Đồ Án Thiết Kế Đèn LED Hình Cây Thông

Đồ án kỹ thuật nghiên cứu nhập môn kỹ thuật thiết kế đèn led hình cây thông, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Dũng
• Người hướng dẫn: GVHD: Vũ Thị Hoàng Yến
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
• Chuyên ngành: Điện Tử
• Đề tài: Đồ Án Thiết Kế Đèn LED Hình Cây Thông
• Loại tài liệu: Đồ án
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Ý TƯỞNG
• 1.1. Ứng dụng của đèn LED trong cuộc sống
• 1.2. Lý do chọn đề tài
• 1.3. Ứng dụng của sản phẩm
• 2. CHƯƠNG 2: LẬP KẾ HOẠCH
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
• 3.1. Sơ đồ khối
• 3.2. Sơ đồ khối chi tiết
• 3.3. Lựa chọn phương án tối ưu
• 3.3.1. Lựa chọn tối ưu cho nguồn điện
• 3.3.2. Lựa chọn phương án tối ưu cho IC
• 3.3.3. Lựa chọn phương án tối ưu cho đèn LED
• 3.4. Mạch nguyên lý led cây thông noel
• 3.5. Mạch in
• 4. CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH THIẾT KẾ
• 4.1. Nguyên liệu chuẩn bị
• 4.2. Tạo khung led
• 4.3. Hướng dẫn làm mạch điều khiển led cây thông Noel

Tóm tắt

I. Tổng quan về Đồ Án Thiết Kế Đèn LED Hình Cây Thông

Đồ án thiết kế đèn LED hình cây thông là một dự án thú vị và sáng tạo, mang lại nhiều giá trị cho sinh viên ngành điện tử. Đèn LED không chỉ là một sản phẩm trang trí mà còn thể hiện khả năng ứng dụng công nghệ trong cuộc sống hàng ngày. Việc thiết kế mạch LED hình cây thông giúp sinh viên hiểu rõ hơn về các linh kiện điện tử, cách thức hoạt động của chúng và quy trình thiết kế sản phẩm. Đèn LED trang trí này có thể được sử dụng trong nhiều dịp lễ hội, tạo không gian ấm cúng và sinh động.

1.1. Ứng dụng của đèn LED trong cuộc sống

Đèn LED được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như trang trí, chiếu sáng và quảng cáo. Chúng không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn có tuổi thọ cao, giúp giảm chi phí bảo trì. Đèn LED trang trí thường được sử dụng trong các sự kiện, lễ hội, và không gian sống, tạo nên bầu không khí vui tươi và ấm áp.

1.2. Lý do chọn đề tài thiết kế đèn LED hình cây thông

Lý do chọn đề tài này là vì tính phổ biến và dễ thực hiện của mạch LED hình cây thông. Đây là một sản phẩm có giá thành hợp lý, phù hợp với sinh viên, đồng thời giúp trau dồi kỹ năng thiết kế và lập trình. Sản phẩm này cũng có nhiều nguồn tài liệu tham khảo, giúp sinh viên dễ dàng tiếp cận và thực hiện.

II. Vấn đề và Thách thức trong Thiết Kế Đèn LED

Trong quá trình thiết kế đèn LED hình cây thông, có nhiều vấn đề và thách thức cần phải vượt qua. Việc lựa chọn linh kiện phù hợp, thiết kế mạch điện chính xác và đảm bảo tính ổn định của sản phẩm là những yếu tố quan trọng. Ngoài ra, việc tối ưu hóa chi phí và thời gian thực hiện cũng là một thách thức lớn đối với sinh viên.

2.1. Thách thức trong việc lựa chọn linh kiện

Việc lựa chọn linh kiện cho mạch LED hình cây thông cần phải cân nhắc kỹ lưỡng. Các linh kiện như IC, điện trở và đèn LED cần phải tương thích với nhau để đảm bảo mạch hoạt động hiệu quả. Sự lựa chọn sai có thể dẫn đến việc sản phẩm không hoạt động hoặc hoạt động không ổn định.

2.2. Vấn đề về chi phí và thời gian thực hiện

Chi phí và thời gian thực hiện là hai yếu tố quan trọng trong bất kỳ dự án nào. Đối với sinh viên, việc tìm kiếm linh kiện với giá thành hợp lý và hoàn thành sản phẩm trong thời gian ngắn là một thách thức lớn. Cần có kế hoạch rõ ràng để quản lý thời gian và ngân sách hiệu quả.

III. Phương pháp Thiết Kế Đèn LED Hình Cây Thông

Để thiết kế đèn LED hình cây thông, cần thực hiện theo một quy trình rõ ràng và có hệ thống. Các bước từ lập kế hoạch, thiết kế sơ đồ khối, đến chế tạo sản phẩm đều cần được thực hiện một cách cẩn thận. Việc áp dụng các phương pháp thiết kế hiện đại sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm.

