ĐỒ án môn học 1 đề tài đếm sản PHẨM BẰNG cảm BIẾN HỒNG NGOẠI NGÀNH CÔNG NGHỆ kỹ THUẬT điện tử VIỄN THÔNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI ĐẾM SẢN PHẨM BẰNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS LÊ MINH THÀNH SINH VIÊN THỰC HIỆN: VÕ THIỆN TÙNG MÃ SỐ SINH VIÊN: 18161178 TP HỒ CHÍ MINH – 6/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI ĐẾM SẢN PHẨM BẰNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS LÊ MINH THÀNH SINH VIÊN THỰC HIỆN: VÕ THIỆN TÙNG MÃ SỐ SINH VIÊN: 18161178 TP HỒ CHÍ MINH – 6/2021 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy ThS Lê Minh Thành trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ, dạy tạo điều kiện cho em hồn thành đồ án mơn học Bên cạnh đó, em xin cảm ơn quý thầy cô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh truyền đạt cho em kiến thức cần thiết suốt thời gian học tập trường, nhờ em hồn thành tốt đề tài Ngồi ra, em xin cảm ơn đến bạn sinh viên lớp 18161CLVT1A hỗ trợ, chia sẻ, trao đổi mặt kiến thức, xin cảm ơn gia đình ln bên cạnh động viên suốt thời gian em thực đề tài Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Đặt vấn đề 1.2.Mục tiêu đề tài 1.3.Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.Bố cục đề tài CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.Giới thiệu ESP8266 NodeMCU 2.1.1 Sơ lược ESP8266 NodeMCU 2.1.2 Vi điều khiển ESP8266EX 2.1.3 Thông số kỹ thuật ESP8266 NodeMCU 2.2.Giới thiệu cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D8 2.2.1 Giới thiệu chung 2.2.2 Các chân kết nối E18-D80NK 2.2.3 Thông số kỹ thu 2.2.4 Nguyên lý hoạt động 2.3.Giới thiệu module I2C cho LCD 2.4.Giới thiệu LCD1602 2.5.Giới thiệu công nghệ truyền thông không d CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1.Yêu cầu hệ thống 3.2.Phương án thiết kế 3.3 Sơ đồ khối hệ thống 3.4 Thiết kế phần cứng 3.4.1 Khối báo hiệu 3.4.2 Khối cảm biến 3.4.3 Khối hiển thị 3.4.4 Khối xử lý trung tâm 3.4.5 Khối nguồn 3.4.6 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống 3.4.7 Lưu đồ giải thuật cho phần cứng 3.5 Thiết kế phần mềm 3.5.1 Lưu đồ giải thuật cho phần mềm 3.5.2 Tạo sở liệu Firebase 3.5.3 Tạo ứng dụng điện thoại CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 4.1 Phần cứng 4.2 Phần mềm CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận 5.2 Hướng phát triển TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: ESP8266 NodeMCU Hình 2.2: Vi điều khiển ESP8266EX Hình 2.3: Sơ đồ chân ESP8266EX 10 Hình 2.4: Sơ đồ chân ESP8266 NodeMCU 12 Hình 2.5: Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK 13 Hình 2.6: Sơ đồ chân kết nối E18-D18NK 13 Hình 2.7: Nguyên lý hoạt động cảm biến E18-D80NK 15 Hình 2.8: Mơ tả kết nối I2C 15 Hình 2.9: Module giao tiếp I2C cho LCD 16 Hình 2.10: Mơ tả kết nối LCD ESP8266 sử dụng module I2C .17 Hình 2.11: LCD1602 18 Hình 2.12: Các thiết bị sử dụng WiFi 19 Hình 2.13: Các thiết bị sử dụng Bluetooth 20 Hình 2.14: Mơ hình sử dụng Zigbee nhà 20 Hình 2.15: Mơ hình LORA thành phố 21 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 23 