Đồ án Thiết kế và thi công Quang Báo

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày 13 tháng 7 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đào Văn Đông MSSV: 14141067 Trương Hữu Thắng MSSV: 14141295 Chuyên ngành: Điện Tử Công Nghiệp Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2014 Lớp: 14141DT2B I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG QUANG BÁO II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu:  Tiến hành tìm kiếm tài liệu, thông số kỹ thuật liên quan tới hệ thống quang báo  Tham khảo các mô hình trong thực tế, từ các đề tài nghiên cứu trước  Tìm hiểu và chọn ra các module, ngoại vi thích hợp cho hệ thống 2. Nội dung thực hiện:  Nội dung 1: Nghiên cứu các mô hình thực tế, tìm giải pháp phù hợp với yêu cầy đặt ra và tính toán các thông số cho hệ thống quang báo.  Nội dung 2: Nghiên cứu các phương pháp điều khiển Led ma trận, tính toán, chọn lựa các linh kiện phù hợp với yêu cầu đặt ra.  Nội dung 3: Thiết kế sơ đồ hệ thống, sơ đồ nguyên lý, thiết kế mô hình.  Nội dung 4: Viết chương trình điều khiển hệ thống để đạt được các yêu cầu đặt ra.  Nội dung 5: Lắp ráp mô hình, chạy thử nghiệm sản phẩm.  Nội dung 6: Viết báo cáo các nội dung đã thực hiện. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/03/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 13/07/2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Đình Phú CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày 13 tháng 3 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Đào VănĐông Lớp: 14141DT2B MSSV:14141067 Họ tên sinh viên 2: Trương Hữu Thắng Lớp: 14141DT2B MSSV: 14141295 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG QUANG BÁO Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD 1 (19/3 – 25/3) - Gặp GVHD để phổ biến quy định: thực hiện chọn đề tài, thống nhất tên đề tài, thời gian làm việc. - Duyệt đề tài. - Viết đề cương chi tiết. 2 (26/3 – 1/4) - Tìm hiểu các kiến thức liên quan tới thực hiện đề tài. - Tìm hiểu các hệ thống quang báo trong thực tế. - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các module LED - Tìm hiểu cách lập trình ứng dụng trên điện thoại, máy tính, cách thiết kế web server. 3 (2/4 – 8/3) - Thiết kế sơ đồ khối cho sản phầm, giải thích vai trò và chức năng của các khối. - Tính toán, lựa chọn linh kiện cho từng khối. 4 (9/4 – 15/4) - Thiết kế sơ đồ nguyên lý, cách bố trí linh kiện và giải thích hoạt động của mạch. 5 (16/4 – 22/4) - Thiết kế, bố trí các module LED, lắp đặt màn hình LED vào khung đỡ. - Thi công mạch, xây dụng mô hình sản phẩm. 6 (23/4 – 29/4) - Thi công mạch, xây dụng mô hình sản phẩm. - Viết chương trình điều khiển. - Lập trình ứng dụng trên windows, điện thoại. - Lập trình và thiết kế web server 7 (30/4 – 6/5) - Thi công mạch, xây dụng mô hình sản phẩm. - Viết chương trình diều khiển. - Viết chương trình, thiết kế web server. - Lập trình ứng dụng trên windows, điện thoại. 8 (7/5 – 13/5) - Thi công mạch, xây dụng mô hình sản phẩm. - Viết chương trình điều khiển. - Viết chương trình, thiết kế web server. 9 (14/4 – 20/5) - Lắp ghép mô hình. - Tiến hành chạy thử nghiệm, sửa lỗi chương trình điều khiển. 10 (21/5 – 27/5) - Hoàn thiện, kiểm tra và theo dõi hoạt động mô hình sản phẩm. - sửa lỗi chương trình điều khiển. 11 (28/5 – 3/6) - Hoàn thiện, kiểm tra và theo dõi hoạt động mô hình sản phẩm. - Viết báo cáo. 12 (4/6 – 10/6) - Hoàn thiện sản phẩm. - Viết báo cáo. 13 (11/6 – 17/6) - Chỉnh sửa báo cáo lần cuối trước khi gửi cho GVHD. 14 (18/6 – 24/6) - Hoàn thiện báo cáo, gửi GVHD xem xét, góp ý. - In báo cáo. 15 (25/6 – 1/7 ) - Nộp báo cáo hoàn thiện. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là công trình do bản thân nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và dưới sự hướng dẫn của ThS.Nguyễn Đình Phú. Các số liệu trong đề tài được nhóm thu thập và không sao chép từ tài liệu hay công trình nào khác. Người thực hiện đề tài: Trương Hữu Thắng Đào Văn Đông LỜI CẢM ƠN Sau hơn một thời gian thực hiện, nhóm đã may mắn hoàn thành được đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG QUANG BÁO”, để có thể đạt được thành quả trên ngoài sự cố gắng của từng thành viên trong nhóm còn có sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè, các thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử. Nhóm thực hiện xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Thầy Nguyễn Đình Phú là người trực tiếp hướng dẫn nhóm trong suốt quá trình thực hiện. Cảm ơn Thầy đã giành thời gian quý báu để hướng dẫn nhóm, hỗ trợ các thiết bị và góp ý đưa ra hướng giải quyết mỗi khi nhóm gặp khó khăn. Bên cạnh đó, nhóm cũng cảm ơn những kiến thức mà thầy cô đã truyền đạt trong suốt những năm học tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM để từ đó nhóm có cơ sở để vận dụng hoàn thiện nên đồ án tốt nghiệp này. Cảm ơn gia đình, người thân đã luôn động viên và luôn bên cạnh trong những lúc khó khăn nhất. Xin gửi lời cảm ơn đến những người bạn sinh viên khoa Điện-Điện tử đã cùng đồng hành trong quá trình học tập, đã cùng cố gắng, cùng nhau tạo động lực để nhóm để có thể hoàn thành tốt đề tài này. Xin trân trọng cảm ơn! Những người thực hiện: Trương Hữu Thắng Đào Văn Đông MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................................ i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................... ii LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... v LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... vi MỤC LỤC ............................................................................................................... vii LIỆT KÊ HÌNH VẼ ................................................................................................ xi LIỆT KÊ BẢNG .................................................................................................... xvi TÓM TẮT ............................................................................................................. xvii CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ..................................................................................... 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................ 1 1.2 MỤC TIÊU ................................................................................................. 1 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...................................................................... 2 1.4 GIỚI HẠN .................................................................................................. 2 1.5 BỐ CỤC ..................................................................................................... 2 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................... 6 2.1 PANEL LED RGB ..................................................................................... 6 2.1.1 Giới Thiệu ................................................................................................... 6 2.1.2 Nguyên Lý Hoạt Động ............................................................................... 7 2.1.3 LED RGB ................................................................................................... 8 2.1.4 Cổng Kết Nối .............................................................................................. 8 2.1.5 Kết Nối Giữa Các Ic Trong Module Led RGB ........................................ 11 2.2 IC 74HC245 .............................................................................................. 13 2.3 IC 74HC138 .............................................................................................. 14 2.3.1 Hoạt Động Của IC 74HC138 ................................................................... 15 2.4 IC TLC5926 .............................................................................................. 16 2.5 IC SSF4953 .............................................................................................. 17 2.5.1 Giới Thiệu IC SSF4953 ............................................................................ 17 2.5.2 Nguyên Lý Hoạt Động ............................................................................. 18 2.6 TÌM HIỂU KIT RASPBERRY PI 3 ......................................................... 18 2.6.1 Giới Thiệu ................................................................................................. 18 2.6.2 Phần Cứng Raspberry Pi3 ........................................................................ 19 2.7 ARDUINO MEGA 2560 .......................................................................... 22 2.7.1 Giới Thiệu Arduino .................................................................................. 22 2.7.2 Arduino Mega 2560 .................................................................................. 23 2.8 MODULE ESP-12E NODEMCU ............................................................ 23 2.8.1 Giới Thiệu Module Esp-12E Nodemcu .................................................... 23 2.8.2 Cấu Tạo Module Esp-12E Nodemcu ........................................................ 24 2.9 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM ............................................................ 24 2.10 THIẾT BỊ THỜI GIAN THỰC ................................................................ 26 2.10.1 Giới Thiệu Các Loại IC Thời Gian Thực ................................................. 26 2.10.2 Module Thời Gian Thực DS1307 ............................................................. 29 2.11 MODULE SIM 900A ............................................................................... 30 2.11.1 Giới Thiệu ................................................................................................. 30 2.12 MODULE BLUETOOTH ........................................................................ 