3.1. Lập kế hoạch và thiết kế sơ đồ khối

Bước đầu tiên trong thiết kế là lập kế hoạch chi tiết và thiết kế sơ đồ khối cho mạch LED. Sơ đồ khối giúp phân chia các khối chức năng của mạch, từ đó dễ dàng quản lý và tối ưu hóa từng phần. Việc này cũng giúp sinh viên hình dung rõ hơn về cách thức hoạt động của sản phẩm.

3.2. Chế tạo và kiểm tra sản phẩm

Sau khi hoàn thành thiết kế, bước tiếp theo là chế tạo sản phẩm. Việc kiểm tra từng linh kiện và mạch điện là rất quan trọng để đảm bảo sản phẩm hoạt động đúng như mong đợi. Cần thực hiện các bài kiểm tra để phát hiện và khắc phục lỗi kịp thời.

IV. Ứng dụng Thực Tiễn của Đèn LED Hình Cây Thông

Đèn LED hình cây thông không chỉ là một sản phẩm trang trí mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong cuộc sống. Chúng có thể được sử dụng để trang trí nhà cửa, làm quà tặng hoặc trong các sự kiện lễ hội. Sản phẩm này không chỉ mang lại giá trị thẩm mỹ mà còn thể hiện sự sáng tạo và khả năng ứng dụng công nghệ.

4.1. Trang trí không gian sống

Đèn LED hình cây thông có thể được sử dụng để trang trí không gian sống, tạo nên bầu không khí ấm cúng và vui tươi. Chúng thường được đặt trong phòng khách, phòng ngủ hoặc các khu vực sinh hoạt chung, giúp tăng thêm vẻ đẹp cho ngôi nhà.

4.2. Sử dụng trong các sự kiện lễ hội

Trong các sự kiện lễ hội, đèn LED hình cây thông thường được sử dụng để tạo điểm nhấn cho không gian. Chúng giúp thu hút sự chú ý và tạo ra không khí vui tươi, sôi động cho các buổi tiệc, lễ hội hoặc các hoạt động ngoài trời.

V. Kết luận và Tương lai của Đèn LED Hình Cây Thông

Đèn LED hình cây thông là một sản phẩm thú vị và có nhiều tiềm năng trong tương lai. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, các sản phẩm LED ngày càng trở nên thông minh và tiết kiệm năng lượng hơn. Việc nghiên cứu và phát triển các sản phẩm LED mới sẽ mở ra nhiều cơ hội cho sinh viên trong ngành điện tử.

5.1. Tương lai của công nghệ LED

Công nghệ LED đang phát triển nhanh chóng với nhiều cải tiến về hiệu suất và tính năng. Các sản phẩm LED thông minh, có khả năng điều khiển từ xa và tích hợp với các thiết bị thông minh sẽ trở thành xu hướng trong tương lai.

5.2. Cơ hội cho sinh viên ngành điện tử

Việc thiết kế và phát triển các sản phẩm LED mở ra nhiều cơ hội cho sinh viên ngành điện tử. Họ có thể áp dụng kiến thức đã học vào thực tiễn, từ đó nâng cao kỹ năng và kinh nghiệm làm việc trong lĩnh vực công nghệ.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án "Thiết kế đèn LED hình cây thông" được thực hiện trong khuôn khổ học phần Nhập môn kỹ thuật thuộc Khoa Điện tử, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội vào tháng 12 năm 2021. Bối cảnh thực tiễn được nhóm tác giả nêu xuất phát từ lịch sử phát triển và ứng dụng của công nghệ vi điều khiển. Ra đời từ những năm đầu thập kỷ 70 của thế kỷ 20, vi điều khiển ban đầu được ứng dụng trong các thiết bị đầu cuối, máy in và hệ thống tự động hóa. Theo thời gian, vi điều khiển trở thành thành phần cốt lõi trong các thiết bị điện tử dân dụng như máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, máy tính và các dây chuyền tự động. Bên cạnh các ứng dụng công nghiệp, công nghệ vi điều khiển kết hợp với đèn LED còn được sử dụng để tạo ra các sản phẩm trang trí và quà tặng ứng dụng như LED hình cây thông, LED ngôi sao, giày phát sáng hay mạch LED nhấp nháy theo nhạc.

Mục tiêu nghiên cứu và thực hiện của đồ án bao gồm:

1. Thỏa mãn sở thích cá nhân và tạo cơ sở bước đầu làm quen với kiến thức chuyên ngành Điện tử - Viễn thông.
2. Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh một sản phẩm phần cứng quen thuộc là mạch đèn LED hình cây thông.
3. Rèn luyện kỹ năng làm việc nhóm, lập kế hoạch kỹ thuật, thiết kế mạch điện tử và gia công mạch in thủ công.

Lý do lựa chọn đề tài được nhóm tác giả xác định dựa trên ba yếu tố:

• Mạch đèn LED có tính phổ biến, dễ sử dụng và tính ứng dụng thực tế cao trong đời sống (dùng làm quà tặng người thân, trang trí nhà cửa, phòng riêng, đường phố, cửa hàng hoặc làm biển hiệu).
• Chi phí linh kiện và giá thành sản xuất ở mức hợp lý, phù hợp với điều kiện tài chính của sinh viên.
• Tài liệu kỹ thuật và nguồn tham khảo phong phú, phù hợp với trình độ kiến thức nền tảng của sinh viên năm thứ nhất.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mạch điều khiển hiển thị đèn LED sử dụng vi điều khiển họ 8051. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian được giới hạn trong phạm vi môn học tại Khoa Điện tử, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội; phạm vi thời gian triển khai từ ngày 29/11/2021 đến cuối tháng 12/2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Về mặt lý thuyết và khái niệm, đồ án vận dụng các kiến trúc mạch điện tử cơ bản và họ vi điều khiển 8051 (cụ thể là hai dòng vi điều khiển 89C52 và 89S52), kết hợp mạch tạo dao động thạch anh ngoài và IC ổn áp nguồn LM7805. Ngoài ra, phần chế tạo mạch nạp sử dụng vi điều khiển AVR ATmega8-PU kết hợp phần mềm nạp mã lệnh.

Phương pháp nghiên cứu và thực hiện của đề tài bao gồm các phương pháp kỹ thuật thực nghiệm:

• Phương pháp phân tích và thiết kế hệ thống theo khối: Toàn bộ hệ thống phần cứng được chia tách thành ba khối chức năng độc lập: Khối nguồn, Khối điều khiển và Khối hiển thị, giúp làm rõ mối liên hệ giữa việc cung cấp năng lượng, xử lý logic và hiển thị đầu ra.
• Phương pháp ma trận đánh giá lựa chọn tối ưu (Decision Matrix): Để chọn lựa linh kiện cho từng khối, nhóm tác giả thiết lập các bảng tiêu chí định lượng kèm trọng số (giá thành, đặc điểm kỹ thuật, dung lượng, phương thức nạp) nhằm tính điểm trung bình và đưa ra quyết định chọn lựa linh kiện phù hợp nhất.
• Phương pháp chế tạo mạch in thủ công (PCB thủ công): Áp dụng quy trình chế tạo mạch in một lớp bằng phương pháp ủi nhiệt (chuyển mực từ giấy in nhiệt sang phíp đồng), ăn mòn hóa học bằng dung dịch bột sắt (FeCl3), gia công cơ khí khoan lỗ chân linh kiện bằng máy khoan tự chế và hàn chì bảo vệ bằng nhựa thông pha xăng thơm.
• Phương pháp nạp firmware và thiết lập vi điều khiển: Xây dựng mạch nạp ISP cho vi điều khiển 89Sxx thông qua chip ATmega8 kết nối máy tính, sử dụng phần mềm ISP Programmer và Progisp để thiết lập bit cấu hình (fuse bits).

Nguồn dữ liệu của đề tài gồm các thông số kỹ thuật linh kiện từ thị trường thực tế (giá bán linh kiện, tần số hoạt động, dung lượng bộ nhớ, điện áp) và các tài liệu tham khảo về cấu trúc vi điều khiển 8051, tài liệu kỹ thuật về IC 89S52 và đồ án liên quan từ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Đại học Dân lập Hải Phòng.

Thiết kế và triển khai phần cứng

Hệ thống được thiết kế theo sơ đồ khối tổng quát gồm ba thành phần chính:

• Khối nguồn: Cung cấp năng lượng điện một chiều ổn định cho toàn bộ mạch hoạt động và cấp dòng cho hệ thống đèn LED.
• Khối điều khiển: Gồm công tắc đóng/ngắt nguồn, vi điều khiển IC (được nạp chương trình điều khiển hiệu ứng nhấp nháy), khối tạo xung dao động (thạch anh và hai tụ gốm ổn định dao động) và các điện trở hạn dòng.
• Khối hiển thị: Hệ thống đèn LED được bố trí theo sơ đồ định hình (hình cây thông hoặc hình trái tim) phát sáng theo các trạng thái logic được lập trình sẵn từ vi điều khiển.

Để hoàn thiện phần cứng, nhóm tác giả đã tiến hành tính toán lựa chọn các linh kiện then chốt thông qua hệ thống bảng đánh giá tối ưu:

Khối chức năng	Phương án xem xét	Tiêu chí kỹ thuật chính	Giá thành	Điểm đánh giá	Quyết định
Nguồn điện	Pin con thỏ	Tiện lợi, sử dụng lâu dài	3.000 VNĐ	10	Chọn
	Pin đồng tiền	Tiện lợi, nhanh hết pin	.000 VNĐ	8,4	Không chọn
	Sạc điện thoại	Bất tiện khi sử dụng dây cắm	20.000 VNĐ	5,6	Không chọn
Vi điều khiển (IC)	IC 89C52	Nạp song song, 128 byte RAM, 0-24 MHz	15.000 VNĐ	8,0 - 9,0	Không chọn
	IC 89S52	Nạp nối tiếp (ISP), 128 byte RAM, 0-24 MHz	17.000 VNĐ	9,5 - 9,95	Chọn
Đèn LED	LED siêu sáng	Ánh sáng đẹp, không chói mắt, độ bền cao	500 VNĐ/bóng	9,6	Chọn
	LED thường	Ánh sáng kém, độ bền thấp	400 VNĐ/bóng	8,8	Không chọn

