Đồ án tốt nghiệp 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:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

ThS. Nguyễn Đình Phú

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
Nội dung

Tuần/ngày
-

Gặp GVHD để phổ biến quy định:
thực hiện chọn đề tài, thống nhất

1
(19/3 – 25/3)

tên đề tài, thời gian làm việc.
-

Duyệt đề tài.

-

Viết đề cương chi tiết.

-

Tìm hiểu các kiến thức liên quan tới
thực hiện đề tài.

-

Tìm hiểu các hệ thống quang báo
trong thực tế.

2
(26/3 – 1/4)

-

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.

-

Thiết kế sơ đồ khối cho sản phầm,
giải thích vai trò và chức năng của

3
(2/4 – 8/3)

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.

Xác nhận
GVHD


-

Thiết kế, bố trí các module LED,
lắp đặt màn hình LED vào khung

5
(16/4 – 22/4)

đỡ.
-

Thi công mạch, xây dụng mô hình
sản phẩm.

-

Thi công mạch, xây dụng mô hình
sản phẩm.

6
(23/4 – 29/4)

-

Viết chương trình điều khiển.

-

Lập trình ứng dụng trên windows,
điện thoại.

-

Lập trình và thiết kế web server

-

Thi công mạch, xây dụng mô hình
sản phẩm.

7
(30/4 – 6/5)

-

Viết chương trình diều khiển.

-

Viết chương trình, thiết kế web
server.

-

Lập trình ứng dụng trên windows,
điện thoại.

-

Thi công mạch, xây dụng mô hình
sản phẩm.

8
(7/5 – 13/5)

-

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)

11
(28/5 – 3/6)

Hoàn thiện, kiểm tra và theo dõi
hoạt động mô hình sản phẩm.

-

sửa lỗi chương trình điều khiển.

-

Hoàn thiện, kiểm tra và theo dõi
hoạt động mô hình sản phẩm.

-

Viết báo cáo.


12
(4/6 – 10/6)
13
(11/6 – 17/6)

-

Hoàn thiện sản phẩm.

-

Viết báo cáo.

-

Chỉnh sửa báo cáo lần cuối trước
khi gửi cho GVHD.

14
(18/6 – 24/6)
15
(25/6 – 1/7 )

Hoàn thiện báo cáo, gửi GVHD
xem xét, góp ý.

-

In báo cáo.

-

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 I2C. .......................................................................36
Hình 2. 37: Sơ đồ kết nối dây theo chuẩn truyền một dây. .......................................37
Hình 2. 38: Tạo xung reset và kiểm tra sự hiện diện của cảm biến. .........................37
Hình 2. 39: Đọc giá trị bit 0. .....................................................................................38
Hình 2. 40: Đọc giá trị bit 1. .....................................................................................38

Hình 2. 41: Số lượng điểm ảnh trong một diện tích..................................................39
Hình 2. 42: Frame Buffer 8 bit. .................................................................................40
Hình 2. 43: Frame Buffer 24 bit màu. .......................................................................41
Hình 2. 44: Mô hình của mặt phẳng bit. ...................................................................42

Hình 3. 1: Hệ thống màn hình LED trong nhà. .........................................................45
Hình 3. 2: Hệ thống màn hình LED ngoài trời. ........................................................45
Hình 3. 3: Hệ thống màn hình LED lvp909. .............................................................46
Hình 3. 4: Sơ đồ khối hệ thống màn hình LED trong thực tế. ..................................46
Hình 3. 5: Hệ thống màn hình LED tối thiểu. ...........................................................47
Hình 3. 6: Card điều khiển Mrv330. .........................................................................48
Hình 3. 7: Giao diện phần mềm LEDSHOW............................................................49
Hình 3. 8: Sơ đồ khối hệ thống. ................................................................................50
Hình 3. 9: Cách bố trí màn hình chữ nhật. ................................................................52
Hình 3. 10: Cách bố trí màn hình vuông. ..................................................................52
Hình 3. 11: Sơ đồ chân kết nối ngõ vào/ra của module LED P5. .............................53
Hình 3. 12: Sơ đồ dịch chuyển dữ liệu trên màn hình. .............................................53
Hình 3. 13: Sơ đồ kết nối Raspberry Pi3. .................................................................54
Hình 3. 14: Mạch đệm ngõ ra cho Raspberry Pi3. ....................................................56
Hình 3. 15: Arduino mega 2560. ...............................................................................57
Hình 3. 16: ESP8266 NODEMCU. ..........................................................................58
Hình 3. 17: Module thời gian thực RTC DS1307. ....................................................59


