BO GIAO DUC VA DAO TAO BAO CAO TONG KET DE TAI THAM GIA XET GIAI THUONG “SINH VIEN NGHIEN CUU KHOA HOC” NAM 2020 _ TÊN CỘNG TRÌNH THIẾT KẺ MÔ HÌNH LED CUBE 8x8x8 Linh vực nghiên cứu
Trang 1
BO GIAO DUC VA DAO TAO
BAO CAO TONG KET
DE TAI THAM GIA XET GIAI THUONG “SINH VIEN NGHIEN CUU KHOA HOC”
NAM 2020
_ TÊN CỘNG TRÌNH THIẾT KẺ MÔ HÌNH LED CUBE 8x8x8
Linh vực nghiên cứu: Khoa học, kỹ thuật và công nghệ Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2020
Trang 2
; BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM, HUTECH
BAO CAO TONG KET
DE TAI THAM GIA XET GIAI THUONG “SINH VIEN NGHIEN CUU KHOA HOC”
NAM 2020
_ TÊN CỘNG TRÌNH THIET KE MO HINH LED CUBE 8x8x8
Hướng dẫn khoa học: GV NGHIÊM HOÀNG HÁI Sinh viên nghiên cứu: Phạm Thành Vĩnh
Lớp ISDCKA3 Phạm Công Viên Lớp 1S§DCKA3
Lĩnh vực nghiên cứu: Khoa học, kỹ thuật và công nghệ Chuyên nghành: Kỹ thuật cơ khí
Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2020
Trang 3
TOM TAT CONG TRINH
Đề tai tap trung nghiên cứu vẻ tính ứng dụng của mạch led cube Nhóm tác giả
đã tính toán thiết kế được phần cơ khí khung led cube, cơ cấu chuyên đổi từ mạch led cube đơn giản thành mạch led cube chạy hiệu ứng theo nhạc
Tính toán, thiết kế được phần điện nguồn, điện điều khiến, mạch LED
hiển thị Xây dựng được thuật toán điều khiến, lập trình và mô phỏng mạch led Sản phẩm là hệ thống điều khiển điện tử có chức năng gồm: sử dung dé chiếu sáng, làm đẹp, trang trí bởi khả năng thay đối màu sắc độc đáo
Trang 4MUC LỤC PHAN I1: ĐẶT VẤN ĐÈ
1.1 TINH CAP THIẾT CỦA ĐÈ TÀI "HH
1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 222222 nen heo PHẢN 2: TÔNG QUAN NGHIÊN CỨU à cà cà,
2 TONG QUAN DE TA guerre
2.2 TÌNH HÌNH TRONG NƯỚC
2.3 TINH HINH THE GIGI Hà
PHẢN 3: MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.2 ĐÔI TƯỢNG NGHIÊN CỨU c2 22 2n c2 nàn nh nh nhe 3.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU c2 2222 C22 nh nh nhe, 3.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU c cà cà 2à: 3.5 GIỚI HẠN ĐÈ TÀI
3.6 KÉ HOẠCH THỰC HIỆN
PHẢN 4: NỘI DUNG THỰC HIỆN IVA KET TQUÁ CÔNG 1 TRÌNH
4.1 SƠ ĐÔ KHÓI
42 CÁCH HÀN KHÔI LED3D
4.3 CACH NOI DAY TU MODULE ĐIÊU KHIÊN LED3DSE LÊN KHÔI
4.4 KET QUA CONG TRINH ` ¬———
4.5 CODE CHUONG TRINH VA MO PHONG ¬ PHAN 5 KET QUA VAKIEN NGHỊ 0 cớ .30
TAI LIEU THAM KHẢO 222022222 eseeeeeeee.32
Trang 5PHAN 1: DAT VAN DE
1.1 TINH CAP THIET CUA DE TAI
Với cách mạng công nghiệp 4.0 thì việc chuyền hóa toàn bộ thế giới thực thành thế giới số đã và đang trở thành mục tiêu hàng đầu đối với các doanh nghiệp Khoa học và công nghệ được phát triển vượt bậc, giúp hoạt động của doanh nghiệp trở nên phát triển, các thông tin số liệu nắm bắt chính xác và nhanh chóng hơn, đồng thời giúp công ty thoát khói tình trạng giảm sút về mặt tài chính, tránh những rủi ro
1.2 LÝ DO CHỌN ĐÈ TÀI
