bahasa Itali dan dipilih untuk menandakan keluaran Perisian Arduino (IDE) 1.0. Papan Uno dan versi 1.0 Arduino Software (IDE) ialah versi rujukan Arduino, kini berkembang kepada keluaran yang lebih baharu. Papan Uno adalah yang pertama dalam satu siri papan Arduino USB, dan model rujukan untuk platform Arduino; untuk senarai luas papan semasa, lampau atau ketinggalan zaman lihat indeks papan Arduino.
BAHAGIAN-BAHAGIAN Bicu Kuasa Penyambung USB B (Connector) EEE-1EA470WP 25V Kapasitor Modul ATMEGA328P Butang set semula Pin digital input/output Penyambung pengepala pin Pengawal selia 5V (Regulator) Fius Poli Penukar USB-TTL
FUNGSI DIGITAL PIN INPUT/OUTPUT 1.Tiada Sambungan (Not Connected) 2. Rujukan I/0 (I/O References) 3. Set Semula (Reset) 4. Rel Kuasa +3V (Power Rail +3V) 5. Rel Kuasa +5V (Power Rail +5V) 6. Bumi (Ground) 7. Bumi (Ground) 8. Input Voltan (Voltage Input) 9. Input Analog 0 (Analog input 0) 10. Input Analog 1 (Analog input 1) 11. Input Analog 2 (Analog input 2) 12. Input Analog 3 (Analog input 3) 1.Pin digital 0/GPIO 2. Pin digital 1/GPIO 3. Pin digital 2/GPIO 4. Pin digital 3/GPIO 5. Pin digital 4/GPIO 6. Pin digital 5/GPIO 7. Pin digital 6/GPIO 8. Pin digital 7/GPIO 9. Pin digital 8/GPIO 10. Pin digital 9/GPIO 11. SPI Pilih Cip 12. SPI1 Utama Keluar Menengah Masuk 13. SPI Utama Dalam Keluar Menengah 14. Output jam bersiri SPI 15. Bumi 16. Voltan rujukan analog 17. Input analog 4/I2C Barisan data (pendua) 18. Input analog 5/I2C Barisan data (pendua)
1 2 3 4 5 6 ATMega16U2 Processor SPESIFIKASI ARDUINO PEMPROSES ATMega328P Processor AVR CPU at up to 16 MHz 32KB Flash 2KB SRAM 1KB EEPROM Pemasa/Kaunter 2x 8-bit dengan daftar tempoh khusus dan bandingkan saluran 1x Pemasa/Kaunter 16-bit dengan daftar tempoh khusus, tangkapan input dan bandingkan saluran 1x USART dengan penjana kadar baud pecahan dan pengesanan permulaan bingkai 1x pengawal/Antara Muka Peranti Bersiri persisian (SPI) 1x pengawal mod dwi/I2C persisian 1x Pembanding Analog (AC) dengan input rujukan berskala Pemasa Anjing Pengawas dengan pengayun pada cip yang berasingan Enam saluran PWM Sampuk dan bangun semasa penukaran pin 16 KB ISP Flash 512B EEPROM 512B SRAM debugWIRE interface for on-chip debugging and programming KESELAMATAN Power On Reset (POR) Brown Out Detection (BOD) PEMPROSES MEMORI PERANTI MEMORI 7 KUASA 2.7-5.5 volts
LUKISAN MEKANIKAL DAN 3D ARDUINO UNO REV 3 MEKANIKAL 3D LUKISAN 3D BOLEH DIAKSES PADA PAUTAN INI DAN IA MENGGUNAKAN APLIKASI SOLIDWORK
video tunjuk cara Bagi arduino uno rev 3
penyediaan arduino uno REV 3
MEMASUKKAN PEMPROGRAMMAN KEPADA ARDUINO UNO REV 3
LATIHAN 1. Apakah pemproses yang digunakan di dalam Arduino Uno? ……………………………………………………………………………………. 2. Senarai 3 bahagian yang terdapat di dalam Arduino Uno? ……………………………………………………………………………………. 3. Berapakah digital pin input/output yang terdapat pada Arduino Uno? ……………………………………………………………………………………. 4. Berikan satu peranti yang terdapat di dalam Arduino Uno? ……………………………………………………………………………………. 5. Berapakah USB port yang terdapat pada Arduino Uno? …………………………………………………………………………………….