Hình 3. 18: Sơ đồ nguyên lý module RTC DS1307. ................................................60
Hình 3. 19: Sơ đồ kết nối vi điều khiển ESP8266 và DS1307. ................................60
Hình 3. 20: Sơ đồ chân cảm biến DHT11. ................................................................61
Hình 3. 21: Giao tiếp giữa cảm biến DHT11 và vi điều khiển. ................................61
Hình 3. 22: Sơ đồ kết nối arduino mega và module bluetooth HC-06. ....................63
Hình 3. 23: Sơ đồ chân module SIM900A. ...............................................................64

Hình 3. 24: Kết nối arduino mega và module SIM900A. .........................................64
Hình 3. 25: Giao tiếp giữa Arduino Mega và ESP8266............................................66
Hình 3. 26: Sơ đồ nguyên lý khối thu thập và xử lý dữ liệu. ....................................67
Hình 3. 27: Sơ đồ chân AMS1117. ...........................................................................68
Hình 3. 28: Sơ đồ kết nối IC AMS1117....................................................................69
Hình 3. 29: Nguồn tổ ong 5VDC - 40A. ...................................................................69
Hình 3. 30: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch. ...................................................................70
Hình 4. 1: Sơ đồ đi dây đã phủ đồng khối thu thập và xử lý dữ liệu. .......................72
Hình 4. 2: Hình dạng 3D khối thu thập và xử lý dữ liệu. .........................................72
Hình 4. 3: Sơ đồ đi dây mạch đệm ngõ ra. ................................................................73
Hình 4. 4: Sơ đồ 3D mạch đệm ngõ ra. .....................................................................73
Hình 4. 5: Kích thước khung đỡ................................................................................74
Hình 4. 6: Bố trí các khối ở mặt sau khung. .............................................................75
Hình 4. 7: Lắp ráp các module lên bo mạch khối thu thập và xử lý dữ liệu. ...........76
Hình 4. 8: Lắp ráp mạch đệm. ...................................................................................76
Hình 4. 9: Các khối được cố định trên tấm mica. .....................................................77
Hình 4. 10: Mặt trước của sản phẩm. ........................................................................78
Hình 4. 11: Mặt sau của sản phẩm. ...........................................................................78
Hình 4. 12: Lưu đồ truyền nhận dữ liệu trong esp8266. ...........................................81
Hình 4. 13: Lưu đồ nhận dữ liệu từ esp trên server. .................................................82
Hình 4. 14: Lưu đồ truyền, nhận dữ liệu từ arduino mega 2560. .............................84
Hình 4. 15: Lưu đồ các chức năng quản lý tin nhắn. ................................................85
Hình 4. 16: Lưu đồ chương trình con thêm tin nhắn. ...............................................86
Hình 4. 17: Lưu đồ chức năng xóa tin nhắn. .............................................................87
Hình 4. 18: Lưu đồ chức năng sửa tin nhắn. .............................................................88
Hình 4. 19: Lưu đồ chức năng hiển thị nội dung từ web lên màn hình. ...................89


Hình 4. 20: Lưu đồ chức năng cài đặt. ......................................................................90
Hình 4. 21: Quy trình làm việc của aruduino. ...........................................................91

