Đồ án nhập môn kỹ thuật thiết kế đèn led hình cây thông

Với mục tiêu nhằm thỏa mãn sở thích và bước đầu làm quen với chuyên ngành Điện tử - viễn thông, nhóm tác giả quyết định tạo ra một sản phẩm quen thuộc với các bạn sinh viên: mạch đèn LED

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ sinh ra để phục vụ con người Con người nghiên cứu, xây dựng, sáng tạo, phát triển công nghệ và sử dụng chúng trong nhiều lĩnh vực như kinh tế, khoa học, văn hóa, nghệ thuật, giải trí

Công nghệ vi điều khiển ra đời không hề nằm ngoài những mục đích kể trên Vào những năm đầu thập kỷ 70 của thế kỷ 20, vi điều khiển ra đời và được sử dụng trong các thiết bị đầu cuối, máy in, các hệ thống tự động Theo dòng chảy thời gian, vi điều khiển càng được ứng dụng nhiều vào trong cuộc sống ở trong các thiết bị điện tử Vi điều khiển ở xung quanh chúng ta: máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, máy tính, dây chuyền tự động,

Ngày nay, vi điều khiển còn được ứng dụng để sáng tạo ra những món quà độc đáo như LED hình cây thông, LED ngôi sao, giày phát sáng, mạch LED nhấp nháy theo nhạc,

Với mục tiêu nhằm thỏa mãn sở thích và bước đầu làm quen với chuyên ngành Điện tử - viễn thông, nhóm tác giả quyết định tạo ra một sản phẩm quen thuộc với các bạn sinh viên: mạch đèn LED hình cây thông

Vì kiến thức còn hạn chế và kỹ năng chưa tốt, chúng em mong thầy có những ý kiến đánh giá, nhận xét cũng như phê bình để chúng em được trau dồi nhiều kinh nghiệm trong quá trình học tập sau này hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Chương 1: Giới thiệu ý tưởng 3

1.1 Ứng dụng của đèn LED trong cuộc sống 4

3.2 Sơ đồ khối chi tiết 7

3.3 Lựa chọn phương án tối ưu 8

3.3.1 Lựa chọn phương án tối ưu cho nguồn điện 8

3.3.2 Lựa chọn phương án tối ưu cho IC 9

3.3.4 Lựa chọn phương án tối ưu cho đèn LED 10

3.4 Mạch nguyên lí 11

Hình 1.1 Sơ đồ khối của mạch LED hình cây thông 6

Hình 1.2 Sơ đồ khối chi tiết của mạch LED hình cây thông 7

Hình 1.3 Mạch nguyên lí của mạch LED hình cây thông 11

Hình 1.4 Mạch in của mạch LED hình cây thông 12

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Lựa chọn phương án tối ưu cho nguồn điện 8

Bảng 3.2 Lựa chọn phương án tối ưu cho IC 9

Bảng 3.3 Lựa chọn phương án tối ưu cho đèn LED 10

Mạch LED hình cây thông là một đề tài quen thuộc đối với những sinh viên ngành kỹ thuật, đặc biệt đối với những sinh viên thuộc chuyên ngành điện tử

Trong bản báo cáo về đề tài mạch LED hình cây thông này, nhóm tác giả sẽ trình bày những phần cơ bản nhất của nhất đề tài mà không đi quá sâu vào yếu tố kỹ thuật, điện tử của đề tài

Bản báo cáo bao gồm phần mở đầu, 5 chương và phần kết luận Trong đó, các

chương lần lượt là Giới thiệu ý tưởng, Mô tả kỹ thuật, Kế hoạch, Thiết kế phần cứng

Chương 1: Giới thiệu ý tưởng

1.1 Ứng dụng của đèn LED trong cuộc sống

Đèn LED được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống của chúng ta, chúng ta có thế dễ dàng nhận thấy đèn LED ở mọi nơi xung quanh như biển quảng cáo, đèn trang trí, đèn giao thông,

Không chỉ trong để trang trí, đèn LED còn được sử dụng trong thẩm mĩ để làm đẹp da, trong nông nghiệp,ánh sáng của đèn LED giúp kích thích cây cối sinh trưởng tốt hơn

1.2 Lí do chọn đề tài

Nhóm tác giả đi đến quyết định thực hiện sản phẩm mạch LED hình cây thông bởi mạch có những ưu điểm sau:

Thứ nhất, đây là một mạch rất phổ biến, dễ sử dụng và có tính ứng dụng cao.Thứ hai, mạch LED hình cây thông có giá thành hợp lí với sinh viên, vì vậy nên việc thực hiện sản phẩm có thể tiến hành thuận lợi

Thứ ba, mạch LED hình cây thông có nhiều nguồn tham khảo nên phù hợp với những sinh viên năm nhất có kiến thức còn hạn chế như nhóm tác giả để thực hiện, đồng thời đây cũng là cách để nhóm trau dồi kỹ năng, kinh nghiệm học tập

1.3 Ứng dụng của sản phẩm

Mạch LED hình cây thông có những ứng dụng thực tế sau: món quà độc đáo, ý nghĩa tặng gia đình, bạn bè, người thân; trang trí nhà cửa, phòng riêng; trang trí đường phố, cửa hàng; làm biển hiệu,

Chương 2: Lập kế hoạch

Trong chương thứ hai, nhóm tác giả nêu lên những mốc thời gian tương ứng trong quá trình thực hiện sản phẩm, tương ứng với thời gian dự định cần thiết để hoàn thiện quá trình ấy

Bước 1: Lập bản mô tả kỹ thuật

Xây dựng bản mô tả kỹ thuật nhằm định hướng những yêu cầu cơ bản mà sản phẩm cần có

Nhóm tác giả dự kiến hoàn thiện bản mô tả kỹ thuật từ ngày 29/11/2021 đến ngày 04/12/2021

Bước 2: Lập kế hoạch

Xây dựng kế hoạch nhằm giúp cho quá trình thực hiện sản phẩm không bị chậm trễ và giúp cho việc thực hiện được rõ ràng hơn

Thời gian dự kiến từ ngày 05/12/2017 đến ngày 09/12/2021

Bước 3: Thiết kế sơ đồ khối

Việc thiết kế sơ đồ khối là công việc bắt buộc đối với mọi sản phẩm kỹ thuật Nhờ có sơ đồ khối, kỹ sư có thể phân hoạch rõ ràng từng phần của sản phẩm và có những phương án tối ưu đối với từng khối ấy

Nhóm tác giả dự định thực hiện trong ngày 10/12/2021

Bước 4: Thiết kế chi tiết từng khối và lựa chọn phương án tối ưu

Bước này là bước quan trọng nhất trong quá trình thực hiện sản phẩm, thiết kế chi tiết từng khối nêu cụ thể những chi tiết cần thiết trong từng khối, từ đó tìm ra những phương án để thực hiện

Lựa chọn phương án tối ưu với mục đích so sánh các phương án khác nhau trong chi tiết từng khối, từ đó lựa chọn phương án tốt nhất, phù hợp nhất đối với nhóm tác giả và đối với sản phẩm

Nhóm tác giả dự kiến thực hiện từ ngày 11/12/2021 đến ngày 18/12/2021

Bước 5: Kiểm tra

Kiểm tra chi tiết từng khối và phương án cho những khối đó để xem xét sự lựa chọn đó có khả thi, có vấn đề hay không Từ đó, nhóm tác giả mới có thể quyết định sửa lại phương án hoặc tiếp tục tiến hành bước tiếp theo

Thời gian dự kiến từ ngày 19/12/2021 đến ngày 21/12/2021

Bước 6: Chế tạo sản phẩm

Một bước tất yếu trong mọi dự án, đề tài Do đặc thù của bước chế tạo sản phẩm

Nhóm tác giả dự định thực hiện từ ngày 22/12/2021 đến ngày 24/12/2021

Bước 7: Bàn giao sản phẩm

Công việc trong bước này đơn giản là tinh chỉnh lại sản phẩm, viết báo cáo, làm bài thuyết trình và quay đoạn phim ngắn giới thiệu về sản phẩm của nhóm

Thời gian dự kiến từ ngày 25/12/2021 đến ngày 26/12/2021

Chương 3: Thiết kế phần cứng

Ở mục thứ ba, nhóm tác giả đưa ra cụ thể trình tự thiết kế phần cứng gồm sơ đồ khối, sơ đồ khối chi tiết, lựa chọn phương án tối ưu, sơ đồ nguyên lí và mạch in

3.1 Sơ đồ khối

Hình 1.1 Sơ đồ khối đèn led cây thông

Trên đây là sơ đồ khối mà nhóm tác giả thiết kế Nhìn chung, sơ đồ khối của mạch LED cây thông giống như sơ đồ khối của những thiết bị điện tử khác, gồm có 3 khối là khối nguồn, khối điều khiển và khối hiển thị

