BÁO cáo bài tập lớ n THIẾT k ế hệ THỐNG NHÚNG

    HỌC BÁCH KHOA TRƯỜNG ĐẠI ĐẠI HỌ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM BÁO CÁO BÀI TẬP LỚ N THIẾT K Ế HỆ THỐNG NHÚNG NHÓM  NHÓMA01-B 23 GVHD : Thầy Trương Quang Vinh  T12/2018     BÁO CÁO 100% BÀI TẬ TẬP LỚ  LỚ N MÔN THIẾ THI ẾT K Ế H  HỆ Ệ TH  THỐ ỐNG NHÚNG  Nhóm 23 STT Họ & tên Họ MSSV Đặng Phướ c Hoàng Minh Tr ần ần Nho Đức Tr n Việt Hưng  Lương Hữu Chung Lê Văn Sơn  1612006 1610802 1611448 1610313 1612964 GVHD : Trương Quang Vinh      MỤC LỤ LỤC  I.  GIỚ  GIỚ I THIỆU THIỆU ĐỀ TÀI ĐỀ TÀI  C TẢ TẢ H  HỆ  THỐ 1.  ĐẶ ĐẶC Ệ TH ỐNG  a.  Product Specification  b.  Engineering Specification  g.  Hardware Specification  11 h.  Software Specification  11 i.  Test Specification  11 2.  Embedded Symstem Design Issues  12 a.  Constraint Issues  12 b.  Functional Issues  12 c.  Real Real –   Time Issues   –  Time d.  Concurrent issues  12 12 e.  Reactive issues  13 3.  Team Contract  13 4.  Project Plan  14 II.  THIẾ THI ẾT K Ế  15 1.  HARDWARE  15 a.  Schematics  15 b Mạ Mạch PCB  17   17 II.  KIỂM KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ TH HỆ THỐ ỐNG  15 1.  THI CÔNG  15 a.  Schematics  15 b Mạ Mạch PCB  17   17 2.  THÀNH PHẨ PHẨM  17 a.  Schematics  17 b Mạ Mạch PCB  17   17 3.  KIỂ KIỂM TRA  17 4.  ĐÁNH GIÁ  17       I.  GI GIỚ  THIỆU ĐỀ TÀI Ớ I THIỆU ĐỀ TÀI 1.  ĐẶ C TẢ TẢ H  HỆ  THỐ ĐẶC Ệ TH ỐNG a.  Product Specification Specification   Tên sản phẩm : Simple Music Keyboard   Purpose : Chức giải trí, phát nhạc, có bàn phím mộ t    piano   Sản phẩm có hình dạng chiến piano mini, có kích thướ c nhỏ gọn ( chiều dài khoảng 20cm) Sẽ có hệ thống phím giống y bàn phím  piano thật, gồm hệ thống nốt ( Đô –  Rê  Rê –  Mi  Mi –  Pha  Pha – Son Son –  La  La  –  Si  Si )  Ngồi , sẽ có nút nhấn khác dùng để chỉnh tone , cao độ, độ ngân, độ lớ n nhỏ của sản phẩm  Ngoài chức trên, nhóm cịn tích hợ  p vào sản  phẩm chức chạy nhạc sẵn có, cách sử dụng remote (hoặc nút nhấn), bạn có thể chọn        bài ẵnthêm để phát Để shát ản có ấ p dẫn, sản phẩm cịn có phẩsm phầran hngồi) LCD, sẽ hiện thị tr ạng thái, nội dung hát chạy, cao độ khi nhấn phím keyboard Sẽ có hệ thống LED bên nhấp nháy theo điệu nhạc ( theo cao độ và tiết tấu) Cuối cùng, nhóm sẽ trang trí sản phẩm vớ i hộp đèn làm giấy vớ i nhiều họa tiết bắt mắt         Input & Output o  Input :       Nút nhấn (nhấn để ra tiếng kêu, nốt nhạc) Remote (bấm để chọn hát) o  Ouput :   LCD (hiện thị nốt nhạc chơi)     Loa phát nhạc   LED thị chớp nháy cho sinh độ ng   Usecase :        Function  Các nút nhấn vi điều khiển đọc đầu vào liên tục, nút bị nhấn, vi điều khiển sẽ phát loa âm vớ i tần số  (cao độ) tương ứng định nghĩa sẵ n    Mạch bluetooth nhận tín hiệu từ remote sẽ đượ c vi xử lí đọc tín hiệu sẽ phát  phát hát tương ứng loa, đồng thờ i thị nội dung LCD, dải LED sẽ được điều khiển