Hình 4. 22: Giao diện phần mềm arduino IDE. ........................................................92
Hình 4. 23: Các vùng làm việc của arduino IDE. .....................................................92
Hình 4. 24: Cách chọn board arduino mega 2560 từ menu Tools. ...........................93
Hình 4. 25: Giao diện hệ điều hành Raspbian...........................................................99
Hình 4. 26: Giao diện hệ điều hành ubunt mate......................................................100
Hình 4. 27: Giao diện hệ điều hành ubuntu snappy. ...............................................100
Hình 4. 28: Các phần cứng cần thiết để cài hệ điều hành cho Raspberry. ..............101
Hình 4. 29: Gói phần mềm NOOBS trước và sau khi giải nén. ..............................101
Hình 4. 30: Giao diện phần mềm SD Formater. .....................................................102
Hình 4. 31: Giao diện cài đặt hệ điều hành Raspbian. ............................................102
Hình 4. 32: Quá trình cài đặt Raspbian. ..................................................................103
Hình 4. 33: Giao diện đầu tiên khi cài đặt thành công Raspbian. ...........................103
Hình 4. 34: Tải thư viện LED-Matrix từ cửa sổ terminal. ......................................104
Hình 4. 35: Cài đặt Apache Web Server thông qua cửa sổ terminal. .....................105
Hình 4. 36: Cài đặt thành công Apache Web Server. .............................................105
Hình 4. 37: Cài đặt php qua cửa sổ terminal. ..........................................................106
Hình 4. 38: Kiểm tra hoạt động của php. ................................................................106
Hình 4. 39: Cài đặt mysql qua cửa sổ terminal. ......................................................107
Hình 4. 40: Đăng ký tài khoản 000webhost. ...........................................................109
Hình 4. 41: Giao diện đăng ký tài khoản 000webhost. ...........................................109
Hình 4. 42: Xác nhận đăng ký tài khoản trên 000webhost. ....................................110
Hình 4. 43: Đăng nhập vào trang quản lý file 000webhost. ...................................110
Hình 4. 44: Giao diện quản lý file trên 000webhost. ..............................................111
Hình 4. 45: Mô tả sơ đồ khối của hàm SetPixel......................................................115
Hình 4. 46: Trình tự đọc giá trị trong ô nhớ............................................................116
Hình 4. 47: Phương pháp dùng canvas. ..................................................................118
Hình 4. 48: Chương trình hiển thị hình ảnh. ...........................................................118
Hình 4. 49: Lưu đồ chương trình con đọc ảnh. .......................................................119
Hình 4. 50: Lưu đồ chương trình con nạp ảnh vào canvas. ....................................121
Hình 4. 51: Lưu đồ chương trình con khởi tạo canvas. ..........................................122

Hình 4. 52: Lưu đồ xử lý video. ..............................................................................123
Hình 4. 53: Giao diện trang web điều khiển. ..........................................................125
Hình 4. 54: Giao diện chính ứng dụng Android. ....................................................126
Hình 4. 55: Giao diện nhập tin nhắn ứng dụng android. .........................................126
Hình 4. 56: Giao diện ứng dụng trên windows. ......................................................127
Hình 5. 1: Giao diện đầu tiên sau khi truy cập. .......................................................129
Hình 5. 2: Giao diện quản ký tin nhắn. ...................................................................130
Hình 5. 3: Tin nhẵn mới được lưu vào cơ sở dữ liệu. .............................................131
Hình 5. 4: Xóa một tin nhắn. ...................................................................................132
Hình 5. 5: Hiển thị một bản tin lên màn hình. ........................................................132
Hình 5. 6: Giao diện chỉnh sửa tin nhắn. ................................................................133
Hình 5. 7: Màn hình tab cài đặt. ..............................................................................134
Hình 5. 8: Tab quản lý hình ảnh..............................................................................135
Hình 5. 9: Giao diện tab quản lý video. ..................................................................136
Hình 5. 10: Giao diện đăng nhập trên window. ......................................................136
Hình 5. 11: Giao diện chính sau khi đăng nhập. .....................................................137
Hình 5. 12: Các thiết lập cho ứng dụng trên windows. ...........................................137
Hình 5. 13: Ứng dụng windows sau khi thiết lập....................................................138
Hình 5. 14: Trang đăng nhập ứng dụng android. ....................................................138
Hình 5. 15: Giao diện điều khiển chính. .................................................................139
Hình 5. 16: Cho phép kết nối bluetooth. .................................................................139
Hình 5. 17: Tắt Bluetooth trên điện thoại. ..............................................................139
Hình 5. 18: Kết nối Bluetooth với mô hình ............................................................140
Hình 5. 19: Giao diện kết nối thành công. ..............................................................140
Hình 5. 20: Gửi tin nhắn tới màn hình bằng điện thoại. .........................................141
Hình 5. 21: Mặt sau sản phẩm.................................................................................141
Hình 5. 22: Mặt trước sản phẩm. ............................................................................142
Hình 5. 23: Màn hình hiển thị chế độ text, đồng hồ kim. .......................................143

Hình 5. 24: Màn hình chế độ text, đồng hồ số. .......................................................143
Hình 5. 25: Chế độ hiển thị hình ảnh. .....................................................................144
Hình 5. 26: Màn hình chế độ chiếu video. ..............................................................144
Hình 5. 27: Màn hình chế độ chiếu video. ..............................................................145


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng ................................................................................................................... Trang
Bảng 2. 1: Chức năng các chân của Hub75. ...............................................................9
Bảng 2. 2: Bảng trạng thái IC 74HC245. ..................................................................14
Bảng 2. 3: Bảng trạng thái IC 74HC138. ..................................................................15
Bảng 2. 4: Bảng trạng thái của IC TLC5926 khi ở chế độ Normal mode. ...............16
Bảng 2. 5: Thông số kỹ thuật của DHT11 và DHT22. .............................................25
Bảng 2. 6: Thông số kỹ thuật của DS12C887. ..........................................................26
Bảng 2. 7: Thông số kỹ thuật của DS13B02. ............................................................27
Bảng 2. 8: Một số Fram Buffer RAM size ................................................................41
Bảng 3. 1: Sơ đồ kết nối chân Raspberry Pi3. ..........................................................54
Bảng 3. 2: Kết nối IC 74HC245. ...............................................................................55
Bảng 3. 3: Kết nối vi điều khiển ESP8266 và module thời gian thực DS1307. .......60
Bảng 3. 4: Kết nối vi điều khiển ESP8266 NODEMCU và cảm biến DHT11. .......61
Bảng 3. 5: Kết nối arduino mega và module bluetooth. ...........................................62
Bảng 3. 6: Kết nối arduino mega và module SIM900A. ..........................................64
Bảng 3. 7: Kết nối arduino mega và module chuyển đổi RS232 to TTL. ................65
Bảng 3. 8: Kết nối giữa Arduino Mega và ESP8266. ...............................................66
Bảng 4. 1: Danh sách linh kiện trong khối thu thập và xử lý dữ liệu. ......................72
Bảng 4. 2: Các linh kiện sử dụng trong mạch đệm. ..................................................74
Bảng 4. 3: Các công cụ trên giao diện phần mêm arduino IDE................................93


TÓM TẮT

Hiện nay, nhu cầu sử dụng màn hình LED để hiển thị thông tin, thông báo hay
quảng cáo là rất lớn, đặc biệt là ở những nơi công cộng như bệnh viện, trường học,
ủy ban hay các sân vận động… Nắm bắt được nhu cầu đó, rất nhiều loại màn hình
LED từ đơn giản tới phức tạp, đa dạng về kích thước, chủng loại đã ra đời nhằm phục
vụ nhu cầu thông tin tốt hơn. So với các loại màn hình khác thì màn hình LED có các
ưu thế như: giá trị thẩm mỹ cao, độ bền, giá thành thấp, phục vụ được nhiều nhu cầu
hơn, đơn giản trong khâu lắp đặt và vận hành.
Màn hình LED hiện nay rất đa dạng, được phân biệt dựa vào các yếu tố như:
mật độ điểm ảnh, kích thước, độ phân giải, chất liệu, độ sáng… Module matrix RGB
P5 là sự liên kết của các LED RGB theo một tổ chức thống nhất và kết hợp với 1 số
IC chuyên dùng để điều khiển xuất dữ liệu dễ dàng cho người sử dụng, khoảng cách
của các LED với nhau là 5mm, vì vậy P5 thường được sử dụng trong việc hiển thị
hình ảnh trang trí nội thất, làm màn hình trình chiếu video phục vụ cho các sự kiện
lớn hoặc cho các đơn vị cá nhân, tổ chức dùng để quảng cáo hình ảnh cho đơn vị của
mình.
Một bảng quang báo sử dụng LED P5 với kích thước lớn, hiển thị được nhiều
nội dung hơn hứa hẹn sẽ là sản phẩm thực tế có tính ứng dụng cao, có thể lắp đặt ở
nhiều nơi, đáp ứng tốt nhu cầu thông tin, giải trí của con người.
Với mục đích muốn tiếp cận với các công nghệ đang phát triển trên, nhóm
thực hiện đồ án với mong muốn chế tạo ra mô hình sản phầm quang báo được điều
khiển bằng máy tính nhúng. Sản phẩm bao gồm màn hình hiển thị, hệ thống điều
khiển mở rộng trên website, trên điện thoại và trên máy tính xách tay. Trong đó:
 Màn hình hiển thị có kích thước 64cm x 64cm, có độ phân giải 128 x 128 điểm
ảnh, được ghép từ 8 tấm module LED P5. Màn hình có thể hiển thị được chế
độ Text, chế độ hình ảnh, chế độ chiếu video.
 Ở chế độ text, màn hình hiển thị đồng hồ số hoặc đồng hồ kim, thông số nhiệt
độ và độ ẩm được cảm biến đo tại nơi đặt sản phẩm. Người dùng có thể gửi
tin nhắn thông báo, tùy chọn màu sắc và cỡ chữ trên màn hình hiển thị.
 Ở chế độ chiếu hình ảnh, màn hình hiển thị hình ảnh do người dùng chọn thông
qua giao diện điều khiển trên website.

