Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Thiết kế hệ thống nhúng máy nghe nhạc tự chế...

Tài liệu Thiết kế hệ thống nhúng máy nghe nhạc tự chế

.PDF
22
149
138

Mô tả:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG NHÓM A01-B NHÓM 23 GVHD : Thầy Trương Quang Vinh T12/2018 MỤC LỤC I. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ......................................................................................................................... 5 1. ĐẶC TẢ HỆ THỐNG ......................................................................................................................... 5 a. Product Specification ............................................................................................................................. 5 b. Engineering Specification ...................................................................................................................... 7 g. Hardware Specification ....................................................................................................................... 11 h. Software Specification ......................................................................................................................... 11 i. Test Specification ................................................................................................................................. 11 2. Embedded Symstem Design Issues .................................................................................................. 12 a. Constraint Issues .................................................................................................................................. 12 b. Functional Issues .................................................................................................................................. 12 c. Real – Time Issues ................................................................................................................................ 12 d. Concurrent issues ................................................................................................................................. 12 e. Reactive issues ...................................................................................................................................... 13 3. Team Contract .................................................................................................................................. 13 4. Project Plan ....................................................................................................................................... 14 II. THIẾT KẾ ..................................................................................................................................... 15 1. HARDWARE ....................................................................................................................................... 15 a. Schematics ................................................................................................................................. 15 b. Mạch PCB...................................................................................................................................... 17 KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG ................................................................................. 15 II. 1. THI CÔNG ........................................................................................................................................... 15 a. Schematics ................................................................................................................................. 15 b. Mạch PCB...................................................................................................................................... 17 2. THÀNH PHẨM .................................................................................................................................... 17 a. Schematics ................................................................................................................................. 