nháy thoe điệu nhạc    Âm sẽ to rõ nhờ   ssự tr ợ  ợ  giúp giúp mạch khuếch đại âm hát có sẵn sẽ được lưu vào thẻ nhớ   ggắn ở  SDcard  SDcard Breakout Board     :   Performance   Có thể chơi hát đơn giản nốt cao độ     Có hệ thống nâng hạ tơng   Có thể chơi hát mặc định   Có thể dừng, phát tiế p hay chuyển   Có led nhấp nháy theo điệ u nhạc   Manufactoring Cost :   Arduino UNO : 100.000 VND   LCD –  16x2  16x2 –  B  B : 30.000 VND   IC 74HC595 : 2000 VND   Speaker ohm : 30.000 VND      Button : 10.000 VND Biến tr ởở  10K  10K : 2.500 VND   Mạch khuếch đại âm 6W : 20.000 VND   SDcard Breakout Board : 10.000 VND     Tụ điện 4700pF : 1.000 VND   Bread board : 20.000 VND   Tổng : 280.000 VND     Power : Nguồn 9V Physical size/weight :      Sử dụng board arduino UNO R3 để điều khiển loa spreaker + lcd 16x2 : nhũng linh kiện kích thước lớ n, n, board arduino UNO R3    Bên cạnh cịn có thêm bread board nế u khách hàng yêu cầu sử dụng, làm mạch in sẽ tiết kiệm kích thướ c giá thành sẽ cao hơn.     Kích thướ c khoảng 20x20x10 cm, khoảng 500g   Installation :   Để nơi khơ thống mát, tránh ánh trự c tiế p     Ngồi có thể để bất cứ đâu nhà  b.  Engineering Specification   Hardware :                                         Arduino UNO LCD –  16x2  16x2 –   B B IC 74HC595 Speaker ohm Button Biến tr ởở  10K  10K Mạch khuếch đại âm 6W SDcard Breakout Board Tụ điện 4700pF Bread Board ( Test) Remote , module bluetooth LED đơn  Dây LED        Nguồn 5V Thẻ nhớ     Requirements :   Real –  time  time processing   Hiện thị đúng tần số, nố t lên LCD    Nút nhấn có độ nhạ y vừa phải     c.  Description :   Loa phát tiếng to vừa nghe, không bị rè   Thờ i gian tr ể không kể    Delay tối đa 0.2s    Đây coi nhạc cụ, nhấn nút sẽ gửi tín hiệu đến vi xử lý phát nhạc loa, nội dung lên LCD LED d.  External Environment:      The product will be used anywhere in your house , put on table      Temperature is from 10 to 50 0C   e.  System connectivity: f.  Major modules and their interfaces: Button interface:   Purpose:     Có nút nhấn bàn phím ma trận   Requiement:        Có chống rung phím, hành trình phím dài   Là nút nhấn thả kiểu button     Thời gian nhận tín hiệu liện tiếp cách 0.5 giây   Hardware component Keypad with 7+ button Interface Single end, GPIO( 0>.7), 3.3 V/ V Component Part Number AK-1607-N-BBW-R   Note Button is off-board, connect by wires and  pin header 2mm pitch EEPROM:   Purpose:   Bộ nhớ chứa liệu âm liệu cấu hình ( thời gian phát tiếng bíp, âm lượng tiếng bíp    Requirement:   Chứa loại tiếng bíp khác nhau: kéo dài 0.5 giây, kéo dài giây liên hồi 10 phút.    Chứa liệu cấu hình ( nhập đúng, nhập sai, sai lần, âm lượng cài đặt truóc.     Hardware component EEPROM Interface SPI ( 0->.7), 3.3V supply Component Part Number M95M02DWMN3TP/K Note EEPROM capacity is 1KB(Atmega 328) LCD:   Purpose:   Màn hình hiển thị, chế độ ( nhập, đổi mật ),  thị đáp ứng nhập đúng/ sai mật     Requirement:   2.9 inch   16 bit trắng đen       Góc rộng.    