Quy trình thiết kế LED trái tim báo cáo nhập môn ĐTVT

Facebook: https:www.facebook.comtailieulongdang Facebook: https:www.facebook.comtailieulongdang Facebook: https:www.facebook.comtailieulongdang Facebook: https:www.facebook.comtailieulongdang Facebook: https:www.facebook.comtailieulongdang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO NHẬP MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ LED TRÁI TIM

GVHD: PGS.TS Phạm Ngọc Nam

Nhóm thực hiện : Nhóm 17 lớp 83999

Các thành viên: Trần Đại Dương - Điện tử 01 K59

Nguyễn Trung Hiếu - Điện tử 01 K59 Đặng Tùng Long - Điện tử 02 K59 Nguyễn Thanh Phong - Điện tử 02 K59

Lê Văn Thịnh - Điện tử 02 K59

Hà nội, ngày 28 tháng 12 năm 2015

MỤC LỤC

Mục lục……… 2

A Lời mở đầu………4

B Quy trình thiết kế led trái tim……….5

Phần 1: Hình thành ý tưởng………5

1.1 Ứng dụng của đèn led trong đời sống……….5

1.2 Lý do chọn đề tài……… 5

Phần 2: Mô tả kỹ thuật……… 6

2.1 Xác định yêu cầu chức năng……….6

2.2 Xác định yêu cầu phi chức năng……….7

Phần 3: Phát triển kế hoạch……….8

3.1 Phân tích điểm mạnh, điểm yếu của các thành viên……… 8

3.2 Lập kế hoạch thiết kế sản phẩm……….10

Phần 4: Sơ đồ khối……… 10

4.1 Khối nguồn……….10

4.2 Khối điều khiển……….10

4.3 Khối hiển thị……… 10

Phần 5: Thiết kế chi tiết từng khối……….11

5.1 Khối nguồn………11

5.1.1 Phương án 1: Sử dụng sạc điện thoại………11

5.1.2 Phương án 2: Sử dụng pin 9V……….12

5.2 Khối điều khiển……… 13

5.2.1 Phương án 1: Sử dụng IC555 và IC4017……….13

5.2.1.1 Khái quát về IC555………13

5.2.1.2 Khái quát về IC4017……….15

5.2.2 Phương án 2: Sử dụng IC AT89S52……… 16

5.3 Khối hiển thị………19

Phần 6: Lựa chọn phương án tối ưu………19

6.1 Chọn khối nguồn………19

6.2 Chọn khối điều khiển………19

Phần 7: Kiểm tra……… 20

Phần 8: Sản xuất……… 21

Phần 9: Bàn giao sản phẩm ………22

C Kết luận……… 23

D Tài liệu tham khảo………24

A LỜI MỞ ĐẦU

Ngành điện tử càng phát triển, kéo theo những sản phẩm điện tử ngày càng phổ biến Với sự phát triển mạnh mẽ của vi điều khiển, chỉ cần một động tác nhỏ đủ làm cho các thiết bị được điều khiển một cách nhanh chóng

Với nhu cầu của con người để tạo ra những món quà tinh thần đặc biệt ý

nghĩa, chúng em đi đến quyết định thiết kế led trái tim

Trong quá trình thực hiện đề tài này chúng em đã rất cố gắng tốt những với vốn kiến thức còn hạn hẹp, cũng như những yếu tố khách quan khác mà không tránh khỏi nhiều sai sót Chúng em mong nhận được ý kiến góp ý từ thầy cô cũng như các bạn

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Phạm Ngọc Nam đã giúp đỡ

chúng em hoàn thành bài tập lớn này Hơn nữa thầy còn chỉ dẫn chúng em nhiều kiến thức trong cuộc sống: kĩ năng mềm, cách học tốt tiếng anh, kĩ năng làm việc nhóm và sử dụng một số phần mềm cơ bản

