ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ HỆ THỐNG QUAN TRẮC NHÀ XƯỞNG

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ HỆ THỐNG QUAN TRẮC NHÀ XƯỞNG Giáo viên hướng dẫn : TH.S ĐINH VĂN TUẤN Sinh viên thực : NHĨM 9-D9DTVT 1.Ngơ Đức Qn 2.Nguyễn Quang Linh 3.Tạ Thị Sinh 4.Khổng Minh Thành Hà Nội, ngày 29 tháng 12 năm 2017 LƠI MỞ ĐÂU Những năm gần với phát tri ển giao lưu n ước ta v ới th ế gi ới với q trình cơng nghiệp hóa đại hóa ngành kĩ thu ật có nhiều ứng dụng sống người ngành học điện tử - viễn thông Việc lập trình làm quen với board mạch vi xử lý, vi ều ển m ột phần thiếu sinh viên thuộc ngành học ện tử - vi ễn thông Arduino board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng ứng dụng tương tác với với môi trường thuận lợi , nhiều sinh viên đam mê học tập áp dụng vào sản phẩm nghiên cứu khoa h ọc, đ án, thi Với mục đích làm quen với việc nghiên c ứu khoa h ọc tìm hi ểu thêm kiến thức mơ hữu ích, kỹ lập trình cho vi ều khiển, lắp ráp mạch điện ứng dụng bảo hướng dẫn nhiệt tính thầy giáo Nhóm nghiên cứu chúng em tham gia nghiên cứu đề tài: “Hệ thống quan trắc nhà xưởng“ Nội dung trình bày chúng em gồm hai phần: Chương 1:Tổng quan đề tài Chương 2:Thiết kế hệ thống quan trắc nhà xưởng Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Đinh Văn Tuấn, gi ảng viên khoa Điện Tử Viễn Thông - trường Đại Học Điện Lực, người trực ti ếp gợi ý đ ề tài, trực tiếp hướng dẫn, bảo tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em suốt q trình hồn thành đề tài Mặc dù chúng em cố gắng hoàn thành báo cáo phạm vi khả cho phép ch ắc ch ắn khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng em kính mong nhận bảo ý ki ến nh ận xét thầy Hà Nội, ngày 29 tháng 12 năm 2017 Sinh viên thực GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT NHÓM NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………… Hà N ội, ngày 29 tháng 12 năm 2017 Gi ảng viên h ướng d ẫn (ký, ghi rõ h ọ tên) GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU NHẬN XÉT .2 BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC VIẾT TẮT .6 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .7 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .7 1.4 MỤC TIÊU ĐỒ ÁN .8 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 MỤC TIÊU THIẾT KẾ SẢN PHẨM 2.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 2.2.1 Sơ đồ khối chức 2.2.2 Lựa chọn linh kiện 2.2.3 Thiết kế nguyên lý 22 2.2.4 Sơ đồ nguyên lý tổng quát 22 2.2.5 Sơ đồ mạch in 25 2.3 THIẾT KẾ PHÂN MỀM 25 2.3.1 Lưu đồ thuật toán 25 2.3.2 Xây dựng ứng dụng .25 2.4 THIẾT KẾ SẢN PHẨM 26 2.5 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 27 2.5.1 Kết đạt 27 2.5.2 Đánh giá 27 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 28 GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT DANH MỤC HÌNH ẢN Hình Hình ảnh AT89S52 thực tế 11 Hình 2 Sơ đồ chân AT89S52 12 Hình Thông số kỹ thuật ghi HC-05 13 Hình Sơ đồ khối 14 Hình Mơ tả khối nguồn 15 Hình Mơ tả khối Bluetooth Module 15 Hình Mơ tả khối nhớ ngồi 16 Hình Vi điều khiển AT89S52 17 Hình Khối Relay, thị Load .17 Hình 10 Mach mơ phong Altium 18 Hình 11 Mơ phong mach in 19 Hình 12 Giao diện quản lý project 21 Hình 13 Giao diện tao project .22 Hình 14 Giao diện làm việc MIT App Inventor 22 Hình 15 Giao diện sau thiết kế .23 Hình 16 Giao diện tiến hành phần Coding 24 Hình 17 Giao diện thực khối lệnh kết nối Bluetooth 24 Hình 18 Giao diện thực