Thiết kế hệ thống nhà xưởng thông minh

v MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v LIỆT KÊ HÌNH VẼ viii LIỆT KÊ BẢNG x TÓM TẮT xi Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 CẤU TRÚC PHẦN MỀM CHO BOARD RASPBERRY 2.2 Hệ điều hành Linux 2.2.1 Khái quát 2.2.2 Các thư mục linux 2.3 Tổng quan ngôn ngữ Python 2.3.1 Khái niệm 2.3.2 Đăc điểm ngôn ngữ lập trình Python 2.3.3 Cấu trúc ngôn ngữ python 10 2.4 Ngôn ngữ lập trình web 11 2.4.1 Ngôn ngữ HTML 11 2.4.2 Ngôn ngữ PHP 12 2.4.3 Ngôn ngữ SQL 14 2.4.4 Ngôn ngữ JavaScript 14 2.5 Web server 15 2.6 Giới thiệu phần cứng sử dụng hệ thống 16 2.6.1 Giới thiệu Raspberry Pi B+ 16 2.6.2 Giới thiệu cảm biến nhiệt độ độ ẩm dht22 18 vi 2.6.3 Giới thiệu mạch RFID rc522 21 2.6.4 Giới thiệu cảm khí ga MQ2 25 2.6.5 Giới thiệu cảm biến quan trở 27 2.6.6 Các mạch hỗ trợ 27 Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG 29 3.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG 29 3.1.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 29 3.1.2 Sơ lược hệ thống mục đích thiết kế 29 3.2 Thiết kế phần mềm cho hệ thống 30 3.2.1 Chương trình giải thuật cho chương trình trangthai_tb() 30 3.2.2 chương trình giải thuật cho chương trình 31 3.2.3 Chương trình giải thuật cho chương trình idnv() 32 3.2.4 Chương trình giải thuật cho chương trình ct_taomang1() 33 3.2.5 Chương trình giải thuật cho chương trình ct_taomang2() 33 3.2.6 Chương trình giải thuật cho chương trình id_vaomang() 34 3.2.7 Chương trình giải thuật cho chương trình doc_caidat() 35 3.2.8 Chương trình giải thuật cho chương trình trangthai() 36 3.2.9 Chương trình giải thuật cho chương trình doc_sensor_dht22() 37 3.2.10 Chương trình giải thuật cho chương trình dk_den() 39 3.2.11 Chương trình giải thuật cho chương trình dk_loa() 40 3.2.12 Chương trình giải thuật cho chương trình doc_rc522() 41 3.2.13 Chương trình giải thuật cho chương trình capnhat() 42 3.3 Xây dựng hệ thống webserver Raspberry 43 3.3.1 Cấu hình cài đặt phần mềm cần thiết 43 3.3.2 Xây dựng database 44 3.3.3 Cấu trúc bảng Database 45 3.3.4 xây dựng trang web 48 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 58 4.1 Board thu thập liệu 58 4.2 Board điều khiển động 62 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 63 5.1 Thu thập liệu 63 5.2 Trang web hiển thị 64 5.3 Phân Tích Kết Quả 68 5.3.1 Sự Hoạt Động Của Khối Server 68 vii 5.3.2 Sự Hoạt Động Của Khối Động Cơ 68 5.3.3 Sự Hoạt Động Của Khối Cảm Biến 68 5.4 KẾT QUẢ THỰC TẾ 69 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 71 6.1 Kết luận 71 71 71 71 6.2 Hướng Phát Triển 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 viii LIỆT KÊ HÌNH VẼ ix x LIỆT KÊ BẢNG xi TĨM TẮT Đề tài thực dựa yêu cầu thực tế nhà xưởng việt nam hiện, số lượng nhà xưởng xây dựng ngày nhiều khu cơng nghiệp với mục đích mang lại thuận tiện việc quản lý nhà xưởng có diện tích lớn, với tính điều khiển từ xa giúp người dùng dễ dàng theo dõi thơng tin xưởng sản xuất máy tính, điện thoại thơng minh có phương án thiết lập nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm phù hợp cho nhà xưởng Mặt khác, sinh viên, nhu cầu nắm bắt cơng nghệ mới, tìm hiểu kiến thức ngồi chương trình học triển khai ứng dụng hệ thống mạng không dây vào lĩnh vực nông nghiệp, công nghiệp, y tế, đặc biệt truyền thông để thay công nghệ cũ, lạc hậu giảm thiểu lao động thủ công, cần thiết Từ đó, nhóm định chọn đề tài “thiết kế hệ thống nhà xưởng thông minh” để nghiên cứu thực Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm gần đây, thuật ngữ “Internet of things” (viết tắt IoT) xuất nhiều thu hút khơng quan tâm ý giới công nghệ Theo định nghĩa Wikipedia, IoT mạng lưới vạn vật kết nối Internet mạng lưới thiết bị kết nối Internet Hay hiểu cách đơn giản IoT tất thiết bị kết nối với Việc kết nối thực qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại… Các thiết bị điện thoại thơng minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, nhiều thiết bị khác Hình 1.1: Xu hướng IoT Ở IoT có tiềm lớn để làm cơng nghiệp thơng minh, cơng nghệ liên tục cập nhật dử liệu qua cảm biến không dây để từ xử lý, phân tích, định điều khiển ngược lại thiết bị nhà xưởng thiết bị di động người vào lúc nào, nơi đâu có kết nối Internet Đối với nước mà công nghiệp đà phát triển nước ta, việc ứng dụng IoT vào công nghiệp để tạo bước đột phá công suất, chất lượng sản phẩm, giúp người giảm thiểu sức lao động, chủ động sản xuất, đẩy mạnh sức cạnh tranh công nghiệp Việt Nam với giới… việc cần thiết cần triển khai nhanh chóng Hiện việc ứng dụng công nghệ vào sản xuất quản lý nhiều người quan tâm.chúng ta áp dung công nghệ vào cho nhà xương vừa to từ 1hexta tới vài trăm hexta 1.2 MỤC TIÊU Mục tiêu xây dựng hệ thống nhà xưởng thông minh hệ thống kín quản lý cơng nhân vào ra,được bao tự động điều khiển thiết bị thu thập liệu môi trường tại, vận hành dễ dàng, hiệu quả, giảm thiểu chi phí,giảm sức lao động người 1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU Để giải vấn đề ta thực phương pháp nghiên cứu sau: Tìm hiểu kit Raspberry hệ điều hành Linux Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình Python, ngơn ngữ lập trình web HTML, ngơn ngữ PHP, JavaScript kết hợp sở liệu MySQL 1.4 GIỚI HẠN Hệ thống thiết kế có kích thước lớn Nguồn hệ thống chủ yếu nguồn 5v nên chưa phù hợp với môi trường công nghiệp Khả chống nhiễu mơi trường cơng nghiệp cịn thấp 1.5 BỐ CỤC Đề tài thực gồm chương với nội dung sau: Chương 1: Giới thiệu: Trong chương này, nhóm thực đề tài trình bày tổng quan vấn đề nghiên cứu triển khai hệ thống nhà xưởng thông minh Mục tiêu, đối tượng giới hạn đề tài nghiên cứu Chương 2: Cơ sở lý thuyết: Ở chương nhóm thực đề tài giới thiệu sơ lược lý thuyết kit raspberry ngôn ngữ Python, ngôn ngữ lập trình web web server Chương 3: Thiết kế hệ thống: Giới thiệu phần cứng, công cụ phần mềm hổ trợ trình xây dựng thiết kế phần cứng, phần mềm Đưa giải thuật để xử lý giải thích lưu đồ, cách thức hoạt động phần bên Chương 4: thi công hệ thống: thực kết nối phần cứng Chương 5: Kết thực hiện: Kiểm nghiệm hoạt động toàn hệ thống, kết hoạt động hệ thống Chương 6: Kết luận hướng phát triển: Chương trình bày kết luận chung đề tài, mặt hạn chế hướng phát triển 58 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 4.1 Board thu thập liệu Bảng 4.1:kết nối raspberry với DHT22 DHT22 RASPBERRY VCC 3.3V GND GND DATA GPIO27 Hình 4.1: Kết nối raspberry với dht22 Chân vcc dht 22 nối với chân 3v3 board raspberry Chân gnd cua dht22 dược nối với chân gnd cua board rapberry Chân tin hiệu dht22 nối với chân gpio 21 board raspberry để lấy tín hiệu ngõ vào 59 Bảng 4.2:kết nối raspberry với rc522 RC522 RASPBERRY 3.3V 3.3V RST GPIO25 GND GND MISO GPIO9 MOSI GPIO10 SCK GPIO11 SDA GPIO8 Hình 4.2: Kết nối raspberry với module rc522 Chân 3v3 va chân gnd chua module rc522 kết nối với board raspberry để lấy nguồn Chan miso mosi module rc522 nối với gpio 9,10 board raspberry để truyền tín hiệu theo chuẩn spi Chân sck module rc522 nối chân gpio 11 cua board raspberry để tạo xung nhịp Chân sda cua module rc522 nối với chân gpio board raspberry để chọn chip điều khiển 60 Bảng 4.3:kết nối raspberry với MQ2 MQ2 RASPBERRY VCC 5V DOUT GPIO20 AOUT GND NO USE GND Hình 4.3: Kết nối raspberry với MQ2 chân gnd vcc MQ2 nối với 5v va gnd board raspberry để lấy nguồn Chân dout MQ2 nối với gpio 20 board raspberry lấy tín hiệu ngõ vào 61 Bảng 4.4:kết nối raspberry với quan trở QUANG TRỞ RASPBERRY VCC 5V GND GND DOUT GPIO21 Hình 4.4: Kết nối raspberry với quan trở chân gnd vcc quan trở nối với 5v va gnd board raspberry để lấy nguồn Chân dout quan trở nối với gpio 21 board raspberry lấy tín hiệu ngõ vào 62 4.2 Board điều khiển động Kết nối mạch điều khiển động với động Cấp hai nguồn 5V raspberry 5V ngồi để ni relay cho mạch Bảng 4.5:kết nối raspberry với module điều khiển module điều khiển động O1, O2, O3,O4,O5 RASPBERRY GPIO26,GPIO19,GPIO13 GPIO6,GPIO5 Chức Điều khiển bật tắt 63 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5.1 Thu thập liệu Kết thu thập liệu Board thu thập liệu điều khiển động Chuỗi liệu Gồm trạng thái thiết bị chế độ tự động, nhiệt độ độ ẩm có id vào Hình 5.1: Kết liệu thu từ raspberry Python 64 5.2 Trang web hiển thị truy cập vào hình đăng nhập Hình 5.2: Màn hình đăng nhập Web Server Nhập tên tài khoản, mật đúng, vào giao diện web Hình 5.3: Màn hình trang chủ 65 Trang chủ hiển thị nhiệt độ độ ẩm môi trường Điều khiển thiết bị chế độ tay Hình 5.3: Màn hình trang quanlynv Mục thơng tin nhân viên ta có trang quản lý nhân viên  Thông tin nhân viên  Giờ vào làm  Giờ nghĩ  Tổng trễ ngày nghĩ Hình 5.4: Màn hình trang timkiemnv 66 Mục thơng tin nhân viên có trang tìm kiếm nhân viên theo id nhân viên  Tìm kiếm thơng tin nhân viên  Giờ vào nghĩ nhân viên  Tổng trễ nhân viên ngày nghĩ nhân viên Hình 5.5: Màn hình trang themnv Trong mục thơng tin nhân viên có trang thêm nhân viên  Thêm thơng tin nhân viên có id csdl  Thêm id thêm thông tin nhân viên 67 Hình 5.6: Màn hình trang chinhsua Trong mục thơng tin nhân viên có trang chỉnh sửa thơng tin nhân viên  Có xóa nhân viên củ  Chỉnh sửa thơng tin nhân viên củ Hình 5.7: Màn hình trang caidat Trong mục cài đặt thơng số có cài đặt cho thiết  Giờ off, on cho tất thiết bị  Có thể cài đặt nhiệt độ để bật tắt quạt  Có thể cài đặt độ ẩm để bật máy hút ẩm 68 Hình 5.8: Màn hình trang trangthai_tb Trong mục trạng thái  Có bảng trạng thái thiết bị mục bật tự động thiết bị sẻ điều khiển tự động 5.3 Phân Tích Kết Quả 5.3.1 Sự Hoạt Động Của Khối Server Với việc sử dụng máy tính nhúng Raspberry, khối web server cho độ ổn định cao, liệu cập nhật liên tục ổn định, song hệ thống cịn số hạn chế như: Máy tính Raspberry B+ có tốc độ cịn chưa cao, nên việc có nhiều máy khách truy nhập vào server xảy tượng máy bị chậm bị treo máy, mặt khác hệ thống lưu liệu vào thẻ nhớ, thẻ nhớ có số lần đọc ghi liệu tốc độ giới hạn, nên việc an toàn liệu hệ thống hoạt động thời gian dài hàng năm khơng cịn an tồn, hệ thống phát triển thay máy tính khác có tốc độ xử lý cao để đáp ứng nhiều yêu cầu cho hệ thống, đồng thời việc lưu trữ liệu dung ngoại vi khác ổ cứng để độ bền thiết bị lưu trữ tăng lên, đồng thời hệ thống lưu trữ liệu lên host online để liệu an toàn thiết bị lưu trữ liệu bị hư 5.3.2 Sự Hoạt Động Của Khối Động Cơ Khối động hoạt động ổn định vẩn đáp ứng chậm thời gian trễ vẩn cao 5.3.3 Sự Hoạt Động Của Khối Cảm Biến Các loại cảm biến vẩn rẻ tiền nên độ sai số vẩn cao, đáp ứng chậm 69 5.4 KẾT QUẢ THỰC TẾ 70 Hình 5.9: Hệ thống thực tế 71 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Nghiên cứu lý thuyết Raspberry Pi B+ phục vụ đề tài Nghiên cứu xây dựng web HTML, PHP, JavaScript có lưu trữ sở liệu MySQL Điều khiển thiết bị thông qua web server Đọc liệu từ cảm biến lên web Web Server chưa tối ưu với toàn thiết bị truy cập Giao diện trang web đơn giản 6.2 Hướng Phát Triển Do hạn chế thời gian, kiến thức vấn đề thực tế nên hệ thống cịn đơn giản Do áp dụng vào thực tế, mơ hình cần phải nâng cấp, mở rộng để thích ứng cho ứng dụng cụ thể như: Xây dựng thêm ứng dụng điện thoại thông minh cải thiện trang web phù hợp với hình điện thoại để tạo thuận tiện cho người dùng Tìm hiểu xây dựng phương án tiết kiệm điện tiêu thụ cho hệ thống Cải thiện cho hệ thống chấm cơng hồn thiện với sản phẩm bán thị trường Hy vọng với hướng phát triển với ý tưởng, góp ý thầy bạn, đề tài phát triển sớm ứng dụng tương lai 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Nguyên Thái, “Thiết kế hệ thống tưới nước tự động”, đồ án tốt nghiệp, đại học Sư Phạm Kỹ Thuật tp.HCM, tháng 01/2016 [2] Võ Duy Tuấn, , Việt Nam, 2015 [3] Fabrizio Romano, Learning Python, USA, 2015 [4]W3Schools, Learn HTML and CSS with w3Schools, 2008 [5]http://abyz.co.uk/rpi/pigpio/ [6]http://abyz.co.uk/rpi/pigpio/download.html [7]http://raspberrypi.stackexchange.com/questions/56413/error-problem-connectingto-raspberry-pi-3-with-xrdp [8]w3school.com [9]tutorialpoint.com ... Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG 29 3.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG 29 3.1.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 29 3.1.2 Sơ lược hệ thống mục đích thiết kế 29 3.2 Thiết kế phần mềm cho hệ thống. .. cuộn dây relay 29 Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG 3.1.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 3.1.2 Sơ lược hệ thống mục đích thiết kế Hệ thống bao gồm khối chính:... thi công hệ thống: thực kết nối phần cứng Chương 5: Kết thực hiện: Kiểm nghiệm hoạt động toàn hệ thống, kết hoạt động hệ thống Chương 6: Kết luận hướng phát triển: Chương trình bày kết luận chung