Điện tử là một trong những lĩnh vực rất phát triển và đánh giá được tốc độ phát triển về kinh tế cũng như khoa học kĩ thuật của một đất nước Việc phát triển, chế tạo các loại chip, các lợi IC tích hợp thông dụng, có ứng dụng nhiều trong thực tế có vai trò to lớn trong quá trình phát triển Vĩ điều khiển ngày cảng quan trọng Ở Việt Nam công nghệ chế tạo các loại chip, Ic chưa được phát triển, phần lớn các ứng dụng này còn phụ thuộc vào công nghệ tiên tiến của các nước phát triển như: Nhật Bản, Mỹ Vì vậy việc học tập nghiên cứu về vi điều
khiển có ý nghĩa rất quan trọng hiện này Đồng thời nó là cơ sở dé em tìm tòi va
học hỏi những hiệu ứng của các mạch led này
Chính vì đó em đã chọn dé tai “THIET KE MO HINH LED CUBE 8x8x8” dé cé
thé tự tay mình viết lên những hiệu ứng của khối led cube
Trang 6PHAN 2: TONG QUAN NGHIEN CUU 2.1 TONG QUAN DE TAI
Đề tài được nghiên cứu và phát triển dựa trên khối kiến thức đa nghành trong lĩnh vực khoa học, công nghệ tạo nên sự đa dạng ngành nghề trong lĩnh vực điện tử Giúp con người có cái nhìn mới mẻ về ngành này Tạo nên sự tò mò
và thích thú khí đó sẽ có nhiều cái mời và nhiều ý tưởng hay, giúp nhiều ngành
cùng phát triển
2.2 TÌNH HÌNH TRONG NƯỚC
Hiện nay tại Việt Nam do điều kiện về kinh tế cùng như kỹ thuật vẫn chưa phát triển được các linh kiện cần thiết để phục vụ cho việc thiết kế mạch led cube này
Nhật Bản ngoài những lễ hội truyền thống đặc sắc còn có những lễ hội vô
cùng độc đáo mà có lẽ chỉ ở xứ sở hoa anh đảo mới có Đến với Nhật Bản trong
thời điểm này, du khách sẽ được chiêm ngưỡng sự rực rỡ của thiên đường ánh sáng từ hơn 8 triệu bóng đèn LED đầy màu sắc tại công viên giải trí Nabana no Sato
Trang 7HA Sas
Hinh 1: Hinh anh led ở công viên Nabana no Sato
Tuy nhiên tình trạng sử dụng led ở Trung Quốc có nhiều thách thức: Thứ nhất, đổi mới ngành không mạnh, thứ hai là cơ cấu dư thừa, thứ ba là môi trường phát triển công nghiệp cần được cải thiện Điều đó thể hiện trong toàn ngành cho thấy lợi nhuận thấp hơn, chất lượng sản phẩm đồng nhất, thiếu trật tự thị trường
và các vấn đề khác
Đề giải quyết vấn dé cua toàn bộ ngành công nghiệp một động lực, để giải quyết vấn đề hỗ trợ kỹ thuật và xuất khâu sản phẩm là ưu tiên
Cách điều chỉnh cân bằng trắng trên màn hình LED
Quá trình gỡ lỗi hiến thị, có một cân bằng trắng có thê điều chỉnh Hãy xem cân bằng trắng la gi
Cân bằng trắng là để mô tả hiển thị của màu đỏ, xanh lá cây, màu xanh hỗn hop mau trang sau thế hệ như là một chỉ số về độ chính xác Cân bằng trắng là một lĩnh vực rất quan trọng của khái niệm máy ảnh truyền hình, qua đó bạn có thể giải quyết sự tái tạo màu sắc và hàng loạt các vấn đề được xử lý
Trang 8
Hinh 2: Vi du vé led 6 Trung Quéc
Trang 9PHAN 3: MUC TIEU VA PHUONG PHAP NGHIEN CUU
3.1 MUC TIEU CUA DE TAI
Em hiện đang cần một sản phẩm có thể trang trí và để triển lãm và em đang hướng tới 1 sản phẩm có thể lớn hơn và có thê nháy theo nhạc
3.2 ĐÓI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
- Linh kién điện tử
- Ly thuyét về điện tử- vi điều khiển
- Board mach
- Ly thuyét vé han
3.3 PHAM VI NGHIÊN CỨU
Đề tải tập trung trong tâm vào việc tính toán thiết kế mạch led cube, xây dựng thuật toán điều khiến, lập trình mô phỏng hoạt động và lắp đặt, kiểm nghiệm hoạt động của mạch led cube 8x8x8
3.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- _ Phương pháp quan sát khoa học: tìm hiểu và nghiên cứu các loại mạch led
đã có trên thị trường,
- _ Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm: nêu ra các ưu điểm và các
nhược điểm của biến số sau khi hoàn thành
- _ Phương pháp lập trình: Là phương pháp nghiên cứu và lập trình các đối tượng trên các phần mềm ứng dụng, để đạt được các chức năng cần thiết
đã đặt ra
- _ Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm, dựa trên các cơ sở nghiên cứu trước đó
3.5 GIỚI HẠN ĐÈ TÀI
Do đề tài tông hợp từ nhiều môn khoa học khác nhau rất phức tạp nên đề
tài chỉ dừng lại ở mức thiết kế hệ thống điều khiển mạch led cube 8x8x8 có các chức năng như sau: hiển thị biển số trên led, nhấp nháy theo nhạc
3.6 KẺ HOẠCH THỰC HIỆN
- - Nghiên cứu lý thuyết về đèn LED, điện tử, cảm biến
-9-
Trang 10Nghiên cứu thiết kế phần cơ khí
Thiết kế mạch và mô phóng điều khiển mạch led cube
Thứ nghiệm và khắc phục lỗi
Kết luận đánh giá
-10-
Trang 11PHAN 4: NOI DUNG THUC HIEN VA KET QUA
CONG TRINH 4.1 Sơ đồ khối:
- - Khối nguồn: cung cấp nguồn cho hệ thông ta chọn nguồn +5v cho mạch Trong mô hình ta có thế dùng jack cắm DC để kết nối với adapter 5V
- Khối vi xử lý: khối này có nhiệm vụ xử lý các tín hiệu Ở đây dùng
PICI6F887, đây là khôi quan trọng — nơi nạp code vào đề điêu khiến mạch hoạt động
- Khối port: khối này có nhiệm vụ chia các công để điều khiển từng mang
led khác nhau Khối này được kết nối với khối vi xử lý để nhận thông tin
vào kích thích chúng thực hiện công việc
-_ Khung led cube 8x8x8: khung nảy tạo hình thành khối lập phương với cạnh dài 7inch Mỗi led cách nhau Iĩnch và có 8 led trên mỗi cạnh Có tông cộng 512 led đơn kết nồi với nhau tạo thành khôi led cube 8x8x8
Trang 12
-11-Hinh 3: Khung led cube 8x8x8
- Chung ta dung TIP41C (Q1-Q8) dé khuéch dai dong cho cac tang dé cung cap du dong dién cho cac led sang hết cung 1 loat
- Cac led co chan Katot noi chung va néi voi TIP41C réi kết nối IC 74HC295 theo các tầng đê chúng thực hiện việc quét mã
- Cac led có chân Anôt nối chung theo cột đứng và tạo ra 64 cột Mỗi cột được nội với các chân của IC 74HC595
4.2 Cách hàn khối LED3D
Lựa chọn định dạng chân: LED để làm khối LED3D thường dùng là loại LED có khả năng phát ánh sáng với góc cảng rộng càng tốt Board mạch hỗ trợ tất cả các led có màu sác khắc nhau: xanh Cách bẻ chân LED 5mm (chan 4m bé nam ngang so với LED, chân đương để thắng)
Trang 13
-12-Hinh 4: -12-Hinh ảnh bé chan LED
- Tao hang cho khéi LED3D: Sau khi bẻ xong chúng ta hàn chân Âm của LED lại với nhau thánh 1 hàng mỗi hàng gồm 8 con LED Hoan tat ra ta được 64 hàng từ 512 con led
Hinh 5: Ví dụ minh họa về khối led khi tạo hàng
