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 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 DỰ KIẾN KẾT QUẢ 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 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG 3.2 TÌM HIỂU VỀ MODULE ESP32 3.3 CẢM BIẾN CÂN NẶNG LOADCELL 5KG 3.4 MẠCH GIẢM ÁP DC LM2596 3A: 3.5 MẠCH CHUYỂN ĐỔI ADC HX711 3.6 KHỐI NGUỒN CẤP NGUỒN CHO MODULE NODEMCU NGUỒN V 3.7 KHỐI LƯU TRỮ ARDUINO IDE 3.8 KHỐI NODE RED 3.9 SƠ ĐỒ KẾT NỐI CHÂN CỦA MẠCH 3.9.1 Khối nguồn 3.9.2 Khối mạch chuyển đổi ADC HX711 3.9.3 Khối xử lý GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN 4.1 HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 4.2 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN THỰC NGHIỆM 5.1 TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM 5.1.1 Mạch in 2D 3D 5.1.2 Mạch thực tế 5.1.3 Các bước tiến hành 5.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 5.3 KẾT LUẬN THỰC NGHIỆM KẾT LUẬN 6.1 ƯU ĐIỂM 6.2 NHƯỢC ĐIỂM 6.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN TÀI LIỆU THAM KHẢO 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 công 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 ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 18/26 Mơ hình 3D mơ qua Altium mặt sau: Hình 5- 3: Sơ đồ chân mạch in 3D mặt sau 5.1.2 Mạch thực tế Mạch thực tế xuất file layout thực in mạch hàn chân linh kiện: Hình 5- 4: Mạch thực tế hồn thiện gia cơng mặt trước Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung Chuyển SVTH: Nguyễn Đức Bảo Định ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 19/26 Hình 5- 5: Mạch thực tế hồn thiện gia công mặt sau 5.1.3 Các bước tiến hành - B1: Cấp nguồn điện cho esp32 linh kiện Hình 5-6: ESP32, HX711 cân Loadcell Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung Chuyển SVTH: Nguyễn Đức Bảo Định ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 20/26 - B2: Nạp code vào esp32 boots Hình 5-7 : Esp32 xuất giá trị lên Serial Monitor 5.2 Kết thực nghiệm Kết đạt sau thực mạch hiển thị Hình 5-8: Giá trị GoogleSheet Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung Chuyển SVTH: Nguyễn Đức Bảo Định ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 21/26 Hình 5-9: Giá trị Dashboard 5.3 Kết luận thực nghiệm Kết thu nhiều hạn chế Giá trị chưa thể hiệu chỉnh xác Cảm biến cân nặng xuất giá trị liên tục khó kiểm sốt Mỗi hàng hóa đặt lên hệ thống tự động cộng lên publish giá trị cân nặng giá trị lớn 150000, sau liệu chuyển lên Google Sheet Dashboard Qua giúp hiểu quy trình quản lý hàng hóa giám sát khối lượng hàng hóa KẾT LUẬN Sau q trình thực đồ án, hệ thống đạt sau 6.1 Ưu điểm • Giải phần vấn đề đặt • Phần cứng mơ hình họa động tốt với việc đo khối lượng hàng hóa • Giao diện thiết kế đơn giản dễ dùng 6.2 Nhược điểm • Sai số kết nhiều Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung Chuyển SVTH: Nguyễn Đức Bảo Định ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 22/26 • Khó hiệu chỉnh kiểm sốt giá trị • Giá trị khối lượng cần phải tinh chỉnh nhiều sát giá trị thực tế 6.3 Hướng phát triển Trong tương lai em hy vọng cải tạo cảm biến cân nặng thành cân điện tử với nhiều tính đại Có thể kết hợp thêm cảm biến hồng ngoại đọc barcode tên sản phẩm, liên kết với database siêu thị để cân nhiều loại hàng hóa khác nhau, xuất giá tiền loại dựa theo khối lượng TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Hướng dẫn sử dụng ardunio (Học viện Hàng không Việt Nam) [2] Hocarm.org, Node-red bản, https://hocarm.org/node-red-co-ban/ [3] Hocarm.org, Node-red MQTT ESP8266, https://hocarm.org/node-red-mqtt- va-esp8266/ [4] Hocarrm.org, MQTT ESP8266, https://hocarm.org/mqtt-client-va-mqtt- broker/ [5] Nick Chung (2017), Giới thiệu module ESP32 hướng dẫn trình bày biên dịc Arduino IDE, http://arduino.vn/tutorial/1570-gioi-thieu-module-esp32-vahuong-dan-cai-trinh-bien-dich-tren-arduino-ide Tiếng Anh [6] Module LM2596, HX711, NodeMCU, https://datasheetspdf.com/ Tiếng Ý [7] YouTube Node-red Italia ,Guida Nodi Gsheet e api google - Con Node-Red scriviamo e interroghiamo fogli exel https://www.youtube.com/watch?v=tjTG3BFIFvk Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung Chuyển SVTH: Nguyễn Đức Bảo Định ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 23/26 PHỤ LỤC : CODE ARDUINO #include #include #include #include #include #include "HX711.h" // HX711 circuit wiring const int LOADCELL_DOUT_PIN = 4; const int LOADCELL_SCK_PIN = 2; HX711 scale; // Wifi MQTT setup const char* ssid = const char* password = const char* mqtt_server = "192.168.43.66"; /// lấy ip lệnh ifconfig const uint16_t mqtt_port = 1883; WiFiClient espClient; PubSubClient client(espClient); long lastMsg = 0; char msg[50]; int value = 0; long reading; void setup() { Serial.begin(115200); setup_wifi(); client.setServer(mqtt_server, mqtt_port); client.setCallback(callback); scale.begin(LOADCELL_DOUT_PIN, LOADCELL_SCK_PIN); } void setup_wifi() { delay(10); // Kết nối wifi Serial.println(); Serial.print("Connecting to "); Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung Chuyển ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 24/26 Serial.println(ssid); WiFi.begin(ssid, password); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500); Serial.print("."); } Serial.println(""); Serial.println("WiFi connected"); Serial.println("IP address: "); Serial.println(WiFi.localIP()); } void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) { Serial.print("Message arrived ["); Serial.print(topic); Serial.print("] "); for (int i = 0; i < length; i++) { Serial.print((char)payload[i]); } Serial.println(); } void reconnect() { // Đợi tới kết nối while (!client.connected()) { Serial.print("Attempting MQTT connection "); if (client.connect("ESP32Client")) { Serial.println("connected"); client.subscribe("Can_Nang"); } else { Serial.print("failed, rc="); Serial.print(client.state()); Serial.println(" try again in seconds"); Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung Chuyển SVTH: Nguyễn Đức Bảo Định ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 25/26 delay(5000); } } } void loop() { if(scale.is_ready()) { reading = scale.read(); Serial.print("HX711 reading: "); Serial.println(reading); } else { Serial.println("HX711 not found."); } delay(1000); if (reading > 150000) { String dem = String(reading); client.publish ("Can_Nang", dem.c_str(), true); delay(2000); } if (!client.connected()) { reconnect(); } client.loop(); // Thực 2s gửi liệu helloworld lên broker lần long now = millis(); if (now - lastMsg > 2000) { lastMsg = now; ++value; } } Hệ Thống IoT Quản Lí Trạm Trung Chuyển SVTH: Nguyễn Đức Bảo Định ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang 26/26 PHỤ LỤC B: FLOW TRÊN NODE RED Hình 7-1: Flow Node Red 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