BAB 2 RASPBERRY PI 4
RASPBERRY PI 4 Panduan asas yang diberikan pada Raspberry Pi 4 ini adalah bagi memberikan sedikit panduan asas tentang pernyataan masalah yang kedua
OBJEKTIF Pada bab ini, penerangan tentang Raspberry Pi 4. Pada bab ini juga terdapat beberapa video tutorial yang membantu di dalam penggunaan Raspberry Pi 4
PENGENALAN Raspberry Pi 4 Model B ialah produk terkini dalam rangkaian Raspberry Pi yang popular di kalangan komputer. Ia menawarkan peningkatan hebat dalam kelajuan pemproses, multimedia prestasi, ingatan dan ketersambungan berbanding dengan generasi sebelumnya Raspberry Pi 3 Model B+. Raspberry Pi juga mengekalkan beberapa ciri yang sama dan bersesuaian serta mengekal penggunaan kuasa yang sama. Untuk pengguna akhir, Raspberry Pi 4 Model B menyediakan prestasi desktop yang setanding dengan sistem PC x86 pada peringkat permulaan. Ciri utama produk ini termasuk quad-core 64-bit berprestasi tinggi pemproses, sokongan dwi-paparan pada resolusi sehingga 4K melalui sepasang port mikro-HDMI, penyahkod video perkakasan sehingga 4Kp60, sehingga 4GB RAM, LAN wayarles dwi-jalur 2.4/5.0 GHz, Bluetooth 5.0, Gigabit Ethernet, USB 3.0, dan keupayaan PoE (melalui alat tambah PoE HAT yang berasingan). LAN tanpa wayar dwi-jalur dan Bluetooth mempunyai pensijilan pematuhan modular, membenarkan papan direka bentuk menjadi produk akhir dengan pengurangan yang ketara ujian pematuhan, menambah baik kos dan masa ke pasaran.
BAHAGIAN-BAHAGIAN USB 2 USB 3 Gigabit Ethernet HDMO Port USB-C Power port 5V 40-Pin Input/Output 2.4/5 Wifi Bluetooth 5.0 MIPI DSI Display Port MIPI CSI Display Port
FUNGSI DIGITAL PIN INPUT/OUTPUT 1.3V 3. GPIO 2 5. GPIO 3 7. GPIO 4 9. Bumi (Ground) 11. GPIO 17 13. GPIO 27 15. GPIO 22 17. 3V 19. GPIO 10 21. GPIO 09 23. GPIO 11 25. Bumi (Ground) 27. SD_ID 29. GPIO 05 31. GPIO 06 33. GPIO 13 35. GPIO 19 37. GPIO 26 39. Bumi (Ground) 2. 5V 4. 5V 6. Bumi (Ground) 8. GPIO 14 10. GPIO 15 12. GPIO 18 14. Bumi (Ground) 16. GPIO 23 18. GPIO 24 20. Bumi (Ground) 22. GPIO 25 24. GPIO 08 26. GPIO 07 28. ID_SC 30. Bumi (Ground) 32. GPIO 12 34. Bumi (Ground) 36. GPIO 16 38. GPIO 20 40. GPIO 21
1 2 3 4 5 6 SPESIFIKASI RASPBERRY PI 4 PEMPROSES KESELAMATAN GRAFIK PERISIAN PERANTI MEMORI Quad core 64-bit ARMCortex A72 1, 2 and 4 Gigabyte LPDDR4 RAM mengikut pilihan H.265 (HEVC) hardware decode (up to 4Kp60) H.264 hardware decode (up to 1080p60) 802.11 b/g/n/ac LAN tanpa wayar Bluetooth 5.0 dengan BLE 1x Kad SD 2x port mikro-HDMI yang menyokong dwi paparan sehingga resolusi 4Kp60 2x port USB2 2x port USB3 1x port Gigabit Ethernet (menyokong PoE