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

B QUY TRÌNH THIẾT KẾ LED TRÁI TIM

Phần 1: Hình thành ý tưởng 1.1 Ứng dụng của đèn led trong đời sống

Đèn LED ra đời từ những năm 60 của thế kỷ 20 và đến nay đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội Với nhiều cái “nhất” và “siêu” như: tuổi thọ cao nhất, có lợi cho sức khỏe nhất, siêu sáng, siêu tiết kiệm điện… đèn LED đã mang lại lợi ích vô cùng to lớn cho nhân loại Sau đây là những ứng dụng chứng tỏ được ưu thế vượt trội của nó

Trong giao thông, công nghệ LED tỏ ra vượt trội trong việc thỏa mãn tiêu chí tiết kiệm điện năng, mỹ quan, dễ điều khiển và bảo vệ môi trường

Đèn led còn có mặt rất nhiều trong các biển quảng cáo Các bảng hiệu quảng cáo đã có sự phát triển với sự đa dạng về chủng loại cũng như phong cách Nổi bật trong số đó là sự xuất hiện của đèn LED được các nhà quảng cáo rất “trọng dụng”

Đi khắp các con phố, chỗ nào chỗ nào chúng ta cũng có thể bắt gặp đèn LED trên biển quảng cáo

Đèn LED còn được dùng để trang trí nội thất vì nó có vẻ đẹp huyền bí và hiện đại, thích hợp với các thiết bị nội thất như bàn, ghế, giường, bồn tắm… Ánh sáng nhiều màu của đèn LED được thiết kế phù hợp với tâm trạng, cảm giác của chủ nhân căn phòng và mục đích sử dụng

Không chỉ có vậy, đèn LED còn phát triển trong công nghệ chế tạo thiết bị nghe nhìn Màn hình máy tính và ti vi công nghệ LED có ưu điểm vượt trội so với các công nghệ trước đây (TV Plasma, LCD, ti vi đèn hình ống tia điện tử) vì nó cung cấp màu sắc tươi sáng, chất lượng cao, hình ảnh cực kỳ sắc nét mà không chiếm không gian TV đèn nền LED cũng có chất lượng phát ánh sáng cao bởi vì chúng sử dụng một đi-ốt phát ánh sáng để tạo ra những hình ảnh siêu sáng

1.2 Lý do chọn đề tài

Trên đây nhóm đã điểm qua được một số ưu thế của đèn LED trong đời sống hiện đại Đèn LED có tính phổ biến cao, giá thành lại rẻ, hợp với túi tiền của sinh viên Là những sinh viên ngành điện tử viễn thông, chúng em đã nảy ra và quyết tâm thực hiện ý tưởng thiết kế LED TRÁI TIM

Phần 2: Mô tả kỹ thuật 2.1 Xác định yêu cầu chức năng

Hệ thống bao gồm 32 đèn led sắp xếp thành hình trái tim và nhấp nháy theo các hiệu ứng sau:

Hình 2.1 Vị trí và tên gọi của 32 LED

- Hiệu ứng 1: Đèn sáng từ LED số 1 theo chiều đồng hồ đến LED số 9, tiếp đến từ LED 16 chạy ngược chiều về LED số 10, rồi từ LED 24 chạy ngược về LED

17, cuối cùng chạy từ LED 32 đến LED 25 theo chiều kim đồng hồ Sau đó tắt ngược chiều kim đồng hồ từ LED 32 về LED 25, tiếp đến tắt từ LED 24 về LED 17, rồi tắt từ LED số 10 đến LED 16 , cuối cùng tắt từ LED 9 về LED số 1 ở giữa khe trái tim

Hiệu ứng 2: Chạy giống hiệu ứng 1 với chiều ngược lại

Hiệu ứng 3: Đồng thời sáng rồi tắt từ LED 1 đến LED 9, LED 16 về LED

10, LED 24 về LED 17 và LED 25 đến LED 32

Hiệu ứng 4: Sáng từ LED 24 về LED 17 cùng vời từ LED 1 đến LED 9, sau

đó là sáng từ LED 16 về LED 10 cùng vời từ LED 25 đến LED 32 Sau đó tắt ngược với chiều sáng

