đồ án điều khiển module Led matrix toàn tập

Lời cảm ơn Để đề tài “Nghiên cứu bảng quảng cáo dùng Module LED matrix” được hoàn thành, ngoài sự nỗ lực của các thành viên trong nhóm thì nhóm chúng tôi đã nhận đươc sự giúp đỡ quý báu

Lời giới thiệu

Trong những năm gần đây với sự tiến bô vượt bậc của Kỹ thuật và Công nghệ, các nước phát triển đã cho ra đời các loại LED (điot-phát quang) có cường độ sáng cáo cũng như màu sắc đa dạng phong phú có thể phổ được toàn bộ quang phổ của ánh sáng tự nhiên Cùng với đó là sự ra đời của tổ hợp LED matrix (module) giúp cho mọi công việc đươc dễ dàng hơn Module LED matrix có thể đễ dàng lắp đặt với mọi kích thước cũng như đáp ứng được những yêu cầu cao về thẩm mĩ

Thời đại kinh tế phát triển kèm theo nhu cầu quảng cáo và yêu cầu “khó tính” từ những khách hàng mà Module LED matrix đã phát triển theo những nhu cầu đó Những con đường có những tấm biển báo hướng dẫn cho tài xế, nhà kinh doanh muốn cập nhật thông tin cho khách hàng liên tục, những tiệm vàng hay ngân hàng liên tục thay đổi tỉ giá, các trung tâm chứng khoán luôn cập nhật thông tin cổ phiếu hay đến những sân khấu âm nhạc lớn cũng dùng nó để trang trí hay dùng nó như một màn hình lớn …do đó Module LED matrix phát triển ngày một tinh xảo hơn với nhiều mức mẫu mã cho khách hàng lựa chọn từ mục đích quang báo đến những mục đích cần độ phân giải cao như trình chiếu

Qua quá trình tìm hiểu chúng tôi thấy đây là một đề tài hay và mới lạ đối với sinh viên trường Cao Đẳng Công Thương nên chúng tôi đã quyết định thực hiện đồ án về

“Nghiên cứu bảng quảng cáo dùng Module LED matrix” với mục đích giúp cho sinh

viên hiểu thêm về một ứng dụng của công nghệ hiện nay

Trong thời gian thực hiện đề tài này do kiến thức, kinh nghiệm và thời gian còn hạn chế nên đề tài của chúng tôi có nhiều sai sót, vì vậy chúng tôi kính mong được quý thầy cô cùng mọi người thông cảm và đóng góp ý kiên để cho đề tài chúng tôi được ngày một hoàn thiện hơn Xin cảm ơn!

