Giải pháp iot dùng thu nhập dữ liệu điều khiển thiết bị từ xa thông qua GSM GPRS

MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CẢM ƠN v MỤC LỤC vi LIỆT KÊ HÌNH VẼ ix LIỆT KÊ BẢNG xii TÓM TẮT xiii Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 GIỚI HẠN Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM 2.1.1 Sơ đồ linh kiện Arduino Atmega2560 2.1.2 Vi điều khiển ATmega2560 a Tổng quan ATmega2560 b Sơ đồ chân ATmega2560 11 c Cách hoạt động 16 d Cấu trúc nhớ 22 2.1.2 ATmega16U2 25 2.2 MODULE SIM900A 27 2.2.1 Sơ đồ thiết kế của GSM/GPRS SIM900A Easy 28 2.2.2 Tổng quan SIM900A 29 2.2.3 Các chế độ hoạt động SIM900A 31 a Chế độ NORMAL 31 b Power down 32 c Hạn chế chức 32 2.2.4 Sơ đồ khối SIM900A 32 vi 2.2.5 Sơ đồ chân SIM900A 33 2.3 CẢM BIẾN DHT11 38 2.3.1 Thông số kỹ thuật 38 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 38 2.4 RƠLE 41 2.5 MODULE CẢM BIẾN KHÍ GA MQ2 43 2.5.1 Giới thiệu 43 2.5.2 Sơ đồ chân cảm biến khí ga MQ2 44 2.6 Opto 817 45 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 47 3.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 47 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 47 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 47 3.2.2 Tính toán thiết kế mạch 49 3.2.2.1 Khối giao tiếp SMS : 49 3.2.2.2 Khối vi điều khiển ATmega2560 50 3.2.2.3 Khối cảm biến 52 3.2.2.4 Khối công suất 55 3.2.2.9 Khối nguồn 56 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 57 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 60 4.1 THI CÔNG HỆ THỐNG 60 4.1.1 Thi công bo mạch 60 4.1.2 Kết nối khối 62 4.2 LẮP RÁP VÀ ĐÓNG GÓI MẠCH 64 4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 67 4.3.1 Lưu đồ giải thuật 67 4.3.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 70 4.3.2.1 Phần mềm lập trình cho Arduino IDE 70 4.3.3 Phần mềm lập trình cho WebSever 73 4.3.3.1 Phần mềm Notepad++ 73 4.4 TẠO WEBSEVER VÀ DATABASE 75 4.5 QUY TRÌNH THAO TÁC SỬ DỤNG 80 Chương KẾT QUẢ NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 82 5.1 BOARD MẠCH 82 vii 5.2 NGUỒN 82 5.4 KẾT QUẢ THỰC HIỆN TRÊN WEB APPLICATION 83 5.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ỨNG DỤNG WEB APPLICATION 84 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 84 6.1 TÓM TẮT ĐỀ TÀI 84 6.2 KẾT LUẬN 84 6.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 MỘT SỐ TRANG WEB THAM KHẢO KHÁC 87 PHỤ LỤC 88 viii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1 : Arduino Atmega2560 mặt trước Hình 2.2 : Arduino Atmega2560 mặt sau Hình 2.3 : Sơ đồ linh kiện Arduino Atmega2560 Hình 2.4 : Sơ đồ chi tiết chân khối Arduino Atmega2560 Hình 2.4 : Vi điều khiển Atmega2560 Hình 2.5 : Sơ đồ khối Atmega2560 Hình 2.6 : Sơ đồ chân ATmega2560 11 Bảng 2.2 : Chi tiết chân ATmega2560 11 Hình 2.12 : Sơ đồ khối khối ADC 19 Hình 2.13 : Sơ đồ khối đơn giản ADC 20 Hình 2.14 : Sơ đồ khối USART 21 Hình 2.15 : Sơ đồ hệ thống xung clock cho Atmega2560 21 Hình 2.16 : Bộ nhớ chương trình 22 Hình 2.17 : Bản đồ nhớ liệu SRAM 23 Hình 2.18 : Thanh Ghi EEAR 23 Hình 2.19 : Thanh Ghi EEDR 24 Hình 2.20 : Thanh Ghi EECR 24 Hình 2.21 : Sơ đồ khối Atmega16U2 26 Hình 2.22 : Module SIM900A 27 Hình 2.23 : Sơ đồ thiết kế của GSM/GPRS SIM900A Easy 28 Hình 2.24 : Chi tiết linh kiện Module SIM900A 29 Hình 2.25 : SIM900A 29 Hình 2.26 : Sơ đồ khối SIM900A 32 Hình 2.27 : Sơ đồ chân cùa SIM900A 33 Hình 2.28 : Kết nối Breakout SIM900A Vi điều khiển 34 Hình 2.29 : Cảm biến DTH11 38 Hình 2.30: Gửi tín hiệu Start 39 Hình 2.31 : Đọc liệu bit 40 Hình 2.32: Đọc liệu bit 40 Hình 2.33 : Rơle 41 Hình 2.34 : Cấu tạo Rơle 42 Hình 2.35 : Module cảm biến khí gas MQ2 43 ix Hình 2.36 : Cấu tạo MQ2 44 Hình 2.37 : Sơ đồ chân Module khí ga MQ2 44 Hình 2.38 : Module MQ2 with NE555 45 Hình 2.39: Opto 817 45 Hình 3.1 : Sơ đồ tổng quan hệ thống 47 Hình 3.2 : Sơ đồ khối điều khiển 48 Hình 3.3 : Sơ đồ nguyên lý module SIM900A 50 Hình 3.4 : Transistor kích mở/tắt nguồn cho module SIM900A 50 Hình 3.5 : Sơ đồ nguyên lý Atmega2560 51 Hình 3.6 : Giao tiếp USB 52 Hình 3.7 : Khối tạo xung dao động 52 Hình 3.8 : Sơ đồ kết nối vi xử lý 53 Hình 3.9 : Sơ đồ kết nối vi xử lý thực tế 54 Hình 3.10 : Sơ đồ kết nối chân Arduino MQ2 54 Hình 3.11 : Khối công suất 55 Hình 3.12 : Sơ đồ nguyên lý nguồn 5V 12V 57 Hình 3.13 : Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 58 Hình 4.1 : Sơ đồ mạch in nguồn 61 Hình 4.2 : Sơ đồ mạch in khối Rơle 61 Hình 4.3 : Kết nối Arduino Atmega2560 module SIM900A 63 Hình 4.4 : Kết nối Arduino Atmega2560 cảm biến, buzzer 64 Hình 4.5 : Hình thực tế mạch nguồn 65 Hình 4.6 : Hình thực tế khối công suất 65 Hình 4.7 : Đóng gói mơ hình tồn mạch 66 Hình 4.8 : Cảm biến khí ga buzzer mơ hình 66 Hình 4.9 : Các thiết bị giả lập mơ hình 67 Hình 4.10 : Lưu đồ giải thuật chương trình 68 Hình 4.12 : Lưu đồ chương trình điều khiển thiết bị 69 Hình 4.13 : Lưu đồ chương trình nhận liệu 70 Hình 4.14 : Lưu đồ chương trình gửi liệu 71 Hình 4.15 : Phần mềm lập trình Arduino IDE 72 Hình 4.16 : Bước chọn Board 73 Hình 4.17 : Chọn cổng giao tiếp 73 Hình 4.18 : Nạp chương trình cho Arduino 74 Hình 4.19 : Tạo New File 75 Hình 4.20 : Chọn ngôn ngữ 75 x Hình 4.21 : Đăng ký Free Hosting 76 Hình 4.22 : Đăng ký thông tin 76 Hình 4.23 : Check thơng tin email 77 Hình 4.24 : Login vào tài khoản 77 Hình 4.25 : Giao diện đăng nhập 78 Hình 4.26 : Tạo database 78 Hình 4.27 : Tạo table để lưu giá trị Arduino 79 Hình 4.28 : Khai báo tên số cột 79 Hình 4.29 : Tạo file php để connect tới mysql Arduino 80 Hình 4.30 : Cách upload file lên Websever 80 Hình 4.31 : Giao diện sau upload file 81 Hình 4.32 : Giao diện Web Application 82 Hình 5.1 : Giao diện ban đầu 83 Hình 5.2 : Giao diện sau giá trị gửi lên Web Application 83 xi LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1 : Cổng Serial giao tiếp với phần cứng Bảng 2.2 : Chi tiết chân ATmega2560 11 Bảng 2.3 : APN số nhà mạng 35 Bảng 3.1 : Sơ đồ kết nối chân Arduino MQ2 54 Bảng 4.1 : Danh sách linh kiện 61 xii TÓM TẮT "Giải pháp IoT dùng thu thập liệu, điều khiển thiết bị từ xa thông qua GSM/GPRS" đề tài với mục đích giám sát, điều khiển thiết bị dựa số liệu thu thập từ cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm, khí gas thơng qua GSM/GPRS hay Web Application Điều giúp cho người có khả theo dõi, giám sát điều khiển thiết bị nơi đâu cách nhanh chóng, tiện lợi, góp phần tiết kiệm điện năng, phù hợp với phát triển tiên tiến xã hội Đề tài lấy sở mạng GSM/GPRS để điều khiển thiết bị từ xa Việc sử dụng Web Application để điều khiển giám sát thiết bị có thuận lợi nhanh chóng, tiết kiệm chi phí, mang tính cạnh tranh động Ngoài ra, sản phẩm đề tài có tính mở, áp dụng cho nhiều đối tượng khác dân dụng công nghiệp xiii CHƯƠNG TỔNG QUAN Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày với tiến khoa học kỹ thuật, thiết bị điện tử đời ngày nhiều chủng loại tính sử dụng Bên cạnh nhu cầu sử dụng thiết bị cách tự động ngày cao, người ngày muốn thiết bị hỗ trợ nhiều cho cơng việc Có thể Việt Nam chưa phát triển mạnh mẽ lĩnh vực giới, nước có ngành cơng nghệ phát triển vượt bậc thiết bị điều khiển, giám sát thiết bị từ xa phát triển mạnh mẽ Từ yêu cầu thực tế, đòi hỏi ngày cao sống, cộng với hợp tác, phát triển mạnh mẽ mạng di động internet nên chúng em chọn đề tài "Giải pháp IoT dùng thu thập liệu, điều khiển thiết bị từ xa thông qua GSM/GPRS" để đáp ứng nhu cầu ngày cao người góp phần vào tiến bộ, văn minh, đại xã hội 1.2 MỤC TIÊU Đề tài dùng module GSM/GPRS SIM900A để thu nhận liệu từ xa gửi liệu module Arduino dùng chip ATMega2560 làm vi xử lý trung tâm, cảm biến cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, khí gas kết nối với module để sau liệu truyền server Trên server cài đặt phần mềm để làm nhiệm vụ thu nhận, sau xử lý lưu vào database thông tin đo hiển thị Website Application  NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  Nghiên cứu cách sử dụng GSM/GPRS thông qua module sim với Arduino Mega 2560  Viết chương trình cho vi điều khiển  Thiết kế giao diện điều khiển giám sát Web Application  Thiết kế, thi cơng lập trình khối đo nhiệt độ, độ ẩm khí gas  Kết nối khối vào module BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP CHƯƠNG TỔNG QUAN  Chạy thử nghiệm hệ thống  Cân chỉnh hệ thống  Viết sách luận văn  Báo cáo đề tài tốt nghiệp 1.3 GIỚI HẠN Trong thời gian thực đề tài có hạn, với lượng kiến thức truyền đạt suốt khóa học khả có hạn, nhóm thực đề tài giải vấn đề sau: - Thiết lập Web Application để điều khiển thiết bị hiển thị trạng thái thiết bị nhiệt độ, độ ẩm, khí gas lên Web Application - Ngồi ra, hệ thống cịn có chức tự động phát tín hiệu cảnh báo qua chuông hiển thị cảnh báo lên Web Sever BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP PHỤ LỤC { echo "TẮT"; } } } else { echo "0 results"; } $conn->close(); ?>     CHUÔNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 105 PHỤ LỤC function post() { var onTB1 = $('#onTB1').val(); $.post('TB1.php',{DK4:onTB1}, function(data){ $('#result').html(data); }); } function post1() { var offTB1 = $('#offTB1').val(); $.post('TB1.php',{DK4:offTB1}, function(data){ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 107 PHỤ LỤC $('#result').html(data); }); } function post2() { //alert("working"); var onTB2 = $('#onTB2').val(); $.post('TB2.php',{DK5:onTB2}, function(data){ $('#result').html(data); }); } function post3() { var offTB2 = $('#offTB2').val(); $.post('TB2.php',{DK5:offTB2}, function(data){ $('#result').html(data); }); } function post4() { var onTB3 = $('#onTB3').val(); $.post('TB3.php',{DK6:onTB3}, function(data){ $('#result').html(data); }); } function post5() BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 108 PHỤ LỤC { var offTB3 = $('#offTB3').val(); $.post('TB3.php',{DK6:offTB3}, function(data){ $('#result').html(data); }); } function post6() { var onTB4 = $('#onTB4').val(); $.post('TB4.php',{DK7:onTB4}, function(data){ $('#result').html(data); }); } function post7() { var offTB4 = $('#offTB4').val(); $.post('TB4.php',{DK7:offTB4}, function(data){ $('#result').html(data); }); } function post8() { var onTB5 = $('#onTB5').val(); $.post('TB5.php',{DK8:onTB5}, function(data){ $('#result').html(data); }); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 109 PHỤ LỤC } function post9() { var offTB5 = $('#offTB5').val(); $.post('TB5.php',{DK8:offTB5}, function(data){ $('#result').html(data); }); } function post10() { var onTB6 = $('#onTB6').val(); $.post('TB6.php',{DK9:onTB6}, function(data){ $('#result').html(data); }); } function post11() { var offTB6 = $('#offTB6').val(); $.post('TB6.php',{DK9:offTB6}, function(data){ $('#result').html(data); }); } Analog Inputs BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 114 PHỤ LỤC Created by Ngọc Lâm-Phát Đạt | [Arduino Project] Giải Pháp IoT Thu Thập Dữ Liệu Thông Qua GPRS - File connect.php dùng để kết nối mysql BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 115 PHỤ LỤC - File DatoSensores.php lấy giá trị từ database đê hiển thị lên đồng hồ Web - File getstate.php dùng để xuất giá trị Arduino truy cập vào lấy giá trị để điều khiển