khối lệnh điều khiển thiết bị 25 Hình 19 Giao diện đóng gói ứng dụng cài đặt smartphone 26 Hình 20 Giao diện app điện thoai di động 26 Hình 21 Thiết kế vo sản phẩm phần mềm Auto card .27 Hình 22 Sản phẩm sau hồn thiện 28 GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT DANH MỤC VIẾT TẮT CPU Central Processing Unit Bộ vi xử lý trung tâm RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên ROM Read-Only Memory Bộ nhớ AC Alternating Current Dòng điện xoay chiều DC Direct Current Dòng điện chiều GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày xã hội ngày phát triển, nhu cầu sống người ngày cao Đặc biệt nhu cầu quan trắc nhà xưởng cần trọng.Vì hệ thống quan trắc ngày phát triển hoàn thiện có hệ thống quan trắc nhà xưởng với ưu điểm vượt trội:  Điều khiển smart phone qua hệ thống mạng wifi  Dễ dàng thi công lắp đặt Với ưu điểm bật sóng vơ tuyến thơi thúc nhóm chúng em nghiên cứu thực đề tài “Hệ thống quan trắc nhà xưởng” Mong muốn nhóm chúng em ứng dựng học, biết vào thực tế “Hệ thống quan trắc nhà xưởng” ứng dụng vào thực tế sản xuất Đề tài bước khởi đầu để nhóm chúng em nghiên cứu tiếp cận với ngành khoa học đầy tiềm phát triển có khả ứng dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực đời sống tích lũy kiến thức, kinh nghiệm bổ ích 1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Sau tìm hiểu thơng tin đề tài, với hiểu biết sẵn có tìm kiếm thơng tin liên quan, chúng em xác định đối tượng cần nghiên cứu là:  Công nghệ Wifi:  Khái niệm Wifi, đặc điểm công nghệ Wifi, liên kết vật lý công nghệ Wifi, chế độ kết nối, cách thức hoạt động  Nghiên cứu Module wifi ESP8266: Các thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt động module wifi ESP8266  Arduino Mega2560: Thiết kế hệ thống sử dụng Arduino Mega2560 để giao tiếp với module wifi, điều khiển thiết bị GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT  Cảm biến lửa, cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11, cảm bi ến khí CO MQ7: Nghiên cứu thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt động cảm biến cách kết nối  Ứng dụng Android: ứng dụng hỗ trợ chạy hệ điều hành Andro id, nghiên cứu sử dụng ứng dụng Blynk truyền thông với Esp8266 1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Do điều kiện môi trường nghiên cứu, bọn em khơng có ều ki ện làm việc phòng LAB với nhiều thiết bị hỗ tr ợ, phương pháp nghiên cứu chủ yếu là:  Tham khảo tài liệu: Các đề tài liên quan, tìm kiếm thơng tin Internet  Tự thiết kế viết phần mềm điều khiển theo yêu cầu đặt  Thực nghiệm trực tiếp: Phát triển để ki ểm tra phần cứng ph ần m ềm sau điều chỉnh thơng số cho phù hợp với điều kiện thực tế 1.4 MỤC TIÊU ĐỒ ÁN Mục tiêu đồ án chúng em đặt sau hoàn thành xong là:  Mục tiêu cá nhân:  Hiểu nguyên lý hoạt động hệ thống module cảm biến khí CO cảm biến phát cháy  Hiểu nguyên lý hoạt động cách kết nối hệ thống điều khiển thiết bị sóng wifi  Nâng cao kĩ phối hợp lắp đặt, lập trình cho thiết bị vi điều khiển  Bước đầu tiếp cận với xu hướng IOT giới nước  Xây dựng mơ hình thực tế hồn thiện báo cáo đồ n GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT  Biết cách làm đồ án hoàn chỉnh phục vụ cho vi ệc làm đ án tốt nghiệp sau  Mục tiêu sản phẩm:  Điều khiển, xác định trạng thái hệ thống, phát hi ện bi ến động mơi trường nhà xưởng cách ổn định, nhanh chóng cảnh báo kịp thời mức độ nguy hiểm, truyền thông tới ứng dụng Blynk qua môi trường Wifi  Sản