Nhóm thực hiện đề tài

MỤC LỤC

Lời giới thiệu 1

Mục lục 2

Lời cảm ơn 4

Lời nhận xét của Giáo viên hướng dẫn 5

Lời nhận xét của giáo viên phản biện 6

Phần A: Giới thiệu 8

1 Module Led matrix 8

1.1 Led đơn 8

1.2 Module led matrix 9

1.3 Cấu tạo của Module led matrix 12

1.3.1 Sơ đồ khối 12

1.3.2 Sơ đồ dịch dữ liệu 12

1.3.3 IC74HC595 12

1.3.4 IC74HC245 14

1.3.5 IC74HC138 14

1.3.6 IC74HC04 15

2 Nguồn 5V-40A 15

2.1 Sơ đồ khối của mạch nguồn 17

2.2 IC nguồn xung UC3844 17

2.3 IC ổn áp dương 7805 19

3 CPU điều khiển EX-50 19

3.1 Giới thiệu về CPU EX-50 19

3.2 Vi xử lý ARM GD32F103 20

3.3 Hướng dẫn sử dụng 21

4 Cổng kết nối RS232 22

Phần B: Thiết kế và thi công phần cứng 25

1 Tính toán và thiết kế 25

2 Ghép Module 26

3 Kết nối mạch với CPU điều khiển 28

Phần C: Phần mềm điều khiển 31

1 Cài đặt Driver cho RS232 31

2 Cài đặt phần mềm LED Center V8.0.1 35

3 Cài đặt thông số cho bản tin 39

3.1 Cài đặt thông số 39

3.2 Cài đặt miền hiển thị 41

3.3 Cài đặt hiển thị 42

3.4 Xóa chương trình 46

3.5 Gửi chương trình 46

3.6 Cài đặt thời gian 49

3.7 Cài đặt thời gian nghỉ 50

3.8 Xóa dữ liệu trong CPU 50

Phần D: Tài liệu tham khảo 52

Danh sách sinh viên thực hiện đồ án 53

Lời cảm ơn

Để đề tài “Nghiên cứu bảng quảng cáo dùng Module LED matrix” được hoàn thành, ngoài sự nỗ lực của các thành viên trong nhóm thì nhóm chúng tôi đã nhận đươc sự giúp đỡ quý báu từ gia đình, nhà trường, quý thầy cô và bạn bè

-Thầy Đào Thành Sung, thầy trực tiếp hướng dẫn đề tài, đã tận tình chỉ

dẫn chúng tối trong suốt quá trình thực hiện đề tài để từ đó đã giúp cho nhóm đồ

án có được những kinh ngiệm quý báu

-Quý thầy cô khoa Điện- Điên tử

-Gia đình chúng tôi đã giúp đỡ tinh thần và vật chất trong những lúc chúng tôi khó khăn nhất

-Tập thể lớp cùng các bạn sinh viên trường Cao Đẳng Công Thương

Xin chân thành cảm ơn tất cả vì đã tạo điều kiện cho chúng tôi hoàn thành

đồ án đúng thời gian

Xin chân thành cảm ơn !

Nhóm thực hiện đề tài

Lời nhận xét của GVHD

TP HCM , ngày tháng năm 2014 Chữ ký của giáo viên

Lời nhận xét của GVPB

TP HCM , ngày tháng năm 2014 Chữ ký của giáo viên

Lớp bán dẫn được vẽ phóng đại lên để cho ta dễ hình dung Thực tế việc nối điện cực cho các lớp bán dẫn này rất khó vì kích thước rất nhỏ Vỏ bọc bên ngoài được làm bằng nhựa trong suốt hoặc có thể pha thêm chất màu Lớp vỏ này có tác dụng làm giá đỡ, bảo vệ kết cấu của đèn đông thời phần chóp cầu phía trên có tác dụng hội tụ hướng ánh sáng phát ra

Vì cấu tạo phần bán dẫn và dây nối bên trong rất nhỏ nên nếu chúng ta tác động lực quá mạnh vào chân điện cực của đèn led có thể gây phá vỡ kết cấu và có thể làm hỏng đèn

1.2 Module led matrix:

Là một khối cấu trúc được tổ hợp từ những led đơn sắc được sắp xếp với nhau theo từng hàng và từng cột với một khoảng cách được quy định trước nên được gọi là Led matrix

Cách tính bòng đèn led trên một biển quảng cáo rất đơn giản

Ví dụ:Một biển quảng cáo led ma trận có 100 cột và 32 hàng ta sẽ có

3200 bóng đèn led Hay màn hình của điện thoại đời thấp có đến 68 hàng và 98 cột tức là có tới hơn 6664 bóng hoặc màn hình điện thoại full màu có tới 854 hàng và 480 cột tức là có hơn 409k bóng quả là quá nhiều và đó chính là tập hợp những điểm rời rạc được ghép lại

