Đồ án Vi xử lý: Thiết kế bộ đèn LED thông minh

Chương 2: Tổng quan về các loại đèn LED dùng trong chiếu sáng..............................8 2.1. Tổng quan về đèn LED...............................................................................................8 2.2 Phân loại LED:..........................................................................................................10 2.2.1 Đóng gói dạng bề mặt (SMD led)........................................................................10 2.2.2. Đóng gói vuông góc (DIP LED).........................................................................12 2.2.3. Đóng gói dạng công suất lớn...............................................................................12 2.2.4. Piranha (led Piranha)...........................................................................................13Chương 3: Thiết Kế Phần Cứng......................................................................................15 3.1:Tổng Quan Về AVR:.................................................................................................15 3.1.1; Kiến Trúc Atmega186PA:...................................................................................15 3.1.2: Một số thông số cơ bản:......................................................................................17 3.2: Giới thiệu về cảm biến hình ảnh PIR.......................................................................19 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý của cảm biến PIR.......................................................................19 3.2.2 giới thiệu về PIR...................................................................................................19 3.2.3 Nguyên lý làm việc...............................................................................................21 3.3 LM2756.....................................................................................................................23 3.3.1Thông số kỹ thuật:.................................................................................................23 3.3.2 Các tính năng:.......................................................................................................24 3.3.3 Mô tả LM2756......................................................................................................24 3.4 PIN lithium................................................................................................................26 3.4.1 Giới thiệu về pin lithium.......................................................................................26 3.4.2 Cấu tạo pin lithium...............................................................................................26 3.4.3 Hoạt động của pin lithium....................................................................................27Chương 4: Thiết Kế Phần Mềm......................................................................................30 4.1. Giới thiệu về AVR...................................................................................................30 4.2 Giới thiệu về CODEVISION....................................................................................32 4.2.1 Tổng quan về CODEVISION..............................................................................32 4.2.2 Môi trường phát triển tích hợp CodevisionAVR (IDE).......................................34 4.2.3 Làm việc với các file............................................................................................35 4.2.4 Làm việc với các Project.....................................................................................36 4.3 Lưu đồ thuật toán.......................................................................................................41 4.4 Code của mạch điều khiển đèn LED thông minh......................................................43Chương 5: Kết Luận Và Phương Hướng Phát Triển....................................................49

Mục lục

Lời nói đầu .3

Chương 1: Đặt vấn đề và nhiệm vụ thư .4

1.1Giới thiệu về đèn led .4

1.2 Hoạt động của LED 5

1.3 Tại sao lại dùng LED? 5

1.4 Nhiệm vụ 7

Chương 2: Tổng quan về các loại đèn LED dùng trong chiếu sáng 8

2.1 Tổng quan về đèn LED 8

2.2 Phân loại LED: 10

2.2.1 Đóng gói dạng bề mặt (SMD led) 10

2.2.2 Đóng gói vuông góc (DIP LED) 12

2.2.3 Đóng gói dạng công suất lớn 12

2.2.4 Piranha (led Piranha) 13

Chương 3: Thiết Kế Phần Cứng 15

3.1:Tổng Quan Về AVR: 15

3.1.1; Kiến Trúc Atmega186PA: 15

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý của cảm biến PIR 19

3.2.2 giới thiệu về PIR 19

3.2.3 Nguyên lý làm việc 21

3.3 LM2756 23

3.3.1Thông số kỹ thuật: 23

3.3.2 Các tính năng: 24

3.3.3 Mô tả LM2756 24

3.4 PIN lithium 26

3.4.1 Giới thiệu về pin lithium 26

3.4.2 Cấu tạo pin lithium 26

3.4.3 Hoạt động của pin lithium 27

Chương 4: Thiết Kế Phần Mềm 30

4.1 Giới thiệu về AVR 30

4.2 Giới thiệu về CODEVISION 32

4.2.1 Tổng quan về CODEVISION 32

4.2.2 Môi trường phát triển tích hợp CodevisionAVR (IDE) 34

4.2.3 Làm việc với các file 35

4.2.4 Làm việc với các Project 36

4.3 Lưu đồ thuật toán 41

4.4 Code của mạch điều khiển đèn LED thông minh 43

Chương 5: Kết Luận Và Phương Hướng Phát Triển 49

Lời nói đầu

càng hoàn thiện Các thiết bị tự động hóa đi vào sản xuất hàng hóa và sinh hoạt hằng ngàycủa mỗi con người

