Hiển thị hình ảnh từ camera trên Led Matrix dùng kit Raspberry PI 3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THƠNG HIỂN THỊ HÌNH ẢNH TỪ CAMERA TRÊN LED MATRIX DÙNG KIT RASPBERRY PI GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH: NGUYỄN ĐĂNG KHOA MSSV: 12141113 SVTH: TRẦN HỮU TRỰC MSSV: 12141246 SKL 0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2017 TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tp HCM, ngày tháng năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Đăng Khoa MSSV: 12141113 Trần Hữu Trực MSSV: 12141246 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 510302 Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ: D Khóa: 2012 Lớp: 12141DT1A I TÊN ĐỀ TÀI: HIỂN THỊ HÌNH ẢNH TỪ CAMERA TRÊN LED MATRIX DÙNG KIT RASPBERRY PI II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: - Tài liệu camera, panel led matrix RGB - Kit Raspberry Pi ngơn ngữ lập trình - Thư viện panel led ma trận RGB , protocol flaschen taschen Nội dung thực hiện: - Kết nối panel led với kit Raspberry Pi - Lập trình cho hệ thống lấy hình ảnh từ camera panel led - Chạy mạch, nhận xét kết quả, đưa kết luận III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/10/2016 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 1/1/2017 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ThS Nguyễn Đình Phú BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ii TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tp HCM, ngày tháng năm 2017 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Đăng Khoa Lớp: 12141DT1A MSSV: 12141113 Họ tên sinh viên 2: Trần Hữu Trực Lớp: 12141DT1A MSSV: 12141246 Tên đề tài: Hiển thị hình ảnh từ camera led matrix dùng kit Raspberry Pi Tuần/ngày Nội dung Tuần Tìm đề tài Tuần Tìm hiểu hoạt động raspberry pi Tuần Cài đặt hệ điều hành cho kit Raspberry Pi Tuần Lập trình C với chân I/O để nhúng liệu Tuần Tìm hiểu thư viện tác giả Henner Zeller Tuần Hiển thị ảnh động lên LED Tuần Hiển thị video lên LED Xác nhận GVHD iii Tuần Tìm hiểu phần mềm VLC, hiển thị hình ảnh từ camera lên LED Tuần Viết luận văn Tuần 10 Chỉnh sửa, in đồ án GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iv LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Nếu có gian lận xin chịu trách nhiệm nội dung đồ án Người thực đề tài Nguyễn Đăng Khoa Trần Hữu Trực v LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy, cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM tận tình dạy bảo giúp đỡ chúng em suốt trình học tập trường nói chung thầy, khoa Điện-Điện Tử nói riêng Các thầy cô khoa Điện-Điện Tử truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm khơi dậy niềm đam mê tìm tịi sang tạo trong chúng em từ tảng bản, đam mê nhỏ nhoi giúp chúng em nổ lực hoàn thành đồ án cuối cùng, đồ án tốt nghiệp tạo ra, bước đệm cho phát triển sau chúng em Đặc biệt, chúng em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đình Phú tận tình giúp đỡ trình chọn đề tài hỗ trợ suốt trình thực đề tài Trong trình thực xảy nhiều khúc mắc, thiếu sót đơn đốc góp ý thầy chúng em gặt hái nhiều kiến thức kinh nghiệm Một lần chân thành cảm ơn thầy Nhóm chân thành cảm ơn sâu sắc đến bạn Phạm Thế Vinh chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu cho nhóm thực tốt đề tài Cuối cùng, chúng xin chân thành cảm ơn động viên hỗ trợ gia đình cha mẹ suốt trình học tập Chúng xin gửi cảm ơn trân trọng đến bậc sinh thành nuôi dưỡng, hỗ trợ chúng từ kinh phí tinh thần giúp chúng hồn thành tốt đề tài Nhóm em xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Nguyễn Đăng Khoa Trần Hữu Trực vi MỤC LỤC TRANG BÌA i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii LỜI CAM ĐOAN .v LỜI CẢM ƠN vi MỤC LỤC vii LIỆT KÊ HÌNH x LIỆT KÊ BẢNG xiiiii Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .2 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT .5 2.1 LED RGB: 2.1.1 Cấu tạo: .5 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 2.2 Panel LED RGB: 2.2.1 Nguyên lý hoạt động 2.2.2 Cổng kết nối 2.2.3 Sơ đồ nguyên lý Panel LED RGB 2.3 IC 74HC245 10 2.3.1 Nguyên lý hoạt động: 11 2.4 IC 74HC138: .11 2.4.1 Nguyên lý hoạt động 12 2.5 IC TLC5926 12 2.6 IC SSF4953 .14 2.6.1 Nguyên lý hoạt động 15 2.7 Camera Raspberry Pi V2 8MP 15 2.8 MÁY TÍNH NHÚNG: 16 2.8.1 Máy tính nhúng Friendly ARM Mini 2440: 17 vii 2.8.2 Máy tính nhúng BeagleBone Black: 17 2.8.3 Máy tính nhúng Raspberry Pi 3: .18 2.8.4 Lựa chọn máy tính nhúng phù hợp: 19 2.9 Kit Raspberry Pi .19 2.9.1 Wireless radio: 20 2.9.2 Antenna .21 2.9.3 Vi xử lý 21 2.9.4 Chip USB 22 2.9.5 GPIO: 22 2.10 Phần mềm VLC cho Debian: 23 2.11 Điểm ảnh (pixel) 24 2.12 Pixel Format Framebuffer 28 2.13 Framebuffer: 30 2.14 Bit Plane: 31 2.15 Hệ điều hành Raspbian 32 2.16 Ngôn ngữ C++ 32 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 34 3.1 GIỚI THIỆU .34 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 38 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống .38 3.2.2 Tính tốn thiết kế mạch 39 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG .44 4.1 GIỚI THIỆU .44 4.2 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG .44 4.2.1 Lắp ráp, lập trình kiểm tra thiết bị 44 4.3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN .64 4.3.1 Tổ chức liệu 64 4.3.2 Hàm khởi tạo Frame Buffer 65 4.3.3 Hàm xác định địa ô nhớ Framebuffer ( hàm ValueAt) 65 4.3.4 Hàm thay đổi nội dung Framebuffer 65 4.3.5 Hàm điều khiển GPIO Setbits ClearBits 67 4.3.6 Chương trình hiển thị hình ảnh: 67 4.4 Giao thức Flaschen-Taschen 70 viii 4.4.1 Server 71 4.4.2 VLC 72 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 74 5.1 PANEL LED MATRIX 74 5.2 KIT RASPBERRY PI VÀ CAMERA 74 5.3 KẾT QUẢ 75 5.3.1 Hình ảnh sản phẩm 75 5.3.2 Hình ảnh câu lệnh điều khiển Raspberry thông qua Putty 77 5.3.3 Hình ảnh hiển thị 78 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 80 6.1 KẾT LUẬN .80 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC 84 ix LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: LED RGB loại dán (SMD)……………………………… ……………………………………… … Hình 2.2: Kích thước sơ đồ chân LED dán…………………………… …………………… … …….5 Hình 2.3: Panel LED RGB P5……………………………………………………………….……………… ……….6 Hình 2.4: Mặt sau Panel LED………………………………………………………….………………… ……6 Hình 2.5: HUB 75……………………………………………………………………………………………………… …….7 Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý Panel LED RGB…………………………………………………………… ……8 Hình 2.7: Sơ đồ chân IC 74HC245……………………………………………………………….…… …… ……9 Hình 2.8: Sơ đồ chân IC 74HC138 …………………………………………………… …………… … …….10 Hình 2.9: Sơ đồ chân IC TLC5926 ………………………………………… ……………………… ……… 11 Hình 2.10: Giản đồ xung chế độ Normal Mode ………………………………… … ….………13 Hình 2.11: IC SSF4953 …………………………………………………………………………… ……… ….………14 Hình 2.12: Cấu tạo FDS4953 ……………………………………………….…………………….….………14 Hình 2.13: Camera Raspberry Pi V2 MP.…………………………………………… …….…….………15 Hình 2.14: Friendly ARM Mini 2440 ……………………………………………………………….….………16 Hình 2.15: BeagleBone Black ……………………………………………………………………………….………17 Hình 2.16: Kit Raspberry Pi ……………………………………………………………………………….………19 Hình 2.17: Wireless Radio ………………………………………………………………… ………………….…….19 Hình 2.18: Antenna ………………………………………………………………………… ……………………….……20 Hình 2.19: Chip Broadcom BCM2837 …………………………………………………………………….… 20 Hình 2.20: Chip SMSC LAN9514 ……………………………………………… ………………………….…21 Hình 2.21: GPIO Raspberry Pi …………………………………………….…………………………… 22 Hình 2.22: VLC …………………………………………………………………………………….……………………… 22 Hình 2.23 Ảnh gốc hình ảnh sau phóng to ……………………………………….…………….24 Hình 2.24: Ảnh màu (a), ảnh xám (b), ảnh nhị phân (c) …………………………… ….…………24 Hình 2.25: Số điểm ảnh đơn vị diện tích ………………………………….…………25 Hình 2.26: Q trình quét xen kẽ video……………………………………………………… …… ……… 26 Hình 2.27: Quá trình quét video……………………………………………………………….… … 27 Hình 2.28: FrameBuffer 16 bit ………………………………………………… ……………………….…………28 Hình 2.29: FrameBuffer 24 bit ………………………………………………… ………………………….………28 Hình 2.30: FrameBuffer 32 bit …………………………………………………… ……………………….………29 Hình 2.31: Framebuffer bit …………………………………………………………….………………………… 29 Hình 2.32: Framebuffer …………………………………………………………………………………….…….…… 30 Hình 2.33: Bit Plane ………………………………………………………………….……………………………………30 Hình 2.34: Desktop Raspbian………………………………………………………………………………….…… 31 Hình 2.35 Ngơn ngữ C ++…………………………………… …………………………………… ……………… 32 Hình 3.1: Hệ thống hình led thực tế (1)…………………………………………………… 34 Hình 3.2: Hệ thống hình led thực tế (2)…………………………………………………… 34 Hình 3.3: Ứng dụng hình led sân vận động………………………………………………….35 Hình 3.4: Hệ thống hình led tối thiểu……………………………………………………………………36 Hình 3.5: Card Nova……………………………………………………………………………………………………… 37 Hình 3.6: Card HD……………………………………………………………… …………………………………………37 Hình 3.7: Sơ đồ khối hệ thống ……………………………………………… …………………………… 38 Hình 3.8: Sơ đồ kết nối Raspberry Pi mạch …………………………… …………….40 x