Đề tài Thiết kế và thi công máy in nhiệt cầm tay

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ---------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Đề Tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY IN NHIỆT CẦM TAY GVHD: ThS. Phan Vân Hoàn SVTH: Cao Nhữ Ân 16341002 Lưu Quốc Tuấn 16341026 Tp. Hồ Chí Minh – 01/2018 i BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH -------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Đề Tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY IN NHIỆT CẦM TAY GVHD: ThS. Phan Vân Hoàn SVTH: Cao Nhữ Ân 16341002 Lưu Quốc Tuấn 16341026 Tp. Hồ Chí Minh – 01/2018 ii TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Tp. HCM, ngày 15 tháng 01 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Cao Nhữ Ân MSSV: 16341002 Lưu Quốc Tuấn MSSV: 16341026 Chuyên ngành: CNKT Điện Tử Truyền Thông Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 3 Khóa: 2016 Lớp: 163410A I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY IN NHIỆT CẦM TAY II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu:  Nhóm tiến hành việc khảo sát các loại vi điều khiển, lựa chọn màn hình cảm ứng, đầu in nhiệt và giấy in.  Tiến hành tìm hiểu và thu thập các số liệu từ các trang mạng và sách về lập trình vi điều khiển ARM. Tham khảo các máy in nhiệt để xây dựng lên mô hình điều khiển.  Tìm hiểu các bộ cắt giấy để lựa chọn và tham khảo cách thức hoạt động phù hợp cho mô hình. 2. Nội dung thực hiện:  NỘI DUNG 1: Nghiên cứu tài liệu về đầu in nhiệt Fujitsu-FTP-628MCL10.  NỘI DUNG 2: Dựa trên các dữ liệu thu thập được, tiến hành lựa chọn giải pháp thiết kế và thi công mô hình phần mạch điều khiển.  NỘI DUNG 3: Thiết kế hệ thống điều khiển dao cắt giấy in.  NỘI DUNG 4: Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển cho Vi điều khiển, thiết kế giao diện màn hình chính soạn thảo văn bản.  NỘI DUNG 5: Thử nghiệm và điều chỉnh phần cứng cũng như chương trình để mô hình được tối ưu. Đánh giá các thông số của mô hình so với thông số thực tế.  NỘI DUNG 6: Viết báo cáo thực hiện. iii III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 25/09/2017 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/01/2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Phan Vân Hoàn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iv TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Tp. HCM, ngày 15 tháng 01 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: CAO NHỮ ÂN Lớp: 163410A MSSV: 16341002 Họ tên sinh viên 2: LƯU QUỐC TUẤN Lớp: 163410A MSSV: 16341026 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY IN NHIỆT CẦM TAY Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD 25/09/2017 01/10/2017 Tìm hiểu thu thập thông số các loại vi điều khiển, màn hình hiển thị, đầu in nhiệt, giấy in và nguồn cung cấp. 01/10/2017 15/10/2017 Dựa trên các thông số thu thập được, tiến hành lựa chọn giải pháp thiết kế mạch giao tiếp điều khiển đầu in nhiệt. 15/10/2017 29/10/2017 Thi công mạch điều khiển đầu in nhiệt. 29/10/2017 10/11/2017 Thiết kế lưu đồ giải thuật và kiểm tra độ ổn định của mạch đã thi công. 10/11/2017 28/11/2017 Viết chương trình điều khiển cho vi điều khiển. 28/11/2017 15/12/2017 Thiết kế giao diện hiển thị và soạn thảo trực tiếp trên màn hình cảm ứng. 15/12/2017 02/01/2018 Thử nghiệm và điều chỉnh phần cứng cũng như chương trình để mô hình được tối ưu. Đánh giá các thông số của mô hình. 02/01/2018 15/01/2018 Viết báo cáo thực hiện. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) v LỜI CAM ĐOAN Nhóm xin cam đoan đề tài này là do nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và đề tài trước đó. Các số liệu trong đề tài này được nhóm thu thập từ các tài liệu hướng dẫn và tham khảo một số đề tài liên quan từ đó nhóm đã nghiên cứu và phát triển để thực hiện đề tài này. Không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. TP. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 01 năm 2018 Sinh viên thực hiện 1 Sinh viên thực hiện 2 CAO NHỮ ÂN LƯU QUỐC TUẤN vi LỜI CẢM ƠN Sau quá trình học tập ở trường cùng với những kiến thức được các Thầy Cô giảng dạy, những kinh nghiệm được học hỏi, trong quá trình thực hiện đồ án nhóm đã được các Thầy Cô tạo điều kiện tốt nhất để thực hiện đồ án này. Nhóm xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các Thầy, Cô trong Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM nói chung, đặc biệt các giảng viên Khoa Điện - Điện Tử nói riêng đã giảng dạy và cung cấp cho Nhóm có những kiến thức quý báu, tạo tiền đề quan trong cho Nhóm có thể thực hiện được đồ án này. Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới Thầy Phan Vân Hoàn đã trực tiếp hướng dẫn tận tình cho nhóm trong suốt quá trình làm đồ án, cảm ơn Thầy đã giành thời gian quý báu để hướng dẫn cho nhóm, hỗ trợ các thiết bị cũng như đưa ra hướng đi giải quyết đúng cho nhóm mỗi khi gặp khó khăn. Bên cạnh đó nhóm xin cảm ơn tập thể lớp 163410A đã cùng đồng hành với nhóm trong suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án. Các bạn đã cùng nhau giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm và tạo thêm động lực để nhóm có thể hoàn thành được đồ án này. Nhóm cũng xin chân thành cảm ơn bố mẹ, người thân và bạn bè. Những người đã giúp đỡ về mặt tinh thần cũng như vật chất rất nhiều để có thể hoàn thành tốt đồ án này. Xin chân thành cảm ơn mọi người Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án, vì thời gian và trình độ có giới hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, nhóm hy vọng sẽ nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ Thầy Cô, bạn bè và những người quan tâm để đề tài được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện 1 Sinh viên thực hiện 2 CAO NHỮ ÂN LƯU QUỐC TUẤN vii MỤC LỤC Trang bìa .......................................................................................................................... i Nhiệm vụ đồ án ............................................................................................................... ii Lịch trình ........................................................................................................................ iv Cam đoan......................................................................................................................... v Lời cảm ơn ..................................................................................................................... vi Mục lục .......................................................................................................................... vii Liệt kê hình vẽ ................................................................................................................. x Liệt kê bảng vẽ .............................................................................................................. xii Tóm tắt ......................................................................................................................... xiii Chương 1. TỔNG QUAN ................................................................................... 