Thiết nghĩ, việc thiết kế mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh phục vụ trong việcgiảng dạy trong nhà trường là cần thiết và rất có ích cho sinh viên thực tập Mô hình được thiết kế với đầy đủ các bộ phận, cơ cầu, chức năng của một hệ thống chiếu sáng hiện đại vì vậy sẽ giúp ích cho sinh viên có thêm mô hình để thực tập và được tiếp cận với công nghệ chiếu sáng chủ động trên xe, hiện còn mới mẻ ở Việt Nam Đối với bản thân, đây là cơ hội cho chúng em để hệ thống lại kiến thức, là cơ hội nghiên cứu, thực nghiệm và rèn luyện các kỹ năng làm việc trước khi bước vào môi trường làm việc thực sự

Sau một thời gian thực hiện đề tài, mặc dù chúng em đã gặp nhiều khó khăn nhưng với sự giúp đỡ của cô Bùi Thị Duyên và các thầy cô trong khoa CNTD cùng sự cố

gắng nỗ lực của bản thân, đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình đèn thông minh” đã được

hoàn thành đúng tiến độ

Dù đã rất cố gắng và nỗ lực để thực hiện đề tài này, nhưng do kiến thức và thời gian

có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế, vì vậy chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô cùng các bạn

Chương 1: Đặt vấn đề và nhiệm vụ thư

1.1Giới thiệu về đèn led

LED (viết tắt của Light Emitting Diode, dịch ra là điốt phát quang) là các điốt có

khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N

Tương tự như bóng đèn tròn bình thường nhưng không có dây tóc ở giữa, đèn LED tạo

ra nhiều ánh sáng hơn, tỏa nhiệt ít hơn so với các thiết bị chiếu sáng khác.

1.2 Hoạt động của LED:

Giống như nhiều loại điốt bán dẫn khác

+Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau) Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn

+Tùy vào từng loại LED mà điện áp phân cực thuận khác nhau Đối với LED thường thìđiện áp phân cực thuận khoảng 1,5V đến 2,5V; còn đối với LED siêu sáng thì điện áp phân cực thuận có thể lên tới 5V

+Khi LED hoạt động bình thường thì dòng từ 10mA đến 50mA

1.3 Tại sao lại dùng LED?

Hiện nay có rất nhiều loại LED với đầy đủ các kích thước, hình dáng và màu sắc khác nhau, rất thích hợp dùng để trang trí

Được chế tạo từ vật liệu polyme, LED có độ bền cao, dễ vận chuyển mà không lo bị vỡ +Nhiều ánh sáng hơn, tiết kiệm điện hơn, tuổi thọ cao hơn:

Các loại đèn chiếu sáng thông dụng hiện nay bao gồm: bóng đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang, đèn compact, ngoài ra còn có đèn NEON

sự biến đổi ra ánh sáng nhìn thấy chưa đầy 5% Như vậy dùng bóng đèn sợi đốt để thắp sáng là mất đi hơn 90% năng lượng điện để đốt nóng không cần thiết, và do vậy tuổi thọ cũng ko cao.

-Đèn huỳnh quang (đèn tuýp)

Khác với bóng đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang có hiệu suất tỏa sáng lớn hơn nhiều Đèn huỳnh quang làm việc theo nguyên lý phóng điện trong chất khí có hơi thủy ngân nên phát ra tia tử ngoại, tia này đập vào chất huỳnh quang ở bên trong thành ống, kích thích các nguyên tử phát ra ánh sáng Có đến 30% năng lượng điện tiêu thụ được chuyển thành ánh sáng, do đó dùng đèn huỳnh quang tiết kiệm điện hơn rất nhiều, ít bị nóng lên vô ích Đèn huỳnh quang đã phổ biến hơn 60 năm nay, ai cũng thấy rõ lợi ích, nhưng nó vẫn còn những điểm như diện tích tỏa sáng lớn, không tiện cho việc dùng ánh sáng tập trung, tắt bật nhiều lần thì chóng hỏng và chậm chạp, nơi nào điện yếu, chập chờn thì dùng đèn huỳnh quang rất bất tiện

ưa chuộng Một bóng đèn compact 12 W sáng bằng bóng đèn tròn 75 W, còn tuổi thọ thì hàng chục lần lớn hơn

-Đèn LED:

Đối với các diôt phát sáng, điện năng được chuyển hoá thẳng thành ánh sáng Điều đó

có nghĩa là chúng có thể tạo ra ánh sáng như một bóng đèn thường chỉ với một phần ít năng lượng dùng cho bóng thường Tuổi thọ của LED khoảng 100.000h sáng liên tục Hiện LED đang được sử dụng vào các đèn hiệu giao thông với tuổi thọ cao hơn và tiêu

thụ ít năng lượng hơn nhiều đèn thường Nếu có thể được chế tạo đủ rẻ, LED sẽ trở thành nguồn chiếu sáng chính trong thế kỷ 21.

-Tiết kiệm năng lượng

Sản phẩm LED dùng cho nội thất tiết kiệm 70 – 90% lượng điện tiêu thụ do hệ số côngsuất xấp xỉ 0.97 so với các loại đèn truyền thống chỉ đạt 0.1 – 0.5

Bên cạnh đó, hệ thống tản nhiệt cũng giúp nhiệt độ đèn thấp nên giảm tối đa điện năngtiêu thụ của máy điều hòa

-Thân thiện môi trường

Một ưu điểm lớn khi sử dụng đèn LED là sự thân thiện với môi trường của sản phẩm

chứa thủy ngân (Hg) và các dẫn xuất, Chì (Pb) và Cadimum (Cd))

LED không chứa các tia bức xạ có hại cho sức khỏe con người Bên cạnh đó, khi hoạtđộng, không có các tia nháy thường xuyên, không hại mắt, rất phù hợp sử dụng khi làmviệc, nghiên cứu trong thời gian dài

Chương 2: Tổng quan về các loại đèn LED dùng trong chiếu sáng

2.1 Tổng quan về đèn LED

Đèn LED thay thế đèn sợi đốt và đèn huỳnh quang bởi những ưu điểm như tiết kiệm năng lượng, tuổi thọ cao, kích cỡ nhỏ, nhiệt năng sinh ra trong quá trình hoạt động không đáng kể, hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ thấp, không sử dụng thủy ngân giống như các loại bóng huỳnh quang thông thường

Đèn LED có khá nhiều màu sắc như màu đỏ, xanh lá, xanh da trời, màu hổ phách… dễ dàng đáp ứng các nhu cầu về chiếu sáng

Ánh sáng phát của đèn LED có màu sắc phụ thuộc vào chất liệu làm ra nó Ví dụ như đèn LED màu đỏ được làm từ các thành phần hóa học như nhôm, gali, a-xen Đèn LED màu trắng được tạo ra bằng cách bao phủ một lớp photphorơ màu vàng bên ngòai đèn LED xanh da trời