Hiệu ứng 5: Sáng rồi tắt đồng thời 2 LED rồi tắt từ LED 2 đến LED 9 cùng với từ LED 31 về LED 25 Sau đó LED 1,2,31,32 cùng sáng.trong khi sáng rồi tắt đồng thời 2 LED từ LED 16 về LED 10 và LED 24 về LED 17

Hiệu ứng 6: Nháy đồng thời các cặp:

Cặp 1: LED 1 đến LED 9 và LED 17 đến 24

Cặp 2: LED 10 đến 16 và LED đến LED 32

Hiệu ứng 7: Sáng đồng thời

Từ LED 1 đến LED 9 rồi tắt ngược lại

Từ LED 16 về LED 10 rồi tắt ngược lại

Từ LED 17 đến LED 24 rồi tắt ngược lại

Từ LED 25 đến LED 32 rồi tắt ngược lại

2.2 Xác định yêu cầu phi chức năng

Sản phẩm hoạt động trong môi trường không quá khắc nghiệt, nhiệt độ dưới

60 °C, độ ẩm không khí từ 10 đến 90 %, áp suất khoảng 1 atm

Sản phẩm thiết kế để đặt trang trí trên mặt bàn Để đảm bảo tính thẩm mĩ, sản phẩm phải được thiết kế bao gồm vỏ hộp hình trái tim và hệ thống mạch điện đặt bên trong hộp Hộp được làm bằng bìa carton bọc giấy màu đỏ bên ngoài Hộp

có nắp đậy, 32 đèn LED được gắn sát theo viền vỏ hộp thành hình trái tim Đèn LED có màu xanh, nổi bật trên nền giấy màu đỏ

Kích thước vỏ hộp là 20 x 20 cm, bề dày 5cm, đây là kích thước vừa phải không quá to không quá nhỏ, phù hợp để đặt tranh trí trên mặt bàn, mặt tủ,…

Hình 2.2 Kích thước của hộp LED trái tim Mỗi đèn LED có công suất nhỏ, cỡ vào khoảng 30 đến 60 mW, tuổi thọ của mỗi đèn khoảng 75000 giờ chiếu sáng

Sản phẩm hoạt động với điện áp 9V do pin cung cấp

Sản phẩm được dự tính sẽ hoàn thành trong 18 tuần kể từ khâu lên ý tưởng cho đến khâu bàn giao sản phẩm Giá thành sản phẩm dự tính là 150000 VNĐ

Phần 3: Phát triển kế hoạch 3.1 Phân tích điểm mạnh, điểm yếu của các thành viên

Trước khi bắt tay vào lên kế hoạch và phân công nhiệm vụ cho từng thành viên trong nhóm, nhóm 17 đã dành thời gian bàn bạc và liệt kê các ưu điểm và nhược điểm của từng thành viên trong nhóm, lấy đó làm cơ sở để hình thành kế hoạch trong thời gian tiếp theo

20 cm

Bảng 3.1 Bảng liệt kê điểm mạnh, điểm yếu của các thành viên trong nhóm

Đặng Tùng Long - Có tinh thần trách

nhiệm cao

- Có khả năng về lập trình

- Có kỹ năng làm việc nhóm tốt

- Kiến thức chuyên môn về điện tử còn nhiều hạn chế

- Chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế trong thiết kế mạch điện tử