31 2.12.1 Giới Thiệu ................................................................................................. 31 2.13 CHUẨN GIAO TIẾP UART ................................................................... 33 2.13.1 Giới Thiệu Uart ........................................................................................ 33 2.13.2 Các Thông Số Uart ................................................................................... 34 2.14 CHUẨN TRUYỀN I2C ............................................................................ 35 2.14.1 Giới Thiệu I2C .......................................................................................... 35 2.15 CHUẨN GIAO TIẾP MỘT DÂY ............................................................ 36 2.15.1 Giới Thiệu ................................................................................................. 36 2.15.2 Nguyên Lý Hoạt Động ............................................................................. 36 2.16 LÝ THUYẾT VỀ ẢNH ............................................................................ 38 2.16.1 Điểm Ảnh ................................................................................................. 38 2.16.2 PIXEL FORMAT ..................................................................................... 39 2.16.3 FRAMEBUFFER ..................................................................................... 40 2.16.4 Mặt Phẳng Bit (Bit Plane) ........................................................................ 42 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ......................................................... 43 3.1 GIỚI THIỆU ............................................................................................. 43 3.2 CÁC HỆ THỐNG MÀN HÌNH TRONG THỰC TẾ .............................. 43 3.3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ............................................. 49 3.3.1 Thiết Kế Sơ Đồ Khối Hệ Thống ............................................................... 49 3.3.2 Tính Toán Và Thiết Kế Mạch .................................................................. 50 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ................................................................ 71 4.1 GIỚI THIỆU ............................................................................................. 71 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG .......................................................................... 71 4.2.1 Thi Công Bo Mạch ................................................................................... 71 4.2.2 Lắp Ráp Và Kiểm Tra .............................................................................. 75 4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ................................................. 77 4.3.1 Đóng Gói Sản Phẩm ................................................................................. 77 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ........................................................................ 79 4.4.1 Lưu Đồ Giải Thuật ................................................................................... 79 4.4.2 Phần Mềm Lập Trình Vi Điều Khiển ....................................................... 91 4.4.3 Cài Đặt Hệ Điều Hành Cho Raspberry Pi3 .............................................. 98 4.5 LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG .....................................................................111 4.5.1 Một Số Hàm Trong Thư Viện Led Matrix .............................................111 4.5.2 Chương Trình Hiển Thị Hình Ảnh .........................................................116 4.5.3 Chương Trình Con Đọc Ảnh ..................................................................119 4.5.4 Chương Trình Con Nạp Ảnh Vào Canvas .............................................120 4.4.5 Chương Trình Con Khởi Tạo Canvas ....................................................121 4.5.6 Chương Trình Con Hiển Thị Ảnh Ra Màn Hình Led ............................122 4.5.7 Chương Trình Hiển Thị Video ...............................................................122 4.6 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC .............................124 4.6.1 Tài Liệu Hướng Dẫn Sử Dụng ...............................................................124 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ ..........................................128 5.1 KẾT QUẢ ...............................................................................................128 5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .........................................................................128 5.2.1 Giao Diện Web .......................................................................................128 5.2.2 Giao Diện App Windows .......................................................................136 5.2.3 Giao Diện App Android .........................................................................138 5.2.4 Kết Quả Mạch Thực Tế ..........................................................................141 5.3 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ................................................................145 5.3.1 Nhận Xét Kết Quả Đạt Được .................................................................145 5.3.2 Đánh Giá Kết Quả ..................................................................................146 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN....................................147 6.1 KẾT LUẬN ............................................................................................147 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .........................................................................148 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................149 PHỤ LỤC ...............................................................................................................150 LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2. 1: LED panel P5. ............................................................................................ 7 Hình 2. 2: LED RGB loại dán. .................................................................................... 8 Hình 2. 3: Hình ảnh thực tế HuB LED panel P5. ........................................................ 9 Hình 2. 4: Sơ đồ chân Hub LED Panel P5. ................................................................. 9 Hình 2. 5: Sơ đồ bố trí các IC trên panel LED P5. ................................................... 11 Hình 2. 6: Sơ đồ nguyên lý module LED RGB P5. .................................................. 12 Hình 2. 7: IC 74HC245. ............................................................................................ 13 Hình 2. 8: IC giải mã 74HC138. ............................................................................... 14 Hình 2. 9: IC TLC5926. ............................................................................................ 16 Hình 2. 10: Giản đồ xung của IC TLC5926. ............................................................. 17 Hình 2. 11: IC SSF4953. ........................................................................................... 18 Hình 2. 12: Mosfet kênh P. ....................................................................................... 18 Hình 2. 13: Cấu tạo bên trong IC SSF4953. ............................................................. 18 Hình 2. 14: Kit Raspberry Pi 3 model. ...................................................................... 19 Hình 2. 15: Raspberry Pi 3 model B. ........................................................................ 20 Hình 2. 16: Chip BMC43438 Broadcom (Wireless radio). ...................................... 20 Hình 2. 17: Chíp hệ thống Broadcom BCM2837 (SoC). .......................................... 21 Hình 2. 18: Chíp USB SMSC LAN9514. ................................................................. 21 Hình 2. 19: Cấu tạo GPIO Raspberry pi 3. ............................................................... 22 Hình 2. 20: Arduino Mega 2560. .............................................................................. 23 Hình 2. 21: Sơ đồ chân ESP8266 NODEMCU......................................................... 24 Hình 2. 22: Sơ đồ chân của cảm biến DHT11. ......................................................... 25 Hình 2. 23: Hình ảnh module DHT11 thực tế. .......................................................... 25 Hình 2. 24: Sơ ĐỒ chân IC DS1307. ........................................................................ 27 Hình 2. 25: Cấu trúc bên trong DS13B07. ................................................................ 28 Hình 2. 26: Tổ chức thanh ghi thời gian và bộ nhớ DS13B07. ................................ 28 Hình 2. 27: RTC DS13B07 tích hợp chuẩn I2C. ...................................................... 30 Hình 2. 28: Sơ đồ chân module RTC DS13B07. ...................................................... 30 Hình 2. 29: Module SIM900A. ................................................................................. 31 Hình 2. 30: Kết nối giữa module Sim900A và vi điều khiển. .................................. 31 Hình 2. 31: Sơ đồ chân module Bluetooth HC-05/HC-06. ....................................... 32 Hình 2. 32: Kết nối module Bluetooth với vi điều khiển. ......................................... 33 Hình 2. 33: Hệ thống truyền dữ liệu bất đồng bộ. .................................................... 33 Hình 2. 34: Khung truyền dữ liệu của chuẩn giao tiếp UART. ................................ 34 Hình 2. 35: Hệ thống các thiết bị giao tiếp theo chuẩn I2C. ..................................... 35 Hình 2. 36: Giản đồ truyền nhận I2