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý khối báo hiệu liên kết với khối xử lý trung tâm 25 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị liên kết với khối xử lý trung tâm 26 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm 27 Hình 3.5: Sơ đồ khối khối nguồn 28 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý sơ lược khối nguồn 29 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 30 Hình 3.8: Sơ đồ ngun lý tồn hệ thống 31 Hình 3.9: Lưu đồ giải thuật phần cứng 32 Hình 3.10: Lưu đồ giải thuật phần mềm 34 Hình 3.11: Bắt đầu truy cập vào để sử dụng Firebase 35 Hình 3.12: Tạo dự án 35 Hình 3.13: Tạo sở liệu dự án 36 Hình 3.14: Thiết lập đọc ghi liệu sở liệu 37 Hình 3.15: Đường dẫn sở liệu 37 Hình 3.16: Firebase token 38 Hình 3.17: Các công cụ thiết kế giao diện App Inventor 39 Hình 3.18: Thiết kế giao diện ứng dụng 40 Hình 3.19: Liên kết ứng dụng đến Firebase 41 Hình 3.20: Lưu trữ liệu Firebase 42 Hình 3.21: Thiết kế chức ứng dụng 42 Hình 4.1: Kết nối linh kiện test board 43 Hình 4.2: Mạch sau hàn linh kiện 44 Hình 4.3: Mơ tả hoạt động khối báo hiệu khối hiển thị 45 Hình 4.4: Điều chỉnh biến trở điều chỉnh khoảng cách phát 45 Hình 4.5: Vật mẫu hình hộp 12x8x5 (cm) 46 Hình 4.6: Khoảng cách phát tối đa lớn 20cm 46 Hình 4.7: Khoảng cách phát tối đa 20cm 47 Hình 4.8: Tốc độ WiFi kết nối đến hệ thống 47 Hình 4.9: Giao diện truy cập vào phần mềm 49 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật ESP8266EX 10 Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật ESP8266 NodeMCU 11 Bảng 2.3: Các chân kết nối ESP8266 NodeMCU 11 Bảng 2.4: Chức chân kết nối E18-D80NK 13 Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật E18-D80NK 14 Bảng 2.6: Chức chân LCD1602 18 Bảng 3.1: Dòng tiêu thụ linh kiện mà khối nguồn cần cung cấp 28 Bảng 4.1: Thời gian cập nhật sản phẩm Firebase 48 STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 USB Universal Serial Bus Hình 3.20: Lưu trữ liệu Firebase Hình 3.21: Thiết kế chức ứng dụng 42 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN 4.1 Phần cứng Sau hoàn thành thiết kế hệ thống, sơ đồ mạch thực kết nối test board để kiểm tra chức hoạt động mạch hình 4.1 bên Tại hình này, để thuận tiện cho trình kiểm tra sửa lỗi, cáp USB kết nối từ máy tính đến khối xử lý trung tâm mang điện áp 5V dòng điện 1A có chức cấp nguồn cho hệ thống hoạt động hỗ trợ nạp mã nguồn cho khối xử lý trung tâm Hình 4.1: Kết nối linh kiện test board Sau kết nối chân test board, nạp mã nguồn cho hệ thống chạy Người thực nhận thấy việc kết nối sơ đồ mạch test board làm cho hệ thống khơng ổn định khơng đảm bảo an tồn cho mạch, từ gây khó khăn cho việc điều chỉnh hệ thống cho phù hợp với yêu cầu đề Vì vậy, người thực thi cơng mạch in phần cứng nhằm giúp tăng tính ổn định cho mạch Dựa thiết kế sơ đồ nguyên lý, người thực tiến hành vẽ mạch in thiết kế phần mềm Proteus Tiếp theo tiến hành hàn linh kiện lên mạch in Kết thu hình 4.2 bên LCD1602 hình hiển thị kết nối WiFi vừa cấp nguồn Hình 4.2: Mạch sau hàn linh kiện Trong hình 4.3, khối báo hiệu, đèn sáng lên cảm biến phát vật cản Ở khối hiển