(Đồ án hcmute) hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị qua internet

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA INTERNET GVHD:PHAN VÂN HOÀN SVTH:NGUYỄN NHẬT AN S K L0 Tp Hồ Chí Minh, 2017 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC 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 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ESP8266 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Cấu trúc phần cứng dòng chip ESP8266: 2.1.3 Các loại Module ESP8266 2.2 GIỚI THIỆU VỀ BOARD ESP8266EX DEVELOPMENT 10 2.3 MƠI TRƯỜNG LẬP TRÌNH CHO ESP8266 11 2.3.1 Giới thiệu mơi trường lập trình cho esp8266 11 2.3.2 Giới thiệu Arduino ide lập trình cho ESP8266 dùng Arduino IDE 13 2.4 SMARTCONFIG 14 2.5 MODULE CẢM BIẾN DÒNG ACS712 16 2.6 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẨM 19 2.7 IC DỒN TÁCH KÊNH CD4052BE 22 2.8 RELAY 24 2.9 MÀN HÌNH OLED 1.3 INCH 25 2.9.1 Giới thiệu hình OLED 25 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.9.2 Thông số kỹ thuật hình oled 1.3 inch 29 2.9.3 Giới thiệu chuẩn giao tiếp i2c 29 2.10 GIỚI THIỆU NGÔN NGỮ THIẾT KẾ WEB 31 2.10.1 HTML 31 2.10.2 CCS 32 2.11 KẾT LUẬN 33 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 34 3.1 GIỚI THIỆU 34 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 34 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 34 3.2.2 Tính toán thiết kế mạch 35 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 41 4.1 GIỚI THIỆU 41 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 41 4.2.1 Thi công bo mạch 41 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 43 4.3 ĐĨNG GĨI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 44 4.3.1 Đóng gói điều khiển 44 4.3.2 Thi cơng mơ hình 44 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 47 4.4.1 Lưu đồ giải thuật chương trình 47 4.4.2 Lưu đồ chương trình 48 4.5 THIẾT KẾ GIAO DIỆN VÀ LẬP TRÌNH CHO WEB SERVER 51 4.6 NAT PORT MODEM 53 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.7 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 56 Chương KẾT QUẢ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ 59 5.1 KẾT QUẢ 59 5.2 NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ: 61 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 62 6.1 KẾT LUẬN 62 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình Sơ đồ khối esp8266 Hình 2 Sơ đồ mạch nguyên lý esp8266 Hình Các phiên modele esp8266 Hình Module Esp -12 Hình Board esp8266ex development 10 Hình Chu trình hoạt động Arduino ide 13 Hình Mơ hình sử dụng IDE Adruino lập trình cho Esp8266 14 Hình Sơ đồ trình smart config esp8266 16 Hình Module ACS 712 16 Hình 10 Sơ đồ nguyên lý module ACS 712 17 Hình 11 Nguyên lý hoạt động bên IC ACS 712 18 Hình 12 Cảm biến DHT11 19 Hình 13 Sơ đồ nối chân cảm biến 20 Hình 14 Dạng sóng truyền liệu DHT11 21 Hình 15 Mạch dồn kênh sang bảng hoạt động 22 Hình 16 CD4052BE 23 Hình 17 Sơ đồ chân CB4052BE 24 Hình 19 Relay 5v 25 Hình 20 Các lớp màng hình oled 26 Hình 21 Quá trình phát sáng hình oled 27 Hình 22 Màn hình Oled 1.3 inch 29 Hình 23 Sơ đồ truyền theo chuẩn I2C 31 Hình Sơ đồ khối hệ thống 34 Hình Sơ đồ nguyên lý khối công suất 36 Hình 3 Sơ đồ nguyên lý module ACS 712 37 Hình Cầu phân áp cho ADC esp8266 37 Hình Sơ đồ nguyên lý module esp8266 38 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống 39 Hình Sơ đồ mạch in lớp mạch 42 Hình Sơ đồ mạch in lớp mạch 42 Hình Mạch sau thi công 43 Hình 4 Hệ thống chưa có hộp 44 Hình Hệ thống đóng hộp 45 Hình Các chân cắm bên hông hệ thống 46 Hình Lưu đồ giải thuật hệ thống 47 Hình Lưu đồ đọc cảm biến dòng 50 Hình Giao điện web lần 52 Hình 10 Giao điện web lần 52 Hình 11 Giao diện web server hoàn chỉnh 53 Hình 12 Truy cập vào router wifi 54 Hình 13 Tắt tường lửa router 55 Hình 14 Vào forwwarding để tạo server ảo 55 Hình 15 Tạo server ảo 56 Hình 16 Vào trang ping.eu để kiểm tra 56 Hình 17 Quy trình thao tác 57 Hình 18 Hệ thống điều khiển 57 Hình 19 Giao diện web server 58 Hình 5.1 Mạch sau thi công 59 Hình 5.2 Giao diện websever 60 Hình Mơ hình hệ thống 61 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MUC BẢNG Bảng So sánh thông số Bảng 2 Ưu nhược điểm phương pháp 12 Bảng Cấu trúc gói tin 15 Bảng Bảng thật (true