- Các thao tác làm mạch thủ công vẫn còn chưa tốt, thiếu

kỹ năng

Nguyễn Thanh Phong - Có tinh thần trách

nhiệm cao

- Có kỹ năng ghi chép và ghi nhớ tốt

- Có kỹ năng làm việc nhóm tốt

Trần Đại Dương - Có tinh thần trách

nhiệm cao

- Có khả năng giao tiếp và diễn thuyết tốt

- Có kỹ năng làm việc nhóm tốt

Lê Văn Thịnh - Có tinh thần trách

nhiệm cao

- Có kỹ năng tốt về các phần mềm tin học văn phòng

- Có kỹ năng làm việc nhóm tốt

Nguyễn Trung Hiếu - Có tinh thần trách

nhiệm cao

- Có hiểu biết sơ lược về các linh kiện điện tử

- Có kỹ năng làm việc nhóm tốt

Nhìn chung tất cả các thành viên trong nhóm đều có chung các nhược điểm

đã kể trên, để khắc phục điều đó, nhóm đã phải tích cực học hỏi, nghiên cứu về các mạch điện tử, học cách sử dụng phần mềm Altium Designer, bỏ ra nhiều thời gian hơn để làm mạch in, hàn linh kiện,… để hoàn thành kỹ năng thực tế

3.2 Lập kế hoạch thiết kế sản phẩm

Sau khi đã phân tích ưu nhược điểm của các thành viên và đề ra phương án phát huy và khắc phục, nhóm đã lập ra kế hoạch chi tiết và phân công nhiệm vụ cụ thể cho từng thành viên Trong bước này, nhóm đã sử dụng phần mềm Microsoft Project để hỗ trợ việc quản lý dự án dễ dàng hơn

Hình 3.1 Lập kế hoạch bằng Microsoft Project 2013

Phần 4: Sơ đồ khối 4.1 Khối nguồn

Khối nguồn có chức năng cung cấp điện áp ổn định cho vi điều khiển và đèn led, đồng thời khối nguồn không được quá cồng kềnh, nó phải có kích thước vừa phải để có thể đặt được bên trong hộp trái tim

4.2 Khối điều khiển

Khối điều khiển làm nhiệm vụ điều khiển các đèn LED nháy sang theo đúng trình tự các hiệu ứng đã nêu trên Khối điều khiển phải được thiết kế nhỏ gọn, đặt được bên trong hộp trái tim, tiết kiệm năng lượng, chi phí

4.3 Khối hiển thị

Khối hiển thị là hệ thống 32 đèn LED được xếp thành hình trái tim, đèn LED thực hiện lấy tín hiệu và giao tiếp với khối điều khiển

Hình 4.1 Sơ đồ khối của LED trái tim

Hình 4.2 Hình ảnh một số loại đèn LED cỡ nhỏ

Phần 5: Thiết kế chi tiết từng khối 5.1 Khối nguồn

5.1.1 Phương án 1: Sử dụng sạc điện thoại

Đặc điểm của sạc điện thoại:

Cùng với sự phát triển không ngừng của thiết bị di động như máy tính xách tay, điện thoại di động, máy nghe nhạc MP3 và các thiết bị điện không dây, nhu cầu về pin sạc đã tăng mạnh trong những năm gần đây Sạc điện thoại có thiết kế đa dạng về mẫu mã, có nhiều sự lựa chọn, cung cấp điện áp

vào rất ổn định, thường là 5V, tuy nhiên kích thước lại cồng kềnh so với kích thước hộp trái tim

Hình 5.1 Sạc điện thoại

5.1.2 Phương án 2: Sử dụng pin 9V

Đặc điểm của pin điện hóa 9V:

Dẫu hiện nay có rất nhiều loại pin nhưng nguyên tắc hoạt động của chúng đều giống nhau Khi một thiết bị điện được nối đến pin, phản ứng xảy

ra bên trong pin và sản sinh năng lượng điện Phản ứng này được gọi là phản ứng điện hóa

Nhà vật lý người Ý Alessandro Volta là người đầu tiên phát hiện ra quá trình này vào năm 1799 khi ông tạo ra một bộ pin đơn giản từ các tấm kim loại và bìa giấy ngâm trong dung dịch muối Kể từ đó các nhà khoa học

