MẠCH LED CUBE lập PHƯƠNG 5x5x5

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN -o0o - BÁO CÁO MÔN HỌC ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ ĐỀ TÀI: MẠCH LED CUBE LẬP PHƯƠNG 5X5X5 Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Quang Hà Nội, năm 2019 GIỚI THIỆU CHUNG VÀ LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu led ứng dụng đời sống Đèn Led đời từ năm 60 kỷ 20 đến sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đời sống xã hội Với nhiều "nhất" "siêu" như: tuổi thọ cao nhất, có lợi cho sức khỏe nhất, siêu sáng, siêu tiết kiệm điện đèn Led mang lại lợi ích vơ to lớn cho nhân loại Sau vài ứng dụng chứng tỏ ưu vượt trội nó: 1.1.1 Đèn Led giao thơng Trong giao thơng, công nghệ Led tỏ vượt trội việc thỏa mãn tiêu chí tiết kiệm điện năng, mỹ quan, dễ điều khiển bảo vệ môi trường 1.1.2 Đèn Led chiếu sáng trang trí tịa nhà lớn Đèn led trang trí tịa nhà Landmark 81 Tuy chi phí lắp đặt ban đầu bóng đèn Led cao so với loại đèn khác khoản tiết kiệm điện đem lại nhiều chi phí bỏ nên nhiều nơi giới có kế hoạch thay đèn chiếu sáng đèn Led Ví dụ tịa nhà landmark 81, Tồn hệ thống công ty thực tháng với nhiều loại đèn khác nhau, có 17km đèn LED tuyến tính (LED Linear) cho khối đế thân tòa nhà Đặc biệt, điểm nhấn quan trọng 2.427 đèn LED điểm hiệu ứng đổi màu (LED Dot) 10W lắp đặt từ tầng 22 lên tới tầng 81, trình chiếu hiệu ứng video 1.1.3 Đèn Led dùng trang trí nội thất Đèn Led dùng để làm cho nội thất vừa đẹp vừa huyền bí, vừa đại với thiết bị nội thất bàn ghế, gường, bồn tắm Ánh sáng nhiều màu đèn Led thiết kế phù hợp với tâm trạng, cảm giác chủ nhân phịng mục đích sử dụng… 1.1.4 Trong lĩnh vực đời sống thường ngày Đèn Led ứng dụng nhiều lĩnh vực đời sống thường ngày: dùng y học ( trị vàng da, điều trị mụn…), dùng nông nghiệp (một số loại hấp thụ dải màu ánh sáng định, khơng hấp thụ hồn tồn ánh sáng trắng), hay quảng cáo… Còn nhiều ứng dụng đèn led mà không kể đến Các ứng dụng cho thấy đèn led ngày quan trọng phổ biến đời sống Vì vậy, để hiểu nguyên lí hoạt động số cách sử dụng led đời sống, nhóm chúng em định nghiên cứu đề tài mạch led Và cụ thể mạch led cube 5x5x5 1.2 Giới thiệu chung mạch led lập phương 5x5x5 1.2.1 Cấu tạo Khối hình led cấu tạo theo khối lâp phương 5x5x5 1.2.2 Các link kiện - 125 đèn led xanh (diode) - 05 transitor: A1015 - 30 điện trở 330R - 01 đế chip 89C52 - 01 chip 89C52 - 02 tụ gốm 33 pF - 01 tụ hóa 10uf - 01 led nguồn - 01 thạch anh 12MHZ - 01 trở băng 103 - 01 nguồn sạc cổng USB 1A - Dây bus nối - jumper cắm (jump đực) TỔNG QUAN HỆ THỐNG, CHỨC NĂNG CỦA TỪNG LINH KIỆN TRONG MẠCH LED 2.1 Đèn led 2.1.1 Cấu tạo 2.1.1.1 Phần tử phát sáng led LED (Light-emitting diode – Đi-ốt xạ ánh sáng) Bản chất LED điốt, chứa chíp bán dẫn có pha tạp chất để tạo tiếp giáp P-N, kênh P chứa lỗ trống, kênh N chứa điện tử, dòng điện truyền từ A-nốt (kênh P) đến K-tốt (kênh N), điện tử lấp đầy chỗ trống sinh xạ ánh sáng, bước sóng phát có màu khác tùy thuộc vào tạp chất chip bán dẫn 2.1.1.2 Mạch in đèn Chất lượng mạch in, chất lượng mối hàn LED với mạch in ảnh hưởng đến lớn đến độ bền đèn, điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt nam, chất lượng mạch in mối hàn khơng tốt dễ gây oxi-hóa đứt mạch in, khơng tiếp xúc làm cho đèn phát sáng sau thời gian sử dụng Trong thực tế người ta sử dụng mạch in thường, nhơm, gốm cho phép tản nhiệt nhanh cho loại LED công suất trung bình lớn 2.1.1.3 Bộ nguồn Bộ nguồn cấp điện cho đèn LED phải đảm bảo cung cấp dòng điện điện áp ổn định phù hợp lới loại LED sử dụng linh kiện chế tạo nguồn phải có tuổi thọ sử dụng tương đương với tuổi thọ LED.