 Ở chế độ chiếu video, màn hình chạy video do người dùng chọn thông qua
giao diện web.
 Hệ thống điều khiển trên website có chức năng nhận cài đặt để chuyển tiếp
qua lại giữa các chế độ text, hình ảnh, video. Thông qua giao diện web, người
dùng có thể gửi thông báo lên màn hình khi, chỉnh sửa cơ sở dũ liệu tin nhắn,
điều chỉnh độ sáng cho màn hình.
 Các ứng dụng trên điện thoại Android và máy tính có chức năng gửi thông
nhận nội dung thông báo từ người dùng và gửi lên màn hình LED.
Sản phẩm sử dụng máy tính nhúng Raspberry làm vi điều khiển trung tâm, các
module ngoại vi như HC-06, Sim900A, ESP8266 NODEMCU, Arduino mega 2560,
cảm biến DHT11.


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1

Hiện nay, nhu cầu sử dụng màn hình LED để hiển thị thông tin, thông báo hay
quảng cáo là rất lớn, đặc biệt là ở những nơi công cộng như bệnh viện, trường học,
ủy ban hay các sân vận động… Nắm bắt được nhu cầu đó, rất nhiều loại màn hình
LED từ đơn giản tới phức tạp, đa dạng về kích thước, chủng loại đã ra đời nhằm phục
vụ nhu cầu thông tin tốt hơn. So với các loại màn hình khác thì màn hình LED có các
ưu thế như: giá trị thẩm mỹ cao, độ bền, giá thành thấp, phục vụ được nhiều nhu cầu
hơn, đơn giản trong khâu lắp đặt và vận hành.
Màn hình LED hiện nay rất đa dạng, được phân biệt dựa vào các yếu tố như:

mật độ điểm ảnh, kích thước, độ phân giải, chất liệu, độ sáng… Module matrix RGB
P5 là sự liên kết của các LED RGB theo một tổ chức thống nhất và kết hợp với 1 số
IC chuyên dùng để điều khiển xuất dữ liệu dễ dàng cho người sử dụng, khoảng cách
của các LED với nhau là 5mm, vì vậy P5 thường được sử dụng trong việc hiển thị
hình ảnh trang trí nội thất, làm màn hình trình chiếu video phục vụ cho các sự kiện
lớn hoặc cho các đơn vị cá nhân, tổ chức dùng để quảng cáo hình ảnh cho đơn vị của
mình.
Một bảng quang báo sử dụng LED P5 với kích thước lớn, hiển thị được nhiều
nội dung hơn hứa hẹn sẽ là sản phẩm thực tế có tính ứng dụng cao, có thể lắp đặt ở
nhiều nơi, đáp ứng tốt nhu cầu thông tin, giải trí của con người.

