Thiết kế, thi công mô hình led quay đồng hồ

i LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập nghiên cứu để thực chuyên đề tốt nghiệp, em nhận đƣợc quan tâm tận tình thầy cô hƣớng dẫn khoa Điện – điện tử bạn lớp 53D-DT giúp em hoàn thành chuyên đề Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy hƣớng dẩn Th.s Nguyễn Văn Hân, hết lòng bảo hƣớng dẫn tận tình, thƣờng xuyên theo dõi trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Ban chủ nhiệm khoa Điện – Điện tử tạo điều kiện thuận lợi cho em để hoàn thành tốt chuyên đề GVHD: Nguyễn Văn Hân SVTH: Trương Minh Nam ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH ẢNH v MỞ ĐẦU vii CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Sơ lƣợc LED 2.2 Quang báo ma trận LED 2.2.1 Khái niệm 2.2.2 Ma trận LED hình tròn 2.3 Cấu trúc mô hình 2.3.1 Khối điều khiển 2.3.1.1 Vi điều khiển AT89S52 2.3.1.2 Cảm biến .6 2.3.1.3 Thời gian thực DS1307 .7 2.3.2 Nguồn nuôi .9 2.3.2.1 Nguồn Pin 2.3.2.2 Chổi quét 10 2.3.2.3 Cấp nguồn không dây ( biến áp không khí, xạ điện từ) 10 2.3.2.4 Phƣơng pháp cấp nguồn lên mạch ổ bi 11 2.3.3 Hiển thị LED 12 2.3.4 Chức linh kiện lại mạch: .12 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 13 3.1 Giới thiệu sơ lƣợc mô hình 13 3.1.1 Đặt vấn đề .13 3.1.2 Giải vấn đề 13 3.1.2.1 Sơ đồ khối 14 GVHD: Nguyễn Văn Hân SVTH: Trương Minh Nam iii 3.2 3.1.2.2 Chức khối 14 3.1.2.3 Khối nguồn .15 3.1.2.4 Khối vi điều khiển AT89S52 17 3.1.2.5 Khối hiển thị 21 3.1.2.6 Khối cảm biến 21 Lƣu đồ giải thuật 23 3.2.1 Giải thuật hiển thị chữ .23 3.2.2 Giải thuật hiển thị kí tự vong pro 24 3.2.3 Giải thuật hiển thị đồng hồ kim .25 3.2.4 Giải thuật hiển thị chữ đồng hồ số 26 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 4.1 Một vài hình ảnh mô hình thực tế 27 4.2 Một số khó khăn gặp phải thi công 29 KẾT LUẬN 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 PHỤ LỤC 32 GVHD: Nguyễn Văn Hân SVTH: Trương Minh Nam iv DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Chức riêng Port 19 GVHD: Nguyễn Văn Hân SVTH: Trương Minh Nam v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Hoạt động LED Hình 2.2: Quang báo ma trận LED Hình 2.3: Dải LED tạo thành LED ma trận hình tròn Hình 2.4: Vi điều khiển AT89S52 Hình 2.5 : Hình dạng thực tế cảm biến từ A3144 Hình 2.6: Cấu trúc A3144 Hình 2.7: Sơ đồ chân DS1307 Hình 2.8 : Tổ chức nhớ DS1307 Hình 2.9: Nguồn Pin 9V 10 Hình 2.10: Chổi quét cấp nguồn cho mạch 10 Hình 2.11 : Nguồn xạ điện từ 11 Hình 2.12 : Hình dạng ổ bi 11 Hình 3.1: Sơ đồ khối mô hình led 14 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn cấp cho VDK 15 Hình 3.3: Mô hình cấp điện led quay kiểu vòng bi 15 Hình 3.4: Cách gắn ổ bi lên động 16 Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển AT89S52 17 Hình 3.6: Cấu trúc Port 18 Hình 3.7: Cấu trúc Port 18 Hình 3.8: Cấu trúc Port 19 Bảng 3.1: Chức riêng Port 19 Hình 3.9: Sơ đồ mạch Reset cho AT89S52 20 Hình 3.10: Sơ đồ mạch dao động cho AT89S52 20 Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 21 Hình 3.12: Sơ đồ kết nối khối cảm biến A3144 với VDK 22 Hình 3.13: Lưu đồ giải thuật chung chương trình giải thuật hiển chữ vòng quay 23 Hình 3.14: Giải thuật hiển thị ký tự vòng pro1 24 Hình 3.15: Lưu đồ giải thuật hiển thị đồng hồ kim 25 GVHD: Nguyễn Văn Hân SVTH: Trương Minh Nam vi Hình 3.16: Lưu đồ giải thuật hiển thị đồng hồ số chữ 26 Hình 4.1: Mạch in mạch thực 27 Hình 4.2: Hiệu ứng hiển thị đồng hồ kim 27 Hình 4.3: Hiệu ứng chạy chữ 28 Hình 4.4: Hình dạng