thị, LCD1602 hiển thị đầy đủ thông tin ngày – tháng – năm, số lượng đếm số thùng đóng gói 44 Hình 4.3: Mơ tả hoạt động khối báo hiệu khối hiển thị Với yêu cầu hệ thống khoảng cách phát vật tối đa 20cm, người thực điều chỉnh khoảng cách phát cách điều chỉnh biến trở phía sau cảm biến hồng ngoại E18-D80NK mơ tả hình 4.4 Hình 4.4: Điều chỉnh biến trở điều chỉnh khoảng cách phát Sau lần điều chỉnh, kiểm tra khoảng cách phát xa cách sử dụng kết hợp thước kẻ chia vạch đưa vật mẫu hình 4.5 đến trước cảm biến Ở hình 4.6, khoảng cách vật mà mắt cảm biến lớn 20cm, không phù hợp với yêu cầu hệ thống Sau điều chỉnh, hình 4.7, khoảng cách phát tối đa 20cm phù hợp với yêu cầu hệ thống Hình 4.5: Vật mẫu hình hộp 12x8x5 (cm) Hình 4.6: Khoảng cách phát tối đa lớn 20cm Hình 4.7: Khoảng cách phát tối đa 20cm Dựa vào yêu cầu hệ thống, chu kỳ đếm sản phẩm mạch khoảng giây, sau trình thực kiểm tra, người thực thấy hệ thống đáp ứng yêu cầu đặt Tuy nhiên sau 30 giây, chương trình ngắt bao gồm công việc gửi liệu lên Firebase thực thi, lúc công việc chương trình tạm ngưng chương trình ngắt thực thi xong Chính điều ảnh hưởng tới việc đếm hệ thống Nếu có sản phẩm ngang qua cảm biến lúc hệ thống gửi liệu lên Firebase sản phẩm bị bỏ qua Để kiểm tra thời gian cập nhật liệu Firebase, người thực sử dụng mạng WiFi có tốc độ tải lên trung bình là 46.3Mbps 32Mbps, đo phần mềm Speedtest mơ tả hình 4.8 Hình 4.8: Tốc độ WiFi kết nối đến hệ thống 47 Kết thu được: Bảng 4.1: Thời gian cập nhật sản phẩm Firebase 46.3Mbps Lần đo Trung bình Từ bảng 4.1 trên, người thực thấy thời gian cập nhật sản phẩm không ổn định qua lần đo Mặc dù sử dụng WiFi khác thời gian cập nhật trung bình Firebase với tốc độ mạng lại không chênh lệch nhiều Người thực rút lý tốc độ truy vấn chậm sở liệu Firebase 48 4.2 Phần mềm Hình 4.9: Giao diện truy cập vào phần mềm Tiến hành cài đặt ứng dụng “Đếm số lượng sản phẩm” có dung lượng 4.14MB điện thoại chạy hệ điều hành Android Truy cập vào phần mềm hiển thị giao diện hình 4.9 bên Giao diện gồm phần thơng tin ứng dụng bảng liệu ngày gần Những ngày chưa có liệu Firebase phần mềm hiển thị “Not Found” CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Sau trình nghiên cứu thực hiện, người thực thi công mạch đếm sản phẩm với tính sau: - Đếm sản phẩm tự động sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại - Hiển thị thời gian bao gồm ngày – tháng – năm, số lượng sản phẩm đếm số thùng đóng gói hình LCD - Báo hiệu có vật qua cảm biến đến người quan sát đèn LED - Dữ liệu đếm ngày gần lưu trữ sở liệu Firebase quan sát liệu thơng qua ứng dụng điện thoại chạy hệ điều hành Android Tuy nhiên, người thực nhận thấy mạch đếm sản phẩm chưa áp dụng vào thực tế gặp phải hạn chế sau: - Người thực chưa kiểm tra hoạt động hệ thống sử dụng với khối nguồn thiết kế - Việc đếm sản phẩm bị gián đoạn trình gửi liệu lên sở liệu Firebase với nguyên nhân tốc độ truy vấn chậm Firebase - Phần mềm chưa thiết lập phương thức đăng nhập cho người dùng 5.2 Hướng phát triển Đề tài “Đếm sản phẩm cảm biến hồng ngoại” hướng đến hướng phát triển sau: - Kết hợp mạch