Chương 1: Tổng quan. Giới thiệu về đề tài và trình bày tổng quát các nội dung được đề cập trong nghiên cứu, lý do chọn đề tài cũng như mục tiêu, đối tượng và phạm vi của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Trong chương này sẽ trình bày về các lý thuyết cơ sở của các linh kiện được sử dụng trong đồ án như: Led RGB, panel led, kit raspberry, các khái niệm, các chuẩn giao tiếp được sử dụng trong đề tài.
Chương 3: Thiết kế xây dựng hệ thống. Trong chương này sẽ trình bày về phương pháp lựa chọn, xây dựng hệ thống. Trình bày hướng mở rộng và phương pháp mở rộng mô hình. Chương 4: Kết quả: Trình bày kết quả thực hiện trên thực tế, và đưa ra nhận xét đánh giá.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển: Trình bày những gì làm được và chưa làm được so với mục tiêu của đề tài và đưa ra hướng phát triển. 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cấu tạo Led RGB có 4 chân, trong đó có 1 chân dương chung và 3 chân âm riêng cho từng màu (R là màu đỏ, G là màu xanh lá, B là màu xanh dương). Led RGB trên thực tế là 3 con diode led bình thường được gộp lại chung thành một khối. 1 Led RGB dán Hình 2.
2 Sơ đồ chân led RGB dán 2.2 Nguyên lý hoạt động Một đèn LED RGB SMD thường có ba đèn LED bên trong (Đỏ, Xanh lục và Xanh lam) có thể được kết hợp để tạo ra hầu hết mọi màu. Để tạo ra các loại màu khác nhau, cần thay đổi cường độ của từng đèn LED bên trong. Ngoài ra có thể sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) để điều chỉnh cường độ của từng đèn LED đỏ, xanh lục và xanh lam. Và mắt sẽ thấy được sự kết hợp của các màu thay vì các màu riêng lẻ, vì các led rất gần nhau ở bên trong.1 Giới thiệu panel led Panel LED là một loại đèn LED được thiết kế dạng tấm lớn, đa dạng hình dáng như hình vuông hoặc hình chữ nhật.
Đèn thường được lắp đặt âm trần, ốp trần hoặc thả trần 4 trong các không gian nội thất. Với ánh sáng mạnh mẽ và hiệu suất chiếu sáng cao, đèn là một giải pháp chiếu sáng tiết kiệm điện năng và bền bỉ. Thông thường mỗi tấm sẽ có yêu cầu từ 12 hoặc nhiều chân điều khiển trở lên (gồm bit dữ liệu và bit điều khiển), tuỳ vào nhu cầu sử dụng cùng với hoàn cảnh thực tế, người dùng dễ dàng để tìm kiếm đèn LED Panel với các mức công suất khác nhau. Trên thị trường có nhiều loại panel led RGB: • Panel led P40: kích thước 640x640, là một loại led lưới, phù hợp cho trang trí vách, sàn, cột.
• Panel led P16: kích thước 128x256, được sử dụng cho màn hình led cần độ phân giải trung bình, kích thước màn hình từ 15 – 50m2. • Panel led P5: kích thước 64x32, được sử dụng cho các màn hình cần độ phân giải cao như thể hiện biểu đồ, bản đồ giao thông. Và nhiều loại khác nhau với đủ loại kích thước cùng với công dụng cho những nhu cầu khác nhau. Người thực hiện báo cáo dựa trên một vài tiêu chí để thực hiện chọn lựa như: giá thành rẻ, chất lượng hình ảnh hiển thị và khả năng ghép nối, … Nên panel led P5 64x32 có 64 cột và 32 hàng led RGB là lựa chọn thích hợp cho đồ án.2 Cấu tạo Hình 2.
4 Mặt sau panel led P5 64x32 Panel led p5 bao gồm nhiều IC liên kết và kết nối với nhau: • 2 IC 74138 có công dụng giải mã 3 sang 8. • 24 IC TLC5926 có công dụng điều khiển các đèn led trong panel led. • 16 IC SSF4953 có công dụng điều khiển các hàng trong panel led. • 2 IC 74245 có công dụng để đệm mức điện áp.
