ĐỒ án hệ THỐNG NHÚNG kỹ THUẬT điều KHIỂN tự ĐỘNG hóa hệ THỐNG IOT QUẢN lí TRẠM TRUNG CHUYỂN

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGUYỄN ĐỨC BẢO ĐỊNH HỆ THỐNG IOT QUẢN LÍ TRẠM TRUNG CHUYỂN ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HĨA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGUYỄN ĐỨC BẢO ĐỊNH - 41703051 HỆ THỐNG IOT QUẢN LÍ TRẠM TRUNG CHUYỂN ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA Người hướng dẫn TS TRẦN VIỆT HÙNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đồ án này, em nhận nhiều trợ giúp, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Bên cạnh đó, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS Trần Việt Hùng khoa Điện – Điện tử trường Đại học Tôn Đức Thắng hướng dẫn tận tình cho em suốt trình thực Em xin chân thành cảm ơn thầy, trường Đại học Tơn Đức Thắng nói chung thầy, cô Bộ môn Tự động hóa nói tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập trường, giúp em có tảng, sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 Tác giả Nguyễn Đức Bảo Định CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học TS Trần Việt Hùng Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, đồ án hệ thống nhúng sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm nội dung đồ án hệ thống nhúng Trường đại học Tơn Đức Thắng không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền tơi gây q trình thực (nếu có) TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 Tác giả Nguyễn Đức Bảo Định (Trang dùng để đính kèm Nhiệm vụ Đồ án tốt nghiệp có chữ ký Giảng viên hướng dẫn) MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VIII TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .1 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .1 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU .1 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 DỰ KIẾN KẾT QUẢ .2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 MẢNG ARRAY 2.1.1 Tìm hiểu mảng Array 2.1.2 Ưu điểm mảng 2.1.3 Nhược điểm mảng .2 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG 3.2 TÌM HIỂU VỀ MODULE ESP32 .4 3.3 CẢM BIẾN CÂN NẶNG LOADCELL 5KG 3.4 MẠCH GIẢM ÁP DC LM2596 3A: .8 3.5 MẠCH CHUYỂN ĐỔI ADC HX711 .9 3.6 KHỐI NGUỒN CẤP NGUỒN CHO MODULE NODEMCU NGUỒN V .10 3.7 KHỐI LƯU TRỮ ARDUINO IDE 10 3.8 KHỐI NODE RED .11 3.9 SƠ ĐỒ KẾT NỐI CHÂN CỦA MẠCH .12 3.9.1 Khối nguồn 13 3.9.2 Khối mạch chuyển đổi ADC HX711 13 3.9.3 Khối xử lý 14 GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN 14 4.1 HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 14 4.2 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 15 THỰC NGHIỆM 16 5.1 TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM 16 5.1.1 Mạch in 2D 3D .16 5.1.2 Mạch thực tế 18 5.1.3 Các bước tiến hành 19 5.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 20 5.3 KẾT LUẬN THỰC NGHIỆM 21 KẾT LUẬN .21 6.1 ƯU ĐIỂM 21 6.2 NHƯỢC ĐIỂM 21 6.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO .22 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VCC Voltage Collector Collector VDD Voltage Drain Drain VEE Voltage Emitor Emitor VSS Voltage for Substrante IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Wi-Fi Wireless Fidelity MQTT Message Queue Telemetry Transport IoT Internet of Things ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 1/26 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu đề tài Ngày với phát triển công nghệ điện tử, kỹ thuật số hệ thống dần tự động hóa Sự phát triển vi xử lí, vi mạch số ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển giúp việc xử lí thơng tin nhanh trước phục vụ vào sống người Trong lĩnh vực quản lí hàng hóa, phương pháp thủ cơng tốn nhiều thời gian Thay vào việc sử dụng cân điện tử kết hợp với Node Red xuất nhập liệu lên Google Sheet để kiểm sốt khối lượng quản lí sản phẩm giải pháp hiệu lĩnh vực 1.2 Mục đích nghiên cứu Mục đích đề tài thiết lập quy trình quản lí hàng hóa việc sử dụng MQTT Aedes Node Red để tiếp nhận liệu cân nặng từ cân điện tử Loadcell, xử lí số liệu, tính tốn Node Red xuất liệu lên Google Sheet Đồng thời người dùng quản lí số liệu hiệu chỉnh từ xa thông qua Dashboard Node Red 1.3 Đối tượng nghiên cứu ESP32 NodeMCU, Module ESP 32 WiFi+Bluetooth Development Board, phần mềm Arduino IDE để lập trình cho cảm biến cân nặng Loadcell, phần mềm vẽ mạch Altium, cách kết nối linh kiện phần cứng Node Red Google Sheet 1.4 Phạm vi nghiên cứu Ứng dụng trạm trung chuyển, nhà kho, nhà máy, siêu thị Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung Chuyển SVTH: Nguyễn Đức Bảo Định ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 2/26 1.5 Dự kiến kết Cân Loadcell đo khối lượng hàng hóa, sau chuyển liệu lên Node Red xử lí tính tốn xuất giá trị lên Google Sheet CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 Mảng Array 2.1.1 Tìm hiểu mảng Array Mảng (Array) cấu trúc liệu cũ quan trọng Mảng lưu giữ số phần tử cố định phần tử có kiểu Hầu hết cấu trúc liệu sử dụng mảng để triển khai giải thuật Dưới khái niệm quan trọng liên quan tới Mảng • Phần tử: Mỗi mục lưu giữ mảng gọi phần tử • Chỉ mục (Index): Mỗi vị trí phần tử mảng có mục số sử dụng để nhận diện phần tử Mảng gồm ghi có kiểu giống nhau, có kích thước cố định, phần tử xác định số Mảng cấu trúc liệu cấp phát liên tục 2.1.2 Ưu điểm mảng • • • Truy câp phần tử với thời gian số O(1) Sử dụng nhớ hiệu Tính cục nhớ 2.1.3 Nhược điểm mảng • • Khơng thể thay đổi kích thước mảng chương trình thực Kích thước mảng cố định Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung Chuyển SVTH: Nguyễn Đức Bảo Định ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 12/26 Hình 3-9 Node Red 3.9 Sơ đồ kết nối chân mạch Sơ đồ kết nối chân linh kiện vẽ schematic phần mềm Altium Hình 3- 10 Sơ đồ kết nối mạch Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung Chuyển SVTH: Nguyễn Đức Bảo Định ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 13/26 3.9.1 Khối nguồn Hình 3- 11: Khối nguồn Nguyên lý hoạt động: Cấp nguồn 12V DC cho mạch giảm áp chuyển từ 12V DC sang 5V DC cho mạch hoạt động 3.9.2 Khối mạch chuyển đổi ADC HX711 Hình 3- 12: Khối mạch chuyển đổi ADC HX711 Dùng để tiếp nhận liệu cân nặng từ cảm biến cân nặng Loadcell chuyển đến ESP32 để xử lý Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung Chuyển SVTH: Nguyễn Đức Bảo Định ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 14/26 3.9.3 Khối xử lý Hình 3- 13: Sơ đồ kết nối với ESP32 Khối xử lý có chức xử lý tín hiệu HX711 chuyển tới Nhận tín hiệu từ HX711và gửi lên Node Red sau Node Red tính tốn gửi tín hiệu lên Google Sheet để ghi nhận giá trị GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN 4.1 Hoạt động hệ thống Hệ thống gồm ESP32 nắm vai trị tiếp nhận truyền dẫn thơng tin, kết nối với Wifi, Aedes MQTT Node Red, mạch chuyển đổi HX711 cảm biến cân nặng Loadcell Theo quy trình quản lí hàng hóa, hàng hóa đến cân cảm biến cân nặng, cảm biến nhận giá trị cân nặng hàng hóa chuyển đến mạch chuyển đổi ADC HX711 để chuyển đổi giá trị tín hiệu từ analog sang digital Sau giá trị chuyển đến ESP32 chuyển tiếp lên Node Red tính tốn xử lí thơng qua Aedes MQTT broker Cuối xuất giá trị lên Google Sheet Kết hiển thị Google Sheet Dashboard Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung Chuyển SVTH: Nguyễn Đức Bảo Định ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 15/26 4.2 Lưu đồ thuật tốn Hình 4- 1: Lưu đồ giải thuật điều khiển Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung Chuyển SVTH: Nguyễn Đức Bảo Định ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 16/26 THỰC NGHIỆM 5.1 Tiến hành thực nghiệm Sau thực giải thuật thành công testboard Mạch layout hàn thi công gồm kết sau 5.1.1 Mạch in 2D 3D Mơ hình mạch in 2D vẽ phần mềm Altium xuất file PDF: Hình 5- 1: Sơ đồ chân mạch in 2D Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung Chuyển SVTH: Nguyễn Đức Bảo Định ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 17/26 Mơ hình 3D mơ qua Altium mặt trước: Hình 5- 2: Sơ đồ chân mạch in 3D mặt trước Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung Chuyển SVTH: Nguyễn Đức Bảo Định ... Dashboard Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung Chuyển SVTH: Nguyễn Đức Bảo Định ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 15/26 4.2 Lưu đồ thuật tốn Hình 4- 1: Lưu đồ giải thuật điều khiển Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung. .. mảng cố định Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung Chuyển SVTH: Nguyễn Đức Bảo Định ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 3/26 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 3.1 Sơ đồ khối hệ thống Hệ thống quản lí cân nặng hàng hóa thơng... LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGUYỄN ĐỨC BẢO ĐỊNH - 41703051 HỆ THỐNG IOT QUẢN LÍ TRẠM TRUNG CHUYỂN ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA Người