(Đồ án hcmute) thiết kế trạm xăng thông minh dùng arduino

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ TRẠM XĂNG THÔNG MINH DÙNG ARDUINO GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH: PHẠM HỒNG VŨ MSSV: 12141733 SVTH: PHẠM DUY KHANG MSSV: 12141567 SKL 0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2016 an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ TRẠM XĂNG THÔNG MINH DÙNG ARDUINO GVHD: ThS Nguyễn Đình Phú SVTH1: Phạm Hồng Vũ MSSV1: 12141733 SVTH2: Phạm Duy Khang MSSV2: 12141567 Tp Hồ Chí Minh – 7/2016 an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ TRẠM XĂNG THÔNG MINH DÙNG ARDUINO GVHD: ThS Nguyễn Đình Phú SVTH1: Phạm Hồng Vũ MSSV1: 12141733 SVTH2: Phạm Duy Khang MSSV2: 12141567 Tp Hồ Chí Minh – 7/2016 an LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Phạm Duy Khang Phạm Hoàng Vũ an LỜI CẢM ƠN Nhóm em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Đình Phú - Giảng viên môn Điện Tử Công nghiệp trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện để nhóm em hồn thành tốt đề tài Nhóm em xin gởi lời chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Điện-Điện Tử tạo điều kiện tốt cho nhóm em hồn thành đề tài Cảm ơn đến cha mẹ, anh chị em tạo điều kiện thời gian tiền bạc để nhóm em hồn thành tốt đề tài Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Phạm Hoàng Vũ Phạm Duy Khang an MỤC LỤC Trang bìa Nhiệm vụ đồ án Lịch trình Phiếu đánh giá Cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Liệt kê hình vẽ Liệt kê bảng vẽ Tóm tắt 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 Cấu tạo nguyên lý hoạt động trạm xăng 2.1.1 Cấu tạo trạm xăng 2.1.2 Nguyên lý hoạt động trạm xăng 2.2 Quy trình bán hàng bơm xăng dầu truyền thống 2.3 Giới thiệu phần cứng 2.3.1 Thiết bị đầu vào 2.3.1.1 Bàn phím 4x4 2.3.1.2 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 2.3.1.3 Cảm biến khí gas MQ2 11 2.3.1.4 Công nghệ RFID 14 2.3.1.5 Module mở rộng port PCF8574 20 an 2.3.1.6 Module chuyển đổi tín chuẩn TTL sang chuẩn RS232 20 2.3.2 Thiết bị đầu 22 2.3.2.1 Màn hình LCD 16x2 22 2.3.2.2 Màn hình GLCD 128x64 25 2.3.2.3 Led đoạn 28 2.3.2.5 IC mở rộng port 74HC595 28 2.3.3 Các chuẩn truyền liệu 30 2.3.3.1 Chuẩn truyền UART 30 2.3.3.2 Chuẩn truyền I2C 32 2.3.3.3 Chuẩn truyền SPI 34 2.3.3.4 Chuẩn truyền Ethernet 36 2.3.4 Mơ hình truyền thông TCP/IP giao thức TCP, IP 39 2.3.4.1 Mơ hình truyền thơng TCP/IP 39 2.3.4.2 Tổng quan giao thức IP, TCP UDP 41 2.3.5 Giao thức truyền siêu văn HTTP 44 2.3.6 Thiết bị lưu trữ 49 2.3.7 Thiết bị thời gian thực 51 2.3.8 Thiết bị điều khiển trung tâm 53 2.3.8.1 KIT vi điều khiển Arduino Uno 53 2.3.8.2 KIT vi điều khiển Arduino Mega 57 2.3.8.3 Module Arduino Ethernet 58 2.3.8.4 Máy tính 62 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 64 3.1 Giới thiệu 64 3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống 64 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 64 3.2.2 Tính toán thiết kế mạch 66 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 70 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 73 4.1 Giới thiệu 73 4.2 Thi công khối hiển thị led đoạn 73 an 4.3 Đóng gói điều khiển 76 4.4 Lập trình hệ thống 79 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 79 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 100 4.4.3 Viết chương trình cho hệ thống 104 4.4.4 Phần mêm lập trình cho máy tính 131 4.4.5 Tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác 147 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 150 5.1 Kết đạt 150 5.1.1 Kết lý thuyết đạt 150 5.1.2 Kết thi công chạy hệ thống 150 5.2 Đánh giá, nhận xét 161 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận 162 6.2 Hướng phát triển 163 