HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Đề tài: BẢNG LED HIỂN THỊ CHỮ Giảng viên hướng dẫn: Ths Lê Đức Thuận Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Bình CT040305 Nguyễn Đức Kiên CT040328 Dương Huy Hiếu CT040318 Nhóm Hà Nội, 2022 MỤC LỤC CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan bảng LED hiển thị chữ 1.1.1Đặt vấn đề 1.1.2Mục tiêu 1.1.3Khái niệm bảng LED hiể 1.1.4Nguyên lý cấu tạo bả 1.2 Tổng quan Arduino 1.2.1Giới thiệu Arduino 1.2.2Ứng dụng Arduino 1.2.3Arduino Uno R3 1.3 Tổng quan I2C 1.3.1Giới thiệu giao tiếp I2C 1.3.2Đặc điểm giao tiếp I2C 1.3.3Module I2C 1.4 Load Cell 1.4.1Giới thiệu Load Cell 1.4.2Cấu tạo 1.4.3Nguyên lý hoạt động 1.4.4Phân loại 1.4.5Ứng dụng load cell 1.4.6Thông số load cell (5kg) 1.5 Module HX711 1.5.1Giới thiệu HX711 1.5.2Sơ đồ chân chức 1.5.3Thông số kỹ thuật 1.5.4Nguyên lý hoạt động 1.5.5Ứng dụng 1.6 LCD 1602 1.6.1Giới thiệu LCD 1.6.2Chức chân 1.6.3Thơng số kỹ thuật CHƯƠNG PHÂN TÍCH THIẾT KẾ 2.1 Nắm bắt yêu cầu 2.1.1Biểu đồ ca sử dụng hệ thống 2.1.2Đặc tả ca sử dụng 2.1.3Đặc tả bổ sung 2.2 Phân tích 2.2.1Phân tích kiến trúc 2.2.2Phân tích ca sử dụng 2.3 Thiết kế mạch 2.4 Lƣu đồ giải thuật CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, khoa học công nghệ phát triển cách mạnh mẽ, việc ứng dụng thiết bị điện tử vào đời sống trở nên phổ biến hơn, với thời đại mà hệ thống nhúng lên Từ ứng dụng đơn đồng hồ kỹ thuật số, máy chơi nhạc MP3, đến ứng dụng cho xã hội đèn giao thơng, kiểm sốt nhà máy, cửa tự động, ứng dụng mang tính quy mơ, tầm cỡ Robot, ngơi nhà thông minh, Các hệ nhúng bắt gặp hầu khắp nơi hoạt động thực tiễn đời sống, sản xuất, kinh doanh, dịch vụ, từ sản phẩm điện tử dân dụng hàng ngày, hệ thống điện tử công nghiệp quân Điểm chung hệ thống điện tử ứng dụng chức tương tác với môi trường Các hệ thống điện tử ln cần phải có “bộ não”, cho phép tiếp nhận thông tin từ môi trường, xử lý đưa tín hiệu điều khiển giúp chúng tương tác cách phù hợp với thông tin tiếp nhận từ mơi trường Tìm hiểu hệ thống nhúng vào việc thiết kế hệ thống Đèn Led chạy chữ hiển thị quảng cáo, trang trí đề tài mà bọn em chọn để tìm hiểu tập lớn môn Công Nghệ Phần Mềm Nhúng Khi chọn đề tài, bọn em mong muốn mục tiêu có hội tìm hiểu thực hành cách thiết thực nội dung lý thuyết môn học, đặc biệt cơng nghệ phần mềm nhúng Và kế đó, áp dụng nguyên cứu vào thực hành cụ thể để hiểu rõ lý thuyết thu góp kinh nghiệm thực hành thực tế Với mục tiêu này, báo cáo nhóm em đƣợc trình bày gồm chƣơng bố cục sau: Chương 1: Cơ sở lý thuyết Chương Chương Tuy nhiên, thời gian thực đồ án có hạn kiến thức nhiều hạn chế, nên đề tài nhiều thiếu sót, điểm bất cập vấn đề chưa thể xử lý triệt để Nhóm em mong nhận góp ý q thầy bạn để báo cáo hồn thiện Nhóm em xin chân thành cảm ơn! DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Arduino Uno R3 Hình 1.2 Các cổng vào/ra Arduino Uno R3 Hình 1.3 Sơ đồ bus I2C Hình 1.4 I2C 10 Hình 1.5 Load Cell 10 Hình 1.6 Mạch wheatstone 11 Hình 1.7 HX711 13 Hình 1.8 Sơ đồ chân HX711 13 Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý HX711 15 Hình 1.10 LCD 1602 16 Hình 2.1 Biểu đồ ca sử dụng hệ thống 18 Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống 20 Hình 2.3 Biểu đồ trình đặt vật mẫu lên cân 21 Hình 2.4 Biểu đồ trình bỏ vật mẫu khỏi cân 22 Hình 2.5 Sơ đồ thiết kế hệ thống 23 Hình 2.6 Lƣu đồ giải thuật cân điện tử loadcell 24 Hình 3.1 Mạch thực tế 25 Hình 3.2 Mặt bàn cân 26 Hình 3.3 Màn hình hiển thị cân điện tử 26 Hình 3.4 Mơ hình cân điện tử 27 Hình 3.5 Khi đặt vật lên cân 28 Hình 3.6 Khi bỏ vật khỏi cân 29 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3 Bảng 1.2 Miêu tả chức chân HX711 13 Bảng 2.1 Đặc tả đặt vật mẫu lên cân 18 Bảng 2.2 Đặc tả vật mẫu khỏi cân 19 Bảng 3.1 Kết thực nghiệm đo vật có khối lƣợng < 10g 30 Bảng 3.2 Kết thực nghiệm đo vật có 10g < khối lƣợng < 100g 30 Bảng 3.3 Kết thực nghiệm đo vật có 100g < khối lƣợng < 1kg 30 Bảng 3.4 Kết thực nghiệm đo vật có 1kg < khối lƣợng < 5kg 30 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan đèn LED ma trận chạy chữ 1.1.1 Đặt vấn đề Ngày khu công nghiệp, quan, trường học, lĩnh vực y tế, dân dụng, nông nghiệp,… thiết bị sử dụng đèn LED có vai trị quan trọng Đèn LED chạy chữ có khả cung cấp thông tin dài, cần thiết dù bảng hiển thị nhỏ Không vậy, đèn LED chạy chữ cịn mang tính giải trí cao có tính chi phí thấp so với loại đèn khác 1.1.2 Mục tiêu Hiển thị chữ qua module chung LED Max7219 kết nối Arduino Uno R3 Tạo hội tìm hiểu thực hành cách thiết thực nội dung lý thuyết môn học, đặc biệt lập trình Arduino Bên cạnh áp dụng nguyên cứu vào thực hành cụ thể để hiểu rõ lý thuyết thu góp kinh nghiệm thực hành thực tế 1.1.4 Nguyên lý cấu tạo đèn LED ma trận chạy chữ Đầu dị hay cảm biến tải loadcell có độ nhạy cao, đặc trƣng cho nhà sản xuất (Cas, Mettler Toledo, Dibal, A&D, Ohaus, Digi…), có độ bên cao khoảng nhiệt độ hoạt động rộng Ngƣời sử dụng khơng trực tiếp can thiệp tới đầu dị Thƣờng nhà máy sản xuất khuyến cáo không nên cân vật có trọng cân quy định, đa số trƣờng hợp làm loadcell hƣ hỏng 1.1.4.1 Cấu tạo Cấu tạo cân điện tử gồm phận là: - Bộ phận đòn cân đƣợc cấu tạo bởi: Strain Gauge Load, Strain Gauge loại điện trở đặc biệt nhỏ móng tay, điện trở thay đổi bị nén hay bị kéo dãn đƣợc mồi nguồn điện ổn định, phận đƣợc dán chết lên Thanh kim lại đầu gắn cố định đầu đƣợc gắn lên đĩa cân - Mạch xử lý tín hiệu điện tử 1.1.4.2 Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động đèn LED ma trận chạy chữ: Bảng led hiển thị chữ cấu tạo từ bóng đèn led xếp thành nhiều hàng cột khác Có loại bản: đơn sắc, màu, full color Bạn lựa chọn tùy theo mục đích hiển thị Tập hợp bóng đèn led nối với bảng mạch điện tử kết nối với máy tính để lập trình chạy chữ, hình ảnh… theo ý muốn 1.2 Tổng quan Arduino 1.2.1 Giới thiệu Arduino Arduino bo mạch vi điều khiển nhóm giáo sư sinh viên nước Ý thiết kế đưa vào năm 2005 Mạch Arduino sử dụng để cảm nhận điều khiển nhiều đối tượng khác Nó thực nhiều nhiệm vụ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ, nhiều đối tượng khác Ngồi mạch cịn có khả liên kết với nhiều module khác module đọc thẻ từ, ethernet shield, sim900A, để tăng khả ứng dụng mạch Arduino bao gồm phần cứng (arduino board) phần mềm (arduino IDE): ● Phần cứng gồm board mạch nguồn mở đƣợc thiết kế tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit ARM, Atmel 32-bit, ● Phần mềm để lập trình cho mạch Arduino Arduino IDE 1.2.2 Ứng dụng Arduino Arduino có nhiều ứng dụng đời sống, việc chế tạo thiết bị điện tử chất lượng cao Một số ứng dụng kể đến như: ● Lập trình robot: Arduino phần quan trọng trung tâm xử lý giúp điều khiển hoạt động robot ● Lập trình máy bay khơng người lái ● Game tương tác: dùng Arduino để tương tác với Joystick, hình, để chơi trò Tetrix, phá gạch, Mario, nhiều game sáng tạo ● Arduino điều khiển thiết bị ánh sáng cảm biến tốt Là phận quan trọng đèn giao thông, hiệu ứng đèn nháy cài đặt làm bật biển quảng cáo ● Arduino ứng dụng máy in 3D nhiều ứng dụng khác tùy thuộc vào khả sáng tạo người sử dụng 1.2.3 Arduino Uno R3 1.2.3.1 Về Arduino UNO R3 Nhắc tới dịng mạch Arduino dùng để lập trình, mà người ta thường nói tới dịng Arduino UNO Hiện dòng mạch phát triển tới hệ thứ (R3) Hình 1.1 Arduino Uno R3 Arduino UNO sử dụng vi điều khiển họ 8bit AVR ATmega8, ATmega168, ATmega328 Bộ não xử lý tác vụ đơn giản điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lý tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm trạm đo nhiệt độ - độ ẩm hiển thị lên hình LCD,… 1.2.3.2 Thơng số kỹ thuật Một vài thơng số Arduino UNO R3: Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3 Vi điều khiển ATmega328 họ bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ đƣợc cấp qua cổng USB) Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ khoảng 30mA ● Hệ thống kỹ thuật số ● May chu ● Kết nối mạng ● Đơn vị nhớ ● Đo lường dụng cụ ● Điện tử kỹ thuật số ● Ma trận LED để điều khiển đèn LED ● Bảng điều khiển Meters ● Bộ điều khiển cơng nghiệp ● Màn hình dựa biểu đồ CHƯƠNG PHÂN TÍCH THIẾT KẾ 2.1 Nắm bắt yêu cầu 2.1.1 Biểu đồ ca sử dụng hệ thống Hình 2.1 Biểu đồ ca sử dụng hệ thống 2.1.2 Đặc tả ca sử dụng Ca sử dụng Tác nhân Mô tả 13 Tiền điều kiện Luồng kiện Luồng kiện phụ Ca sử dụng Tác nhân Mô tả Tiền điều kiện Luồng kiện Luồng kiện phụ Ca sử dụng Tác nhân Mơ tả Tiền điều kiện Luồng kiện Luồng kiện phụ 2.1.3 Đặc tả bổ sung Những yêu cầu phi chức hệ thống: - Hiển thị có độ xác cao - Có thể chạy 24/7 - Dễ bảo trì thay đổi 2.2 Phân tích 2.2.1 Sơ đồ khối Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống Hệ thống bảng LED hiển thị chữ gồm khối sau: - Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn mạch hoạt động - Khối xử lý trung tâm: Tạo tín hiệu điều khiển khối điều khiển xuất liệu khối hiển thị - Khối điều khiển: Nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm, giải mã, cung cấp nguồn ổn định đủ lớn để chuyển qua khối hiển thị - IC ghi dịch MAX7219 - Khối hiển thị: Nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm khối điều khiển để hiển thị ký tự theo chương trình khối xử lý trung tâm - Matrix 8x8 Orange x4 15 2.2.2 Sơ đồ nguyên lý Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 2.3 Thiết kế mạch Hình 2.5 Sơ đồ thiết kế hệ thống Đầu tiên, IC MAX7219 kết nối với Arduino Uno Chân GND mô-đun phải đƣợc kết nối với chân GND Arduino Chân VCC kết nối với chân 5V Arduino Chân Din kết nối với chân 11 Arduino Chân CS kết nối với chân 10 Arduino Chân CLK kết nối với chân 13 Arduino 2.4 Lưu đồ giải thuật Lưu đồ giải thuật bảng LED hiển thị chữ Hình 2.6 Lưu đồ giải thuật bảng bảng LED hiển thị chữ 17 Mô tả : - Đầu tiên khởi tạo tham số, truyền chữ muốn hiển thị Hiển thị chữ lên hình CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 3.1 Mơ hình cân điện tử 3.1.1 Mạch thực tế Hình 3.1 Mạch thực tế Mạch xử lý trung tâm gồm Arduino đƣợc kết nối với module để điều khiển hoạt động cân đồng thời cịn có nhiệm vụ cấp nguồn ni cho khối cịn lại 3.1.2 Mơ hình tổng quan 3.1.2.1 Mặt bàn cân Hình 3.2 Mặt bàn cân Mặt bàn cân đƣợc gắn cố định cảm biến, cho tạo khoảng cách cảm biến bàn cân Ngƣời dùng dễ dàng đặt vật lên cân 3.1.2.2 Màn hình hiển thị cân điện tử Hình 3.3 Màn hình hiển thị cân điện tử Tồn thơng tin đo đƣợc hiển thị LCD 1602 để giúp ngƣời đo dễ dàng quan sát kết đo 19 3.1.2.3 Mơ hình hồn chỉnh Hình 3.4 Mơ hình cân điện tử Mơ hình cân điện tử gồm : - Hộp nhựa chống nƣớc Mặt bàn cân - Loadcell Mạch điện tử Màn hình hiển thị 3.2 Kết thực nghiệm 3.2.1 Quá trình đo Đặt vật lên cân: Hình 3.5 Khi đặt vật lên cân Sau ngƣời dùng hồn thành q trình đo, thông số cân nặng đƣợc tất LCD Bỏ vật khỏi cân: 21 Hình 3.6 Khi bỏ vật khỏi cân Khi bỏ vật khỏi cân hình LCD tự động hiển thị gam 3.2.2 Đánh giá nhận xét kết đo Sau tiến hành phép đo, cân điện tử cho thấy hoạt động ổn định độ xác cao, thực đo hiển thị thông số cách trực quan Dƣới bảng thống kê sau nhóm thực đo phép đo lần Bảng 3.1 Kết thực nghiệm đo vật có khối lƣợng < 10g Số lần đo Khối lƣợng (g) Chính xác (%) Bảng 3.2 Kết thực nghiệm đo vật có 10g < khối lƣợng < 100g Số lần đo Bảng 3.3 Kết thực nghiệm đo vật có 100g < khối lƣợng < 1kg Số lần đo Bảng 3.4 Kết thực nghiệm đo vật có 1kg < khối lƣợng < 5kg Số lần đo Nhận xét: - Khối lƣợng lớn đo đƣợc: 5kg Khối lƣợng nhỏ đo đƣợc : 1g - Sai số: ±1g Một số yếu tố ảnh hƣởng đến kết quả: o Độ ổn định chƣa hết mức loadcell o Mơi trƣờng có nhiệt độ thay đổi đột ngột, môi trƣờng khô hay ẩm ƣớt o Bất ngờ thả, đặt mạnh vật cần cân lên mặt cân 23 KẾT LUẬN Kết đạt Sau thời gian tìm hiểu thực đề tài “Xây dựng bảng led thị chữ” chúng em đạt kết sau: ❖ ▪ ❖ Chế tạo thành cơng mơ hình bảng led thị chữ sử dụng Arduino loadcell Hệ thống hoạt động trơn chu, ổn định Đối với nhóm áp dụng nhiều kiến thức bổ ích như: : ▪Nguyên tắc hoạt động mạch ▪Hiểu rõ linh kiện vi điều khiển ▪Cấu tạo, nguyên lý hoạt động loadcell ▪Có thêm kiến thức lập trình arduino Hạn chế Bên cạnh khơng tránh khỏi khuyết điểm cần khắc phục như: • • Nhiều lần hiển thị sai Tốc độ xử lý chậm Hướng phát triển Với mặt hạn chế đề tài, để đề tài mở rộng áp dụng vào đời sống sau nhóm đưa số hƣớng phát triển đề tài: Tích hợp thêm nhiều chức năng: • ... thuật Lưu đồ giải thuật bảng LED hiển thị chữ Hình 2.6 Lưu đồ giải thuật bảng bảng LED hiển thị chữ 17 Mô tả : - Đầu tiên khởi tạo tham số, truyền chữ muốn hiển thị Hiển thị chữ lên hình CHƯƠNG KẾT... động đèn LED ma trận chạy chữ: Bảng led hiển thị chữ cấu tạo từ bóng đèn led xếp thành nhiều hàng cột khác Có loại bản: đơn sắc, màu, full color Bạn lựa chọn tùy theo mục đích hiển thị Tập hợp... KẾT LUẬN Kết đạt Sau thời gian tìm hiểu thực đề tài “Xây dựng bảng led thị chữ? ?? chúng em đạt kết sau: ❖ ▪ ❖ Chế tạo thành công mô hình bảng led thị chữ sử dụng Arduino loadcell Hệ thống hoạt động