Màn hình led ma trận cũng vậy, đã có những màn hình led full color

có thể trình chiếu videos không kém những loại màn hình nào khác đặc biệt màn hình led có ưu thế hơn là có thể để ngoài trời và độ sáng mạnh

rõ nét

Hiện nay có nhiều loại led ma trận được sản xuất để đáp ứng nhu cầu của của ngành quảng cáo Có loại đơn sắc, đa sắc, full color, loại phân giải cao, phân giải thấp, loại dùng trong nhà, loại dùng ngoài trời Led đơn sắc thì mỗi điểm ảnh chỉ có 1 bóng led loại 1 màu (đỏ, xanh, vàng ) Ma trận led đa sắc mỗi điểm ảnh có thể có 2 hoặc 3 bóng led có màu khác nhau Những led màu khác nhau khi sáng ở gần nhau sẽ pha trộn tạo thành các màu sắc khác nhau Ví dụ: Màu xanh để gần màu đỏ mắt ta sẽ thấy đó là màu vàng Còn led full color thì mỗi điểm ảnh sẽ có

3 màu cơ bản: đỏ, lục, lam Việc pha trộn các màu này với mức độ khác nhau sẽ tạo ra hàng triệu màu sắc khác nhau

Hiện nay các ma trận led được sản xuất thành các modul với kích thước được quy định sẵn Trên thị trường hiện nay có bán rất nhiều loại module khác nhau Ví dụ: Loại led đơn sắc P10, mỗi modul có 16 hàng

và 32 cột Khoảng cách điểm ảnh của Module P10 là 10mm Do vậy Module P10 có kích thước là 16x32cm Dưới đây sẽ là một vài loại Module thông dụng

LED MODULE P7.62 INDOOR DOUBLE COLOR

Module được sử dụng - Trong nhà

- Không chịu nước

Điều khiển Thông qua máy

tính Góc nhìn ngang 120º

Mật độ điểm ảnh 10.000 điểm/m2 Cấu hình điểm ảnh (pixel) 1R ( một màu đỏ )

Độ phân giải W:32 điểm * H: 16 điểm Khoảng cách nhìn tốt nhất 10 - 100m

Nhiệt độ làm việc thích hợp 20º -> 80º Cường độ sáng 2500 - 3000 cd/m2

Độ ẩm cho phép 10% -> 95%

MTBF ≥10.000 giờ Tuổi thọ ≥100.000 giờ

Module được sử dụng - Trong nhà, dưới mái hiên

- Không chịu nước Điều khiển Thông qua máy tính Góc nhìn ngang 120º

Góc nhìn thẳng 110º Thời gian bảo hành 1 năm Chứng chỉ CO, CQ

LED MODULE P16 OUTDOOR DOUBLE COLOR

THÔNG SỐ KỸ THUẬT

Kích thước module 256mm x 128mm

Kích thước điểm ảnh (pixel) 15mm

Mật độ điểm ảnh 3906 điểm/m2

Cấu hình điểm ảnh (pixel) 2R1G

Độ phân giải W:32 điểm * H: 16

điểm Khoảng cách nhìn tốt nhất 10 - 100m

Mật độ điểm ảnh 2500 điểm/m2 Cấu hình điểm ảnh (pixel) 2R1G

Độ phân giải W:16 điểm * H: 8

điểm Khoảng cách nhìn tốt nhất 10 - 100m Nhiệt độ làm việc thích hợp 20º -> 80º Cường độ sáng 4000 - 4500 cd/m2

Độ ẩm cho phép 10% -> 95% MTBF ≥10.000 giờ Tuổi thọ ≥100.000 giờ

Module được sử dụng - Ngoài trời

- Chống chịu nước Điều khiển Thông qua máy tính Góc nhìn ngang 120º

Góc nhìn thẳng 110º Thời gian bảo hành 1 năm Chứng chỉ CO, CQ

Trên đây là một số loại Module led matrix thông dụng, ngoài ra trên thị trường còn bán nhiều loại Module khác nữa như p3.37, p4, p4.75, p5, p6

1.3 Cấu tạo của Module led matrix

1.3.1 Sơ đồ khối

1.3.2 Sơ dồ dịch dữ liệu

1.3.3 IC 74HC595

Chân 14 : đầu vào dữ liệu nối tiếp Tại 1 thời điểm xung clock chỉ đưa vào được 1bit