• 2 HUB75 với 1 hub in có công dụng nhận dữ liệu vào và 1 hub out có công dụng truyền dữ liệu đi. Với các IC sẽ kết hợp thực hiện các chức năng của panel led, mỗi IC sẽ thực hiện các chức năng khác nhau từ đó tạo nên một panel led hoàn chỉnh.1 IC 74HC138 [1] IC 74HC138 là bộ giải mã 3 đến 8 dòng, được sử dụng trong panel LED P5 để giải mã tín hiệu đầu vào từ bộ điều khiển và chuyển đổi thành tín hiệu điều khiển riêng lẻ cho từng hàng LED. Chức năng: Giải mã 3 đến 8: IC 74HC138 có 3 chân đầu vào dữ liệu (A, B, C) và 8 chân đầu ra (Y0, Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7). Ba chân đầu vào dữ liệu được sử dụng để chọn một trong tám chân đầu ra sẽ được kích hoạt.
Mở rộng cổng: IC 74HC138 có thể được sử dụng để mở rộng số lượng cổng đầu ra của bộ điều khiển. Giảm tải cho bộ điều khiển: IC 74HC138 có thể giúp giảm tải cho bộ điều khiển 6 bằng cách thực hiện chức năng giải mã. Nhiệm vụ: • Nhận tín hiệu đầu vào từ bộ điều khiển: IC 74HC138 nhận tín hiệu đầu vào từ bộ điều khiển qua 3 chân A, B và C. • Giải mã tín hiệu đầu vào: IC 74HC138 sử dụng tín hiệu đầu vào để chọn một trong tám chân đầu ra sẽ được kích hoạt.
• Kích hoạt chân đầu ra được chọn: Chân đầu ra được chọn sẽ được kích hoạt và cấp điện áp cao. • Điều khiển LED: Chân đầu ra được kích hoạt sẽ điều khiển một hàng LED trong panel LED P5. 5 Sơ đồ chân IC giải mã 74HC138 Hình 2. 6 ký hiệu logic Bảng 2.
1 Bảng mô tả chân IC 74HC138 Pin NO. Symbol Name and Function 1, 2, 3 A0 to A2 Address inputs 4, 5 ̅̅̅ 𝐸1 , ̅̅̅ 𝐸2 Enable inputs (active low) 6 E3 Enable input (active high) 8 GND Ground (0V) 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 7 𝑌̅0 𝑡𝑜 𝑌̅7 Outputs (active low) 16 VCC Positive supply voltage Ngõ ra sẽ ở mức thấp khi ngõ vào cho phép 𝐸̅ 1 và 𝐸̅ 2 ở tích cực mức thấp và E3 ở tích cực mức cao, và ngõ ra sẽ ở mức cao nếu ngõ vào cho phép ở trạng thái ngược lại. 2 Bảng chức năng 2.2 IC TLC5926 [2] IC TLC5926 là bộ điều khiển LED 16 kênh, được sử dụng trong panel LED P5 để điều khiển độ sáng của từng LED riêng lẻ. Được thiết kế cho màn hình LED và các ứng dụng chiếu sáng LED với open-load, shorted-load, phát hiện được hiện tượng quá nhiệt và điều khiển dòng điện ổn định.
Thanh ghi dịch 16bit giúp chuyển đổi dữ liệu đầu vào nối ̅̅̅̅ 2 với 3 tiếp thành định dạng đầu ra song song. 16 ngõ ra được điều khiển bởi ED 1 và 𝐸𝐷 trạng thái Normal Mode phase, Mode Switching transition phase và Special mode phase. Chức năng: • Điều khiển độ sáng LED: IC TLC5926 có 16 kênh đầu ra, mỗi kênh có thể điều khiển độ sáng của một LED riêng lẻ. • Giao tiếp nối tiếp: IC TLC5926 giao tiếp với bộ điều khiển qua giao tiếp nối tiếp SPI.