dengan tambahan PoE HAT) 1x port kamera Raspberry Pi (2 lorong MIPI CSI) 1x port paparan Raspberry Pi (2 lorong MIPI DSI) 28x GPIO pengguna menyokong pelbagai pilihan Grafik 3D VideoCore VI antara muka Menyokong output paparan HDMI dwi sehingga 4Kp60 Set Arahan ARMv8 Timbunan perisian Linux matang Dibangunkan dan diselenggara secara aktif Sokongan kernel Linux terkini Kawasan pengguna yang stabil dan disokong dengan baik Ketersediaan fungsi GPU menggunakan API standard
LUKISAN MEKANIKAL DAN 3D RASPBERRY PI 4 MEKANIKAL 3D LUKISAN 3D BOLEH DIAKSES MELALUI PAUTAN INI DAN IA MENGGUNAKAN APLIKASI SOLIDWORK
video tunjuk cara Bagi RASPBERRY PI 4
penyediaan RASPBERRY PI 4
MEMASUKKAN PEMPROGRAMMAN KEPADA RASPBERRY PI 4
LATIHAN 1. Apakah pemproses yang digunakan di dalam Raspberry Pi 4? ……………………………………………………………………………………. 2. Senarai 3 bahagian yang terdapat di dalam Raspberry Pi 4? ……………………………………………………………………………………. 3. Berapakah digital pin input/output yang terdapat pada Raspberry Pi 4? ……………………………………………………………………………………. 4. Berikan satu peranti yang terdapat di dalam Raspberry Pi 4? ……………………………………………………………………………………. 5. Berapakah USB port yang terdapat pada Raspberry Pi 4? …………………………………………………………………………………….
BAB 3 NODE MCU (ESP8266)
NODE MCU (ESP8266) Panduan asas yang diberikan pada Node mcu (ESP8266) ini adalah bagi memberikan sedikit panduan asas tentang pernyataan masalah yang ketiga
OBJEKTIF Pada bab ini, penerangan tentang Node mcu (ESP8266). Pada bab ini juga terdapat beberapa video tutorial yang membantu di dalam penggunaan Node mcu (ESP8266).
PENGENALAN ESP8266EX Espressif menyampaikan penyelesaian SoC Wi-Fi yang sangat bersepadu untuk memenuhi keperluan pengguna. Ia juga mempunyai permintaan yang berterusan untuk penggunaan kuasa yang cekap, reka bentuk padat dan prestasi yang boleh dipercayai dalam industri Internet of Things. Dengan keupayaan rangkaian Wi-Fi yang serba lengkap, ESP8266EX boleh lakukan sama ada sebagai aplikasi kendiri atau sebagai penggerak kepada MCU hos. Cache berkelajuan tinggi bersepadu membantu meningkatkan prestasi sistem dan juga mengoptimumkan memori sistem. ESP8266EX juga boleh digunakan pada mana-mana reka bentuk mikropengawal sebagai penyesuai Wi-Fi melalui antara muka SPI/SDIO atau UART. ESP8266EX menyepadukan suis antena, RF, penguat kuasa, penerimaan bunyi rendah penguat, penapis dan modul pengurusan kuasa. Reka bentuk yang padat dapat meminimumkan PCB saiz dan memerlukan litar luaran yang minimum. Selain fungsi Wi-Fi, ESP8266EX juga menyepadukan versi yang dipertingkatkan Pemproses 32-bit siri Berlian L106 Tensilica dan SRAM pada cip. Ia boleh disambungkan dengan penderia luaran dan peranti lain melalui GPIO. Kit Pembangunan Perisian (SDK) menyediakan kod sampel untuk pelbagai aplikasi. Platform Kesambungan Pintar (ESCP) Sistem Espressif membolehkan ciri-ciri canggih