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................... 1 1.2 MỤC TIÊU ............................................................................................................ 2 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................. 2 1.4 GIỚI HẠN ............................................................................................................. 3 1.5 BỐ CỤC ................................................................................................................ 3 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ....................................................................... 5 2.1 QUY TRÌNH IN NHIỆT ....................................................................................... 5 2.1.1 Giới thiệu về in nhiệt ....................................................................................... 5 2.1.2 Mô tả kỹ thuật in nhiệt trực tiếp ...................................................................... 5 2.1.3 Tìm hiểu thông số của một số loại giấy in nhiệt trên thị trường ..................... 6 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ................................................................................. 6 2.2.1 Cảm biến giấy .................................................................................................. 7 2.2.2 Động cơ bước .................................................................................................. 8 2.2.3 Giới thiệu về vi điều khiển ARM .................................................................... 9 a. Tổng quan về ARM ........................................................................................... 9 b. Tổng quát về ARM Cortex - M7 STM32F746NGHx .................................... 12 2.2.4 Giới thiệu về đầu in nhiệt Fujitsu FTP – 628MCL103 ................................. 15 a. Tổng quan về đầu in nhiệt ............................................................................... 15 b. Tổng quan về đầu in nhiệt Fujitsu................................................................... 16 c. Thông số kỹ thuật đầu in nhiệt ........................................................................ 16 d. Sơ đồ chân kết nối vi điều khiển ..................................................................... 18 viii 2.2.5 Giới thiệu về module thời gian thực DS1307 ............................................... 19 a. Tổng quan về thời gian thực............................................................................ 19 b. Tổ chức bộ nhớ IC DS1307: ........................................................................... 20 2.3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ................................................................................. 22 2.3.1 Giới thiệu thư viện đồ họa StellarisWare Grlib ............................................ 22 a. Tổng quan về StellarisWare Grlib................................................................... 22 b. Cấu trúc dạng cây Widget của Grlib ............................................................... 22 c. Các bước vẽ cây Widget của Grlib ................................................................. 24 d. Các bước thực thi cây Widget của Grlib ......................................................... 25 2.3.2 Giới thiệu về chuẩn giao tiếp SPI .................................................................. 26 a. Định nghĩa ....................................................................................................... 26 b. Cách giao tiếp giữa đầu in với vi điều khiển .................................................. 29 c. Cách đầu in xuất dữ liệu ra các cụm in ........................................................... 30 2.3.3 Giới thiệu về chuẩn giao tiếp I2C ................................................................. 30 a. Định nghĩa ....................................................................................................... 30 b. Cách giao tiếp giữa Module DS1307 với vi điều khiển .................................. 32 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ........................................................ 34 3.1 GIỚI THIỆU ...................................................................................................... 34 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ........................................................ 34 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ......................................................................... 34 3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch ............................................................................ 35 a. Thiết kế khối xử lý trung tâm .......................................................................... 35 b. Thiết kế khối cảm biến .................................................................................... 35 c. Thiết kế khối điều khiển .................................................................................. 37 d. Thiết kế khối cơ cấu chấp hành ...................................................................... 40 e. Thiết kế khối nguồn ........................................................................................ 41 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................... 44 4.1 GIỚI THIỆU ....................................................................................................... 44 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................................... 44 4.2.1 Thi công bo mạch .......................................................................................... 44 4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra ........................................................................................ 