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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG NHÓM A01-B NHÓM 23 GVHD : Thầy Trương Quang Vinh T12/2018 BÁO CÁO 100% BÀI TẬP LỚN MÔN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG Nhóm 23 STT GVHD : Trương Quang Vinh Họ & tên Đặng Phước Hoàng Trần Nho Đức Tr n Việt Hưng Lương Hữu Chung Lê Văn Sơn MỤC LỤC I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ĐẶC TẢ HỆ THỐNG a Product Specification b Engineering Specification g Hardware Specification 11 h Software Specification 11 i Test Specification 11 Embedded Symstem Design Issues 12 a Constraint Issues 12 b Functional Issues 12 c Real – Time Issues 12 d Concurrent issues 12 e Reactive issues 13 Team Contract 13 Project Plan 14 II THIẾT KẾ 15 HARDWARE 15 a Schematics 15 b Mạch PCB 17 II KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 15 THI CÔNG 15 a Schematics 15 b Mạch PCB 17 THÀNH PHẨM 17 a Schematics 17 b Mạch PCB 17 KIỂM TRA 17 ĐÁNH GIÁ 17 I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ĐẶC TẢ HỆ THỐNG a Product Specification Tên sản phẩm : Simple Music Keyboard Purpose : Chức giải trí, phát nhạc, có bàn phím piano Sản phẩm có hình dạng chiến piano mini, có kích thước nhỏ gọn ( chiều dài khoảng 20cm) Sẽ có hệ thống phím giống y bàn phím piano thật, gồm hệ thống nốt ( Đô – Rê – Mi – Pha –Son – La – Si ) Ngồi , có nút nhấn khác dùng để chỉnh tone , cao độ, độ ngân, độ lớn nhỏ sản phẩm Ngoài chức trên, nhóm cịn tích hợp vào sản phẩm chức chạy nhạc sẵn có, cách sử dụng remote (hoặc nút nhấn), bạn chọn hát có s ẵn để phát ngồi) Để sản ph ẩm thêm phần hấp dẫn, sản phẩm cịn có LCD, thị trạng thái, nội dung hát chạy, cao độ nhấn phím keyboard Sẽ có hệ thống LED bên nhấp nháy theo điệu nhạc ( theo cao độ tiết tấu) Cuối cùng, nhóm trang trí sản phẩm với hộp đèn làm giấy với nhiều họa tiết bắt mắt Input & Output o Input : Nút nhấn (nhấn để tiếng kêu, nốt nhạc) Remote (bấm để chọn hát) o Usecase : Ouput : LCD (hiện thị nốt nhạc chơi) Loa phát nhạc LED thị chớp nháy cho sinh động Function Các nút nhấn vi điều khiển đọc đầu vào liên tục, nút bị nhấn, vi điều khiển phát loa âm với tần số (cao độ) tương ứng định nghĩa sẵn Mạch bluetooth nhận tín hiệu từ remote vi xử lí đọc tín hiệu phát hát tương ứng loa, đồng thời thị nội dung LCD, dải LED điều khiển nháy thoe điệu nhạc Âm to rõ nhờ trợ giúp mạch khuếch đại âm hát có sẵn lưu vào thẻ nhớ gắn SDcard Breakout Board Performanc Có thể chơi hát đơn giản nốt cao độ e: Có hệ thống nâng hạ tơng Có thể chơi hát mặc định Có thể dừng, phát tiếp hay chuyển Có led nhấp nháy theo điệu nhạc Manufactoring Cost : Arduino UNO : 100.000 VND LCD – 16x2 – B : 30.000 VND IC 74HC595 : 2000 VND Speaker ohm : 30.000 VND Button : 10.000 VND Biến trở 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 lớn, board arduino UNO R3 Bên cạnh cịn có thêm bread board khách hàng yêu cầu sử dụng, làm mạch in tiết kiệm kích thước giá thành cao Kích thước khoảng 20x20x10 cm, khoảng 500g Installation : Để nơi khơ thống mát, tránh ánh trực tiếp Ngồi để đâu nhà b Engineering Specification Hardware : Arduino UNO LCD – 16x2 – B IC 74HC595 Speaker ohm Button Biến