Hardware Component Interface LCD 16x2, 3” inch  inch  SPI(.0->.7), VDD/VCC/ 5V DC 5x7 pixel/ letter supply Component Part Number LM016L Note http://iotsky.vn/san pham/lcd1602-xanhduong-16x2.html SPeaker:   Purpose:   Tạo âm ( tiếng bíp )     Requirement:   Độ to không thay đổi được.    Hardware component Speaker 8ohm Rectifier diode LED: Interface pins header pins header Componient part number SBM2  SBU8J  SBU8J  Note   Purpose:   Mơ mở khóa thành cơng     Requirement:   Độ sáng vừa phải.    Hardware component Interface Green led Through hole Component Part Number Note 1.9 - 4.0 ( V ) 10 mA   Through hole Red led g.  Hardware Specification   Hardware : 1.63 - 2.03 (V) 10 mA  1.  Arduino UNO 2.  LCD –  16x2  16x2 –  B  B 3.  IC 74HC595 4.  Speaker ohm 5.  Button 6.  Biến tr ởở   10K 10K 7.  Mạch khuếch đại âm 6W 8.  SDcard Breakout Board 9.  Tụ điện 4700pF 10. Bread Board ( Test) 11. Remote , module bluetooth 12. LED đơn  13. Dây LED 14.  Ngu Nguồn 5V 15. Thẻ nhớ     Về chức củ a bàn phím :    Các nút nhấn vi điều khiển đọc đầu vào liên tục, nút   bị nhấn, vi điều khiển sẽ phát loa âm vớ i tần số (cao độ) tương ứng định nghĩa sẵ n    Mệạuchsẽbluetooth nhậtương n tín hiứng sẽ đượ  ệu từra remote  phát hát  phát loa, đồng ộic tín hi thờ ichiviệnxửth líị nđọ dung LCD, dải LED sẽ được điều khiển nháy thoe điệu nhạc    Âm sẽ to rõ nhờ   ssự tr ợ  ợ  giúp giúp mạch khuếch đại âm hát có sẵn sẽ được lưu vào thẻ nhớ   ggắn ở   SDcard Breakout Board  h.  Software Specification   Sử dụng arduino IDE thư việ n, hàm có sẵn để thực sản phẩm    Code sẽ đượ c nạ p tr ực tiế p xuống Arduino      Một số hàm đượ c sử dụng    Hàm tone(pin, frequency,  i. Test Specification duration)       Devide :          Voltage meter Bread board Dây cắm bread board Laptop ( sử dụng trang web nhận diện cao độ , độ vang âm)  âm)    Test Processing    Nhấn nút ( Đô –  Rê  Rê –  Mi  Mi –  Pha  Pha –  Son  Son –          độ  , độ lớn …  …  La –  Si ) kiểm tra cao độ ,  Nhấn nút chức năng, cao độ, độ lớn, dừng, phát phá t xem có hoạt động tốt không  không  Sử dụng remote để mở hát bất kỳ, kiểm tra xem Loa phát nhạc có kịp thời khơng, LCD có hiển thị nội dung khơng LED nhấp nháy có đẹp không  Cuối cùng, xem lại tổng thể chơi nhạc nào  2. Embedded Embedded Symstem Design Issues a.  Constraint Issues   Giá thành rẻ  rẻ     Nhỏ, gọn dễ mang đi      Kích thước < 20 cm  cm     Hiệu suất cao  cao    Dễ nhìn, nút bấm phải dễ bấm, có độ nhạy vừa phải  phải        b.  Functional Issues    Nút nhấn dễ nhấn, cách xa nhau, an tồn khơng khơn g hở điện  điện    Loa phát âm nghe vừa phải , khơng chói tai, không gây ồn ào, đau         nhức  nhức  Cao độ phát phải nhạc  nhạc   Khơng phát hát khơng có quyền, gây phản cảm hay ảnh hưởng đến trị, kinh tế  tế  c.  