phẩm gọn, mang tính thẩm mỹ cao CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 MỤC TIÊU THIẾT KẾ SẢN PHẨM Quan trắc nhà xưởng (khí CO, lửa…) thơng qua Arduino Mega2560 s d ụng kết nối Wifi với ứng dụng Blynk điện thoại di động Trong đó, Wifi công nghệ không dây cho phép thi ết b ị ện t giao tiếp với khoảng cách 30-250m, sóng vơ tuyến qua băng tần WiFi chuẩn 802.11 với dải tần 2.48-5.0GHz truyền tải liệu Ngồi ra, Wifi cịn số đặc điểm khác như:  Tiêu thụ l ượng thấp, cho phép ứng dụng nhi ều loại thiết bị, bao gồm thiết bị cầm tay điện thoại di động  Giá thành thấp  Khoảng cách giao tiếp thiết b ị đ ầu cu ối có th ể lên t ới 250m ngồi trời 10-20m tịa nhà(trên lý thuyết)  Tính tương thích cao, nhiều nhà sản xuất phần cứng GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT 26 Cấp nguồn cho mạch, sau bật cơng tắc để mạch hoạt động Khi đó, led báo nguồn sáng chứng tỏ hệ thống cấp nguồn Sử dụng diode (D1) để chống ngược dịng, tụ có nhiệm vụ ổn định áp (không cho điện áp nhảy) IC ổn áp LM2576 nhằm hạ áp từ 12V-5V ( dịng tối đa 2A ) Hình 18 Khối nguồn b Khối xử lý trung tâm Nhận liệu từ cảm biến, xử lý gửi tín hi ệu ều ển t ới kh ối hiển thị cảnh báo, khối điều khiển động cơ, khối truyền thơng Hình 19 Khối xử lý trung tâm GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT 27 2.2.4 Sơ đồ nguyên lý tổng quát: Khi cấp nguồn cho mạch, led nguồn sáng, thi ết b ị m ạch đ ều trạng thái khởi động Sau nhận tín hiệu từ c ảm bi ến ều ển kh ối động quạt khối hiển thị cảnh báo (các thiết bị: đèn, quạt, LCD…) Module Wifi Esp8266 chờ nhận tín hiệu từ điện thoại wifi để giao ti ếp v ới vi Arduino Mega2560 Hình 20 Mach mơ phong nguyên lý Altium GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHĨM 9– D9DTVT 28 2.2.5 Sơ đồ mạch in Hình 21 Mô phong mach in GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT 29 GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN Hình 22 Xuất file pdf SVTH: NHĨM 9– D9DTVT 30 2.3 THIẾT KẾ PHÂN MỀM 2.3.1 Lưu đồ thuật toán Dựa vào chức khối chúng em đưa lưu đồ thuật toán nh sau: a Thư viện cảm biến GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHĨM 9– D9DTVT Hình 23 Lưu đồ thuật tốn tồn hệ Hình thống 24 Lưu đồ thuật toán hàm thư viện cảm biến 31 GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT 32 b Hàm kiểm tra nút bấm Hình 25 Lưu đồ thuật tốn kiểm tra nút bấm GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT 33 c Lưu đồ điều khiển động hiển thị Hình 26 Lưu đồ thuật toán điều khiển động hiển thị GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT 34 d Lưu đồ khối truyền thơng Hình 27 Lưu đồ thuật tốn giao tiếp truyền thơng 2.3.2 Xây dựng ứng dụng Phần mềm Blynk phần mềm thiết kế cho Android, iOS cho khả tự tạo ứng dụng kết nối với board Arduino, Raspberry bo mạch khác để điểu khiển chúng Blynk giúp điều khiển thiết bị từ xa qua internet, thu thập liệu cảm biến, ảo hóa việc giao tiếp thực hi ện nhiều việc khác Nguyên lý làm việc nhấn nút điều ển, lệnh truyền server Blynk, sau Blynk gửi lệnh module ều ển, module sau chạy lệnh gửi lại kết theo quy trình ngược lại nghĩa từ thiết bị gửi server từ server gửi điện thoại Sử dụng Blynk không cần phải biết viết app cho Android, với thao tác rê thả đối tượng giao diện vài thiết lập xong GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT 35 Bây bắt tay vào sử dụng ứng dụng Blynk Đầu tiên điện thoại Android kết nối Internet, truy cập vào Chplay nhấn tìm kiếm Blynk truy cập http://www.blynk.cc/ Sau cài xong, tải thư viện cho Arduino từ địa http://www.blynk.cc/getting-started/ Chúng ta mở ứng dụng Blynk tiến hành đăng ký sử dụng Email Sau tạo Project : chọn nút + hình→ giao di ện hi ển thị hình Tại Choose Device chọn Arduino Mega nhấn nút Create GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT 36 Ta có giao diện sau nhấn vào hình làm việc ứng dụng Tại chọn giả lập nút bấm, đồng hồ đo, LCD, Sau chọn giả lập cần thiết cho mô hệ thống quan trắc chúng ta, giao diện hồn thiện hình: GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT 37 2.4 THIẾT KẾ SẢN PHẨM 2.4.1 Thiết kế mơ hình Mơ hình có kích thước 30cm x 21cm x 26cm Chất liệu formex trắng với giá thành rẻ, dễ thi công lắp đặt 2.4.2 Thiết kế vỏ hộp Đây hình ảnh 3D vỏ hộp Sản phẩm có kích th ước 19cm x 12cm x 6cm Chất liệu làm vỏ hộp nhựa cứng, dùng để thiết kế hộp nguồn, mạch ứng Hình 28 Mơ hình nhà xưởng dụng Hình 29 Thiết kế vỏ sản phẩm phần mềm Autocad GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT 38 2.5 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 2.5.1 Kết đạt Sau trình nghiên cứu, thực đ án v ới s ự ch ỉ b ảo t ận tình thầy anh làm việc trung tâm ART – khoa ện tử vi ễn thơng nhóm em hoàn thành xong đồ án tạo b ộ s ản ph ầm hoàn ch ỉnh với chức cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, khí CO phát lửa Hình 30 Sản phẩm sau hoàn thiện 2.5.2 Đánh giá  Sản phẩm chạy ổn định  Thực yêu cầu đặt như: cảnh báo chất lượng không khí, phát có cháy  Thiết kế đẹp mắt  Thiết kế phần cứng chưa tối ưu hoàn tồn GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHĨM 9– D9DTVT 39 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Sau hai tháng thực đề tài, chúng em hoàn thành vi ệc thi ết k ế lắp đặt mơ hình hệ thống quan trắc nhà xưởng Tuy chưa thực hi ện đ ược h ết mục tiêu đề với kết đạt chúng em test th nhi ều lần thấy hệ thống hoạt động ổn định Hướng phát triển Hướng phát triển đồ án tiếp tục nghiên cứu tìm hi ểu sâu giải pháp kinh doanh mơ hình quan trắc nhà x ưởng, kh ắc ph ục nhược điểm để sử dụng rộng rãi thị trường:  Tính tốn thiết kế cho hệ thống nhỏ gọn đẹp mắt  Phát triển hệ thống quan trắc nhà xưởng với nhiều chức vượt tr ội tự chữa cháy, cảnh báo giọng nói… Trong q trình thực đồ án không tránh khỏi thi ếu sót, chúng em r ất mong nhận đóng góp thầy bạn đ ể nhóm chúng em có th ể tiếp tục thực đề tài sâu sắc Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô bạn! GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]http://www.arduino.vn/ [2]http://www.arduino.esp8266.vn/ [3]https://www.arduino.vn/bai-viet/1048-dieu-khien-dong-co-buoc-bang-mach-cau-h [4]http://arduino.vn/bai-viet/998-tu-lam-thiet-bi-canh-bao-khi-co-voi-cam-bien-mq7 GVHD: TH.S ĐINH VĂN TUẤN SVTH: NHÓM 9– D9DTVT ... biệt nhu cầu quan trắc nhà xưởng cần trọng.Vì hệ thống quan trắc ngày phát triển hồn thiện có hệ thống quan trắc nhà xưởng với ưu điểm vượt trội:  Điều khiển smart phone qua hệ thống mạng wifi... thúc nhóm chúng em nghiên cứu thực đề tài ? ?Hệ thống quan trắc nhà xưởng? ?? Mong muốn nhóm chúng em ứng dựng học, biết vào thực tế ? ?Hệ thống quan trắc nhà xưởng? ?? ứng dụng vào thực tế sản xuất Đề tài... quan đề tài Chương 2:Thiết kế hệ thống quan trắc nhà xưởng Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Đinh Văn Tuấn, gi ảng viên khoa Điện Tử Viễn Thông - trường Đại Học Điện Lực, người trực ti ếp