Một bóng đèn LED công suất lớn có thể sản sinh ra lượng ánh sáng là 80 lumen (đơn vịquang thông), trong khi đó một bóng đèn sợi đốt tiêu chuẩn có công suất 60W có thể cungcấp lượng ánh sáng là 900 lumen Điều đó có nghĩa là một bóng đèn LED công suất lớn chỉ có thể cung cấp lượng ánh sáng bằng 1/11 so với một bóng đèn sợi đốt 60W Để có

thể cung cấp đủ ánh sáng người ta phải sản xuất những cụm đèn LED, tuy nhiên thì tươnglai vẫn thuộc về đèn LED khi mà những cải tiến đã nâng gấp đôi công suất chiếu sáng củaloại đèn này trong 2 năm trở lại đây

Lượng nhiệt sinh ra trong quá trình hoạt động của đèn LED cũng thấp hơn rất nhiều (gần như không đáng kể) so với các loại bóng đèn thông thường hiện nay, đó cũng chính

là một trong những lý do khiến đèn LED tiết kiệm điện năng hơn các loại bóng khác Giá đèn LED sẽ ngày càng rẻ và tiếp cận đến người tiêu dùng gia đình trên xu hướng thương mại hoá sản phẩm, đặc biệt là tại Trung Quốc khi các nhà máy với dây chuyền sản xuất đèn LED đang phát triển không ngừng Từ năm 2005, Trung Quốc chỉ có vài trăm nhà máy, đến năm 2008 con số là 2.000 nhà máy, năm 2009 là 4.000 và đến

tháng 6.2010 là gần 5.000 nhà máy chuyên sản xuất những loại đèn

LED chiếu sáng compact và dạng LED tuýp huỳnh quang cho các hãng

trên thế giới

Công nghệ đèn LED tiến hoá rất nhanh, cứ sáu tháng lại có một thế

hệ đèn LED mới với hiệu suất chiếu sáng cao hơn Các công ty sở hữu các công nghệ sáng chế đèn LED chính là các công ty điện tử nổi tiếng trên thị trường Như Philips với 164 sáng chế, Cree với 33 sáng chế, Gelcore LLC (28), Osram (27), Siemens (23), Samsung (20), LG (17)… Đặc biệt tháng 4.2010, hãng Cree (Mỹ) đã giới thiệu dòng sản phẩm thương mại đạt hiệu suất phát quang 160lm/W (bóng đèn led phổ

thông chỉ ở mức từ 50 – 80lm/W) Chính vì vậy giá thành sản xuất của

2.2 Phân loại LED:

suất lớn và dạng Piranha

2.2.1 Đóng gói dạng bề mặt (SMD led): Đa phần các led dạng SMD sau khi đóng gói

SMD led: viết tắt của Surface-mount Device Led là 1 dạng module sử dụng công nghệ SMT(surface-mount technology) để tích hợp trực tiếp các chip led lên bề mặt mạch in (PCB)

1 Dạng PCB: 0402, 0603, 0805, 1206

2 Dạng chân kim loại: 0402, 0603, 0805, 1206, 3mm, 5mm, 6mm, 8mm, 10mm

3 Dạng chân hình bướm bằng kim loại: 2mm, 3mm

4 Dạng phát sáng trên bề mặt (TOP LED): 5050(5.0mmx5.0mm),

3528(3.5mmx2.8mm), 5630(5.6mmx3.0mm), 3020(3.0mmx2.0mm),

2835(2.8mmx3.5mm)

2.2.3 Đóng gói dạng công suất lớn:

2.2.4 Piranha (led Piranha): có dạng đầu phẳng, đầu lồi, lõm, 3mm, 5mm:

* Căn cứ vào công suất đề phân loại: 20mA(0.04-0.06W), 75mA(0.15-0.3W), 350mA(0.7-1W)

300-* Căn cứ vào kích thước tinh thể led: 8mil, 9mil, 10mil, 11mil, 12mil, 14mil, 15mil, 20mil, 24mil, 30mil, 40mil(1W), 45mil(1W, 3W), 60mil(3W), 80mil(5W)

Một số loại đè LED trong chiếu sáng:

Đèn led đường đèn led pha

Chương 3: Thiết Kế Phần Cứng 3.1:Tổng Quan Về AVR

AVR là một họ vi điều khiển do hang Atmel sản xuất Atmel cung cấp các vi điều khiển phổ biến như 8051, AT91, ARM7, Atmel AVR 8-bit RISC, và mới đây là DSP với

7 tầng pipeline và khả năng thực thi song song…

AVR là chip vi điều khiển 8 bit với cấu trúc tập lệnh đơn giản hóa- RISC ( Reduced Instruction Set Computer), một kiều cấu trúc đang thể hiện ưu thế trong các bộ xử lý

3.2 Kiến Trúc Atmega186PA:

Sơ đồ chân:

Sơ đồ khối:

3.3Một số thông số cơ bản:

Datasheets ATMEGA48/88/168/328 (A,P,PA) Summary

ATmega(48,88,168)PA Datasheet

Product Training Modules

Standard Package

Category Integrated Circuits (ICs)

Family Embedded - Microcontrollers

Connectivity I²C, SPI, UART/USART

Peripherals Brown-out Detect/Reset, POR, PWM, WDT

Program Memory Size 16KB (8K x 16)

EEPROM Size 512 x 8

Voltage - Supply (Vcc/Vdd) 1.8 V ~ 5.5 V

Operating Temperature -40°C ~ 85°C

Package / Case 28-DIP (0.300", 7.62mm)

For Use With

1 2 3 P1

Cam Bien PIR

GND

VCC

Cam Bien Nguoi

3.2.2 giới thiệu về PIR

Nó là chữ viết tắt của Passive InfraRed sensor (PIR sensor), tức là bộ cảm biến thụ

động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia nhiệtphát ra từ các vật thể nóng Trong các cơ thể sống, trong chúng ta luôn có thân nhiệt(thông thường là ở 37 độ C), và từ cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còngọi là các tia hồng ngoại, người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạngtín hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyểnđộng Cảm biến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồntích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn tha nhiệt, đó là thân nhiệt củacác thực thể khác, như con người con vật…

Trên đây là đầu dò PIR, loại bên trong gắn 2 cảm biến tia nhiệt, nó có 3 chân ra, mộtchân nối masse, một chân nối với nguồn volt DC, mức áp làm việc có thể từ 3 đến 15V.Góc dò lớn Để tăng độ nhậy cho đầu dò, Bạn dùng kính Fresnel, nó được thiết kế choloại đầu có 2 cảm biến, góc dò lớn, có tác dụng ngăn tia tử ngoại

A kích hoạt không có thể được lặp đi lặp lại: các cảm biến đầu ra cao, thời gian trễ hơn, đầu ra sẽ tự động từ cao đến thấp.

B kích hoạt lặp lại: các cảm biến đầu ra cao sau thời gian trì hoãn, nếu hoạt động của con người trong phạm vi cảm biến của nó, sản lượng sẽ vẫn ở mức cao cho đến khi sau khi trì hoãn để lại Cấp cao xuống thấp (mô-đun cảm biến phát hiện cơ thể con người mọi hoạt động sẽ được tự động mở rộng sau một thời gian chậm trễ và thời gian của các sự kiện cuối cùng là điểm khởi đầu cho sự chậm trễ thời gian).

- Với cảm ứng chặn thời gian (các thiết lập mặc định: 0.2 sec): module cảm ứng, sau mỗi cảm biến đầu ra (cao đến thấp), có thể được theo sau bởi một khối thời gian thiết lập trong khoảng thời gian này không nhận cảm biến Bất kỳ tín hiệu cảm biến Tính năng này có thể đạt được (lần đầu ra và sự phong tỏa của thời gian cảm ứng), khoảng cách giữa các công việc có thể được áp dụng cho các sản phẩm phát hiện khoảng thời gian; đồng thời tính năng này có thể ức chế quá trình chuyển tải cho một loạt các can thiệp.