47 4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ............................................................ 48 4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển ................................................................................. 48 ix 4.3.2 Thi công mô hình .......................................................................................... 49 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ................................................................................... 50 4.4.1 Lưu đồ giải thuật ........................................................................................... 50 4.4.2 Phần mềm lập trình cho Vi điều khiển ARM ................................................ 51 4.4.3 Phần mềm tạo Project cho ARM STM32CubeMX ....................................... 52 4.5 LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG .................................................................................. 55 4.5.1 Lưu đồ chương trình máy in .......................................................................... 55 4.5.2 Lưu đồ chương trình đồng hồ. ....................................................................... 58 4.5.3 Lưu đồ chương trình khóa màn hình. ............................................................ 59 4.6 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ............................... 60 4.6.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng .................................................................... 60 4.6.2 Quy trình thao tác .......................................................................................... 61 Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ .......................................... 65 5.1 KẾT QUẢ MÔ HÌNH PHẦN CỨNG ................................................................ 65 5.2 KẾT QUẢ GIAO DIỆN SOẠN THẢO VĂN BẢN........................................... 66 5.3 ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ .......................................................... 70 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................... 71 6.1 KẾT LUẬN ............................................................................................... 71 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................................................71 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 73 PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 74 x LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Hình ảnh minh họa quá trình hoạt động của cảm biến. ................................. 7 Hình 2.2: Giản đồ xung kích cho động cơ bước. ............................................................ 9 Hình 2.3: Phân khúc chip Cortex của ARM trong thị trường nhúng. ........................... 10 Hình 2.4: Kiến trúc của vi xử lý ARM Cortex-M7. ....................................................... 12 Hình 2.5: KIT Discovery STM32F7. ............................................................................. 14 Hình 2.6: Đầu in nhiệt Fujitsu-FPT-628MCL103. ....................................................... 15 Hình 2.7: Cấu trúc đầu in nhiệt. ................................................................................... 16 Hình 2.8: Sơ đồ chân và hình ảnh của DS13B07. ......................................................... 19 Hình 2.9: Sơ đồ kết nối DS13B07. ................................................................................ 20 Hình 2.10: Tổ chức bộ nhớ và thanh ghi của DS1307. ................................................. 20 Hình 2.11: Cấu trúc cây widget. ................................................................................... 23 Hình 2.12: Ví dụ về cấu trúc cây widget. ...................................................................... 24 Hình 2.13: Các bước vẽ cấu trúc cây widget. ............................................................... 25 Hình 2.14: Các bước thực thi cấu trúc cây widget. ...................................................... 26 Hình 2.15: Giao tiếp SPI giữa Master và Slave. .......................................................... 27 Hình 2.16: Truyền dữ liệu SPI. ..................................................................................... 28 Hình 2.17: Truyền dữ liệu giữa đầu in và vi điều khiển. .............................................. 29 Hình 2.18: Xuất dữ liệu ra đầu in. ................................................................................ 30 Hình 2.19: Truyền dữ liệu I2C. ..................................................................................... 31 Hình 2.20: Quá trình thiết bị chủ ghi dữ liệu vào thiết bị tớ. ....................................... 32 Hình 2.21: Quá trình thiết bị chủ đọc dữ liệu từ thiết bị tớ. ......................................... 33 Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống. ............................................................................... 34 Hình 3.2: Biểu đồ cường độ sáng và điện áp. ............................................................... 36 Hình 3.3: Sơ đồ kết nối cảm biến với Op-Amp. ............................................................ 36 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển.................................................................. 39 Hình 3.5: Mạch giảm áp dùng LM2576ADJ. ................................................................ 41 Hình 3.6: Cấu tạo IC555. .............................................................................................. 41 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý mạch sạc Pin. ..................................................................... 42 Hình 4.1: Mạch in lớp trên. ........................................................................................... 44 Hình 4.2: Mạch in lớp dưới........................................................................................... 45 Hình 4.3: PCB 3D lớp trên. .......................................................................................... 45 Hình 4.4: PCB 3D lớp dưới. ......................................................................................... 46 Hình 4.5: Hình ảnh khối nguồn và điều khiển. ............................................................. 48 Hình 4.6: Mô hình máy in nhiệt cầm tay nhìn từ phía trên. .......................................... 48 Hình 4.7: Tầng dưới của mô hì