trở 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 processing Hiện thị tần số, nốt lên LCD Nút nhấn có độ nhạy vừa phải c Description :Loa phát tiếng to vừa nghe, không bị rè Thời gian trể không kể Delay tối đa 0.2s Đây coi nhạc cụ, nhấn nút 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 C 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 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 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 LCD 16x2, 3” inch 5x7 pixel/ letter SPeaker: Purpose: Tạo âm ( tiếng bíp ) Requirement: Độ to không thay đổi Hardware component Speaker 8ohm Rectifier diode LED: Hardware component Green led Purpose: Mô mở khóa thành cơng Requirement: Độ sáng vừa phải Red led T g Hardware Specification Hardware : 10 11 12 13 14 15 Arduino UNO LCD – 16x2 – B IC 74HC595 Speaker ohm Button Biến trở 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 Về chức bàn phím : Các nút nhấn vi điều khiển đọc đầu vào liên tục, nút bị nhấn, vi điều khiển phát loa âm với tần số (cao độ) tương ứng định nghĩa sẵn Mhiệạuchs ẽbluetoothphátbài hátnhậtươngtínhiứngệut ừraremoteloa,đồ ngsẽ đượthờichiviệnx ửthlíị nđọộic tín dung LCD, dải LED điều khiển nháy thoe điệu nhạc Âm to rõ nhờ trợ giúp mạch khuếch đại âm hát có sẵn lưu vào thẻ nhớ gắn SDcard Breakout Board h Software Specification Sử dụng arduino IDE thư viện, hàm có sẵn để thực sản phẩm Code nạp trực tiếp xuống Arduino Một số hàm sử dụng Hàm tone(pin, frequency, duration) i Test Specification Devide : Voltage meter Bread board Dây cắm bread board Laptop ( sử dụng trang web nhận diện cao độ , độ vang âm) Test Processing Nhấn nút ( Đô – Rê – Mi – Pha – Son – La – Si ) kiểm tra cao độ , độ lớn … Nhấn nút chức năng, cao độ, độ lớn, dừng, phát xem có hoạt động tốt khơng 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 khơng Cuối cùng, xem lại tổng thể chơi nhạc Embedded Symstem Design Issues a Constraint Issues Giá thành rẻ Nhỏ, gọn dễ mang Kích thước < 20 cm Hiệu suất cao Dễ nhìn, nút bấm phải dễ bấm, có độ nhạy vừa phải b Functional Issues Nút nhấn dễ nhấn, cách xa nhau, an tồn khơng hở điện Loa phát âm nghe vừa phải , khơng chói tai, khơng gây ồn ào, đau nhức Cao độ phát phải nhạc Không phát hát khơng có quyền, gây phản cảm hay ảnh hưởng đến trị, kinh tế c Real – Time Issues LCD, phát nhạc cố định : Soft real-time system : Delay < 0.5s Các âm phát nhấn bàn phím d Soft real-time system : Delay < 0.2s 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 e Reactive issues + Sản phẩm có cơng tắc, ngắt cơng tắc ngát nguồn, không hoạt động + Tuy nhiên sau bật lên chạy liên tục, đợi nhận tín hiệu từ nút nhấn, remote phím chức + Hệ thống tương tác trực tiếp với người dùng qua nút chức Team Contract Team name : F23 Team member Trần Nho Đức Đặng Phước Hoàng Minh Trần Việt Hưng Lương Hữu Chung Lê Văn Sơn TASKS Develop system architecture Design hardware Develop software Develop software 5.Integrate and test Team meeting Team rules Focus on results rather than excuses after Don’t offense together Mutual trust 2.3 Implement hardware board Project Plan PROJECT PLANNING Team name Product name Main features Estimate time Estimate cost Team members Schedule Design system architecture Design hardware part Design hardware part 2.2 Design interface Develop software part Arduino UNO : 100.000 VND LCD – 16x2 – B : 30.000 VND IC 74HC595 : 2000 VND Speaker ohm : 30.000 VND Biuttonếtr ở: 10K.000:2VND.500VND Mạch khuếch đại âm 6W : 20.000 VND SDcard Breakout Board : 10.000 VND Tụ điện 4700pF : 1.000 VND 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) 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 Student : Leader Student ,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 THIẾT KẾ HARDWAR E a Schematics Phần nhạc piano Phần phát hát qua SD card b Mạch PCB SOFTWARE a Lưu đồ giải thuật START Các đèn led tắt Các phím piano hoạt động Các phím piano bấm Phát nốt loa Delay 0.2s Lệnh thoát menu b Giải thích giải thuật + Xác định tên cơng tắc menu, giá trị tần số cho phím số phím đàn piano + Viết chương trình cho hát để dễ dàng thêm xóa nhiều hát Bắt đầu bật piano: + Các đèn led tắt, tất phím piano hoạt động + Vịng lặp phát nút menu bấm tắt tất phím piano bật led để biết chế độ menu Trong chế độ menu + Nhấn nút menu để qua lại hát, nhấn phím đàn để phát hát hiển thị LCD + Màn hình LCD hiển thị hát phát, sau quay lại đeirm menu hát kết thúc Từ phát lại tiếp tục phát hát có danh sách có sẵn + 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 trống đèn led tắt phím đàn piano hoạt động trở lại III KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG TIẾN HÀNH THI CƠNG a Mơ chạy thử demo - Để đảm bảo an toàn cho sản phẩm cuối cùng, chỉnh sửa bổ sung thêm tính cho sản phẩm - Nhóm định mơ trước sản phẩm mình, cụ thể băng proteus số bên thứ khác - Kết chạy mô thành công - Nhóm tiếp tục tiến hành cắm breadboard để test sản phẩm - Kết thành công b Thi công - Đi layout phần mềm Altium - Sau thiết kế làm mach in xong , kết hợp breadboard VOM để test mạch (trước test phần mềm) - Cuối kết nối phần cứng lại với THÀNH PHẨM Nhìn chung sản phẩm hồn thiện, có tính thẩm mĩ cao Kích thước : 10x7x15 (cm) Cân nặng (khoảng 150g) Sử dụng nguồn nuôi từ adapter jack cắm USB KIỂM TRA Trong suốt q trình thi cơng thiết kế, nhóm test sản phẩm liên tục để đảm bảo độ xác Sản phẩm chạy tốt đáp ứng đầy đủ tiêu chí đặt ĐÁNH GIÁ Sản phẩm chạy tốt Delay thấp, đáp ứng yêu cầu realtime Thẩm mĩ cao, hình khối đẹp, nhẹ dễ mang Âm phát đê nghe, âm vừa phải (do có khuếch đại âm dung LM386) Tuy nhiên cần phải dùng nguồn điện ổn định, không bị nhiễu, dẫn đến lao bị rè Tài liệu tham khảo [1] Slide thiết kế hệ thống nhúng – Thầy Trương Quang Vinh [2] Các tài liệu tham khảo internet ...BÁO CÁO 100% BÀI TẬP L? ?N M? ?N THIẾT K? ?? HỆ THỐNG NHÚNG Nhóm 23 STT GVHD : Trương Quang Vinh Họ & t? ?n Đặng Phước Hoàng Tr? ?n Nho Đức Tr n Việt Hưng Lương Hữu Chung Lê V? ?n S? ?n MỤC LỤC I... (do có khuếch đại âm dung LM386) Tuy nhi? ?n c? ?n phải dùng ngu? ?n đi? ?n ? ?n định, không bị nhiễu, d? ?n đ? ?n lao bị rè Tài liệu tham khảo [1] Slide thiết k? ?? hệ thống nhúng – Thầy Trương Quang Vinh [2]... cơng tắc, ngắt cơng tắc ngát ngu? ?n, không hoạt động + 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 + Hệ thống tương tác trực tiếp với người dùng qua n? ?t chức