đã cải tiến rất nhiều thiết kế sơ khai của Volta để tạo ra những viên pin từ nhiều loại vật liệu khác nhau và đa dạng về kích cỡ

Ngày nay, pin trở nên vô cùng phổ biến, xuất hiện ở khắp nơi quanh chúng ta Pin cung cấp nguồn năng lượng di động tạo ra rất nhiều sự tiện lợi

mà chúng ta đang thụ hưởng Pin có trong rất nhiều thiết bị điện tử như đồng

hồ, đèn pin, máy cạo râu, khoan điện, máy nghe nhạc, điện thoại kể cả xe máy, ô tô, máy bay, tàu thuyền…

Pin có giá thành rẻ, kích thước nhỏ gọn, cung cấp điện áp tương đối

ổn định Dưới đây là hình ảnh một số loại pin 9V có bán tại thị trường Việt Nam

Hình 5.2 Pin Toshiba 9V

Hình 5.3 Pin Panasonic 9V

5.2 Khối điều khiển

5.2.1 Phương án 1: Sử dụng IC555 và IC4017

5.2.1.1 Khái quát về IC555:

IC thời gian 555 được du nhập vào những năm 1971 bằng công ty Signetics Corporation bằng 2 dòng sản phẩm SE555/NE555 và được gọi là máy thời gian và cũng là loại có đầu tiên Nó cung cấp cho các nhà thiết kế mạch điện tử với chi phí tương đối rẻ, ổn định và những mạch tổ hợp cho những ứng dụng cho đơn ổn và không ổn định.Từ đó thiết bị này được làm ra với tính thương mại hóa 10 năm qua một số nhà sản suất ngừng sản suất loại

IC này bởi vì sự cạnh tranh và những lý do khác Tuy thế những công ty khác lại sản suất ra những dòng này IC 555 hiện nay được sử dụng khá phổ biến ở các mạch tạo xung, đóng cắt hay là những mạch dao động khác

a) Thông số:

+ Điện áp đầu vào : 2 - 18V + Dòng tiêu thụ : 6mA - 15mA + Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V + Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 - 0.06V + Công suất tiêu thụ (max) 600mW

b) Chức năng của 555:

+ Tạo xung + Điều chế được độ rộng xung (PWM) + Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại

c) Sơ đồ nguyên lý:

Hình 5.4 Sơ đồ nguyên lý IC555

d) Cấu tạo chân IC555:

Hình 5.5 Sơ đồ chân IC555

+ Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là chân chung

+ Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp.Mạch so sánh ở đây dùng các transitor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc

+ Chân số 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic Trạng thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1 1 ở đây là mức cao nó tương ứng với gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà trong thực tế mức 0 này không được 0V mà nó trong khoảng từ (0.35 ->0.75V)

+ Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nối masse thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6 Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên VCC

+ Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND Chân này có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định

+ Chân số 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác và cũng được dùng như 1 chân chốt

+ Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử

và chịu điều khiển bỡi tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại.ngược lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động

+ Chân số 8 (Vcc): là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động Không có chân này coi như IC chết Nó được cấp điện áp từ 2V đến 18V

5.1.1.2 Khái quát về IC4017:

IC4017 là IC đếm thường được sử dụng kết hợp với IC555 để tạo hiệu ứng các đèn LED nháy lần lượt theo thời gian

Hình 5.6 Sơ đồ chân IC4017

Hình 5.7 Mạch nguyên lý kết hợp IC555 và IC4017

5.2.2 Phương án 2: Sử dụng IC AT89S52

a) Tổng quan về IC AT89S52

AT89S52 là họ IC vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất Các sản phẩm AT89S52 thích hợp cho những ứng dụng điều khiển Việc xử lý trên byte và cáctoán số học ở cấu trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện bằng nhiều chế

độ truy xuất dữliệu nhanh trên RAM nội Tập lệnh cung cấp một bảng tiện dụng của những lệnhsố học 8 bit gồm cả lệnh nhân và lệnh chia Nó cung cấp