>> Với loại đèn công suất nhỏ nguồn đơn giản nguồn áp kết với điện trở hạn dòng cho LED LED cơng suất trung bình lớn cần tạo nguồn dòng cho LED 2.1.1.4 Bộ phận tản nhiệt (chỉ có đèn cơng suất lớn) 2.1.1.5 Vỏ Để đảm bảo cho đèn hoạt động ổn định bền, vỏ đèn chế tạo để có độ chống thấm nước cao, đồng thời đảm bảo khả tỏa nhiệt nhanh chóng Do sử dụng đèn LED vào yếu tố để đưa định mua hàng 2.1.2 Ngun lí hoạt động LED dựa cơng nghệ bán dẫn Hoạt động LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn Khối bán dẫn loại p chứa nhiều loại lỗ trống tự mang điện tích dương nên ghép với khối bán dẫn n (Chứa điện tử tự do) lỗ trống có xu hướng chuyển động khuyếch tán sang khối n Cùng 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 dư thừa điện tử) khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử dư thừa lỗ trống) Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, số điện tử bị lỗ trống thu hút chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hường kết hợp với tạo thành nguyên tử trung hòa Quá trình giải phóng lượng dạng ánh sáng (hay xạ điện từ có bước sóng gần đó) Tùy theo mức lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát khác (tức màu sắc LED khác nhau) Mức lượng (và màu sắc LED)hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc lượng nguyên tử chất bán dẫn - LED thường có điện phân cực thuận cao điốt thông thường, khoảng 1,5 đến 3V Nhưng điện phân cực nghịch LED khơng cao Do LED dễ bị hư hỏng điện ngược gây 2.2 Transistor A1015 2.2.1 Khái niệm, cấu tạo Trong điện tử transistor linh kiện bán dẫn, hoạt động mạch điện tử, transistor có vai trị van cách li điều chỉnh dòng điện, điện áp mạch Nhờ vai trò quan trọng transistor ứng dụng rộng rãi Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai tiếp giáp P- N, ghép theo thứ tự PNP ta transistor thuận, ghép theo thứ tự NPN ta transistor ngược Về cấu tạo, transistor tương đương với hai diode đấu ngược chiều 2.2.2 Thơng số transistor A1015 - Dịng điện cực đại: Ic= -150mA - Công suất cực đại: Pc= 400m - Điện áp cực đại: Uceo= -50V Ucbo= -50V Uebo= -5V - Hệ số khuếch đại( hfe): 70-400 - Tần số cắt Ft: >80MHz 2.3 Điện trở 330R Giá trị điện trở 330R – Công suất 1/4W – Sai số 1% – Nhiệt độ hoạt động: -55 => 150*C – Cấu tạo màng kim loại (metal film) 2.4 Con chip 89s52 đế chip AT89S52 họ IC vi điều khiển, thích hợp cho ứng dụng điều khiển VĐK 89S52 đế 89s52 2.5 Tụ gốm 33 pF Tụ điện gốm tụ điện có giá trị cố định, điện mơi vật liệu gốm Nó chế tạo từ hai nhiều lớp gốm sứ xen kẽ lớp kim loại hoạt động điện cực Thành phần vật liệu gốm xác định dáng điệu phản ứng điện ứng dụng Tụ gốm có ứng dụng: Các tụ gốm lớp có ổn định cao tổn thất thấp, dùng ứng dụng mạch cộng hưởng, làm dao động thạch anh xác 2.6 Tụ hóa 10uF Tụ hóa loại tụ điện có phân cực Nó có anode (+) làm kim loại đặc biệt xử lý bề mặt để tạo lớp oxyt cách điện Sau chất điện phân rắn không rắn (non-solid) phủ lên mặt lớp oxyt để tạo Tụ hóa có ứng dụng vào reset mạch 2.7 Thạch Anh 12MHZ Thạch anh điện tử linh kiện làm tinh thể đá thạch anh mài phẳng xác Linh kiện thạch anh làm việc dựa hiệu ứng áp điện Hiệu ứng có tính thuận nghịch Khi áp điện áp vào mặt thạch anh, bị biến dạng Ngược lại, tạo sức ép vào bề mặt đó, phát điện áp Ứng dụng: tạo tần số ổn định, tạo xung chuẩn cho dao động mạch (IC) 2.8 Dây bus cắm, jumper (Đực) Là vật dẫn điện, dẫn dòng điện từ mạch đèn Led 2.9 Nguồn sạc cổng usb 1A NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG, THIẾT KẾ MẠCH 3.1 Thiết kế khối LED LED CUBE tạo thành từ 125 bóng LED, xếp thành lớp, lớp 25 bóng Điều đặt biệt ta khơng dùng 125 mối nối để thắp sáng bóng mà thay vào đó, ta mắc chung chân anode 25 bóng lớp lại với mắc chung chân cathode để tạo thành cột (có 25 cột) Để cho led bật sáng, ta nối chân anode chung lớp với điểm có điện cao, 25 bóng led có chân anode gắn với điểm điện cao, việc lại nối điểm điện thấp cho chân cathode bóng led cần thắp sáng Việc cấp điện cao cho lớp thực transistor PNP Transistor điều khiển chân IO vi điều khiển phân cực vùng bão hòa vùng ngưng tương ứng với mức logic (ngược mức logic với chân IO vi điều khiển) Việc cấp điện thấp cho cột thực 25 chân IO vi điều khiển, khơng có transistor để nhận dịng nên khi tính tốn điện trở hạn dòng cho led phải lưu ý đến khả nhận dịng chân IO vi điều khiển (thơng số IOL khoảng 200mA tối đa) Ở thời điểm đó, chân phải nhận dịng từ bóng led cột Sơ đồ nguyên lý điều khiển sau đây: hàng nối với transistor 3.2 Thiết kế mạch Mạch thiết kế có cấu tạo vị trí lắp thiết bị hình: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trên báo cáo nhóm chúng em Tuy nhóm cố gắng lần đầu nên cịn nhiều thiếu xót, mong thầy góp ý để bạn nhóm phát triển Hướng phát triển: Như nói phần A, nhóm tìm thấy ý tưởng khung cảnh đời sống: led quảng cáo, led trang trí nhà, led giao thơng… Vì chúng em hi vọng phát triển việc mang ứng dụng đèn led vào đời sống Xin trân trọng cảm ơn Một số nguồn tham khảo http://www.echipkool.com/2011/11/huong-dan-lam-led-cube-5x5x5-voi-89s52.html http://www.luanvan.co/luan-van/de-tai-led-cube-5x5x5-61811/ https://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BB%A5_%C4%91i%E1%BB%87n_g%E1%BB%91m https://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BB%A5_h%C3%B3a https://vi.wikipedia.org/wiki/Dao_%C4%91%E1%BB%99ng_tinh_th%E1%BB%83 ... mạch led Và cụ thể mạch led cube 5x5x5 1.2 Giới thiệu chung mạch led lập phương 5x5x5 1.2.1 Cấu tạo Khối hình led cấu tạo theo khối lâp phương 5x5x5 1.2.2 Các link kiện - 125 đèn led xanh (diode)... dao động mạch (IC) 2.8 Dây bus cắm, jumper (Đực) Là vật dẫn điện, dẫn dòng điện từ mạch đèn Led 2.9 Nguồn sạc cổng usb 1A NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG, THIẾT KẾ MẠCH 3.1 Thiết kế khối LED LED CUBE tạo... tham khảo http://www.echipkool.com/2011/11/huong-dan-lam -led- cube- 5x5x5- voi-89s52.html http://www.luanvan.co/luan-van/de-tai -led- cube- 5x5x5- 61811/ https://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BB%A5_%C4%91i%E1%BB%87n_g%E1%BB%91m