17 b. Mạch PCB...................................................................................................................................... 17 3. KIỂM TRA ........................................................................................................................................... 17 4. ĐÁNH GIÁ ........................................................................................................................................... 17 I. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1. ĐẶC TẢ HỆ THỐNG a. Product Specification   Tên sản phẩm : Simple Music Keyboard Purpose : Chức năng giải trí, phát nhạc, và có bàn phím như một chiếc piano  Sản phẩm có hình dạng của một chiến piano mini, có kích thước nhỏ gọn ( chiều dài khoảng 20cm)  Sẽ có một hệ thống phím giống y như bàn phím piano thật, gồm hệ thống 7 nốt cơ bản ( Đô – Rê – Mi – Pha –Son – La – Si )  Ngoài ra , sẽ có các nút nhấn khác dùng để chỉnh tone , cao độ, độ ngân, độ lớn nhỏ của sản phẩm  Ngoài chức năng cơ bản trên, nhóm còn tích hợp vào sản phẩm chức năng chạy bản nhạc sẵn có, bằng cách sử dụng remote (hoặc nút nhấn), bạn có thể chọn một trong những bài hát có sẵn để phát ra ngoài)  Để sản phẩm thêm phần hấp dẫn, sản phẩm còn có một chiếc LCD, sẽ hiện thị trạng thái, nội dung bài hát khi đang chạy, cũng như cao độ khi mình nhấn các phím trên keyboard.  Sẽ có một hệ thống LED bên ngoài nhấp nháy theo điệu nhạc ( theo cao độ và tiết tấu)  Cuối cùng, nhóm sẽ trang trí sản phẩm với một hộp đèn làm bằng giấy với nhiều họa tiết bắt mắt  Input & Output o Input :  Nút nhấn (nhấn để ra tiếng kêu, các nốt nhạc)  Remote (bấm để chọn bài hát) o Ouput :  LCD (hiện thị nốt và bài nhạc đang chơi)  Loa phát nhạc  LED hiện thị chớp nháy cho sinh động Usecase :   Function     Performance :      Các nút nhấn được vi điều khiển đọc đầu vào liên tục, khi nút bị nhấn, vi điều khiển sẽ phát ra loa âm thanh với tần số (cao độ) tương ứng đã được định nghĩa sẵn Mạch bluetooth nhận tín hiệu từ remote sẽ được vi xử lí đọc tín hiệu sẽ phát bài hát tương ứng ra loa, đồng thời hiện thị nội dung trên LCD, các dải LED cũng sẽ được điều khiển nháy thoe điệu nhạc  Âm thanh sẽ to và rõ hơn nhờ sự trợ giúp của mạch khuếch đại âm và những bài hát có sẵn sẽ được lưu vào thẻ nhớ gắn ở SDcard Breakout Board Có thể chơi một bài hát đơn giản bằng các nốt cao độ Có hệ thống nâng và hạ tông Có thể chơi 5 bài hát mặc định Có thể dừng, phát tiếp hay chuyển bài Có led nhấp nháy theo điệu nhạc Manufactoring Cost :  Arduino UNO : 100.000 VND  LCD – 16x2 – B : 30.000 VND  IC 74HC595 : 2000 VND  Speaker 8 ohm : 30.000 VND  Button : 10.000 VND  Biến trở 10K : 2.500 VND  Mạch khuếch đại âm 6W : 20.000 VND  SDcard Breakout Board : 10.000 VND      Tụ điện 4700pF : 1.000 VND Bread board : 20.000 VND Tổng : 280.000 VND Power : Nguồn 9V Physical size/weight :  Sử dụng 1 board arduino UNO R3 để điều khiển và 1 loa spreaker + 1 lcd 16x2 : nhũng linh kiện trên kích thước cũng khá lớn, nhất là board arduino UNO R3.  Bên cạnh đó còn có thêm bread board nếu khách hàng yêu cầu sử dụng, làm mạch in sẽ tiết kiệm được kích thước nhưng giá thành sẽ cao hơn.   Kích thước khoảng 20x20x10 cm, năng khoảng 500g Installation :  Để nơi khô ráo thoáng mát, tránh ánh năng trực tiếp  Ngoài ra có thể để bất cứ đâu trong nhà b. Engineering Specification  Hardware :              Arduino UNO LCD – 16x2 – B IC 74HC595 Speaker 8 ohm Button Biến trở 10K Mạch khuếch đại âm 6W SDcard Breakout Board Tụ điện 4700pF Bread Board ( Test) Remote , module bluetooth LED đơn Dây LED  Nguồn 5V  Thẻ nhớ  Requirements :  Real – time processing  Hiện thị đúng tần số, đúng nốt lên LCD  Nút nhấn có độ nhạy vừa phải  Loa phát ra tiếng to vừa nghe, không bị rè c. Description :  Thời gian trể không đang kể  Delay tối đa 0.2s  Đây coi như là một nhạc cụ, nhấn các nút thì sẽ gửi tín hiệu đến vi xử lý và phát nhạc ra loa, hiện nội dung lên LCD và LED d. External Environment:  The product will be used anywhere in your house , put on table  Temperature is from 10 to 50 0C e. System connectivity: f. Major modules