Trọng số đánh giá được phân bổ cụ thể: đối với khối nguồn, tiêu chí đặc điểm chiếm 0,6 và giá thành chiếm 0,4; đối với vi điều khiển, phương thức nạp mã lệnh chiếm trọng số cao nhất là 0,5, tần số hoạt động chiếm 0,2, dung lượng bộ nhớ chiếm 0,2 và giá thành chiếm 0,1; đối với đèn LED, tiêu chí đặc tính quang học/độ bền chiếm trọng số 0,6 và giá thành chiếm 0,4.

Quy trình triển khai chế tạo phần cứng thực tế được thực hiện qua các giai đoạn kỹ thuật cụ thể:

1. Chuẩn bị vật tư linh kiện: 1 tấm phíp đồng, 33 bóng LED màu (xanh lá hoặc xanh dương), 1 vi điều khiển IC 89S52 (hoặc 89S51), 1 đế cắm IC 40 chân, 1 IC ổn áp LM7805, 10 điện trở 330Ω, 5 điện trở 330Ω (hoặc 1kΩ), 5 transistor C1815, 1 tụ hóa 100µF/16V, 2 tụ hóa 10µF/50V, 2 tụ gốm 104, 2 tụ gốm 33pF, 1 thạch anh 12MHz, bột sắt ăn mòn mạch, axeton, nhựa thông và bìa carton.
2. Tạo khung LED: Sử dụng bìa carton làm dưỡng định vị, dùng compa hoặc bút vẽ 8 điểm cân xứng, khoét lỗ cắm chân LED; chân Anode và Cathode được bẻ gập định hình (tương tự kỹ thuật led cube), hàn nối các chân chung bằng đoạn chân điện trở dư thừa.
3. Gia công mạch in (PCB): In bản vẽ layout lên giấy in; cắt board đồng theo kích thước khung bản mạch bằng thước cứng và dao trổ; chà sạch bề mặt đồng bằng giấy nhám; quét lớp mỏng nhựa thông lỏng hỗ trợ truyền nhiệt; dùng bàn ủi nóng ở nhiệt độ tối đa miết đều lên board từ 4 đến 5 phút; ngâm nước sạch trong 2 phút để làm mềm giấy rồi bóc bỏ lớp giấy in; sửa lại các đường nét đứt bằng bút lông; ngâm mạch trong dung dịch nước pha bột sắt (FeCl3) và lắc đều trong khoảng 10 phút để ăn mòn lớp đồng thừa; rửa sạch bằng nước và axeton để lộ đường mạch dẫn đồng.
4. Khoan lỗ và hàn lắp: Sử dụng máy khoan tự chế (động cơ mini kết hợp đầu kẹp, chạy nguồn biến áp 12V/1A qua cầu diode 1N4007) gắn mũi khoan 1mm để khoan các pad đồng; tiến hành hàn linh kiện từ thấp đến cao (bắt đầu từ mối nối jump, điện trở, tụ gốm, socket IC đến nút nhấn); sau khi hoàn tất, quét dung dịch nhựa thông pha xăng thơm phủ kín bề mặt đáy để chống oxy hóa đường đồng.
5. Chế tạo mạch nạp ISP 89Sxx - AVR: Sử dụng vi điều khiển ATmega8-PU gắn trên board cắm để thiết lập cấu hình thạch anh ngoài bằng mạch nạp AVR910; thiết lập 2 bit cấu hình BOOTSZ0 = 0 và BOOTSZ1 = 0 (chế độ checked), các bit còn lại đặt bằng 1; gắn thạch anh 12MHz và 2 tụ 33pF vào chân 9 và 10 của ATmega8 để nạp firmware qua phần mềm Progisp, hoàn thiện bo mạch nạp kết nối máy tính qua cổng USB để nạp code vào vi điều khiển 89S52.

Nội dung chính theo từng chương của đồ án

Phần mở đầu

Nhóm tác giả khái quát tầm quan trọng của đề tài trong việc hỗ trợ sinh viên ngành kỹ thuật, đặc biệt là chuyên ngành Điện tử, làm quen với quy trình thiết kế và chế tạo thiết bị điện tử cơ bản. Báo cáo xác định cấu trúc văn bản gồm 5 chương chuyên môn chính và phần kết luận, đi kèm danh mục sơ đồ khối, mạch nguyên lý và bảng ma trận lựa chọn phương án tối ưu.

Chương 1: Giới thiệu ý tưởng

Chương này tập trung trình bày ba nội dung chính:

• Ứng dụng của đèn LED: Đèn LED được ghi nhận hiện diện rộng rãi trong các thiết bị quảng cáo, đèn tín hiệu giao thông, đèn trang trí; ứng dụng trong thẩm mỹ trị liệu da và nông nghiệp (kích thích sự sinh trưởng của cây trồng).
• Lý do chọn đề tài: Khẳng định đề tài đáp ứng được tính thực tiễn cao, kinh phí phù hợp với ngân sách cá nhân của sinh viên và nguồn tài liệu tham khảo phong phú, phù hợp trình độ sinh viên năm thứ nhất.
• Ứng dụng của sản phẩm: Sản phẩm hướng đến các mục đích làm quà tặng lưu niệm, trang trí không gian gia đình, cửa hàng hoặc làm bảng biển hiệu quảng cáo quy mô nhỏ.

Chương 2: Lập kế hoạch

Nhóm tác giả phân chia toàn bộ tiến trình thực hiện đồ án thành 7 bước có mốc thời gian rõ ràng:

• Bước 1: Lập bản mô tả kỹ thuật (từ 29/11/2021 đến 04/12/2021) nhằm định hình yêu cầu hệ thống.
• Bước 2: Lập kế hoạch (từ 05/12/2021 đến 09/12/2021) nhằm kiểm soát tiến độ thi công.
• Bước 3: Thiết kế sơ đồ khối (ngày 10/12/2021) nhằm phân định cấu trúc tổng quan.
• Bước 4: Thiết kế chi tiết từng khối và lựa chọn phương án tối ưu (từ 11/12/2021 đến 18/12/2021).
• Bước 5: Kiểm tra (từ 19/12/2021 đến 21/12/2021) nhằm rà soát tính khả thi của các phương án kỹ thuật đã chọn.
• Bước 6: Chế tạo sản phẩm (từ 22/12/2021 đến 24/12/2021) để gia công cơ khí, làm mạch in và lắp ráp phần cứng.
• Bước 7: Bàn giao sản phẩm (từ 25/12/2021 đến 26/12/2021) bao gồm việc căn chỉnh, viết báo cáo kỹ thuật, làm bài thuyết trình và quay phim tư liệu giới thiệu sản phẩm.

Chương 3: Thiết kế phần cứng

Nội dung chương trình bày sơ đồ khối tổng quát (Khối nguồn, Khối điều khiển, Khối hiển thị) và sơ đồ khối chi tiết. Vi điều khiển 89S52 đóng vai trò trung tâm với 32 chân I/O được kết nối thông qua 32 điện trở hạn dòng tới 32 bóng đèn LED; 1 bóng LED được bố trí ở đỉnh; 2 chân dao động XTAL1 và XTAL2 được nối với khối tạo xung gồm thạch anh 12MHz và 2 tụ gốm 33pF nhằm đảm bảo sự ổn định dòng và xung nhịp hoạt động. Khối nguồn cung cấp năng lượng DC ổn định. Nhóm cũng trình bày chi tiết ba bảng ma trận tính điểm lựa chọn tối ưu cho linh kiện và sơ đồ mạch in định tuyến linh kiện trên bo mạch chữ nhật.

Chương 4: Vận hành thiết kế

Đây là chương có dung lượng mô tả thực hành chi tiết nhất, bao gồm:

• Danh mục công cụ, vật liệu, linh kiện cần chuẩn bị.
• Hướng dẫn uốn chân bóng LED và tạo khung định hình giàn đèn trên tấm dưỡng carton.
• Hướng dẫn chi tiết từng thao tác làm mạch in thủ công: cắt board phíp đồng, chà nhám, bôi nhựa thông lỏng, căn chỉnh nhiệt độ bàn ủi (đặt mức công suất tối đa), ủi nhiệt trong 4-5 phút, ngâm bóc tách giấy, dặm nét mực, ngâm ăn mòn bằng bột sắt, rửa axeton, khoan lỗ chân linh kiện bằng motor mini và hàn linh kiện theo thứ tự chiều cao tăng dần.
• Thiết kế mạch nạp ISP chuyên dụng sử dụng vi điều khiển ATmega8, hướng dẫn cách kết nối nạp firmware trung gian qua mạch AVR910, quy trình set fuse bit với phần mềm Progisp/ISP Programmer để cấu hình chip chạy thạch anh ngoài, phục vụ việc nạp chương trình trực tiếp vào IC 89S52.

Chương 5: Kết quả và đánh giá

Chương này tổng kết quá trình thử nghiệm và đo đạc thông số thực tế của hệ thống mạch:

Tên linh kiện / Thông số	Giá trị đo đạc / Thiết kế
Điện trở hạn dòng	10 con loại 330 Ω
Điện trở bổ trợ	5 con loại 330 Ω
Tụ hóa sơ cấp	1 tụ 100 µF / 16 V
Tụ hóa lọc nguồn	2 tụ 100 µF / 50 V
Tụ gốm khử nhiễu cao tần	2 tụ 104
Tụ gốm dao động	2 tụ 33 pF

Về kết quả vận hành, hệ thống mạch hoàn thành đáp ứng các yêu cầu thiết kế ban đầu: mạch hoạt động bình thường, các bóng LED phát sáng ổn định theo lập trình, chi phí gia công được tối ưu và thiết bị có khả năng phục vụ nhiều mục đích khác nhau.

Đồng thời, đồ án ghi nhận thống kê về tiến độ làm việc nhóm:

• Khâu tìm kiếm nội dung: Lương Thế Đạt, Nguyễn Trường Dương, Phạm Văn Tuấn thực hiện trong thời gian 2,5 tuần.
• Khâu tính toán và thiết kế: Trần Minh Đức, Nguyễn Hoàng Dũng thực hiện trong thời gian 1 tuần.
• Khâu soạn thảo báo cáo: Nguyễn Trường Dương thực hiện trong thời gian 3 ngày.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương này đánh giá tổng quát về kết quả hoàn thành: mạch đã hoạt động đúng theo bản mô tả kỹ thuật ban đầu đề ra. Về hướng phát triển, nhóm tác giả định hướng sản phẩm có thể triển khai sản xuất đại trà phục vụ thị trường quà tặng lưu niệm, hoặc tùy biến cấu trúc sắp xếp các bóng LED để tạo thành nhiều hình dạng đa dạng khác nhau tùy theo nhu cầu thị trường.

Kết quả và đóng góp

Về kết quả kỹ thuật, đồ án đã chế tạo thành công một bo mạch điện tử vi điều khiển hoàn chỉnh với các thông số vật tư cụ thể gồm: 1 vi điều khiển AT89S52, 1 IC ổn áp LM7805, 10 điện trở 330Ω, 5 điện trở 330Ω, 1 tụ hóa 100µF/16V, 2 tụ hóa 100µF/50V, 2 tụ gốm 104, 2 tụ gốm 33pF kết hợp thạch anh 12MHz và hệ thống đèn LED siêu sáng. Toàn bộ hệ thống mạch hoạt động bình thường, ổn định, đèn LED hiển thị đúng chu trình nạp lệnh.

Về các giải pháp và kiến nghị kỹ thuật do nhóm tác giả đề xuất:

• Khuyến nghị sử dụng phương pháp phủ một lớp dung dịch nhựa thông đập nhỏ pha xăng thơm lên toàn bộ mặt đồng sau khi hàn để ngăn chặn triệt để hiện tượng đường đồng bị oxy hóa đen và suy giảm tính dẫn điện sau vài ngày tiếp xúc không khí.
• Khuyến nghị sử dụng mũi khoan đường kính chuẩn 1mm và thao tác dứt khoát để không làm bong tróc pad đồng; lưu ý sử dụng thước cứng bằng kim loại hoặc gỗ khi cắt phíp để tránh trượt dao gây thương tích.
• Đề xuất giải pháp tận dụng các chân điện trở cắt thừa để làm cầu nối (jump) trên bo mạch và liên kết các cực Cathode của giàn LED, giúp tiết kiệm chi phí vật tư.

Về đóng góp học thuật và thực tiễn của đề tài: Đồ án đã hệ thống hóa phương pháp luận ra quyết định kỹ thuật bằng ma trận điểm số có trọng số cho các bộ phận nguồn, vi điều khiển và linh kiện phát quang; đồng thời xây dựng một tài liệu hướng dẫn quy trình thực hành toàn diện từ làm mạch in thủ công đến tự chế tạo mạch nạp ISP cho vi điều khiển họ 8051, giúp sinh viên năm thứ nhất nhanh chóng tiếp cận thực hành kỹ thuật phần cứng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài được nhóm tác giả tự đánh giá trong báo cáo gồm:

• Giá thành sản xuất tổng thể của sản phẩm đơn lẻ vẫn còn ở mức tương đối cao đối với sinh viên; quy trình chế tạo còn chứa đựng một số công đoạn và quá trình thừa thãi cần được tinh giản.
• Thiết bị gia công còn thô sơ; việc sử dụng máy khoan tự chế (động cơ mini nối đầu kẹp) có độ rung lắc lớn, dễ làm sai lệch vị trí tâm lỗ khoan và phá hỏng pad đồng đối với người mới bắt đầu.
• Bản báo cáo còn tồn tại sự không đồng nhất về mặt thuật ngữ và nội dung trình bày ở một số vị trí: tiêu đề và thuyết minh ban đầu là "mạch LED hình cây thông", nhưng ở mục mô tả mạch in (Mục 3.5) và phần kết luận (Chương 6) lại xuất hiện mô tả "mạch LED hình trái tim"; bảng thông số Chương 5 ghi tụ hóa 100µF/50V trong khi danh mục chuẩn bị Chương 4 ghi 10µF/50V.

Hướng phát triển tiếp theo được đề xuất trong văn bản:

• Nghiên cứu phương án tối ưu hóa quy trình chế tạo nhằm cắt giảm chi phí sản xuất để có thể ứng dụng sản xuất hàng loạt phục vụ thị trường quà tặng.
• Mở rộng khả năng tùy biến vị trí và cách sắp xếp của hệ thống đèn LED để tạo ra các mô hình tạo hình đa dạng khác theo thị hiếu và nhu cầu thị trường.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu học tập và thực hành hữu ích cho sinh viên các ngành Kỹ thuật Điện tử, Điện tử - Viễn thông, Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử, đặc biệt là sinh viên năm thứ nhất và năm thứ hai đang theo học các học phần Nhập môn kỹ thuật hoặc Đồ án điện tử cơ bản.

Các nội dung có giá trị tham khảo cao nhất trong đồ án gồm:

• Phương pháp xây dựng ma trận trọng số đánh giá tối ưu linh kiện, giúp sinh viên làm quen với phương pháp luận kỹ thuật trong việc so sánh các phương án thiết kế phần cứng.
• Cẩm nang thực hành quy trình gia công mạch in thủ công bằng phương pháp ủi nhiệt và ăn mòn hóa học với đầy đủ các thông số thời gian (ủi 4-5 phút, ngâm bở giấy 2 phút, ngâm bột sắt 10 phút) và các lưu ý an toàn hóa chất.
• Hướng dẫn thiết lập mạch nạp ISP cho vi điều khiển 89S52 sử dụng chip ATmega8 và phần mềm Progisp, bao gồm bảng thông số cấu hình fuse bit thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm tác giả lại lựa chọn vi điều khiển AT89S52 thay vì AT89C52?
Dựa trên ma trận đánh giá tối ưu ở Bảng 3.2, AT89S52 đạt điểm trung bình 9,5 (trong phân tích ghi 9,95 điểm), vượt trội so với mức điểm 8,0 (hoặc 9,0) của AT89C52. Nguyên nhân cốt lõi là tiêu chí phương thức nạp mã lệnh chiếm trọng số cao nhất (0,5); AT89S52 hỗ trợ chuẩn nạp nối tiếp (ISP - In-System Programming), trong khi AT89C52 sử dụng chuẩn nạp song song đòi hỏi mạch nạp phức tạp và bất tiện hơn.

2. Tiêu chí và kết quả lựa chọn nguồn điện cho mạch được thực hiện như thế nào?
Khối nguồn được nhóm tác giả đánh giá dựa trên 3 phương án: pin con thỏ, pin đồng tiền và sạc điện thoại với hai tiêu chí: đặc điểm sử dụng (trọng số 0,6) và giá thành (trọng số 0,4). Kết quả, pin con thỏ đạt điểm tuyệt đối 10/10 nhờ giá thành rẻ (3.000 VNĐ), tiện lợi và sử dụng lâu dài, trong khi pin đồng tiền nhanh hết pin (8,4 điểm) và sạc điện thoại có giá thành cao (20.000 VNĐ) kèm tính bất tiện dây nối (5,6 điểm).

3. Khi chế tạo mạch nạp ISP sử dụng chip ATmega8, cấu hình fuse bit được thiết lập ra sao?
Trước khi gắn chip ATmega8 vào mạch chính, người thực hiện phải thiết lập fuse bit thạch anh ngoài bằng phần mềm ISP Programmer hoặc Progisp. Cụ thể, hai bit BOOTSZ0 và BOOTSZ1 được cấu hình bằng 0 (chế độ checked), tất cả các bit còn lại được đặt bằng 1 (bỏ trống), sau đó gắn thêm khối dao động thạch anh 12MHz và 2 tụ gốm 33pF vào chân số 9 và 10 của IC.

4. Sau khi hoàn thành công đoạn hàn linh kiện, nhóm tác giả xử lý bề mặt mạch in như thế nào để bảo vệ đường đồng?
Văn bản hướng dẫn người thực hiện quét một lớp dung dịch nhựa thông đập nhỏ pha với xăng thơm phủ kín bề mặt đường mạch đồng. Giải pháp này giúp cách ly đồng với không khí, ngăn chặn hiện tượng bề mặt đồng bị oxy hóa chuyển sang màu đen sau vài ngày sử dụng, từ đó bảo đảm khả năng dẫn điện và thẩm mỹ của bo mạch.