vào băng chuyền thực điều khiển băng chuyền ứng dụng điện thoại - Tăng tốc độ gửi liệu lên sở liệu cách sử dụng máy chủ riêng mạng nội - Ứng dụng điện thoại di động tích hợp nhiều tính tổng hợp số lượng sản phẩm tuần, tính tốn lợi nhuận thu được… TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Espressif Systems, “ESP8266EX”, năm 2020 [Online] Available: https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/0aesp8266ex_datasheet_en.pdf [2] e-Gizmo Mechatronix Central, “E18-D80NK Long Range Adjustable IR Sensor”, năm 2016 [Online] Available: https://cdn.datasheetspdf.com/pdf-down/E/1/8/E18D80NK-e-Gizmo.pdf [3] Thế giới Điện cơ, “Cảm biến quang – Cấu tạo, Phân loại Ứng dụng cảm biến quang”, 09/07/2020, [Online] Available: https://thegioidienco.vn/cam-bien-quang.html [4] Nguyen Bao Ngoc, “Giao tiếp I2C”, Trung tâm đào tạo thiết kế vi mạch Semicon, 29/11/2018, [Online] Available: https://www.semiconvn.com/home/hoc-thiet-ke-vimach/bai-hc-vi-mch/12458-giao-tip-i2c.html [5] Arduinokit, “Tổng quan LCD 16×2 giao tiếp I2C LCD sử dụng Arduino”, 28/12/2020, [Online] Available: https://arduinokit.vn/giao-tiep-i2c-lcd-arduino/ [6] Nga Bùi, “8 chuẩn công nghệ không dây phổ biến nay”, 08/06/2018, [Online] Available: https://quantrimang.com/7-chuan-cong-nghe-khong-day-pho-bien-hien-nay39771 [7] Phí Thị Thu, “Phân tích đánh giá hiệu mạng vô tuyến công suất thấp cự ly xa LPWAN”, Học viện cơng nghệ bưu viễn thơng, năm 2017 [8] multicomp, “ LED Orange/Green 3mm”, Version 1.0, 10/10/2012 [Online] Available: http://www.farnell.com/datasheets/1671514.pdf [9] Fairchild Semiconductor Corporation, “MC78XX/LM78XX/MC78XXA”, năm 2001 [Online] Avalable: https://html.alldatasheet.com/html- pdf/82833/FAIRCHILD/LM7805/405/1/LM7805.html [10] DiziBrand, “[Firebase gì?] Nền tảng phát triển ứng dụng di động web”, 19/07/2021, [Online] Avalable: https://dizibrand.com/firebase-la-gi/ PHỤ LỤC Mã nguồn phần cứng hệ thống //*************** Thu vien *******************// #include #include #include #include #include #include #include //***************** Khai bao LCD va thoi gian *****************// WiFiUDP ntpUDP; NTPClient timeClient(ntpUDP, "pool.ntp.org"); LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); //****************** Dinh nghia cac bien ****************// #define sensor 12 #define LED #define FIREBASE_HOST "https://doan-747cc-default-rtdb.firebaseio.com" #define FIREBASE_AUTH "1Op2F3VqkqIa2OwhYzDzBAl2MVvaWdp3G4ZnNIV1" #define WIFI_SSID "TT" #define WIFI_PASSWORD "vothientung" //****************** Khai bao bien ****************// unsigned int t=0; unsigned int thung=0; String thutrongtuan; String thutrongtuan1; String thutrongtuan2; int monthDay; int currentMonth; 52 int currentYear; String weekDay; String currentDate; //****************** Khai bao timer va Firebase ****************// SimpleTimer timer; FirebaseData fbdo; void repeatMe() { long stTime=millis(); / Gui du lieu len Firebase Firebase.setString(fbdo,String(thutrongtuan),currentDate); Firebase.setString(fbdo,String(thutrongtuan1),String(t)); Firebase.setString(fbdo,String(thutrongtuan2),String(thung)); / long duration=millis()-stTime; Serial.println(duration); } String weekDays[7]={"Sunday", "Monday", "Tuesday", "Wednesday", "Thursday", "Friday", "Saturday"}; //**********************************// void setup() { Serial.begin(115200); timer.setInterval(30000, repeatMe); //thoi gian ngat 30 giay //**************** Cai dat ban dau cho LCD va LED ******************// pinMode(LED, OUTPUT); lcd.init(); lcd.backlight(); pinMode(sensor,INPUT); digitalWrite(LED, LOW); 53 //****************** Cai dat WiFi ****************// WiFi.begin (WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD); Serial.print("Dang ket noi"); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("DANG KET NOI"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("WIFI"); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { Serial.print("."); delay(500); } Serial.println (""); Serial.println ("Da ket noi WiFi!"); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("KET NOI WIFI"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("THANH CONG"); delay(2000); lcd.clear(); //**********************************// Serial.println(WiFi.localIP()); Firebase.begin(FIREBASE_HOST, FIREBASE_AUTH); //Ket noi Firebase // timeClient.begin(); //timer timeClient.setTimeOffset(25200); // lcd.setCursor(0,1); lcd.print("SL: "); lcd.print(t); lcd.print(" SP"); lcd.setCursor(11,1); 54 lcd.print(thung); lcd.print(" TH"); // } void loop() { timer.run(); // Chay timer //***************** Hien thi thoi gian *****************// timeClient.update(); unsigned long epochTime = timeClient.getEpochTime(); struct tm *ptm = gmtime ((time_t *)&epochTime); monthDay = ptm->tm_mday; currentMonth = ptm->tm_mon+1; currentYear = ptm->tm_year+1900; weekDay = weekDays[timeClient.getDay()]; currentDate = String(monthDay) + "-" + String(currentMonth) + "-" + String(currentYear); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("TIME: "); lcd.print(currentDate); //************** Khi co vat di qua cam bien ********************// if(!digitalRead(sensor)) { t++; // So san pham tang thung=t/30; thutrongtuan = String(weekDay)+ "TIME"; thutrongtuan1 = String(weekDay)+ "SP"; thutrongtuan2 = String(weekDay)+ "TH"; digitalWrite(LED, HIGH); //LED sang delay(300); digitalWrite(LED, LOW); 55 lcd.setCursor(0,1); lcd.print("SL: "); lcd.print(t); lcd.print(" SP"); lcd.setCursor(11,1); lcd.print(thung); lcd.print(" TH"); while(!digitalRead(sensor)){ delay(500);} } } //**********************************// 56 ...TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI ĐẾM SẢN PHẨM BẰNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG GIẢNG VIÊN... kết nối E18-D80NK Ch Màu Màu xan Màu Hình 2.6: Sơ đồ chân kết nối E18-D18NK 13 2.2.3 Thông số kỹ thuật Thơng số kỹ thuật cảm biến E18-D18NK [2]: Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật E18-D80NK Điện áp ngõ... dùng thông tin như: ngày - tháng - năm, số lượng sản phẩm đếm số thùng đóng gói 3.3 Sơ đồ khối hệ thống Hình 3 .1 miêu tả sơ đồ khối hệ thống đếm sản phẩm cảm biến hồng ngoại Hình 3 .1: Sơ đồ khối