Q0=>Q7 : trên các chân (15,1,2,3,4,5,6,7)

Chân 13 : Chân cho phép tích cực ở mức thấp (0) Khi ở mức cao, tất cả các đầu ra của 74595 trở về trạng thái cao trở, không có đầu ra nào được cho phép

Chân 9: Chân dữ liệu nối tiếp Nếu dùng nhiều 74595 mắc nối tiếp nhau thì chân này đưa vào đầu vào của con tiếp theo khi đã dịch đủ 8bit

Chân 11: Chân vào xung clock Khi có 1 xung clock tích cực ở sườn dương(từ 0 lên 1) thì 1bit được dịch vào ic

Chân 12 : xung clock chốt dữ liệu Khi có 1 xung clock tích cực ở sườn dương thì cho phép xuất dữ liệu trên các chân output lưu ý có thể xuất dữ liệu bất kỳ lúc nào bạn muốn ,ví dụ đầu vào chân 14 dc 2 bit khi có xung clock ở chân 12 thì dữ liệu sẽ ra ở chân Q0và Q1 (chú ý chiều dịch dữ liệu từ Q0=>Q7)

Chân 10: khi chân này ở mức thấp(mức 0) thì dữ liệu sẽ bị xóa trên chip)

Chân 20: VCC

1.3.5 IC 74HC138

IC74HC138 là ic giải mã 3-8 gồm 3 địa chỉ ngõ vào (A,B,C) và 8 địa chỉ ngõ ra (uot-00 đến out-07) Có 2 tích cực mức thấp (G2A và G2B) và 1 tích cực mức cao (G1)

hoạt động của mạch hay hệ thống Đối với mỗi mạch điện hay hệ thống nó cần đòi hỏi các nguồn đầu vào khác nhau từ một nguồn đầu vào cố định hay có sẵn Nguồn DC được sử dụng rất rộng rãi và được sử dụng hầu hết trong các mạch điện hay các hệ thống điện Nhưng để sử dụng nguồn DC vào hệ thống của mình thì nguồn DC này cần phải được biến đổi thành nguồn DC khác hay nhiều nguồn DC cung cấp cho hệ thống

Hiện nay thì nguồn xung hay nói cách khác nó là các bộ nguồn biến đổi DC-DC nó được sử dụng phổ biến hầu hết trên các mạch điện và các hệ thống điện tự động Với ưu điểm là khả năng cho hiệu suất đầu ra cao, tổn hao thấp,

ổn định được điện áp đầu ra khi đầu vào thay đổi, cho nhiều đầu ra khi với một đầu vào Nguồn xung hiện nay có rất nhiều loại khác nhau nhưng nó được chia thành 2 nhóm nguồn : Cách ly và không cách ly

Do yêu cầu của hệ thống và tính tiện dụng nên khi lựa chọn chúng tôi chọn nguồn tổ ong lọa 5V-40A Khi kết nối dây chúng ta kết nối như hình dưới đây

2.1 Sơ đồ khối của mạch nguồn

1 Khối chỉnh lưu để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều về 1 chiều

2 Biến áp xung là 1 loại biến áp dùng để chuyển đổi năng lượng có hiệu suất cao

Nguyên tắc giống như biến áp thường - Tuy nhiên dòng điện là dòng xung cao (1kHz trở lên?)

Ví dụ: bạn muốn có nguồn 12V/1A

- Với biến áp thường: hiệu suất =50-80%, to, nặng, rẻ, nóng, dải ổn áp hẹp

- Với biến áp xung: hiệu suất >85%, nhỏ, nhẹ, đắt, không nóng lắm, dải ổn áp rộng Sau đó ta được nguồn DC 1 chiều

3 Hồi tiếp là đưa một phần tín hiệu đầu ra trộn với tín hiệu đầu vào , hoi tiếp có 2loai

 Hồi tiếp áp là lấy 1 phần điện áp ngõ ra đưa trở lại ngõ vào

 Hồi tiếp dòng là chuyển dòng ngõ ra thành áp rồi cũng đưa trở lại ngõ vào

 Nếu tín hiệu đưa trở lại ngõ vào âm thì có hồi tiếp âm, còn đưa trở lại ngõ vào dương thì có hồi tiếp dương

4 Sau đó đưa qua ic điều khiển để điều khiển nguồn ra ,tín hiệu điều khiển dùng

để điều khiển ic ,nguồn phụ là nguồn cung cấp cho ic đảm bảo ic hoạt động bình thường

2.2 IC nguồn xung UC3844

Chức năng các chân của UC3844

Chân 1: Chân bù tổn hao sai lệch ngõ ra

Chân 2: Chân điện áp hồi tiếp

Chân 3: So sánh dòng để thực hiện Current Sense

Chân 4: Chân giao động thông qua tụ và trở hoạt động ở mức 1Mhz

Chân 5: Nối GND

Chân 6: Điện áp ra Vout

Chân 7: Điện áp vào Vcc

Chân 8: Điện áp tham chiếu Vref

2.3 IC ổn áp dương 7805

Ic 7805 là Ic ổn áp dương, hai số sau chỉ điện áp cố định của nó, ví dụ: Ic7805 là Ic ổn áp dương có điện áp ngõ ra là 5v, Ic7812 là Ic ổn áp dương có điện

áp ra là 12v…Tùy theo dòng điện ở ngõ ra, người ta thêm chữ đề nghị :

78LXX: Dòng điện danh định mức là 10mA

78XX: Dòng điện danh định mức là 1A

78HXX: Dòng điện danh định mức là 5A

3 CPU điều khiển EX-50

3.1 Giới thiệu về CPU EX-50

Trên thị trường chúng ta thấy có rất nhiều các loại CPU để điều khiển cho bảng Module led matrix CPU EX-50 là một sản phẩm của công ty BIOS LED thuộc Trung Quốc

Dưới đây là hình ảnh về dòng CPU này

CPU EX-50 quản lý được số điểm ảnh : 128*512 96*680 80*800 32*1600 ( với dơn sắc) và 32*1024 64*512 (với đa sắc)

CPU EX-50 sử dụng được với phần mềm LED Center

Ngoài sử dụng phương thức truyền dữ liệu theo cổng giao tiếp RS-232 truyền thống ra thì CPU EX-50 còn hỗ trỡ thêm chức năng cài đặt qua cổng USB 2.0 đây là một điều mới mẻ so với các dòng CPU khác Ngoài ra CPU EX-50 còn

sử dụng thế hệ nhan vi xử lý ARM mới

Ngày nay, hơn 75% CPU nhúng 32-bit là thuộc họ ARM, điều này khiến ARM trở thành cấu trúc 32-bit được sản xuất nhiều nhất trên thế giới CPU ARM được tìm thấy khắp nơi trong các sản phẩm thương mại điện tử, từ thiết bị cầm tay (PDA, điện thoại di động, máy đa phương tiện, máy trò chơi cầm tay, và máy tính cầm tay) cho đến các thiết bị ngoại vi máy tính (ổ đĩa cứng, bộ định tuyến để bàn.) Một nhánh nổi tiếng của họ ARM là các vi xử lý Xscale của Intel

3.3 Hướng dẫn sử dụng

 Cấp nguồn 5VDC cho CPU theo đúng ngõ vào GND và +5V

 Đối với Module led matrix thì chúng ta chỉ sử dụng 4 cổng dữ liệu T12

 Gắn cổng kết nối RS-232 vào CPU )hoặc USB 2.0 nếu muốn truyền dữ liệu qua cổng USB2.0)

Khi gắn BUS dữ liệu nên chú ý gắn đúng chiều với chiều của Module Gắn BUS theo thứ tự từ trên xuống và gắn đúng với chiều từ 1 12