Real Real –   –  Time  Time Issues   LCD, phát nhạc cố định :   Soft real-time system : Delay < 0.5s   Các âm phát nhấn bàn phím     Soft real-time system : Delay < 0.2s   d.  Concurrent issues     Vi xử lí nhận tín hiệu từ nút nhấn, remote truyền tới Loa, LCD  dải LED để thực nhiệm vụ : phát nhạc, thị nội dung nháy đền theo nhạc  nhạc    e.  Reactive issues + Sản phẩm có cơng tắc, ngắt cơng tắc ngát nguồn, không hoạt động  động  + Tuy nhiên sau bật lên chạy liên tục, đợi nhận tín hiệu từ nút nhấn, remote phím chức năng.    + Hệ thống tương tác trực tiếp với người dùng qua nút chức năng    3. Team Team Contract Team name : F23 Team member Role Signature Leader, system engineer Tr ần ần Nho Đức Hardware design Đặng Phướ c Hoàng Minh Software design Tr ần Việt Hưng  Lương Hữu Chung Hardware design Software design Lê Văn Sơn  TASKS Develop system architecture Responsible member ần Nho Đức Tr ần Design hardware Đặng Phướ c Hoàng Minh Develop software Tr ần Việt Hưng  Develop software Lê Văn Sơn  5.Integrate and test Lương Hữu Chung Team meeting 14h30 , Wednesday, weekly Participate in all team meetings Team rules carefully to all comments at deadlines meetings Listen Complete all assigned tasks before Focus on results rather than excuses after Don’t offense together   Mutual trust     4.  Project Plan PROJECT PLANNING Team name Product name Main features Estimate time Estimate cost F23 Simple Music Keyboard Like a mini pinano Can play a song with button Play some default song with remote control Display contents in LCD and LED months (8hour/ a day) Arduino UNO : 100.000 VND LCD –  16x2  16x2 –  B  B : 30.000 VND IC 74HC595 : 2000 VND Speaker ohm : 30.000 VND Button VNDVND Bi ến tr ở  ở: 10K  10.000 10K : 2.500 Mạch khuếch đại âm 6W : 20.000 VND SDcard Breakout Board : 10.000 VND Tụ điện 4700pF : 1.000 VND Bread Board ( Test) : 20.000 VND Remote , module bluetooth : 10.000 VND Dây LED : 10.000 VND  Nguồn 5V : 20.000 VND Thẻ nhớ  : : 15.000 VND Tổng : 280.000 VND Team members Schedule Design system architecture Design hardware part Design hardware part 2.2 Design interface 2.3 Implement hardware board Develop software part Student : Leader Student 21 ,3 : Hardware design Student 4,5 : Software design Month Month Month   3.1 Develop control algorithm 3.2 Develop driver, user interface 3.3 Implement software  program Integrate and test 4.1 Simulate operations 4.2 Verify system   II.  THI THIẾ ẾT K Ế  1.  HARDWARE a. Schematics   Phần nhạc piano         Phần phát hát qua SD card       b Mạ Mạch PCB     SOFTWARE thuật a Lưu đồ gi đồ giảải thuậ     START Các đèn led tắt Các phím piano hoạt động Các phím Phát n ốt loa piano b ấ m Delay 0.2s Phím menu b ấ m Chuy ển qua ch ế  độ menu led sáng Lệnh thoát menu b Giả Giải thích giả giải thuậ thuật + Xác định tên công tắc menu, giá tr ị tần số cho phím số 7 phím đàn piano.  + Viết chương trình cho hát để dễ dàng thêm xóa nhiều  bài hát hơn.  Bắt đầu bật piano: đầu bậ + Các đèn led tắt, tất cả các phím piano hoạt động   + Vòng lặ p phát nút menu đượ c bấm sẽ tắt tất cả các phím piano bật  trong chế độ menu led để biết ở  trong Trong chế chế độ  menu độ menu + Nhấn nút menu để qua lại hát, nhấn bất k ỳ phím  phím đàn để phát hát đượ c hiển thị trên LCD Mànmenu hình LCD  hiểk nếth   + ị bài  bài T hát sau lđó quay đeirm bàisẽhát t thúc ừ đó có phát, thể phát ại ho ặc tilại ế p tục phát hát có danh sách có s ẵn +  Nhấn đúp vào nút menu để  khởi động lại menu từ đầu + Để quay lại sử dụng phím đàn piano, chuyển qua phần cịn lại hát menu Khi hình menu tr ống ống đèn led tắt phím đàn piano sẽ hoạt động tr ở  ở l lại III.  KIỂM KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ TH HỆ THỐ ỐNG 1.  TI TIẾ ẾN HÀNH THI CƠNG a.  Mơ phỏ chạ chạy thử  thử  demo  demo -  Để đảm bảo an toàn cho sản phẩm cuối cùng, chỉnh sửa bổ sung thêm tính cho sản phẩm -   Nhóm định mơ trướ c sản phẩm mình, cụ thể là  băng proteus mộ số bên thứ 3 khác -  K ết quả chạy mô thành cơng -   Nhóm tiế p tục tiến hành cắm breadboard để test sản phẩm -  K ết quả cũng thành công  b.  Thi công -  Đi layout trên phần mềm Altium     -  Sau thiết k ế và làm mach in xong , k ết hợ  p breadboard VOM để test mạch (trước test phầ n mềm) -  Cuối k ết nối phần cứng lại vớ i   2.  THÀNH PHẨ PHẨM    Nhìn chung sản phẩm hồn thiện, có tính thẩm mĩ cao    Kích thướ c : 10x7x15 (cm)   Cân nặng (khoảng 150g)       Sử dụng nguồn nuôi từ adapter jack cắm USB 3.  KIỂ KIỂM TRA   Trong suốt q trình thi cơng thiết k ế, nhóm test sản phẩm liên tục để đảm bảo độ chính xác   Sản phẩm chạy tốt đáp ứng đầy đủ các tiêu chí đặt 4.  ĐÁNH GIÁ  GIÁ           Sản phẩm chạy tốt   Delay thấp, đáp ứng đượ c yêu cầu realtime   Thẩm mĩ cao, hình khối đẹ p, nhẹ và dễ mang đi    Âm phát đê nghe, âm vừ a phải (do có  khuếch đại âm dung LM386)   Tuy nhiên cần phải dùng nguồn điện ổn định, không sẽ bị  nhiễu, dẫn đến lao bị rè   Tài liệ liệu tham khả khảo [1] Slide thiết k ế hệ thống nhúng –  Th  Thầy Trương Quang Vinh  [2] Các tài liệu tham khảo internet  ... BÁO CÁO 100% BÀI TẬ TẬP LỚ  LỚ? ?N M? ?N THIẾ THI ẾT K? ?Ế? ?H  HỆ Ệ TH  THỐ ỐNG NHÚNG  Nhóm 23 STT Họ & t? ?n Họ MSSV Đặng Phướ c Hoàng Minh Tr ? ?n ? ?n Nho Đức Tr n Việt Hưng  Lương Hữu Chung Lê V? ?n S? ?n? ?... Tuy nhi? ?n sau bật l? ?n chạy li? ?n tục, đợi nh? ?n t? ?n hiệu từ n? ?t nh? ?n, remote phím chức n? ?ng.    + Hệ thống tương tác trực tiếp với người dùng qua n? ?t chức n? ?ng    3. Team Team Contract Team name... piano bật  trong chế độ menu led để biết ở  trong Trong chế chế độ  menu độ menu + Nh? ?n nút menu để qua lại hát, nh? ?n bất k? ?ỳ phím  phím đ? ?n để phát hát đượ c hi? ?n thị tr? ?n LCD Mànmenu hình LCD