TÀI LIỆU THAM KHẢO an LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Cấu tạo trạm xăng Hình 2.2: Bàn phím ma trận 4x4 Hình 2.3:Sơ đồ nguyên lý bàn phím ma trận 4x4 Hình 2.4: Sơ đồ chân DHT11 Hình 2.5: Sơ đồ kết nối DHT11 với MCU Hình 2.6: Giản đồ thời gian tín hiệu Start thừ MCU đến DHT11 Hình 2.7 Chuỗi liệu định nghĩa bit 11 Hình 2.8: Chuỗi liệu định nghĩa bit 11 Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý chân MQ2 12 Hình 2.10: Sơ đồ mạch điện kết nối MQ2 13 Hình 2.11: Các tần số RFID phổ biến 15 Hình 2.12: Module RFID RC522 16 Hình 2.13: Cấu tạo thẻ mifare S50 18 Hình 2.14: Tổ chức nhớ the mifare S50 19 Hình 2.15: Khối Block 19 Hình 2.16: Sơ đồ chân IC PCF8574 20 Hình 2.17: Sơ đồ chân IC MAX232 21 Hình 2.18: Mạch chuyển đổi chuẩn TTL sang chuẩn RS232 21 Hình 2.19: Hình ảnh LCD 16x2 22 Hình 2.20: Sơ đồ chân LCD 16x2 23 Hình 2.21: Hình ảnh LCD 128x64 25 Hình 2.22: Sơ đồ chân LCD 128x64 26 Hình 2.23: Hình ảnh cấu tạo led đoạn 28 Hình 2.24: Sơ đồ chân IC 74HC595 29 Hình 2.25: Sơ đồ khối IC 74HC595 30 Hình 2.26: Kết nối truyền liệu VĐK với VĐK VĐK với PC qua UART 31 Hình 2.27: Một tín hiệu tương đương RS232 UART 31 Hình 2.28: Hệ thống thiết bị giao chuẩn I2C 32 Hình 2.29: Giản đồ thời gian có điều kiện START STOP 33 an Hình 2.30: Kết nối slave với master theo chuẩn SPI 35 Hình 2.31: Truyền liệu SPI 36 Hình 2.32: Kiến trúc TCP/IP 40 Hình 2.33: Q trình đóng, mở gói liệu TCP/IP 41 Hình 2.34: Tổ chức địa IP 42 Hình 2.35: Cổng truy cập dịch vụ TCP 43 Hình 2.36: Cấu trúc gói tin UDP 44 Hình 2.37: Mơ hình Client – Server 45 Hình 2.38: Cấu trúc request URL 45 Hình 2.39: Các loại thẻ nhớ thị trường 49 Hình 2.40: Sơ đồ chân thẻ nhớ 50 Hình 2.41: Sơ đồ chân DS1307 51 Hình 2.42: Tổ chức ghi DS1307 52 Hình 2.43: Kit Arduino Uno 54 Hình 2.44: Thanh ghi TCCR1B 55 Hình 2.45: Bảng chức bit CS10, CS11, CS12 56 Hình 2.46: Các chế độ Timer/Counter1 57 Hinh 2.47: Kit Arduino Mega 57 Hình 2.48: Sơ đồ chân W5100 59 Hình 2.49: Sơ đồ khối W5100 60 Hình 2.50: Module Arduino Ethernet 61 Hình 2.51: Máy vi tính 63 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống trạm xăng thông minh 65 Hình 3.2: Biểu đồ quan hệ Rs/Ro ppm 67 Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý khối LED đoạn 74 Hình 4.2: Mạch in cho khối LED 75 Hình 4.3: Bộ thị led đoạn 76 Hình 4.4: Lắp ghép hệ thống máy chủ 77 Hình 4.5: Lắp ghép hệ thống trạm xăng 78 Hình 4.6: Hệ thống trụ xăng hoàn chỉnh 78 Hình 4.7: Hệ thống máy chủ hoàn chỉnh 79 Hình 4.8: Giao diện phần mềm Arduino IDE 100 an CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.3: Hệ thống máy chủ Tồn hệ thống trạm xăng thơng minh Hình 5.4: Mơ hình trạm xăng thơng minh b Kết chạy hệ thống ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 152 an CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Quá trình nhạp tiền đổ xăng, cụ thể khách hàng bấm số tiền 155000đ Hình 5.5: Hình ảnh khách bấm tiền đổ xăng Nhấn Ok sau bấm tiền xong Hình 5.6: Khi khách nhân OK, đồng ý với số tiền bấm Khi khách tiền hành quẹt thẻ RFID hình LCD hiển thị số tiền cịn lại khách ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 153 an CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.7: Màn hình LCD hiển thị số tiền cịn lại Màn hình LCD thị led đoạn hiển thị số lít, số tiền q trình đổ xăng Hình 5.8: Quá trình khách đổ xăng Màn hình máy chủ khách hàng quẹt thẻ RFID hiển thị số tiền đổ, mã ID khách thông số cảm biến trạm xăng ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 154 an CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.9: Màn hình hiển thị máy chủ Khi quản lý truy cập hệ thống máy tính hiển thị hình đăng nhập Hình 5.10: Giao diện đăng nhập Sau đăng nhập thành cơng thì máy