Trong đó, khối nguồn cung cấp năng lượng cho khối điều khiển và khối hiển thị Khối điều khiển quy định những tín hiệu đầu ra hiển thị ở khối hiển thị

Khối điều khiển

4.2 Sơ đồ khối chi tiết

Hình 1.2 Sơ đồ khối chi tiết

Chúng tôi thiết kế chi tiết sơ đồ khối làm ba khối chính là khối nguồn, khối điểu khiển và khối hiển thị

Khối nguồn có chức năng cung cấp năng lượng điện một chiều cho mạch hoạt Khối điều khiển

Khối nguồn

Tụ điện Khối tạo xung

Khối hiển thị led hình cây thông Khối điều khiển

Khối điều khiển gồm công tắc, IC, khối tạo xung và điện trở Công tắc có chức năng bật hoặc tắt thiết bị theo nhu cầu của người sử dụng IC được nạp mã lệnh có nhiệm vụ trực tiếp điều khiển đèn nháy Khối tạo xung gồm có thạch anh và tụ điện với chức năng giúp dòng điện chạy trong mạch ổn định Bộ phận cuối cùng của khối điều khiển là điện trở giúp đèn phát sáng tốt nhất

Khối cuối cùng là khối hiển thị có đèn LED được xếp thành hình cây thông với nhiệm vụ là phát sáng theo chương trình đã được viết

3.3 Lựa chọn phương án tối ưu

Lựa chọn phương án tối ưu cho các phần là việc làm cần thiết để sản phẩm trở nên tốt nhất, đồng thời tiết kiệm tối đa chi phí thực hiện sản phẩm Trong phần này, nhóm tác giả lần lượt trình bày lựa chọn phương án tối ưu cho nguồn điện, IC, thạch anh và đèn LED

3.3.1 Lựa chọn tối ưu cho nguồn điện

Bảng 3.1 Lựa chọn tối ưu cho nguồn điện

Nhóm tác giả đưa ra 3 phương án lựa chọn cho nguồn điện là pin đồng tiền, pin con thỏ và sạc điện thoại

Đối với phương án này, nhóm tác giả đặt thông số đặc điểm là quan trọng nhất nên đặt trọng số là 0,6 cho tiêu chí này, và 0,4 cho giá thành

Pin đồng tiền và pin con thỏ có giá thành rẻ hơn sạc điện thoại, đồng thời tiện lợi hơn sạc điện thoại trong thực tế Mặt khác, giữa pin đồng tiền và pin con thỏ, pin đồng tiền có giá thành đắt hơn nhưng tiêu tốn nhiều điện năng hơn so với pin con thỏ

Sau khi xem xét các thông số, nhóm tác giả tiến hành đánh giá cho điểm các thông số

Sau khi đánh giá các thông số, nhóm tác giả tính điểm trung bình của 3 phương án và đưa ra lựa chọn pin con thỏ với 10 điểm tuyệt đối so với pin đồng tiền và sạc điện thoại

3.3.2 Lựa chọn phương án tối ưu cho IC

Bảng 3.2 Lựa chọn phương án tối ưu cho IC

Nhóm tác giả đưa ra 2 sự lựa chọn cho IC là IC89C52 và IC89S52 vì đây là 2 loại IC phổ biến, giá thành phù hợp và tính năng tốt trên thị trường hiện nay Đối với phương án này, nhóm tác giả đặt thông số cách nạp mã lệnh cho mạch là quan trọng nhất nên đặt trọng số là 0,5 cho yếu tố này, tiếp sau đó là tần số hoạt động (0,2) và dung lượng (0,2), cuối cùng là giá thành (0,1)

Sau khi xem xét các thông số, nhóm tác giả tiến hành đánh giá cho điểm các thông số

3.3.3 Lựa chọn phương án tối ưu cho đèn LED

Bảng 3.3 Lựa chọn phương án tối ưu cho đèn LED

Nhóm tác giả đưa ra 2 sự lựa chọn cho bóng đèn LED là đèn LED siêu sáng và đèn LED thường

Đối với phương án này, nhóm tác giả đặt tiêu chí đặc điểm là quan trọng nhất nên đặt trọng số là 0,6, tiêu chí giá thành có trọng số là 0,4

Đèn LED siêu sáng tuy đặt hơn đèn LED thường nhưng bù lại, ánh sáng của nó đẹp hơn, không chói mắt và bền hơn so với đèn LED thường