dải LED mô hình 28 Hình 4.5: Khối vi điều khiển AT89S52 thực tế 28 Hình 4.6: Hình dạng mô hình thực tế 29 GVHD: Nguyễn Văn Hân SVTH: Trương Minh Nam vii MỞ ĐẦU Với phát triển không ngừng khoa học công nghệ, sống ngƣời trở nên tiện nghi đại Điều đem lại cho nhiều giải pháp tốt việc xữ lý vấn đề tƣởng chừng nhƣ phức tạp gặp phải sống Việc ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật đại tất lĩnh vực phổ biến toàn giới, thay dần phƣơng thức thủ công, lạc hậu ngày đƣợc cải tiến đại hơn, hoàn mỹ Cùng với phát triển chung đó, nƣớc ta mạnh mẽ tiến hành công nghiệp hóa, đại hóa đất nƣớc để theo kịp phát triển nƣớc khu vực giới Trong lĩnh vực điện tử ngày đóng vai trò quang trọng việc phát triển kinh tế đời sống ngƣời Sự phổ biến đóng góp không nhỏ tới phát triển tất nghành sản xuất, giải trí,… Trong năm gần đặc biệt lĩnh vực giải trí, quảng cáo có phát triển mạnh mẽ với nhiều hình thức, phƣơng pháp tiếp cận, quảng bá, chia sẻ thông tin đại toàn diện dựa quang báo led Với lòng đam mê yêu thích lĩnh vực này,em định chọn chuyên đề “Thiết kế, thi công mô hình led quay đồng hồ” nhằm đáp ứng ham muốn học hỏi thân nhƣ nâng cao giá trị điện tử đời sống xã hội  Mục đích nghiên cứu Chế tạo quang báo sử dụng động môt dải LED thẳng gắn vào trụ động Khi động quay, điều kiển dải LED hiển thị chữ  Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu cấu tạo,nguyên lý hoạt động ứng dụng vi điều kiển để hiển thị hình ảnh bề mặt LED xoay dựa tƣợng lƣu ảnh mắt ngƣời  Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn Từ đề tài giúp ngƣời biết đến vào hiểu loại quang báo ảnh quay, phục vụ đời sống ngƣời, hiển thị đồng hồ thời gian quang báo hiển thị chữ, hình ảnh phục vụ quảng cáo… GVHD: Nguyễn Văn Hân SVTH: Trương Minh Nam CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG Ngày nay, quang báo đƣợc sử dụng nhiều lĩnh vực đời sống xã hội Hầu nhƣ đâu bắt gặp bảng hiệu điện tử với nhiều hình thức khác Nhằm mục đích làm bật lên thƣơng hiệu cửa hàng ngƣời ta sử dụng rộng rãi bảng quảng cáo điện tử Hiện có nhiều hình thức quang báo, chẳng hạn nhƣ bảng hiệu LED đơn đƣợc xếp thành bảng chữ hay hình ảnh thƣờng thấy cửa hàng, quán cafe, karaoke… bảng LED ma trận dùng để hiển thị hình ảnh nội dung nhiều, hay dùng để làm bảng thông báo thƣờng thấy sân bay dùng để hiển thị chuyến bay, đến, bay … Đề tài thực loại hình quang báo, “quang báo ảnh quay” Đây hình thức quang báo Nó sử dụng dải đèn LED quét thành hình hình tròn nhờ động Khi quay với tốc độ cao, hình ảnh hay nội dung đƣợc hình hình tròn Dựa theo nguyên lý quét LED MA TRẬN theo cột Việc quét cột đƣợc thực nhờ quay động Dựa vào nguyên lý hoạt động cảm biến từ để tạo ngắt cho vi điều khiển quay đƣợc vòng Để liệu đƣợc cố định vòng tròn quay, ta thực cách ngắt xảy cho xuất liệu,nếu thời gian thực ngắt mà liệu xuất hết thoát ngắt chờ đến ngắt lại xuất liệu." Nội dung báo cáo gồm chƣơng: + Chƣơng 1: Giới thiệu chung + Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết + Chƣơng 3: Thiết kế hệ thống + Chƣơng 4: Kết thảo luận Trong đó, chƣơng giới thiệu khái quát chuyên đề Chƣơng nói sở lý thuyết mô hình Chƣơng cách thiết kế lƣu đồ giải thuật để làm rõ nguyên lý hoạt động mô hình Chƣơng tổng kết lại làm đƣợc số khó khăn vấp phải tiến hành thi công mô hình GVHD: Nguyễn Văn Hân SVTH: Trương Minh Nam CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Sơ lƣợc LED LED (Light Emitting Diode – diode phát quang) loại diode có khả phát ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống nhƣ diode, LED đƣợc cấu tạo từ khối bán dẫn loại P ghép với khối bán dẫn loại N Hoạt động LED giống nhƣ nhiều loại diode bán dẫn khác (hình 2.1): khối bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống mang điện tích dƣơng nên ghép với khối bán dẫn loại n chứa điện tử tự mang điện âm điện tử có xu hƣớng chuyển động khuếch tán sang khối P, lúc khối P lại nhận thêm điện tử (điện tích âm) từ khối N chuyển sang Kết khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống thừa điện tử) khối N tích điện dƣơng (thiếu hụt điện tử thừa lỗ trống) Ở mặt tiếp giáp P-N, số điện tử bị lỗ trống thu hút chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hƣớng kết hợp với tạo thành nguyên tử trung hòa Quá trình giải phóng lƣợng dƣới dạng ánh sáng Tùy theo mức lƣợng giải phóng cao hay thấp mà bƣớc sóng ánh sáng phát khác (tức màu sắc LED khác nhau) Mức lƣợng (và màu sắc LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc lƣợng nguyên tử chất bán dẫn Thông thƣờng LED có điện phân cực thuận cao loại diode khác khoảng 1,5 đến 3V nhƣng điện phân cực ngƣợc LED lại không cao Hình 2.1: Hoạt động LED GVHD: Nguyễn Văn Hân SVTH: Trương Minh Nam Đèn LED có ứng dụng phong phú rộng rãi: làm phận hiển thị thiết bị điện, điện tử, trang trí, làm đèn giao thông, đèn LED phát tia hồng ngoại đƣợc dùng thiết bị điều khiển từ xa điện tử dân dụng… chí ngày ngƣời ta nghiên cứu đèn LED phát ánh sáng trắng để thay cho thiết bị chiếu sáng thông thƣờng nhƣ đèn sợi đốt, đèn neon, đèn compact…Điều hoàn toàn có lẽ thành thực tƣơng lai không xa Một ứng dụng quan trọng phổ biến đèn LED lĩnh vực quảng cáo, bảng quảng cáo đèn LED 2.2 Quang báo ma trận LED 2.2.1 Khái niệm Ma trận LED tập hợp nhiều đèn LED đƣợc bố trí thành ma trận dạng hình chữ nhật vuông với số hàng a số cột b Để giảm số lƣợng đƣờng điều khiển, ma trận LED, LED đƣợc nối chung với theo hàng cột Số lƣợng LED ma trận LED axb số lƣợng ngõ tổng số hàng cột: a+b Hình 2.2: Quang báo ma trận LED 2.2.2 Ma trận LED hình tròn Khi ta ghép LED đơn lại thành dải thẳng, sau giữ cố định LED đầu tiên, quay LED lại xung quanh trục qua LED đó, thu đƣợc hình tròn tạo LED gọi ma trận LED hình tròn Hình tròn đóng vai trò nhƣ hình hiển thị thông tin theo ý muốn Việc hiển thị ma trận LED hình tròn việc điều khiển dải LED xếp theo đƣờng thẳng GVHD: Nguyễn Văn Hân SVTH: Trương Minh Nam 35 out1 = data0; out2= data1; out3 = enkim; delay(t1[ct]); bd = 0; } //////function cap nhat cac so va vi tri kim cho dong ho //////////////////// void correct2() { nsec = conver[sec]; nmin = conver[min]; nhour = conver[hour2]; } //////////ham doc thoi gian tu ds1307 //////////////////////////// void readtime() { sec = DS1307_read(SEC); = DS1307_read(MIN); hour = DS1307_read(HOUR); if(hour >= 12) { hour2 = (hour-12)*5 + min/12; }else { hour2 = (hour)*5 + min/12; } }  Thƣ viện giao tiếp I2C GVHD: Nguyễn Văn Hân SVTH: Trương Minh Nam 36 #include //***************************************************************** ************* // CAC CHUONG TRINH CON CHO I2C //***************************************************************** ************* void delay_us(unsigned int idata tg) { while(tg > 0){tg ;} } void I2C_start(void) { SCL = 1; SCL = 0; SDA = 1; SCL = 1; delay_us(2); SDA = 0; delay_us(2); SCL = 0; delay_us(2); } void I2C_stop(void) { SCL = 1; SCL = 0; SDA = 0; delay_us(2); SCL = 1; delay_us(2); SDA = 1; } void I2C_write(unsigned char dat) { unsigned char i; GVHD: Nguyễn Văn Hân SVTH: Trương Minh Nam 37 for (i=0;i