tính hiển thị giao diện trang chủ ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 155 an CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.11: Giao diên trang chủ Dữ liệu khách hàng đăng kí tài khoản Thông tin liệu khách hàng chia làm làm cột tương ứng với năm thông tin từ trái qua: thông tin họ tên, mã thẻ ID khách hàng đó, số tiền cịn lại khách hàng tài khoản, thời gian khách hàng đăng kí lần đầu tiên, số tiền thêm vào tài khoản lần gần Hình 5.12: Dữ liệu tài khoản khách hàng Dữ liệu lịch sử khách đổ xăng Thông tin lịch sử khách chia làm cột tương ứng với thông tin từ trái qua: Mã ID khách, số tiền khách đổ, thời điểm khách đổ xăng ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 156 an CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.13: Dữ liệu lịch sử khách đổ xăng Dữ liệu ta nạp xăng vào bồn chứa Thơng tin nạp xăng có cột thơng tin số lượng lít xăng thêm vào thời điểm nạp xăng Hình 5.14: Dữ liệu lịch sử nạp xăng Dữ liệu lịch sử giá xăng thay đổi Thơng tin gồm phần giá xăng thời điểm có giá xăng Hình 5.15: Dữ liệu lịch sử giá xăng thay đổi Giao diện tạo tài khoản cho khách hành Giao diện gồm form chia làm hàng Hàng form từ trái qua form tên khách hàng, form mã thẻ ID phát cho khách hàng form số tiền nạp vào tài khoản ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 157 an CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hàng form chứa form tương ứng với hàng có chức rút tiền tức khách muốn lấy lại tiền điền thơng tin tương ứng Hình 5.16: Giao diện tạo tài khoản khách hàng Giao diện người quản lý tương tác với trạm xăng điều khiển thiết bị, thay đổi giá xăng, xem thông số cảm biến trạm xăng,… Bên cạnh form có thơng tin gợi nhớ chức loại form thích đầy đủ phần hướng dẫn sử dụng ,sau điền liệu vào form nhấn nút OK chức form thực ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 158 an CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.17: Phần giao diện quản lý Hình 5.18: Phần giao diện quản lý Chức thống kê số lít, số tiền bán hai mốc thời gian Cách sử dụng hướng dẫn phần hướng dẫn sử dụng Chương ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 159 an CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.19: Mở file liệu lịch sử khách hàng đổ xăng Hình 5.20: Điền mốc thời gian tìm vào hàng form ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 160 an CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.21: Kết thống kê sau nhấn OK 5.2 ĐÁNH GIÁ, NHẬN XÉT Hệ thống chạy ổn định, đạt yêu cầu đặt nhiên hạn chế cần khắc phục Đánh giá tổng quan hệ thống chạy đạt 90% Các hạn chế cảm biến khí gas đo khơng xác nồng độ khí gas mơi trường trạm xăng, giá trị đo tính chất tương đối, chấp nhận Khi truy cập vào trang web quản lý trạm xăng đôi lúc bị lỗi máy chủ phải khởi động lại máy chủ truy cập Thời gian lập trình lập trình cập nhật thơng số cảm biến 3s nhiên chạy hệ thống thời gian cập nhật đo gần 6s Vấn đề bảo mật trang web quản lý không an toàn mong muốn, cụ thể ta đăng nhập vào hệ thống nhấn nút OK mật lên chuỗi URL phía hình nên sau ta logout người biết mật đăng nhập trang web qua lịch sử duyệt web Nếu muốn an tồn sau dùng máy tính xong ta xóa lịch sử truy cập web Ngun nhân liệu từ trình duyệt web gửi đến máy chủ qua chuỗi URL bao gồm mật Hệ thống đơn giản, dễ sử dụng với khách hàng người quản lý qua bước để đổ xăng bấm số, quẹt thẻ, giao diện người thân thiện, trực quan, đơn giản mà đầy đủ Hệ thống thi công khơng đẹp gọn gàng, an tồn, dễ thao tác tiến hành chạy thử nghiệm ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 161 an CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN So với dự định ban đầu kết sản phẩm có phần đạt mong đợi bên cạnh có phần khơng kỳ vọng Trước hết, xét thời gian thực đồ án kéo dài dự tính gần tháng ; thứ hai nói thiết kế cịn số lỗi nhỏ khơng đáng kể website thiết kế đạt khoảng 95% yêu cầu, số trả từ cảm biến chưa ổn định mơi trường hay thân sản phẩm mua về; thứ ba nói thi cơng mơ hình chưa hồn thiện mong đợi ban đầu kiểu dáng lẫn cách bố trí Nhưng ngược lại chưa hồn thiện lại có số kết ngồi mong đợi: có thêm đèn led đoạn tăng sinh động, chuẩn giao tiếp thiết bị hồn tồn áp dụng cho thực tế không mô hình Tóm lại, với thành làm nhìn từ khía cạnh tổng quát, em xin khẳng định sản phẩm mơ hình đạt cấp độ tốt Cụ thể mơ hình 90% hồn thiện  Tính an tồn: 95%  Tính thẩm mỹ: 80%  Tính ổn định: 95%  Tính bảo mật: 95%  Tính hợp lý dễ sử dụng: 95% ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 162 an CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hướng phát triển gần ta thay hình LCD loại đèn hình khác đẹp dễ dàng quan sát Về phần bàn phím ta thay loại tốt nhiều phím mở rộng chức ví dụ thêm nút chức báo lỗi khách hàng bấm phản hồi máy chủ Ta dùng chuẩn CAN để truyền liệu thay cho chuẩn RS232 để mở rộng nhiều trụ xăng thay tối đa trụ xăng trạm xăng, chuẩn CAN chống nhiễu tốt Thay đầu đọc RFID RC522 loại đầu đọc khác tốt hơn, tương tác với điện thoại thơng minh Thiết kế lại giao diện quản lý đẹp hơn, nhiều chức Còn hướng phát triển xa ta khơng bó buộc tư tưởng dùng cho việc thiết kế trạm xăng Mơ hình triển khai thành hệ thống bán hàng tự động, hay máy bán nước Ngoài cách thức quẹt thẻ ta tích hợp nhiều loại sản phẩm hay dịch vụ lại toán loại thẻ hướng tới kiểu tốn ATM Website mở rộng nhiều lĩnh vực… ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 163 an TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Đình Phú, “Giáo trình vi điều khiển PIC 16F887”, 2014 [2] Bob Hammell, Connecting Arduino Programming And Networking With The Ethernet Shield, 2014 [3] Michael Margolis, Arduino Cookbook, 2nd Edition, 2012 [4] Marco Schwartz, Arduino Networking, 2014 [5] Arduino Ethernet Shield Web Server Tutorial, 14 January 2013, https://startingelectronics.org [6] The Largest Web Developer Site on the Internet, http://www.w3schools.com [7] Timer/Counter AVR/Arduino, 23 Tháng 5, 2015, http://arduino.vn [8] Web Server, 13/08/2015, http://arduino.vn [9] Serial, http://arduino.vn [11] Arduino ethernet, http://arduino.vn [12] Công nghệ RFID ứng dụng, 13/06/2012, http://ato.vn [13] Công nghệ RFID ?, http://www.techpro.vn [14] Cơng nghệ RFID ứng dụng, 13/06/2012, http://ato.vn [15] Giao tiếp UART, http://www.hocavr.com [16] Giao tiếp I2C, http://www.hocavr.com [17] Giao tiếp SPI, http://www.hocavr.com [18] Mạng Ethernet, http://doc.edu.vn [19] Giới thiệu tổng quan giao thức TCP/IP, http://www.vnpro.vn BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an TÀI LIỆU THAM KHẢO [20] HTTP : Sơ Lược giao thức HTTP (HTTP protocole), 18 tháng năm 2013, http://openspacevn.blogspot.com [21] DHT11, http://datasheet.com [22] MQ2, http://datasheet.com [23] Atmega328, http://datasheet.com [24] Atmega2560, http://datasheet.com BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an an ... đọng trạm xăng có thị trường, nhóm xây dựng đề tài trạm xăng thông minh với tính ưu việt khơng gây tốn tiền bạc Sau ưu điểm trạm xăng thông minh so với trạm xăng khác: trạm xăng thông minh kế thừa... đề tài trạm xăng trước tập trung thiết kế trạm xăng mà cần có người bán vận hành được, điều làm hao phí nhân cơng trạm xăng khơng phải lúc có người đổ xăng, nhiều trạm xăng có đến trụ xăng hoạt... thống trạm xăng thơng minh Với đề tài ta phát triển trạm xăng thơng minh ngồi thực tế, với người ta đễ dàng quản lý trạm xăng, chí ta cịn quản lý trạm xăng nơi qua mạng internet Hệ thống trạm xăng