and their interfaces: Button interface:  Purpose:  Có hơn 7 nút nhấn trên bàn phím ma trận  Requiement:    Hardware component Keypad with 7+ button Có chống rung mỗi phím, hành trình phím dài Là nút nhấn thả kiểu button Thời gian nhận tín hiệu liện tiếp cách nhau 0.5 giây Interface Single end, GPIO( .0>.7), 3.3 V/ 0 V Component Part Number AK-1607-N-BBW-R Note Button is off-board, connect by wires and pin header 2mm pitch EEPROM:  Purpose:  Bộ nhớ này chứa dữ liệu âm thanh và các dữ liệu cấu hình ( thời gian phát tiếng bíp, âm lượng tiếng bíp  Requirement:  Chứa 3 loại tiếng bíp khác nhau: kéo dài 0.5 giây, kéo dài 2 giây và liên hồi trong 10 phút.  Chứa dữ liệu cấu hình ( nhập đúng, nhập sai, sai 3 lần, âm lượng được cài đặt truóc. Hardware component EEPROM Interface SPI ( .0->.7), 3.3V supply Component Part Number M95M02DWMN3TP/K Note EEPROM capacity is 1KB(Atmega 328) LCD:  Purpose:  Màn hình này hiển thị, chế độ hiện tại ( nhập, đổi mật khẩu ), hiện thị đáp ứng khi nhập đúng/ sai mật khẩu.  Requirement:  2.9 inch  16 bit trắng đen  Góc rộng. Hardware Component Interface Component Part Number Note LCD 16x2, 3” inch 5x7 pixel/ letter SPI(.0->.7), VDD/VCC/ 5V DC supply LM016L http://iotsky.vn/sanpham/lcd1602-xanhduong-16x2.html SPeaker:  Purpose:  Tạo ra âm thanh ( tiếng bíp ).  Requirement:  Độ to không thay đổi được. Hardware component Speaker 8ohm Rectifier diode Interface 2 pins header 2 pins header Componient part number SBM2 SBU8J Note LED:  Purpose:  Mô phỏng mở khóa thành công  Requirement:  Độ sáng vừa phải. Hardware component Interface Green led Through hole Component Part Number Note 1.9 - 4.0 ( V ) 10 mA Through hole Red led 1.63 - 2.03 (V) 10 mA g. Hardware Specification  Hardware : 1. Arduino UNO 2. LCD – 16x2 – B 3. IC 74HC595 4. Speaker 8 ohm 5. Button 6. Biến trở 10K 7. Mạch khuếch đại âm 6W 8. SDcard Breakout Board 9. Tụ điện 4700pF 10. Bread Board ( Test) 11. Remote , module bluetooth 12. LED đơn 13. Dây LED 14. Nguồn 5V 15. Thẻ nhớ  Về chức năng của bàn phím :  Các nút nhấn được vi điều khiển đọc đầu vào liên tục, khi nút bị nhấn, vi điều khiển sẽ phát ra loa âm thanh với tần số (cao độ) tương ứng đã được định nghĩa sẵn  Mạch bluetooth nhận tín hiệu từ remote sẽ được vi xử lí đọc tín hiệu sẽ phát bài hát tương ứng ra loa, đồng thời hiện thị nội dung trên LCD, các dải LED cũng sẽ được điều khiển nháy thoe điệu nhạc  Âm thanh sẽ to và rõ hơn nhờ sự trợ giúp của mạch khuếch đại âm và những bài hát có sẵn sẽ được lưu vào thẻ nhớ gắn ở SDcard Breakout Board h. Software Specification  Sử dụng arduino IDE và các thư viện, hàm có sẵn để thực hiện sản phẩm  Code sẽ được nạp trực tiếp xuống Arduino  Một số hàm được sử dụng  Hàm tone(pin, frequency, duration) i. Test Specification  Devide :      Voltage meter Bread board Dây cắm bread board Laptop ( sử dụng trang web nhận diện cao độ , độ vang của âm) Test Processing  Nhấn lần lượt các nút ( Đô – Rê – Mi – Pha – Son – La – Si ) và kiểm tra cao độ , độ lớn …  Nhấn các nút chức năng, cao độ, độ lớn, dừng, phát xem có hoạt động tốt không  Sử dụng remote để mở một bài hát bất kỳ, kiểm tra xem Loa phát nhạc có đúng và kịp thời không, LCD có hiển thị đúng nội dung không và LED nhấp nháy có đúng và đẹp không  Cuối cùng, xem lại tổng thể khi chơi một bài nhạc thế nào 2. Embedded Symstem Design Issues a. Constraint Issues  Giá thành rẻ  Nhỏ, gọn dễ mang đi  Kích thước < 20 cm  Hiệu suất cao  Dễ nhìn, các nút bấm phải dễ bấm, có độ nhạy vừa phải b. Functional Issues     c. Nút nhấn dễ nhấn, cách xa nhau, an toàn không hở điện Loa phát ra âm nghe vừa phải , không chói tai, không gây ồn ào, đau nhức Cao độ phát ra phải đúng thanh nhạc Không phát những bài hát không có bản quyền, gây phản cảm hay ảnh hưởng đến chính trị, kinh tế Real – Time Issues  d.  