Sau khi xem xét các thông số, nhóm tác giả tiến hành đánh giá cho điểm các thông số

Sau khi đánh giá các thông số, nhóm tác giả tính điểm trung bình và chọn phương án đèn LED siêu sáng với điểm trung bình là 9,6

3.4 Mạch nguyên lý led cây thông noel

Hình 1.3 Mạch nguyên lý đèn led cây thông

Hình 1.3 về mạch nguyên lí, nhóm tác giả trình bày một số chức năng cơ bản của các linh kiện

Trước tiên, IC 89S52 với 32 chân được nối với điện trở, 1 đèn ở trên đỉnh, 2 chân XTAL 1 và 2 được nối với mạch tạo xung, 1 chân nối với nguồn IC được nạp mã lệnh và điều khiển đèn LED sáng theo mô tả kỹ thuật

32 điện trở được nối tương ứng với 32 đèn LED có chức năng giúp đèn sáng tốt hơn

Khối tạo xung bao gồm 2 tụ 33pF và 1 thạch anh 2 chân 12MHz Khối tạo xung cần thiết không chỉ trong mạch LED cây thông mà còn cả ở trong các thiết bị điện tử nhằm giúp mạch hoạt động được ổn định

3.5 Mạch in

Hình 1.4 Mạch in

Dựa trên Hình 1.4, nhóm tác giả xếp 32 đèn LED thành hình trái tim trên một bo mạch chữ nhật, ở chính giữa là IC 89S52 Các điện trở được gắn ngay ngắn ở bên cạnh các chân của IC Bên trong IC là các linh kiện: thạch anh, tụ điện của khối tạo xung, điện trở của khối nguồn Các linh kiện này được xếp ở bên trong IC nhằm mạch được gọn gàng, đẹp mắt

Chương 4: Vận hành thiết kế

I Nguyên liệu chuẩn bị

- 1 Tấm bia caton - 1 cái kéo có đầu nhọn.

- Mua tầm 33 con led màu (xanh lá hoặc xanh dương) - 10 con điện trở 330R

- 1 con ic 89S51 ( hoặc 89S52)

- Thuốc rửa mạch ( bột sắt, Axeton mỗi thứ 1 tí)

II Tạo khung led

Bước 1 Lấy 1 tấm bia caton mì tôm hảo hảo, lấy bút chì vẽ lên 8 điểm sao cho

cân xứng, lấy mũi kéo chọc ngoáy tùy ý cho vừa con led

Bước 2 Bẻ led: Chân Anode bẻ ngang, còn Cathode (chân ngắn bẻ ngang, rồi

dọc cho nó vát ra 1 chút, giống như led cube )

Bước 3.Đặt led vào bìa caton rồi hàn: ( 1 điều là chân led không thể tới, lúc này

kiếm những đoạn chân điện trở cắt ra rồi hàn nối)

Bước 4 Sau khi hàn xong từng lớp tì ghép lại:( cứ ghép chân cathode với nhau)

III Hướng dẫn làm mạch điều khiển led cây thông Noel

- Mạch nhỏ gọn không câu dây, và đường mạch to dễ là mạch không bị đứt

1 Mạch nguyên lý led cây thông noel:

2 Mạch Layout:

3 Mạch in

4 Cách làm

- In mạch - Cắt board

Cắt phần layout từ giấy in

Đo trước phần mạch cần ủi khoảng bao nhiêu rồi dùng thước kẻ khung bản mạch cần ủi Sau đó cắt như trong hình:

Chú ý: Board đồng nên mua loại L, – Thước nên dùng loại thước cứng, thước sắt – gỗ càng tốt, tránh dùng nhựa mềm sẽ hư thước và dễ trượt vào tay

Ta nên cắt theo thước một vài lần để lấy đường canh, sau đó thì không cần thước nữa

Thao tác theo hình, dùng góc dưới của dao mà cắt

Sau khi cắt mạch trên sâu đến ½ đến 1/3 độ dầy board, ta lật mặt sau cắt theo đường đó, tránh trường hợp chỉ cắt 1 mặt khi bẻ mặt sau sẽ không đẹp

Sau cùng dùng tay bẻ nhẹ, ta được mảnh board cần ủi:

-Ủi

Dùng giấy nhám hoặc miếng rửa chén chà board như hình, nhằm đánh hết phần đồng oxi hóa để mực dễ dính lên Yêu cầu: board sau khi đánh phải sạch và sáng