- _ Tạo lớp cho khối LED: Các chân đương của hàng led trên hàn với các chân dương của hảng led dưới Các con led sau khi hàn phải cách thật đều nhau thị sau khi lên khôi LED3D mới đẹp
Trang 14
-13-Hinh 6: Lớp khối LED
Dựng khối LED3D: Giai đoạn này quyết định khối led sau hoàn thành nhu thé nao Chuan bi | tam MICA với 64 lỗ khoan cach déu nhau va bang khoảng cách giữa các điểm led Tiến hành hàn nối các mãng LED lại với nhau sau cho các con LED cách đều nhau và hàn cố định khối
LED3D lên mạch điều khiến Khi này khối LED3D và mạch sẽ tạo thành
1 khối lập phương, bao gồm 64 Cột và 8 Mãng Các mãng phải cách đều nhau, song song với nhau và song song với board mạch điều khiển Các chân Âm của các con LED trên củng 1 mãng phải được nối lại với nhau
Các điểm LED cảng cách đều nhau thì cảng thê hiện được hiệu ứng một cách sinh động và đẹp mắt, các hiệu ứng sẽ rõ ràng hơn
Trang 15
-14-Hinh 7: Khéi led duoc dựng
_ 64 Cột được nối vào 64 chân điều khiễn cột bằng 8 dây BUS8 từ 1 đến 64 và
nồi § Mãng trên khôi LED3D băng 1 SỢI BUSS (trục Z) từ A, B,C,D,E,F,G,H
4.3 Cách nỗi dây từ Module điều khiến LED3DSE lên khối LED 3D 8x8x8
Hình §: Hình ảnh minh họa khi nối đây
Sau khi thiết kế sơ đồ nguyên lí và tiến hành vẽ PCB được thê hiện trong hình
9, hiện thị đây đủ các chân linh kiện và cách di day:
Trang 16
-15-Hình 9: Sơ đồ layout cua mé hinh LED CUBE 8x8x8
Sau khi đi dây thành công trong PCB ta được | mach 3D mô phỏng các linh kiện
và vị trí của nó trên mạch Từ mạch mô phỏng ta dê dàng tiên hành thi công và lắp đặt mạch như hình 10:
„ Hình 10: Mô phỏng 3D
4.4, Ket qua cong trình
Sau khi lap đặt các bộ phận chính của mô hình led cube 8x8x8 thi ta duoc kết quả như sau:
l6
Trang 17-Hình 11: Mô hình led 8x8x8
4.5 Code chương trình và kết quả mô phỏng
#include <cube888.h>
#bit DATA = 0x09.1 //bien du lieu dua vao 74HC595
#bit CLK = 0x09.0 //bien tao xung du lieu
#bit STR = 0x09.2 //bien tao xung dich du lieu
Trang 18-]7-temp = -]7-temp&0x80;//lay ra bit dau tien (bit 7)
if(temp—0x80)//so sanh bit
DATA=I1; /bang 1 thi xuat vao chip =1
else
DATA=0; /nguoc lai bang 0
x*=2; //dịch bít lay bịt trong so thap
CLK=0; //tao xung tren chan 11
CLK=1; //1 xung dua vảo | bit
Trang 19temp I=0x04;temp2=0x04;temp3=0x04;temp4=0x04;temp5=0x04;:temp6=0x04;t emp7=0x04;temp8=0x04;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x08;temp2=0x08;temp3=0x08;temp4=0x08;temp5=0x08;temp6=0x08:t emp7=0x08;temp8=0x08;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x10;temp2=0x10;temp3=0x10;temp4=0x 10;temp5=0x10;temp6=0x 10;t emp7=0x 10;temp8=0x10;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x20;temp2=0x20;temp3=0x20;temp4=0x20;temp5=0x20;temp6=0x20;t emp7=0x20;temp8=0x20;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x40;temp2=0x40;temp3=0x40;temp4=0x40;temp5=0x40;temp6=0x40:t emp7=0x40;temp8=0x40;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x80;temp2=0x80;temp3=0x80;temp4=0x80;temp5=0x80;temp6=0x80;t