- Tín hiệu cấp độ đầu ra: dễ dàng lắp ghép với các loại khác nhau của mạch.

3.2.3 Nguyên lý làm việc

Các nguồn nhiệt (với người và con vật là nguồn thân nhiệt) đều phát ra tia hồng ngoại, qua kính Fresnel, qua kích lọc lấy tia hồng ngoại, nó được cho tiêu tụ trên 2 cảm biến hồng ngoại gắn trong đầu dò, và tạo ra điện áp được khuếch đại với transistor FET Khi có một vật nóng đi ngang qua, từ 2 cảm biến này sẽ cho xuất hiện 2 tín hiệu và tín hiệu này sẽ được khuếch đại để có biên độ đủ cao và đưa vào mạch so áp để tác động vào một thiết bị điều khiển hay báo động

Hình vẽ cho thấy 2 vùng cảm ứng nhậy cảm tương ứng với 2 cảm biến trong đầu dò Khi có một con vật đi ngang, từ thân con vật sẽ luôn phát ra tia nhiệt, nó được tiêu tụ mạnh với kính Fresnel và rồi tiêu tụ trên bia là cảm biến hồng ngoại, vậy khi con vật đi ngang, ở ngả ra của đầu dò chúng ta sẽ thậy Xuất hiện một tín hiệu, tín hiệu này sẽ được cho vào mạch xử lý để tạo tác dụng điều khiển hay báo động.

3.3 LM2756

3.3.1Thông số kỹ thuật:

DC DC Switching điều tiết

Dòng SWITCHER® SIMPLE

Loại Step-Down (Buck)

Loại đầu ra có thể điều chỉnh

Nhiệt độ hoạt động -40 ° C ~ 125 ° C

Gắn Loại Qua lỗ

Gói / Case TO-220-5

Nhà cung cấp thiết bị trọn gói TO-263-5

Khả năng tắt máy TTL, điện năng thấp chế độ chờ hiệu quả cao

Sử dụng cuộn cảm tiêu chuẩn có sẵn

Tắt máy nhiệt điện và bảo vệ giới hạn hiện tại

Enhancement P + Sản phẩm được thử nghiệm

3.3.3 Mô tả LM2756

Các loạt LM2576 cơ quan quản lý là các mạch tích hợp nguyên khối mà cung cấp tất cảcác chức năng hoạt động trong một bước xuống (buck của) chuyển đổi điều chỉnh, khả

Đòi hỏi một số lượng tối thiểu của các thành phần bên ngoài, các nhà quản lý là đơn giản để sử dụng và bao gồm bồi thường tần số nội bộ và một bộ dao động tần số cố định.

Các loạt LM2576 cung cấp một sự thay thế hiệu quả cao cho các nhà quản tuyến tính ba-ga phổ biến Nó làm giảm đáng kể kích thước của tản nhiệt, và trong một số trường hợp không có tản nhiệt là cần thiết

Một loạt tiêu chuẩn của cuộn cảm được tối ưu hóa để sử dụng với các LM2576 có sẵn

từ các nhà sản xuất khác nhau Tính năng này giúp đơn giản hoá việc thiết kế các nguồn cung cấp điện năng chuyển đổi chế độ

Các tính năng khác bao gồm đảm bảo dung sai ± 4% về lượng điện áp trong điện áp đầu vào quy định và điều kiện tải đầu ra, và ± 10% trên các tần số dao động Tắt máy bên ngoài được bao gồm, gồm 50 μA (điển hình) dự phòng hiện tại Việc chuyển đổi đầu ra A (điển hình) dự phòng hiện tại Việc chuyển đổi đầu ra bao gồm các chu kỳ của chu kỳ hiện tại hạn chế, cũng như nhiệt tắt máy để bảo vệ đầy đủ trong điều kiện lỗi