THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH HIỂN THỊ LED MA TRẬN ĐIỀU KHIỂN BẰNG REMOTE HỒNG NGOẠI Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về vi điều khiển hiển thị led ma trận, module thời gian thực, cảm biến nhiệt độ và arduino nano. Nghiên cứu, thực hành các thao tác kĩ thuật điện tử cơ bản (lắp ráp, test mạch, mô phỏng, thiết kế...). Ngoài ra khi nghiên cứu đề tài em muốn tạo ra sản phẩm có ích trong một số lĩnh vực trong đời sống. Có thể đạt được độ chính xác cao trên 60%.
MỤC LỤC TRANG NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH .vi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 KHỐI THỜI GIAN THỰC 2.2 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DHT11 2.3 LED MA TRẬN MAX7219 2.4 REMOTE HỒNG NGOẠI HX1838 .8 2.6 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG .12 3.1 YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG .12 3.1.1 Yêu cầu hệ thống 12 3.1.2 Sơ đồ khối chức khối 12 3.1.3 Hoạt động hệ thống 13 3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG .13 3.2.1 Khối thời gian thực 13 3.2.2 Khối cảm biến nhiệt độ 13 3.2.3 Khối hiển thị 14 3.2.4 Khối remote hồng ngoại 15 3.2.5 Khối xử lý trung tâm 16 3.2.6 Khối nguồn 17 3.3 CHỨC NĂNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA PHẦN MỀM 17 3.4 LƯU ĐỒ .19 3.4.1 Lưu đồ giải mã remote hồng ngoại .19 3.4.2 Lưu đồ hoạt động khối xử lí trung tâm 20 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 21 4.1 Kết khối .21 4.2 Kết hoạt động toàn hệ thống 21 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .23 5.1 KẾT LUẬN 23 5.2 HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 23 5.2.1 Hạn chế 23 5.2.2 Hướng phát triển 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO .24 PHỤ LỤC 25 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT UART DC PC I2C Universal Asynchronous Receiver / Transmitter Direct Current Personal Computer Inter-Integrated Circuit I/O IC ADC hay A/D Input/Output Integrated Circuit Analog Digital Converter Truyền liệu nối tiếp bất đồng Dịng điện chiều Máy tính cá nhân Vi mạch tích hợp truyền thơng nối tiếp Ngõ vào/ngõ Mạch tích hợp Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂ Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật cho DS1307 .4 Bảng 2.2: Bảng thông số chân DS1307 .4 Bảng 2.3:Thông số kỹ thuật cho DHT11 Bảng 2.4: Bảng thông số chân cảm biến DHT11 Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật cho led ma trận MAX7219 Bảng 2.6: Bảng thông số chân led ma trận MAX7219 Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật cho Remote HX1838 Bảng 2.8: Thông số kỹ thuật cho Arduino Nano 10 Bảng 2.9: Bảng thông số chân Arduino Nano 11 YBảng 3.1: Dòng tiêu thụ điện áp linh kiện .17 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Mạch thời gian thực RTC DS1307 Hình 2.2: Cảm biến nhiệt độ DHT11 .5 Hình 2.3: Module led ma trận MAX7219 Hình 2.4: Remote hồng ngoại Hình 2.5: Arduino Nano 10 YHình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 12 Hình 3.2: Kết nối DS1307 với Arduino 13 Hình 3.3: Kết nối DHT11 với Arduino Nano 14 Hình 3.4: Hình ảnh module led ma trận Max7219 15 Hình 3.5: Remote hồng ngoại HX1838 15 Hình 3.6: Giao diện phần mềm Arduino IDE 18 Hình 3.7: Lưu đồ giải mã remote hồng ngoại 19 Hình 3.8: Lưu đồ hoạt động khối xử lý trung tâm 20 YHình 4.1: Hiển thị giờ, phút, giây module DS1307 21 Hình 4.2: Hiển thị ngày, tháng, năm module DS1307 21 Hình 4.3: Hiển thị giá trị nhiệt độ thu từ DHT11 21 Hình 4.4: Mơ hình sản phẩm 22 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU Xu hướng đại hoá hệ thống cơng nghiệp lẫn thiết bị đời sống Nói cách khác, thiết bị ngày số hoá để đáp ứng chất lượng cho hệ thống dễ dàng điều khiển sử dụng Trong cách mạng công nghiệp lần thứ 4, thiết bị điện tử thông minh đã, phát triển mạnh mẽ mang lại hiệu cao hầu hết lĩnh vực Chắc hẳn quan tâm thời tiết, nhiệt độ hôm nào?,… Xuất phát từ thực tiễn em chọn thực đề tài: “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH HIỂN THỊ LED MA TRẬN ĐIỀU KHIỂN BẰNG REMOTE HỒNG NGOẠI” mạch hiển thị led ma trận ứng dụng giúp hiển thị liệu hoạt động cách thông minh Thiết bị giúp người vừa xem nhiệt độ, ngày remote thiết bị điều khiển từ xa, từ đảm bảo việc xem thiết bị, hạn chế tình trạng lãng phí thời gian Ngồi tính đồng hồ điện tử, thiết bị mang nơi, dễ dành theo dõi tình hình cập nhật nhanh tốt 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nghiên cứu sở lý thuyết vi điều khiển hiển thị led ma trận, module thời gian thực, cảm biến nhiệt độ arduino nano Nghiên cứu, thực hành thao tác kĩ thuật điện tử (lắp ráp, test mạch, mô phỏng, thiết kế ) Ngoài nghiên cứu đề tài em muốn tạo sản phẩm có ích số lĩnh vực đời sống Có thể đạt độ xác cao 60% 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Arduino Nano - Module led ma trận 8x8 - Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 - Module thời gian thực DS1307 - Remote hồng ngoại HX1838 Kết nối module cảm biến với board Arduino để hiển thị giá trị cần thiết lên led ma trận 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu sở lý thuyết mạch hiển thị tên, ngày giờ, nhiệt độ…trên led ma trận điều khiển remote hồng ngoại Mục đích đề tài lựa chọn thuật tốn, phương pháp có độ xác tương đối để nhận diện remote tăng độ xác cho sản phẩm Tìm hiểu lý thuyết có liên quan ngôn ngữ Arduino 1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN Chương 1: Tổng quan: Nêu tính cấp thiết đề tài, xu hướng tình hình khoa học cơng nghệ Sự phát triển công nghiệp đời sống ngày từ đưa lý chọn đề tài xác định mục tiêu cho đề tài Chương 2: Cở sở lý thuyết: Trình bày tổng quan thành phần chức loại phần cứng có hệ thống, dẫn dắt chi tiết cụ thể để xây dựng hồn chỉnh mơ hình Chương 3: Thiết kế xây dựng hệ thống: Từ yêu cầu đề tài, trình bày sơ đồ hệ thống Nêu phương pháp xử lý liệu từ thiết kế mơ hình Chương 4: Kết thực hiện: Trình bày kết khối nhỏ kết điều khiển hiển thị led remote thơng qua hình ảnh, video Đưa hiển thị mong muốn lập trình Chương 5: Kết luận hướng phát triển: Dựa vào kết có từ chương 4, đưa kết luận tổng quan đạt chưa đạt đề tài Từ đưa hướng phát triển để cải thiện hệ thống CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 KHỐI THỜI GIAN THỰC [10] Mạch thời gian thực RTC DS1307 sử dụng để cung cấp thông tin thời gian: ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây, cho Vi điều khiển qua giao tiếp I2C, mạch tích hợp sẵn pin backup để trì thời gian trường hợp khơng cấp nguồn, ngồi mạch cịn tích hợp thêm IC EEPROM AT24C32 để lưu trữ thơng tin cần, thích hợp cho ứng dụng điều khiển đồng liệu thời gian thực RTC Hình 1: Mạch thời gian thực RTC DS1307 Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật cho DS1307 Thông số Min (nhỏ nhất) Nom (Chuẩn ) Max (tối đa) Đơn vị 4.5 5.5 V 2.2 Vcc+0 V -0.3 +0.8 V 3.5 V -1 μAA -1 μAA 1.5 mA ST T Ký hiệu Vcc VIH VIL VBAT Nguồn dự trữ ILI Dòng rò SCL ILO Dòng rò SDA ICCA Dòng tiêu thụ Điện áp cung cấp Điện áp vào mức cao Điện áp vào mức thấp Bảng 2.2: Bảng thông số chân DS1307 Châ n Tên Chức X1 X2 Kết nối với thạch anh 32.768KHz tiêu chuẩn Mạch dao động bên thiết kế để hoạt động với tinh thể có điện dung tải xác định 12,5pF VBAT Nguồn cung cấp đầu vào 3V dự phòng cho mạch Pin phải giữ ổn định để hoạt động thích hợp nguồn cung cấp dự phịng khơng cần thiết VBAT nối đất GND Ground SDA Đầu vào/ra liệu nối tiếp (giao tiếp I2C) Chân SDA truyền liệu cần có điện trở kéo lên bên ngồi (điện áp kéo lên lên đến 5.5V) SCL Đầu vào nối tiếp SCL truyền xung Clock đầu vào sử dụng để đồng hóa liệu SQW/OUT Điều khiển ngõ ra/ sóng vng VCC Nguồn sơ cấp Khi điện áp đặt giới hạn bình thường đọc ghi liệu Khi kết nối nguồn cung cấp dự phịng VBAT việc đọc ghi bị hạn chế (https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS1307.pdf) 2.2 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DHT11 [11] Cảm biến độ ẩm nhiệt độ DHT11 Temperature Humidity Sensor cảm biến thơng dụng chi phí rẻ dễ lấy liệu thông qua giao tiếp wire (giao tiếp digital dây truyền liệu nhất) Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp cảm biến giúp bạn có liệu xác mà khơng phải qua tính tốn So với cảm biến đời DHT22 DHT11 cho khoảng đo độ xác Hình 2: Cảm biến nhiệt độ DHT11 Bảng 2.3:Thông số kỹ thuật cho DHT11