BAHAGIAN-BAHAGIAN ESP 12-E Chip 2.4GHz Antenna 3.3V Voltage Regulator Butang Flash Butang Reset Mikro USB Port Pengubah USB ke TTL
FUNGSI DIGITAL PIN INPUT/OUTPUT GPIO 16 GPIO 05 GPIO 04 GPIO 00 GPIO 02 3.3V Bumi (Ground) GPIO 14 GPIO 12 GPIO 13 GPIO 15 GPIO 03 GPIO 01 3.3V Bumi (Ground) ADC 0 Simpanan Simpanan GPIO 10 GPIO 09 MOSI CS MOSI SCLK 3.3V Bumi (Ground) EN RST Bumi (Ground) Vin
1 2 3 4 5 6 SPESIFIKASI NODE MCU (ESP8266) PEMPROSES WI-FI PERISIAN RADIO PERANTI MEMORI 7 KUASA Tensilica L106 32-bit RISC SRAM dan ROM. MCU boleh mengakses unit memori melalui antara muka iBus, dBus dan AHB. 2.5 V ~ 3.6 V Menyokong Pembangunan Pelayan Cloud/ Perisian Tegar dan SDK untuk pengaturcaraan pada cip yang pantas IPv4, TCP/UDP/HTTP General Purpose Input/Output Interface (GPIO) Secure Digital Input/Output Interface (SDIO) Satu SPI Slave/Master am Satu HSPI Slave/Master am Antara Muka I2C dan 12S Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) Pulse-Width Modulation (PWM) IR Remote Control ADC (Penukar Analog-keDigital) Penerima 2.4 GHz Pemancar 2.4 GHz Penjana jam berkelajuan tinggi dan pengayun kristal Bias dan pengawal selia Pengurusan tenaga Sokongan 802.11 b/g/n •Sokongan 802.11 n (2.4 GHz), sehingga 72.2 Mbps Defragmentasi 2 x antara muka Wi-Fi maya Pemantauan suar automatik (TSF perkakasan) Infrastruktur Sokongan mod Stesen BSS/mod SoftAP/mod Promiscuous
LUKISAN MEKANIKAL DAN 3D RASPBERRY PI 4 MEKANIKAL 3D LUKISAN 3D BOLEH DIAKSES MELALUI PAUTAN INI DAN IA MENGGUNAKAN APLIKASI SOLIDWORK
video tunjuk cara Bagi Node mcu (ESP8266)
penyediaan Node mcu (ESP8266)
MEMASUKKAN PEMPROGRAMMAN KEPADA Node mcu (ESP8266)
LATIHAN 1. Apakah pemproses yang digunakan di dalam NodeMCU (ESP8266)? ……………………………………………………………………………………. 2. Senarai 3 bahagian yang terdapat di dalam NodeMCU (ESP8266)? ……………………………………………………………………………………. 3. Berapakah digital pin input/output yang terdapat pada NodeMCU (ESP8266)? ……………………………………………………………………………………. 4. Berikan satu peranti yang terdapat di dalam NodeMCU (ESP8266)? ……………………………………………………………………………………. 5. Berapakah USB port yang terdapat pada NodeMCU (ESP8266)? …………………………………………………………………………………….
NOTA TAMBAHAN
BAB 4 NOTA TAMBAHAN
PERBANDINGAN SPESIFIKASI
LATIH TUBI
BAB 5 LATIH TUBI
LATIHAN PENGUKUHAN Isi tempat kosong dengan memberikan nama kepada mikropengawal yang telah diberikan dibawah