emp7=0x80;temp8=0x80;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x40;temp2=0x40;temp3=0x40;temp4=0x40;temp5=0x40;temp6=0x40:t emp7=0x40;temp8=0x40;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x20;temp2=0x20;temp3=0x20;temp4=0x20;temp5=0x20;temp6=0x20;t emp7=0x20;temp8=0x20;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x10;temp2=0x10;temp3=0x10;temp4=0x 10;temp5=0x10;temp6=0x 10;t emp7=0x 10;temp8=0x10;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x08;temp2=0x08;temp3=0x08;temp4=0x08;temp5=0x08;temp6=0x08:t emp7=0x08;temp8=0x08;xuat();delay_ms(ms);
temp I=0x04;temp2=0x04;temp3=0x04;temp4=0x04;temp5=0x04;:temp6=0x04;t emp7=0x04;temp8=0x04;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x02;temp2=0x02;temp3=0x02:temp4=0x02;temp5=0x02;temp6=0x02:t emp7=0x02;temp8=0x02;xuat();delay_ms(ms);mat=0x00;
Trang 20
-19-temp 1=0x00;-19-temp2=0x00;-19-temp3=0x00;-19-temp4=0x00;-19-temp5=0x00;-19-temp6=0x00;t emp7=Oxff;temp8=0x00;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x00;temp2=0x00;temp3=0x00;temp4=0x00;temp5=0x00;temp6=0xff-te mp7=0x00;temp8=0x00;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x00;temp2=0x00;temp3=0x00;temp4=0x00;temp5=Oxff;temp6=0x00;te mp7=0x00;temp8=0x00;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x00;temp2=0x00;temp3=0x00;temp4—0xff£temp5=0x00;temp6—0x00;te mp7=0x00;temp8=0x00;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x00;temp2=0x00;temp3=Oxfftemp4=0x00,temp5=0x00;temp6=0x00;te mp7=0x00;temp8=0x00;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x00;temp2=0xff;temp3=0x00;temp4=0x00,temp5=0x00;temp6—0x00;te mp7=0x00;temp8=0x00;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=Oxff;temp2=0x00;temp3=0x00;temp4=0x00,temp5=0x00;temp6=0x00;te mp7=0x00;temp8=0x00;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x00;temp2=0xff;temp3=0x00;temp4=0x00,temp5=0x00;temp6—0x00;te mp7=0x00;temp8=0x00;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x00;temp2=0x00;temp3=Oxfftemp4=0x00,temp5=0x00;temp6=0x00;te mp7=0x00;temp8=0x00;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x00;temp2=0x00;temp3=0x00;temp4—0xff£temp5=0x00;temp6—0x00;te mp7=0x00;temp8=0x00;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x00;temp2=0x00;temp3=0x00;temp4=0x00;temp5=Oxff;temp6=0x00;te mp7=0x00;temp8=0x00;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x00;temp2=0x00;temp3=0x00;temp4=0x00;temp5=0x00;temp6=0xff-te mp7=0x00;temp8=0x00;xuat();delay_ms(ms);
temp 1=0x00;temp2=0x00;temp3=0x00;temp4=0x00;temp5=0x00;temp6=0x00;t emp7=Oxff;temp8=0x00;xuat();delay_ms(ms);mat=0x00;
}
for(j=0;j<(mst+3):j++)
temp 1=0x00;temp2=0x00;temp3=0x00;temp4=0x00;temp5=0x00;temp6=0x0 0;temp7=0x03;temp8=0x03;xuat();L1=1;delay_ms(1);L1=0;
temp 1=0x00;temp2=0x00;temp3=0x00;temp4=0x00;temp5=0x00;temp6=0x0 0;temp7=0x03;temp8=0x03;xuat();L2=1;:delay_ms(1);L2=0;