5. Tiến độ và sự phân công nhân lực giữa các thành viên trong nhóm được tổ chức như thế nào?
Nhóm sinh viên gồm 5 thành viên được phân công 3 mảng công việc chuyên biệt: Lương Thế Đạt, Nguyễn Trường Dương và Phạm Văn Tuấn phụ trách tìm kiếm nội dung trong 2,5 tuần; Trần Minh Đức và Nguyễn Hoàng Dũng phụ trách tính toán và thiết kế trong 1 tuần; Nguyễn Trường Dương hoàn thành soạn thảo báo cáo trong 3 ngày.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế đèn LED hình cây thông" của nhóm sinh viên Lớp Điện tử 01 – K16, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã trình bày đầy đủ các bước từ lập kế hoạch, phân tích lựa chọn linh kiện tối ưu đến chế tạo và vận hành phần cứng mạch vi điều khiển 8051. Mặc dù vẫn còn một số điểm hạn chế về giá thành và tính đồng nhất trong tài liệu, đề tài đã đáp ứng tốt mục tiêu học phần Nhập môn kỹ thuật với việc cho ra đời sản phẩm mạch điện tử hoạt động ổn định và hệ thống hóa chi tiết quy trình gia công mạch in thủ công. Đây là tài liệu tham khảo có giá trị thực hành cao cho sinh viên kỹ thuật trong giai đoạn đầu tiếp cận lĩnh vực thiết kế phần cứng điện tử.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu ý tưởng 1.1 Ứng dụng của đèn LED trong cuộc sống Đèn LED được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống của chúng ta, chúng ta có thế dễ dàng nhận thấy đèn LED ở mọi nơi xung quanh như biển quảng cáo, đèn trang trí, đèn giao thông,. Không chỉ trong để trang trí, đèn LED còn được sử dụng trong thẩm mĩ để làm đẹp da, trong nông nghiệp,ánh sáng của đèn LED giúp kích thích cây cối sinh trưởng tốt hơn.2 Lí do chọn đề tài Nhóm tác giả đi đến quyết định thực hiện sản phẩm mạch LED hình cây thông bởi mạch có những ưu điểm sau: Thứ nhất, đây là một mạch rất phổ biến, dễ sử dụng và có tính ứng dụng cao.Thứ hai, mạch LED hình cây thông có giá thành hợp lí với sinh viên, vì vậy nên việc thực hiện sản phẩm có thể tiến hành thuận lợi. Thứ ba, mạch LED hình cây thông có nhiều nguồn tham khảo nên phù hợp với những sinh viên năm nhất có kiến thức còn hạn chế như nhóm tác giả để thực hiện, đồng thời đây cũng là cách để nhóm trau dồi kỹ năng, kinh nghiệm học tập.3 Ứng dụng của sản phẩm Mạch LED hình cây thông có những ứng dụng thực tế sau: món quà độc đáo, ý nghĩa tặng gia đình, bạn bè, người thân; trang trí nhà cửa, phòng riêng; trang trí đường phố, cửa hàng; làm biển hiệu,. Chương 2: Lập kế hoạch Trong chương thứ hai, nhóm tác giả nêu lên những mốc thời gian tương ứng trong quá trình thực hiện sản phẩm, tương ứng với thời gian dự định cần thiết để hoàn thiện quá trình ấy.

Bước 1: Lập bản mô tả kỹ thuật Xây dựng bản mô tả kỹ thuật nhằm định hướng những yêu cầu cơ bản mà sản phẩm cần có. 4 Downloaded by TOM TIT ([e-mail]) lOMoARcPSD|39605280 Đồ án môn “nhập môn kĩ thuật” GVHD: Vũ Thị Hoàng Yến Nhóm tác giả dự kiến hoàn thiện bản mô tả kỹ thuật từ ngày 29/11/2021 đến ngày 04/12/2021. Bước 2: Lập kế hoạch Xây dựng kế hoạch nhằm giúp cho quá trình thực hiện sản phẩm không bị chậm trễ và giúp cho việc thực hiện được rõ ràng hơn. Thời gian dự kiến từ ngày 05/12/2017 đến ngày 09/12/2021.

Bước 3: Thiết kế sơ đồ khối Việc thiết kế sơ đồ khối là công việc bắt buộc đối với mọi sản phẩm kỹ thuật. Nhờ có sơ đồ khối, kỹ sư có thể phân hoạch rõ ràng từng phần của sản phẩm và có những phương án tối ưu đối với từng khối ấy. Nhóm tác giả dự định thực hiện trong ngày 10/12/2021. Bước 4: Thiết kế chi tiết từng khối và lựa chọn phương án tối ưu Bước này là bước quan trọng nhất trong quá trình thực hiện sản phẩm, thiết kế chi tiết từng khối nêu cụ thể những chi tiết cần thiết trong từng khối, từ đó tìm ra những phương án để thực hiện.

Lựa chọn phương án tối ưu với mục đích so sánh các phương án khác nhau trong chi tiết từng khối, từ đó lựa chọn phương án tốt nhất, phù hợp nhất đối với nhóm tác giả và đối với sản phẩm. Nhóm tác giả dự kiến thực hiện từ ngày 11/12/2021 đến ngày 18/12/2021. Bước 5: Kiểm tra Kiểm tra chi tiết từng khối và phương án cho những khối đó để xem xét sự lựa chọn đó có khả thi, có vấn đề hay không. Từ đó, nhóm tác giả mới có thể quyết định sửa lại phương án hoặc tiếp tục tiến hành bước tiếp theo.

Thời gian dự kiến từ ngày 19/12/2021 đến ngày 21/12/2021. Bước 6: Chế tạo sản phẩm Một bước tất yếu trong mọi dự án, đề tài. Do đặc thù của bước chế tạo sản phẩm nên nó kéo dài khá đáng kể, đồng thời có thể phát sinh những vấn đề mới mà bước kiểm tra chưa nhận ra được.