130 THIẾT KẾ MÔ HÌNH LED CUBE 8X8X8 Phạm Thành Vinh, Phạm Công Viên Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh GVHD ThS Nghiêm Hoàng Hải TÓM TẮT Đề tài tập trung nghiên cứu về tính[.]
Trang 1THIẾT KẾ MÔ HÌNH LED CUBE 8X8X8
Phạm Thành Vinh, Phạm Công Viên
Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP.Hồ Chí Minh
GVHD: ThS Nghiêm Hoàng H ải
TÓM TẮT
Đề tài tập trung nghiên cứu về tính ứng dụng của led cube Nhóm tác giả đã tính toán thiết kế được phần cơ khí khung led cube, cơ cấu chuyển đổi từ chế độ nháy bình thường sang chế độ nháy theo nhạc Tính toán, thiết kế được phần điện nguồn, điện điều khiển, mạch led hiển thị Xây dựng được thuật toán điều khiển, lập trình và mô phỏng Sản phẩm là hệ thống điều khiển điện tử có chức năng gồm: sử dụng để chiếu sáng, làm đẹp, trang trí bởi khả năng thay đổi màu sắc độc đáo
1 GIỚI THIỆU
Led cube hiện tại đang sử dụng rộng rãi khắp mọi nơi Sản phẩm led được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông Điểm hấp dẫn ở loại đèn này là này nó có thể sử dụng để lắp đặt ở những nơi khó thay lắp chẳng hạn như bên ngoài toà nhà, bể bơi thay vì phải sử dụng bóng đèn thông thường Ưu điểm của mô hình led cube này là hiệu ứng đẹp mắt, khối khung đẹp[8,9]
Khối LED 8x8x8 gồm 8 tầng ma trận LED, mỗi tầng gồm 64 LED được chia thành 8 hàng ngang và 8 hàng dọc 64 LED trong 1 tầng được nối chung chân âm cathode là 8 tầng được nói chung anode tạo thành 64 cột
Trạng thái của một LED sẽ được quyết định bởi tín hiệu điện áp đi vào đồng thời cả 2 chân Ví dụ: để LED sáng thì điện áp 5V phải đưa vào chân dương và chân âm phải được nối đất, LED sẽ tắt khi không có điện áp đưa vào chân dương [5-9]
Mạch sử dụng nhiều linh kiện: TIP41C, IC 74HC295, PIC 16F887… và các dụng cụ- phụ kiện khác Hướng nghiên cứu và chế tạo led cube được nghiên cứu nhiều trong các Trường Đại học và các ứng cho chương trình quảng cáo[1-6]
Hình 1. PIC16F887
Trang 2Hình 2. Sơ đồ khối và các chân của IC74HC595
2 THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
Hình 3 Sơ đồ nguyên lý của mô hình LED CUBE 8x8x8
– Để cho 1 led bất kỳ bật sáng, ta nối chân anode chung của lớp với điểm có điện thế cao, và nối điện thế thấp cho chân cathode của bóng led nào cần thắp sáng [1-5]
– Việc cấp điện thế cao cho các lớp được thực hiện bới 8 transitor PNP được phân cực ở vùng bão hòa và vùng ngưng tương ứng với mức logic 0 và 1[1-5]
– Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau) Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ
Trang 3thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn đi ốt thông thường, trong khoảng 1,5 đến 3V Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao Do đó LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra[6,7]
3 NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, THI CÔNG MẠCH
Sơ đồ khối:
Hình 4. Sơ đồ khối
Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho hệ thống ta chọn nguồn +5v cho mạch Trong mô hình ta có
thể dùng jack cắm DC để kết nối với adapter 5V
Khối vi xử lý: Khối này có nhiệm vụ xử lý các tín hiệu Ở đây dùng PIC16F887, đây là khối quan
trọng – nơi nạp code vào để điều khiển mạch hoạt động
Khối port: Khối này có nhiệm vụ chia các cổng để điều khiển từng mảng led khác nhau Khối này
được kết nối với khối vi xử lý để nhận thông tin vào kích thích chúng thực hiện công việc
Khung led cube 8x8x8: Khung này tạo hình thành khối lập phương với cạnh dài 7inch Mỗi led cách nhau 1 inch và có 8 led trên mỗi cạnh Có tổng cộng 512 led đơn kết nối với nhau tạo thành khối led cube 8x8x8 [5-9]
4 MÔ PHỎNG SẢN PHẨM TRÊN MÁY
Sau khi thiết kế sơ đồ nguyên lý và tiến hành vẽ PCB được thể hiện trong Hình 5, hiển thị đầy đủ các chân linh kiện và cách đi dây:
Hình 5. Sơ đồ layout của mô hình LED CUBE 8x8x8
Trang 4Sau khi đi dây thành công trong PCB ta đuợc 1 mạch 3D mô phỏng các linh kiện [8,9] và vị trí của nó trên mạch Từ mạch mô phỏng ta dễ dàng tiến hành thi công và lắp đặt mạch như Hình 6:
Hình 6. Mô phỏng 3D
5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN CÔNG TRÌNH
Sau khi lắp đặt các bộ phận chính của mô hình led cube 8x8x8 thì ta được kết quả như sau:
Hình 7. Mô hình led 8x8x8
6 KẾT LUẬN
Sau một thời gian thực hiện đề tài cơ bản đã hoàn thành đúng thời gian và kết quả thu được gần như đáp ứng được yêu cầu đề ra Khối led cube được thiết kế bao trong vỏ hộp bằng mica tạo thêm tính thẩm mỹ cho khối led Về mặt ổn định và hiệu quả làm việc mạch hoạt động tốt tuy nhiên vẫn còn một số điểm mắc phải do yếu tố về mặt thời gian và kinh nghiệm Tuy nhiên cũng có nhiều khó khăn và hạn chế trong quá trình thực hiện, thời gian là vấn đề khó khăn lớn nhất Trình độ lập trình có hạn nên các hiệu ứng trong khói led chưa thực sự đẹp và bắt mắt
Trang 56 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Nâng cao khả năng lập trình để thêm vào các hiệu ứng nhấp nháy theo nhạc, cho phép hiện thị ảnh động trong khối led
Trong thời gian tới sẽ cố gắng phát triển nhiều loại khối led, sử dụng các loại vi điều khiển khác nhau như PIC hay AVR
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Rakesh.N, Pradeep Kumar.A, Ajay.S, Design and Manufacturing of Low Cost Pneumatic Pick And Place Robot, International Journal of Scientific & Technology Research Volume 2, Issue 8, August 2013
[2] M Kostadinović, M Stojčev, Z Bundalo and D Bundalo, 2010 ‘Simulation model of DC servo motor control,’ Proceedings of 14th Int Power Electronics and Motion Control Conf EPE-PEM, Ohrid, pp: T7-10 -T7-14
[3] Wang Z., Chen Z., Zhang J 2012 ‘Servo Motor Position Control Based on DSP,’ In: Zhang T (eds) Mechanical Engineering and Technology Advances in Intelligent and Soft Computing, vol
125 Springer, Berlin, Heidelberg
[4] M Md Kamal and N Mamat, 2009 ‘Controller design for servo motor,’ IEEE Symposium on Industrial Electronics & Applications, Kuala Lumpur, pp 926-929
[5] Mạch vi điều khiển Arduino Mega: https://www.arduino.cc/
[6] Sách Điện tử 1
[7] Sách Điện tử 2
[8] https://www.youtube.com/watch?v=GUaA8LlzVy8&t=343s
[9] https://www.youtube.com/watch?v=sTSFFvzLdVA&t=434s