1.2

MỤC TIÊU
 Tìm hiểu phương pháp xử lý dữ liệu trên board LED P5.
 Hiển thị các thông báo từ internet, tin nhắn và ứng dụng trên điện thoại lên
bảng LED.
 Xây dụng một website có tác dụng hiển thị và cập nhật các thông số cài đặt
cho bảng LED.
 Hiển thị và cập nhật thời gian, nhiệt độ, độ ẩm một cách nhanh chóng thông
qua mạng internet.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
 Kiểm soát được các yếu tố môi trường trong quá trình vận hành. Hạn chế các
vấn đề phát sinh, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm.

 Giao diện điều khiển đơn giản, thẩm mỹ, dễ sử dụng.

1.3

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp với đề tài Thiế Kế và Thi Công

Quang Báo sử dụng LED P5 RGB, nhóm chúng em đã tập trung giải quyết và hoàn
thành được những nội dung sau:
 NỘI DUNG 2: kết nối Raspberry Pi3 với modul LED.
 NỘI DUNG 1: Kết nối ESP8266 với Internet để cập nhật dữ liệu dùng cho
việc hiển thị.
 NỘI DUNG 3: Thiết kế mô hình.
 NỘI DUNG 4: Nghiên cứu lập trình để hiển thị dữ liệu ra LED ma trận.
 NỘI DUNG 5: Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình web PHP, lập trình ứng dụng
Android.
 NỘI DUNG 6: Chạy thử nghiệm mô hình, cân chỉnh hệ thống.
 NỘI DUNG 7: Đánh giá kết quả thực hiện.

1.4

GIỚI HẠN
Các thông số giới hạn của đề tài bao gồm:
 Kích thước của đồng hồ: 32cm x 10 cm x 32cm. Sử dụng 8 module P5 RGB
ghép lại
 Nội dung hiển thị trên màn hình có thể là: văn bản, hình ảnh.
 Cập nhật dữ liệu thông qua ứng dụng điện thoại hoặc website.
 Hệ thống có thể sử dụng treo tường hoặc dựng đứng.

1.5

BỐ CỤC
Đề tài “Thiết kế và thi công quang báo” được trình bày với bố cục như sau:
 Chương 1: Tổng Quan
Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi

dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương này trình bày quy tình hoạt động, giới thiệu phần cứng Raspberry Pi3,
Panel LED RGB, các IC điều khiển Panel, giới thiệu thư viện chính sử dụng cho đề
tài, giới thiệu chuẩn giao tiếp, các ngôn ngữ lập trình web như HTML, PHP, ngôn
ngữ lập trình ứng dụng Android.
 Chương 3: Thiết Kế và xây dựng hệ thống
Chương này thiết kế sơ đồ khối hệ thống, giải thích chức năng các khối, lựa
chọn linh kiện, tính toán và thiết kế mạch điều khiển, khối nguồn, khối hiển thị, thiết
kế website, sơ đồ kết nối và sơ đồ nguyên lý toàn mạch.
 Chương 4: Thi công hệ thống
Chương này trình bày cách cài đặt hệ điều hành, cài đặt thư viện, các phương
pháp điều khiển và hiển thị, lưu đồ giải thuật chính, lưu đồ giải thuật con và giải thích,
thi công mạch, sơ đồ mạch layout, lắp ráp, kiểm tra đóng gói sản phẩm, thi công mô
hình, lập trình code hệ thống.
 Chương 5: Kết quả, Nhận xét, Đánh giá
Chương này trình bày kết quả mô hình, giao diện điều khiển website, ứng dụng

diện thoại từ đó đưa ra đánh giá, nhận xét.
 Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Chương này nêu lên kết luận chung về những gì đã thực hiện đồng thời đúc
kết lại ưu khuyết điểm để đưa ra hướng phát triển cho đề tài.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các thiết bị và chuẩn giao tiếp sử dụng trong sản phầm gồm:
 Thiết bị đầu vào: cảm biến DHT1, module sim 900A, Bluetooth HC-06.
 Thiết bị đầu ra: LED panel P5 RGB.
 Thiết bị xử lý trung tâm: Raspberry pi 3, NodeMCU ESP8266, Arduino Mega
2560.
 Chuẩn truyền dữ liệu: UART, I2C, one-wire, Bluetooth, Internet, Sim.
 Thiết bị thời gian thực: IC DS1307.
 Thiết bị giao diện điều khiển: Điện thoại, máy tính.