4 Cổng kết nối RS-232

Ngày nay các thiết bị đo lường, điều khiển đều phải giao tiếp với máy tính để quan sát thông số và chế độ hoạt động của thiết bị như thế nào? Chuẩn giao tiếp được coi là đơn giản và dễ dùng đó là RS232 Hầu như các thiết bị đều được giao tiếp với máy tính thông qua chuẩn này Bài viết này sẽ nói về cơ bản chuẩn giao tiếp RS232: Tổng quan chung về RS232, Sơ đồ ghép nối, Giao diện phần mềm Ta xét sơ đồ chân cổng Com 9 chân:

Trên là các kí hiệu chân và hình dạng của cổng DB9

Chức năng của các chân như sau:

+ chân 1 : Data Carrier Detect (DCD) : Phát tín hiệu mang dữ liệu

+ chân 2: Receive Data (RxD) : Nhận dữ liệu

+ chân 3 : Transmit Data (TxD) : Truyền dữ liệu

+ chân 4 : Data Termial Ready (DTR) : Đầu cuối dữ liệu sẵn sàng được kích hoạt bởi bộ phận khi muốn truyền dữ liệu

+ chân 5 : Singal Ground ( SG) : Mass của tín hiệu

+ chân 6 : Data Set Ready (DSR) : Dữ liệu sẵn sàng, được kích hoạt bởi bộ truyền khi nó sẵn sàng nhận dữ liệu

+ chân 7 : Request to Send : yêu cầu gửi,bô truyền đặt đường này lên mức hoạt động khi sẵn sàng truyền dữ liệu

+ chân 8 : Clear To Send (CTS) : Xóa để gửi ,bô nhận đặt đường này lên mức kích hoạt động để thông báo cho bộ truyền là nó sẵn sàng nhận tín hiệu

+ chân 9 : Ring Indicate (RI) : Báo chuông cho biết là bộ nhận đang nhận tín hiệu rung chuông

Để sử dụng RS232 kết nối CPU với máy tính thì chúng ta phải kết nối như sau :

Để dữ liệu được truyền đi tốt thì chúng ta nên mua loại đảm bảo và sử dụng được trên hệ điều hành mà máy tính đang sử dụng

Dưới đây là một mạch được ứng dụng rộng rãi trong cổng giao tiếp RS232:

Phần B:Thiết kế và thi công

phần cứng

1 Tính toán và thiết kế

Khi định làm một biển ma trận led chúng ta cần biết kích thước biển của chúng

ta là bao nhiêu.Ở đây chúng tôi chọn led p20 16x32 thì chiều rông và dài của khung lần lượt là 64x160 Kích thước quan trọng vì các loại modul led có kích thước cố định Chúng ta chỉ có thể ghép modul thành các tấm có kích thước bằng

số nguyên lần diện tích của một modul

Ở đây diện tích của chúng ta là 64cm * 160cm, nên chúng ta sẽ dễ tính được cần 20 Module Và sẽ được sắp sếp và kết nối như hình dưới đây

- Dòng 1 chiều 5v/dc:

- Bush dữ liệu:

2 Ghép Module

Các modul đều được nhà sản xuất để sẵn vị trí bắt vít Chúng ta dựa vào các

vị trí này để tính toán các khung xương ghép các modul với nhau Thông thường nếu biển có 3 hàng modul trở lên chúng ta nên làm xương chạy dọc lên Ghép như vậy ta sẽ có các mảng gồm các modul chồng lên nhau Sau đó ta sẽ làm các xương ngang chạy theo chiều dài của biển để bắt các mảng này lên

Việc sử dụng modul ngoài trời hay trong nhà cũng cần phải quan tâm khi làm khung xương Nếu là trong nhà thì không cần phải để ý đến việc chống nước, chỉ ghép làm sao cho khít là được Nếu là loại ngoài trời, modul sẽ có một goiăng cao su phía sau Chúng ta phải làm viền để ép sát được gioăng này mới đảm bảo kín nước Nếu không ta sẽ phải làm hộp chắn nước tốt