table) IC 4052 24 Bảng Danh sách linh kiện .43 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm gần xu hướng Iot (Internet of things) lên mạnh mẽ, xu hướng cơng nghệ tương lai Trước xem phim viễn tưởng thành phố, công nghệ đại tương lai nơi mà người kết nối thông tin lại với nhau, điều khiển vật dụng nhà hay tra cứu thứ với vài thao tác đơn giản hình Trong sống đại việc điều khiển thiết bị từ xa khơng cịn q xa lạ dần ứng dụng nhiều sống nhờ ứng dụng công nghệ theo xu hướng Iot Đơn giản mà nói, Iot hệ thống kết nối thứ xung quanh bạn lại với qua Internet, xe hơi, vật dụng nhà chí hệ thống lớn phức tạp đèn giao thông hay cảm biến thời tiết, đương nhiên, người điều khiển, quản lý thu thập thông tin từ chúng cách dễ dàng qua thiết bị cầm tay Nhưng điều khiển thiết bị từ xa nên khơng thể nhận biết q trình hoạt động thiết bị có xác hay không, hay dù bật lý mà thiết bị chưa hoạt động Chính lý mà em thiết kế thi công hệ thống: “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA INTERNET.” 1.2 MỤC TIÊU Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát thiết bị qua web server có khả điều khiển qua internet, wifi kể 3G từ nơi đâu từ miễn có thiết bị (như smartphone, máy tính bảng, laptop, máy vi tính, ) hay thiết bị truy thể truy cập vào internet điều khiển Để truy cập vào mạng internet hệ thống cấu hình thơng số wifi router gần qua chức smartconfig BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP cách dễ dàng nhanh chóng Sau cấu hình xong hệ thống bật tắt thiết bị phản hồi qua web server cho phép người sử dụng dễ dàng điều khiển theo dõi trạng thái thiết bị, thông số nhiệt độ độ ẩm Điểm bật hệ thống có khả nhận biết thiết bị bật có hoạt động hay chưa cách kiểm tra dòng điện thiết bị trả hệ thống để thông báo cho người sử dụng cách xác trạng thái hoạt động thiết bị 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU NỘI DUNG 1: Tìm nhu cầu thị trường NỘI DUNG 2: Tìm hiểu đưa giải pháp thiết kế hệ thống NỘI DUNG 3: Khảo sát board điều khiển linh kiện cần dùng NỘI DUNG 4: Thiết kế lập trình cho web server để điều khiển, phản hồi trạng thái thiết bị, hiển thị nhiệt độ độ ẩm NỘI DUNG 5: Nghiên cứu thiết kế thi công mạch điều khiển NỘI DUNG 6: Cân chỉnh hệ thống cho xác hồn chỉnh NỘI DUNG 7: Nhận xét đánh giá kết thực NỘI DUNG 8: Viết luận văn 1.4 GIỚI HẠN Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện xoay chiều AC 220V từ xa Hệ thống có kích thước nhỏ gọn khoảng 11 x x cm Hệ thống điều khiển thiết bị qua internet, wifi hay 3G từ nơi đâu Thiết kế giao diện web điều khiển giám sát hoạt động thiết bị Nhận biết trình hoạt động thiết bị cách liên tục thông qua cảm biến dịng điện BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Màn hình oled hiển thị thơng tin cho người sử dụng dễ dàng quan sát 1.5 BỐ CỤC Chương 1: Tổng Quan Chương trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, giới hạn thông số bố cục đồ án Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Giới thiệu linh kiện phần cứng hệ thống phần mềm Chương 3: Thiết Kế Tính Tóan Thiết kế mạch công suất cho hệ thống, mạch xử lý trung tâm, kết nối thành phần linh kiện lại với Tính tốn cầu phân áp cho ngõ cảm biến vào mạch xử lý tính hiệu Thiết kế giao diện lập trình web server web server Chương 4: Thi công hệ thống Thi công bo mạch, kiểm tra xử lý nhiễu đóng cắt thiết bị AC, đóng hộp cho hệ thống Hình ảnh q trình thi cơng tài liệu hướng dẫn sử dụng Chương 5: Kết quả, Nhận xét Đánh giá Trình bày kết hệ thống, yêu cầu đạt chưa đạt hệ thống thi cơng Từ đưa nhận xét nguyên nhân chưa đạt cách khắc phục Chương 6: Kết Luận Hướng phát triển BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bắt đầu I=0, ADCmax = 0, ADCmin = 1023 S I ADCmax ADCmax =ADC S Đ ADC < ADCmin ADCmin =ADC S I ++ ADC=ADCmax - ADCmin Kết thúc Hình Lưu đồ đọc cảm biến dịng Giải thích lưu đồ: Bắt đầu chương trình khởi tạo giá trị ban đầu cho cảm biến, sau đọc giá trị ADC 3000 lần lấy giá trị ADC cao gán cho ADCmax giá trị ADC nhỏ gán cho ADCmin Sau đủ 3000 lần lấy giá trị ADC giá trị ADC max trừ cho ADCmin kết thúc chương trình Chương trình đọc ADC: void ADC() { for(i=0; ivalueMax) 50 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP { valueMax=value; } if(value