2.1

PANEL LED RGB

2.1.1 Giới Thiệu
Panel LED RGB thường được sử dụng cho màn hình LED có kích thước lớn
nhiều mét vuông, nhìn từ khoảng cách xa do mỗi điểm ảnh là một đèn LED và khoảng
cách giữa mỗi bóng LED từ 1 đến 10 mm. Mỗi tấm yêu cầu 12-13 chân điều khiển

(6 bit dữ liệu, 6 hoặc 7 bit kiểm soát). Hoạt động tốt với nguồn 5V, lên đến 5A cho
mỗi tấm. Có các loại panel LED RGB hiện có như:
 Panel LED P40: kích thước 640x640, loại LED lưới, thích hợp sử dụng trang
trí vách, sàn, cột.
 Panel LED P16: kích thước 128x256, 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, sử dụng cho màn hình cần độ phân giải cao:
thể hiện biểu đồ, bản đồ giao thông.
Nhóm thực hiện đề tài sử dụng panel LED P5 vì giá thành tương đối thấp và
phù hợp với nhu cầu đặt ra là hiển thị hình ảnh, video, văn bản. Panel LED P5 64x32
pixel với 1 LED RGB là 1 điểm ảnh được xếp nối tiếp với nhau.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2. 1: LED panel P5.

2.1.2 Nguyên Lý Hoạt Động
Panel LED gồm 2 IC 74138 ngõ vào được kết nối với các chân A, B, C, D có
chức năng chọn hàng LED hiển thị. Chân A, B, C có giá trị từ 000 – 111 (0 – 7) để
quyết định hàng nào sẽ hiển thị sáng, chân D là chân cho phép IC 74138 hoạt động.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

7

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Ngoài ra bảng LED còn có các IC điều khiển gồm 4 IC mỗi hàng được nối với nhau
và nối với một chân màu của LED RGB và các IC đệm 74245.

2.1.3 LED RGB
a) Cấu Tạo
Khác với LED bình thường, mỗi LED RGB có 4 chân, trong đó có 1 chân
chung và 3 chân cho từng màu (R - đỏ, G - xanh lá, B - xanh dương). LED RGB thực
chất là 3 con diode LED bình thường gộp chung thành một khối. Dựa vào chân chung
của LED RGB mà ta có thể chia ra hai loại: LED RGB chung cực dương và LED
RGB chung cực âm. Trong phạm vi đồ án có sử dụng LED panel mà trong đó chung
cực dương.

Hình 2. 2: LED RGB loại dán.

b) Nguyên Lý Hoạt Động
Để thay đổi màu sắc của LED RGB, ta chỉ việc thay đổi độ sáng của từng con
diode (LED) trong LED RGB. Để thay đổi độ sáng của một con LED ta chỉ việc điều
chỉnh điện áp xuất ra con LED bằng cách dùng xung PWM.

2.1.4 Cổng Kết Nối
Các tấm LED ma trận RGB sử dụng chung một loại cổng kết nối đặc biệt được
gọi là HUB75.Trên một board LED P5 có 2 HUB 75: một HUB vào và một HUB ra.
HUB75 có tổng cộng 16 chân được chia thành 2 hàng, mỗi hàng có 8 chân đực.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

8

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2. 3: Hình ảnh thực tế HuB LED panel P5.

Hình 2. 4: Sơ đồ chân Hub LED Panel P5.
Bảng 2. 1: Chức năng các chân của Hub75.
Panel pin Panel connector

Chức năng

R0

1

Dữ liệu Red (hàng 1-16)

G0

2

Dữ liệu Green (hàng 1-16)

B0

3

Dữ liệu Blue (hàng 1-16)

GND

4

Ground

R1

5

Dữ liệu Red (hàng 17-32)

G1

6

Dữ liệu Green (hàng 17-32)

B1

7

Dữ liệu Blue (hàng 17-32)

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

9