• Tạo hiệu ứng LED: IC TLC5926 có thể được sử dụng để tạo ra các hiệu ứng LED khác nhau, chẳng hạn như nhấp nháy, mờ dần, thay đổi màu sắc, v. Nhiệm vụ: • Nhận dữ liệu từ bộ điều khiển: IC TLC5926 nhận dữ liệu từ bộ điều khiển qua giao tiếp SPI. Dữ liệu này bao gồm độ sáng cho từng kênh đầu ra. • Chuyển đổi dữ liệu thành tín hiệu PWM: IC TLC5926 chuyển đổi dữ liệu độ 8 sáng thành tín hiệu PWM (Pulse Width Modulation) cho từng kênh đầu ra.
• Điều khiển LED: Tín hiệu PWM được sử dụng để điều khiển độ sáng của từng LED riêng lẻ. 7 Sơ đồ chân IC TLC 5926 Chân LE (ED1) là chân quyết định dữ liệu đầu vào nhấp nháy. Khi chân LE (ED1) chuyển sang mức cao thì dữ liệu nối tiếp được chuyển tới chốt tương ứng. Dữ liệu được chốt khi LE (ED1) chuyển sang mức thấp.
3 Bảng mô tả chân Pin name Description CLK Clock input pin for data shift on rising edge. GND Ground pin for control logic and current sink. LE (ED1) Data strobe input pn Serial data is transferred to the respective latch when LE is high. The data is latched when LE goes low.
Also, a control signal input for an Error Detection mode and Current Adjust mode. LE has an internal pulldown. ̅̅̅̅ 𝑂𝐸 (ED2) Output enable pin. When ̅̅̅̅ 𝑂𝐸 is low.
The output drivers are enabled: when ̅̅̅̅ 𝑂𝐸 is high, all output driver are turned OFF. Also, a control signal input for an Error Detection mod and Current Adjust mod. 𝑂𝐸 ̅̅̅̅ has an internal pull up. OUT0 to Constant – current output pins.
OUT15 R-EXT Input pin used to connect an external resistor for setting up all output currents. SDI Serial – data input to the Shift register. 9 SDO Serial – data output to the following SDI of next driver IC or to the microcontroller. VDD Supply voltage pin.
• Chân ̅̅̅̅ 𝑂𝐸 (ED2) là chân cho phép ngõ ra. Khi ̅̅̅̅ 𝑂𝐸 (ED2) ở mức thấp thì ngõ ra được kích hoạt, khi ̅̅̅̅ 𝑂𝐸 (ED2) ở mức cao thì tất cả ngõ ra tắt. • Chân OUT0 đến chân OUT15 là các chân ngõ ra. • R-EXT là chân ngõ vào, kết nối với một điện trở bên ngoài để thiết lập cho tất cả các dòng đầu ra.
• SDI là chân dữ liệu đầu vào nối tiếp. • SDO là chân dữ liệu đầu ra nối tiếp được nối với SDI của IC điều khiển tiếp theo hoặc là vi điều khiển.3 IC SSF4953 [3] IC SSF4953 là IC được cấu tạo gồm 2 mosfet kênh p. Mosfet là transistor hiệu ứng trường và mosfet thường có công suất lớn hơn rất nhiều so với BJT. MOSFET tạo ra dòng điện dựa trên nguyên tắc hiệu ứng từ trường.
Do có trở kháng đầu vào lớn, MOSFET thích hợp cho việc khuếch đại các nguồn tín hiệu yếu. 8 Cấu tạo IC SSF4953 Hình 2. 9 sơ đồ chân IC SSF4953 IC SSF4953 có thể hoạt động ở hai chế độ: đóng và mở. Là một linh kiện điện tử sử dụng các hạt mang điện cơ bản, MOSFET có khả năng đóng cắt với tần số rất cao.
Việc điều khiển hoạt động của MOSFET được thực hiện bằng cách thay đổi điện áp tại cực G, từ đó điều khiển dòng điện di chuyển từ cực S sang cực D. 10 Mosfet kênh p Do đó IC SSF4953 dùng để đóng ngắt nhanh với dòng điện và điện áp lớn. Chân G được điều khiển tín hiệu ngõ ra của IC74HC138 trong panel led.4 IC 74HC245 [4] IC 74HC245 đóng vai trò là bộ đệm dữ liệu hai chiều, được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện liên quan đến LED, bao gồm quét LED 7 đoạn, LED ma trận và đệm dữ liệu trên bus trong các mạch sử dụng nhiều linh kiện mắc song song.