LCD, phát bài nhạc cố định :  Soft real-time system : Delay < 0.5s  Các âm phát ra khi nhấn trên bàn phím  Soft real-time system : Delay < 0.2s Concurrent issues Vi xử lí nhận tín hiệu từ các nút nhấn, remote và truyền ngay tới Loa, LCD và các dải LED để thực hiện các nhiệm vụ : phát nhạc, hiện thị nội dung và nháy đền theo nhạc e. Reactive issues + Sản phẩm có một công tắc, khi ngắt công tắc thì sẽ ngát nguồn, và không hoạt động + Tuy nhiên sau khi bật lên thì nó sẽ chạy liên tục, đợi nhận tín hiệu từ các nút nhấn, remote và các phím chức năng. + Hệ thống tương tác trực tiếp với người dùng qua các nút chức năng 3. Team Contract Team name : F23 Team member Role Signature Leader, system engineer Trần Nho Đức Hardware design Đặng Phước Hoàng Minh Software design Trần Việt Hưng Hardware design Lương Hữu Chung Software design Lê Văn Sơn TASKS Responsible member 1. Develop system architecture Trần Nho Đức 2. Design hardware Đặng Phước Hoàng Minh 3. Develop software Trần Việt Hưng 4. Develop software Lê Văn Sơn 5.Integrate and test Lương Hữu Chung Team meeting Team rules 14h30 , Wednesday, weekly 1. Participate in all team meetings 2. Listen carefully to all comments at meetings 3. Complete all assigned tasks before deadlines 4. Focus on results rather than excuses after. 5. Don’t offense together 6. Mutual trust 4. Project Plan PROJECT PLANNING Team name Product name Main features Estimate time Estimate cost F23 Simple Music Keyboard Like a mini pinano Can play a song with button Play some default song with remote control Display contents in LCD and LED 3 months (8hour/ a day) Arduino UNO : 100.000 VND LCD – 16x2 – B : 30.000 VND IC 74HC595 : 2000 VND Speaker 8 ohm : 30.000 VND Button : 10.000 VND Biến trở 10K : 2.500 VND Mạch khuếch đại âm 6W : 20.000 VND SDcard Breakout Board : 10.000 VND Tụ điện 4700pF : 1.000 VND Bread Board ( Test) : 20.000 VND Remote , module bluetooth : 10.000 VND Dây LED : 10.000 VND Nguồn 5V : 20.000 VND Thẻ nhớ : 15.000 VND Tổng : 280.000 VND Team members Schedule 1. Design system architecture 2. Design hardware part 2. Design hardware part 2.2. Design interface 2.3. Implement hardware board 3. Develop software part Student 1 : Leader Student 2 ,3 : Hardware design Student 4,5 : Software design Month 1 Month 2 Month 3 3.1. Develop control algorithm 3.2. Develop driver, user interface 3.3. Implement software program 4. Integrate and test 4.1. Simulate operations 4.2. Verify system II. THIẾT KẾ 1. HARDWARE a. Schematics  Phần nhạc piano  Phần phát bài hát qua SD card b. Mạch PCB 2. SOFTWARE a. Lưu đồ giải thuật START Các đèn led tắt Các phím piano hoạt động Các phím piano được bấm Phím menu được bấm Phát nốt ra loa Delay 0.2s Chuyển qua chế độ menu và led sáng Lệnh thoát menu b. Giải thích giải thuật + Xác định tên công tắc menu, các giá trị tần số cho mỗi phím trong số 7 phím đàn piano. + Viết các chương trình con cho mỗi bài hát để dễ dàng thêm hoặc xóa nhiều bài hát hơn. Bắt đầu bật piano: + Các đèn led tắt, tất cả các phím piano hoạt động. + Vòng lặp phát hiện nút menu được bấm thì sẽ tắt tất cả các phím piano và bật led để biết đang ở trong chế độ menu Trong chế độ menu + Nhấn nút menu để qua lại các bài hát, nhấn bất kỳ phím đàn để phát bài hát đang được hiển thị trên LCD + Màn hình LCD sẽ hiển thị bài hát đang phát, sau đó quay lại cùng 1 đeirm trong menu khi bài hát kết thúc. Từ đó có thể phát lại hoặc tiếp tục phát các bài hát có trong danh sách có sẵn. + Nhấn đúp vào nút menu để khởi động lại menu từ đầu. + Để quay lại sử dụng các phím đàn piano, hãy chuyển qua phần còn lại của các bài hát trong menu. Khi màn hình menu trống và các đèn led tắt. các phím đàn piano sẽ hoạt động trở lại. III. KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 1. TIẾN HÀNH THI CÔNG a. Mô phỏng và chạy thử demo - Để đảm bảo an toàn cho sản phẩm cuối cùng, cũng như chỉnh sửa và bổ sung thêm tính năng cho sản phẩm - Nhóm quyết định mô phỏng trước sản phẩm của mình, cụ thể là băng proteus và một số bên thứ 3 khác - Kết quả chạy mô phỏng thành công - Nhóm tiếp tục tiến hành cắm breadboard để test sản phẩm - Kết quả cũng thành công b. Thi công - Đi layout trên phần mềm Altium - Sau khi thiết kế và làm mach in xong , kết hợp breadboard và VOM để test mạch (trước đó đã test trên phần mềm) - Cuối cùng là kết nối các phần cứng lại với nhau
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan