Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển các thiết bị điện dân dụng qua mạng 3g

TÓM TẮT Ngày với phát triển mạnh khoa học kỹ thuật, chất lượng sống người ngày nâng cao Khoa học kỹ thuật đem lại nhiều tiện ích thiết thực cho sống người Góp phần khơng thể thiếu để mang lại thành tựu to lớn phát triển không ngừng kỹ thuật vi xử lý Kỹ thuật vi xử lý mang đến thay đổi to lớn khoa học công nghệ nhu cầu đời sống hàng ngày người Trong sống nay, đa số thiết bị gia đình, văn phòng, nhà xưởng, điều khiển giám sát trực tiếp vị trí bố trí chúng Đơi khi,khơng phải lúc có mặt nơi việc lại người không giới hạn Để đáp ứng linh hoạt việc điều khiển giám sát thiết bị nơi,mọi lúc, không giới hạn khoảng cách việc cần thiết đáng quan tâm.Vì việc thiết kế ứng dụng điều khiển thiết bị vị trí xa cần thiết.Chúng ta tạo ứng dụng cách dựa hệ điều hành Có nhiều hệ điều hành như: Windows, Android, iOS, BlackBerry, Palm, Symbian…Trong hệ điều hành Android hệ điều hành phổ biến, hệ điều hành Google hầu hết người dùng giới sử dụng lợi ích mang lại Chính vậy, qua thời gian tìm hiểu nghiên cứu, nhóm thực đề tài dùng hệ điều hành Android để tạo ứng dụng điều khiển thiết bị từ xa Tên đề tài : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN DÂN DỤNG QUA MẠNG 3G Mặc dù cố gắng hồn thành đề tài chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong q Thầy/Cơ bạn sinh viên đóng góp ý kiến để chúng tơi hồn thiện đề tài tạo sản phẩm tốt Mọi ý kiến đóng góp xin gửi email: thehien_0302@yahoo.com v MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG PHẦN A: GIỚI THIỆU NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i TRANG PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii TRANG PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CÁM ƠN iv TÓM TẮT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT ix DANH SÁCH BẢNG BIỂU x DANH SÁCH HÌNH ẢNH xi PHẦN B: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.7 Ý nghĩa thực tiễn 1.8 Bố cục đồ án vi CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 2.1 Hệ thống điều hành Android 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Lịch sử phát triển 2.1.3 Các phiên Android 11 2.1.4 Ưu nhược Android 16 2.1.5 Giới hạn tảng Android 18 2.2 Ngơn ngữ lập trình Web PHP MySQL 19 2.2.1 PHP gì? 19 2.2.2 MySQL gì? 20 2.3 Dịch vụ Web Hosting 22 2.3.1 Cách tạo host 22 2.3.2 Cách tạo CSDL 23 2.4 Kết nối GPRS, 3G 24 2.4.1 Kết nối GPRS 24 2.4.2 Kết nối 3G 25 2.5 Hệ thống phần cứng 27 2.5.1Module SIM900 27 2.5.2 Vi điều khiển Pic16f877A 32 2.5.3 Linh kiện công suất 33 2.6 Các phần mềm sử dụng 35 2.6.1 Phần mềm Android Studio 35 2.6.2 Phần mềm truyền lệnh 38 2.6.3 Phần mềm lập trình CCS 39 CHƯƠNG 3:TÍNH TỐN THIẾT KẾ 42 3.1 Yêu cầu chung 43 vii 3.1.1.Bài toán thiết kế 43 3.1.2.Yêu cầu đặt phần 43 3.2.Tính tốn thiết kế Module điều khiển 44 3.2.1.Sơ đồ khối 44 3.2.2.Chức khối 45 3.2.3 Yêu cầu, giải pháp tính tốn thiết kế 46 3.2.4 Sơ đồ nguyên lý module điều khiển 50 3.3 Tính tốn thiết kế sở liệu 56 3.4 Tính toán thiết kế ứng dụng Android 61 3.4.1 Yêu cầu chung ứng dụng 61 3.4.2 Quá trình đăng nhập 63 3.4.3.Điều khiển 66 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 68 4.1.Kết 69 4.1.1 Kết nghiên cứu lý thuyết 69 4.1.2 Kết thực tế 70 4.2 Đánh giá 73 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 74 5.1.Kết luận… 75 5.2 Hướng phát triển 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 WEBSITE THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC 78 viii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT OS : Operating System – Hệ điều hành PDA : Personal Digital Assistant – Thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân PC : Personal Computer – Máy tính cá nhân PHP : Personal Home Page – Trang chủ cá nhân SQL :Structured Query Language – Ngôn ngữ truy vấn mang tính cấu trúc HTTP : Hypertext Transfer Protocol – Giao thức truyền tải siêu văn HD : High Definition – Chất lượng cao TV : Television– Tivi UART : Universal Asynchronous Receiver or Transmitter – Truyền nhận nối tiếp không đồng SDA : Serial Data – Dữ liệu nối tiếp SCL : Serial Clock – Xung Clock nối tiếp GPRS : General Packet Radio Service – Dịch vụ vơ tuyến gói tổng hợp GSM :Global System for Mobile Communications – Hệ thống thông tin di động toàn cầu 2G,3G :2,3 Generation – Thế hệ thứ 2,3 HSDPA :High Speed Downlink Packet Access – Hệ thống mạng di động truyền tải tốc độ cao SDK : Software Development Kit – Công cụ phát triển ứng dụng MT : Mobile Terminal – Thiết bị đầu cuối mạng TE : Terminal Equipment – Thiết bị đầu cuối TCP : Transmition Control Protocol – Giao thức điều khiển truyền vận IP : Internet Protocol – Giao thức dùng cho mạng internet LAN : Local Area Network – Mạng nội ix DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Chức số chân Sim900 28 Bảng 2.2: Tên nhà mạng, APN, User, Password 31 x DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình Trang CHƯƠNG Hình 2.1:Biểu tượng phiên Android 10 Hình 2.2: Các phiên Android 11 Hình 2.3: Giao diện android L 16 Hình 2.4: Quá trình hoạt động PHP 20 Hình 2.5: Kết hợp Apache, PHP MySQL 21 Hình 2.6:Đăng ký tài khoản để tạo host 22 Hình 2.7:Tạo host sau đăng nhập 23 Hình2.8:Giao diện Database host 24 Hình 2.9: GPRS kết nối Internet 25 Hình 2.10: Các dịch vụ từ 3G 26 Hình 2.11:Module SIM900A 27 Hình 2.12: Kết nối giao tiếp 29 Hình 2.13: Chip Pic16F877A 32 Hình 2.13: Triac BTA16 34 Hình 2.15: MOC 3020 34 Hình 2.16: Download Android Studio 36 Hình 2.17:Giao diện phần mềm Android Studio 36 Hình 2.18:Giao diện Terminal 38 Hình 2.19: Giao diện Help nhấn F1 40 Hình 2.20: Giao diện phần mềm lập trình CCS 40 Hình 2.21: Các cơng cụ hỗ trợ lập tình CCS 41 Hình 2.22: Nơi viết code chương trình 41 Hình 2.23: Thơng báo sau nhấn biên dịch 41 xi CHƯƠNG Hình 3.1: Yêu cầu chung hệ thống 43 Hình 3.2: Sơ đồ khối mạch phần cứng 44 Hình 3.3: Module sim900 46 Hình 3.4: Sơ đồ ngun lý khối ngõ cơng suất/đèn báo 47 Hình 3.5: Led báo nguồn 48 Hình 3.6: Kết nối nút nhấn với vi điều khiển dùng điện trở kéo lên 51 Hình 3.7: Sơ đồ kết nối nút nhấn 49 Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm 51 Hình 3.9: Hình ảnh thực tế mạch nguồn xung 52 Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý phần cứng 53 Hình 3.11: Lưu đồ trình xử lý PIC 16f877 54 Hình 3.12Lưu đồ giải thuật chương trình nút nhấn 55 Hình 3.13: Sơ đồ đường liệu 56 Hình 3.14: Quy trình xử lý liệu từ CSDL 57 Hình 3.15: CSDL chứa trạng thái thiết bị MySQL 58 Hình 3.16: Giao diện đăng nhập dự kiến 62 Hình 3.17: Giao diện dự kiến sau đăng nhập 62 Hình 3.18: Giao diện dự kiến tab điều khiển 62 Hình 3.19: Lưu đồ giải thuật ứng dụng 63 Hình 3.20: Lưu đồ giải thuật trình đăng nhập 64 Hình 3.21: Lưu đồ giám sát điều khiển Android 66 CHƯƠNG Hình 4.1: Đăng nhập 70 Hình 4.2: Điều khiển thiết bị 71 Hình 4.3: Module điều khiển 72 xii PHẦN B ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.20: Lưu đồ giải thuật trình đăng nhập Kết hợp với lưu đồ giải thuật nhóm tiến hành lập trình cho phần đăng nhập sau (code sau bao gồm nhiệm vụ chính, phần code cụ thể tham khảo đĩa đính kèm) CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 64 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trong file MainActivity.java public void authenticateLogin(View view) { // So sánh User password có với chuỗi quy định trƣớc khơng if (username.getText().toString().equals("DOANTOTNGHIEP") && password.getText().toString().equals("LAMTHEHIEN")) { // Nếu tiến hành khỏi động ChuActivity (giao diện khác) Intent i = new Intent(MainActivity.this,ChuActivity.class); startActivity(i); MainActivity.this.finish(); } // Nếu không thông báo “mat khau khong dung!” else { Toast.makeText(getApplicationContext(), "mat khau khong dung!", Toast.LENGTH_SHORT).show(); numberOfRemainingLoginAttempts ; attemptsLeftTV.setVisibility(View.VISIBLE); numberOfRemainingLoginAttemptsTV.setVisibility(View.VISIBLE); numberOfRemainingLoginAttemptsTV.setText(Integer.toString(numberOfRem ainingLoginAttempts)); if (numberOfRemainingLoginAttempts == 0) { login.setEnabled(false); loginLockedTV.setVisibility(View.VISIBLE); loginLockedTV.setBackgroundColor(Color.RED); loginLockedTV.setText("LOGIN LOCKED!!!"); }}} CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ 65 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.4.3 ĐIỀU KHIỂN Quá trình điều khiển thiết bị thông qua Android diễn sau đăng nhập, hình hiển thị giá trị trạng thái thiết bị Cụ thể sau : Khi đăng nhập thành công tiến hành hiển thị Activity Tab điều khiển hiển thị trạng thái thiết bị, điều khiển bật/tắt ToogleButton Khi nhấn vào ToogleButton tức đảo trạng thái thiết bị tiến hành cập nhật lại giá trị lên CSDL Q trình mơ tả qua lưu đồ giải thuật sau: Bắt đầu Cập nhật trạng thái thiết bị Hiển thị Khơng Nhấn ON,OFF Có Nhận đảo TT thiết bị từ CSDL Gửi TT thiết bị lên CSDL Kết thúc Hình 3.21:Lưu đồ giám sát điều khiển Android CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ 66 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Dựa vào lưu đồ giải thuật nhóm tiến hành lập trình cho phần giám sát điều khiển sau : //Trong ChuActivity.java public class ChuActivity extends TabActivity { @Override public void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_chu); TabHost tabHost = getTabHost(); // Thiết lập Tab Điều khiển TabHost.TabSpec softwarespec = tabHost.newTabSpec("Dieu khien"); softwarespec.setIndicator("Dieu khien"); Intent softwareIntent = new Intent(this, TapthietbiActivity.class); softwarespec.setContent(softwareIntent); }} // Khi nhấn Toogle Button thay đổi giá trị biến trạng thái gửi lên CSDL if (tt1 == 1) { tt1 = 0; new SendData().execute(); togg1.setChecked(true);} else if (tt1 == 0) { tt1 = 1; new SendData().execute(); togg1.setChecked(false);} CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 68 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.1 KẾT QUẢ 4.1.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT Sau thực đề tài :“THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN DÂN DỤNG QUA MẠNG 3G”, nhóm hoàn thành nội dung:  Về nội dung tìm hiểu hệ điều hành Android phần mềm Android Studio:  Có kiến thức, khái niệm hệ điều hành Android  Hiểu thành phần cốt lõi xây dựng ứng dụng cho hệ điều hành Android  Biết cách sử dụng phần mềm Android Studio dùng để xây dựng ứng dụng cho hệ điều hành Android  Biết cách xây dựng, thiết kế giao diện, mã nguồn cho ứng dụng chạy Android  Viết ứng dụng Android theo yêu cầu xác định với dugn lượng nhỉm dễ dàng cài đặt hệ điều hành Android  Về nội dung tìm hiểu PHP:  Tạo host miễn phí hostinger.vn  Tạo CSDL MySQL host tạo  Về nội dung tìm hiểu cách lập trình module SIM900:  Truyền nhận liệu module SIM900 với CSDL  Viết code truyền nhận UART với viđiều khiển để điều khiển thiết bị ngõ  Về nội dung tìm hiểu VĐK PIC 16F877  Viết chương trình giao tiếp với module SIM900  Thi công mạch thực tế CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 69 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.1.2 KẾT QUẢ THỰC TẾ a) Kết phần mềm Android Sau nghiên cứu lập trình App Android có giao diện sau : Hình 4.1:Đăng nhập CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 70 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.2:Điều khiển thiết bị  NHẬN XÉT Bộ phần mềm chạy tốt chức mà nhóm sinh viên thực đề :  Đăng nhập ứng dụng với password mặc định  Có thể điều khiển thiết bị tốt  Đã chạy thử nghiệm thực tế thiết bị thật Ngoài giao diện ứng dụng thân thiện, dễ dàng sử dụng Sau hồn thành nhóm tiến hành khảo sát ý kiến bạn bè hầu hết người biết CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 71 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP sử dụng lần đầu không cần dẫn Nhìn chung giao diện ứng dụng sau hoàn thành tương đối giống với giao diện dự kiến đặt Chương Nhưngứng dụng chạy chưa thực ổn định điều kiện sóng wifi,3G yếu tồn nhà… b) Kết phần cứng Sau hoàn thành, phần cứng điều khiển thiết bị sau : Hình 4.3: Module điều khiển Mạch phần cứng hoạt động tốt yêu cầu đặt :  Điều khiển thiết bị công suất ngõ  Mạch nhỏ gọn, tiện dụng CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 72 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.2 ĐÁNH GIÁ  Ưu điểm :  Kích thước nhỏ gọn 17x13x5 cm, trọng lượng nhẹ  Các ngõ để kết nối với thiết bị dùng Terminal chuẩn cơng nghiệp, an tồn cho người sử dụng  Các đèn báo trang trí bên cạnh nút nhấn giúp người dùng dễ dàng xác định nút nhấn ứng với thiết bị  Thiết kế giao diện phần mềm đơn giản, dễ dàng cho người sử dụng  Có thể thay đổi dễ dàng thiết bị ngoại vi theo ý người sử dụng  Sau thời gian chạy thử nghiệm tuần, điều khiển hoạt động tốt  Khuyết điểm  Ứng dụng đơi cịn bị treo, ngun nhân cấu hình điện thoại khác  Bị nhiễu môi trường xung quanh dẫn đến không kết nối với điều khiển  Chưa có widget cho ứng dụng để người dùng sử dụng thuận lợi  Mạch phần cứng chưa thực tối ưu, cần phải mở rộng thêm nhiều chức khác tích hợp thêm nhiệt độ độ ẩm, báo khói,báo cháy  Sản phẩm chưa thử nghiệm với thời gian dài, với nhiều môi trường khác nên chưa đánh giá xác độ ổn định  Giá thành sản phẩm cao CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 73 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG KẾT LUẬN HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN 74 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5.1.KẾT LUẬN Sau thực đề tài, nhóm sinh viên tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích kỹ nghiên cứu học hỏi kỹ làm mạch thực tế Trong thời gian cho phép, nhóm sinh viên thực đề tài tiến hành tìm hiểu viết ứng dụng cho hệ điều hành Android thi công mạch theo yêu cầu đặt Bên cạnh việc tìm hiểu viết ứng dụng cho hệ điều hành Android tìm hiểu cách sử dụng thành phần thiết kế từ đơn giản Button, Label, Textbox, TextView…đến thành phần phức tạp Listbox, DataGridView Nhóm sinh viên tạo host online hồn tồn miễn phí đơn giản thơng qua Website hostinger.vn Ngồi nhóm thực đề tài nghiên cứu tập lệnh AT commands GPRS SIM900 để kết nối Internet tiếp cận với ngơn ngữ lập trình Web PHP, truyền nhận liệu CSDL với vi điều khiển thông qua thành phần trung gian Module SIM900 Trong q trình thực đề tài, có giới hạn thời gian kiến thức chuyên mơn… nên khơng thể tránh khỏi sai sót 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Với khó khăn định kiến thức chuyên ngành liên quan giới hạn thời gian nghiên cứu, phần mềm hạn chế số tính Để đề tài hồn thiện hơn, có khả ứng dụng cao thực tiễn,nhóm nhận thấy cần bổ sung để đề tài hoàn thiện :  Mở rộng ứng dụng phần mềm áp dụng vào công nghiệp, nông nghiệp…Như điều khiển dây chuyền sản xuất từ xa, điều khiển hệ thống tưới nước nông nghiệp, chống trộm…  Mở rộng chức phần mềm để người dùng có thêm nhiều chức  Thiết kế phát triển phần cứng ( tích hợp nhiều ngõ ra, thêm nhiệt độ , độ ẩm, báo cháy ) CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN 75 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Hiệp – Đinh Quang Hiệp (2015), “Lập trình Android bản”, Nhà xuất ĐHQG Thành phố Hồ Chí Minh [2] Nguyễn Đình Phú (2014), “Thực hành vi điều khiển PIC”, Trường Đại học SPKT TP.HCM [3] Trương Thị Bích Ngà, “ Giáo trình điện tử 1&2”, Trường Đại học SPKT TP.HCM [4] Hoàng Ngọc Văn(1/2013), “ Giáo trình thực hành điện tử cơng suất” , Trường Đại học SPKT TP.HCM TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ PHỤ LỤC 76 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP WEBSITE THAM KHẢO [1]Website : http://www.picvietnam.com [2] Website : http://ww2.goclaptrinh.com [3] Website : http://sinhvienit.net [4] website : https://android.vn [5] Website :https://developer.android.com/training TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ PHỤ LỤC 77 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHỤ LỤC [1] Code lập trình PHP Được đính kèm đĩa CD [2] Code ứng dụng Android Được đính kèm đĩa CD [3] Code Vi xử lý PIC 16F877 Được đính kèm đĩa CD [4]Các sử dụng App file setup phần mềm hỗ trợ Được đính kèm đĩa CD TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ PHỤ LỤC 78 ... điều khiển thi? ??t bị từ xa nhóm định chọn đề tài tốt nghiệp : THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THI? ??T BỊ ĐIỆN DÂN DỤNG QUA MẠNG 3G CHƯƠNG : TỔNG QUAN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.2 TÍNH CẤP THI? ??T... thi? ??t kế hệ thống điều khiển thi? ??t bị từ xa thời điểm cần thi? ??t lý đơi lúc muốn tắt hay mở thi? ??t bị nhà mà nhà hay nơi xa thi? ??t bị Nên nhóm sinh viên thi? ??t kế board mạch để điều khiển thi? ??t bị. .. nhiều thi? ??t bị sử dụng hệ điều hành Android  Chương trình điều khiển bật tắt thi? ??t bị từ xa giao diện Android  Thi? ??t kế thi công mạch phần cứng điều khiển trực tiếp ngõ công suất thông qua nút