Thoa nhựa thông lỏng (nhựa hàn chì)

Dùng tay thoa đều như hình, không cần nhiều, chỉ cần lớp mỏng là đủ, nhựa này sẽ giúp việc truyền nhiệt tốt hơn

Dùng giấy lau thật sạch

Ta gấp các nếp giữa giấy và board để đánh dấu sao cho mạch sau khi ủi nằm đúng vị trí

Dùng một ít băng dán cố định như hình:

Dùng bàn ủi, lúc này đã nóng sẵn ( đặt độ nóng ở mức max ) đè hẳn lên board và kéo từ từ, từ mép bên này sang mép bên kia, mức độ đè vừa phải

Sau đó ủi đi, rồi lại ủi lại; ủi tới rồi lại ủi lui cho đến khi các đường nét mạch lằn lên như hình thì dừng lại, với board cỡ 6×8 này thì tầm khoảng 4p-5p là được.(đối với người mới làm nên chú ý phần trung tâm mạch và các mép ngoài dễ bị bỏ sót và do đó mực không dính hết Ta cần chú ý dùng mũi bàn ủi và các phần gần cạnh bàn ủi mà chà kĩ các phần đó.)

Chú ý: Phần quét nhựa thông lỏng là option, nhựa thông lỏng giúp tiết kiệm thời gian ủi và ủi dễ dàng hơn Bạn nào cảm thấy tự tin rồi thì có thể bỏ qua phần này.Việc đè mạnh quá mức có thể làm giấy trượt trên board -> hỏng, hoặc dùng mũi bàn ủi chà mạch sẽ gây rách giấy

-Ngâm

Board sau khi ủi xong đem ngâm vào nước sạch, chờ khoảng 2 phút cho giấy mềm và rã ra:

Lột giấy ra, từ từ, chậm và nhẹ thôi

Dùng phần thịt của ngón tay chà nhẹ trên board để chà đi phần giấy còn bám lại (chỉ cần tương đối thôi)

Tàm tạm thế này:

Dùng bút lông kẻ lại vết mực đã mất Nhớ dùng giấy thấm cho mạch khô rồi kẻ

Ngâm mạch vào nước đã pha bột sắt

Nhớ úp mặt board đồng xuống dưới rồi lắc nhẹ, nếu lắc liên tục thì tầm 10p là ta được mạch Còn 3p lắc một lần thì thời gian lâu hơn

Lưu ý: Dung dịch ngâm mạch khá độc, không nên để dây vào tay/mắt, các bạn có thể khoan 1 lỗ nhỏ trên board rồi xuyên 1 sợi dây qua để cầm, tránh tiếp xúc với nước ngâm mạch

Dùng giấy nhám/miếng rửa chén chà mực ra, việc chà sẽ nhanh hơn nếu dùng thêm axeton

Và thành phẩm là đây:

Chú ý trong phần này:

– Các lỗ nhỏ ở chính giữa chân linh kiện dùng để khoan không bị trượt, cần chú ý rửa sạch giấy và ngâm cho hết mấy lỗ này

– Dung dịch sắt nếu còn dùng được thì đậy lại thì lần sau mới dùng tiếp được – Với các mạch đường nét lớn thì không cần dùng axeton (khá độc nếu tiếp xúc nhiều), ngược lại với các nét nhỏ 12-15mils thì chỉ dùng giấy nhám sẽ dễ bay luôn đường đồng

-Khoan

Kê mạch lên cao để khoan cho dễ

Đưa mũi khoan sát vào lỗ rồi bấm nút, tự tin rồi thì dùng khoan khỏi cần nút nhấn luôn

Cần chú ý tránh run tay, mũi khoan sẽ phá hỏng pad đồng, giữ chắc tay và khoan dứt khoát

Qua thử nghiệm của riêng người viết, dùng với 4 diode 1N4007 mắc cầu + biến áp 12V/1A + tụ 100uF khoan khá vô tư Khoan mua ở những chỗ khác với điều kiện tương tự có thể yếu hơn và không khoan được

– Mũi khoan có các loại 0.6, 0.8, 0.9, 1, 1.1 mm … 1k/mũi: nên mua 1 hộp nhiều cỡ để khoan các chân to nhỏ khác nhau

– Có thể dùng nguồn là cầu diode mắc trên test board và dùng kẹp cá sấu kẹp vào khoan

Board sau khi khoan xong: