(Đồ án hcmute) thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông minh

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 VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA THÔNG MINH GVHD: ThS PHAN VÂN HOÀN SVTH: LÊ THANH PHONG MSSV: 12141167 SVTH: TRẦN NHÂN MSSV: 12141156 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2016 an TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2016 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin sinh viên Họ tên sinh viên: Lê Thanh Phong MSSV: 12141167 Trần Nhân MSSV: 12141156 Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử truyền thông Mã ngành: 510302 Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ: D Khóa: 2012 Lớp: 12141DT1C 12141DT2D Thơng tin đề tài Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA THÔNG MINH Đồ án tốt nghiệp thực tại: Bộ môn Điện Tử Công Nghiệp, Khoa Điện Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện: Từ ngày 1/4/2016 đến 7/7 /2016 Các nhiệm vụ cụ thể đề tài - Tìm hiểu nghiên cứu giao tiếp module ESP 8266-12 với vi điều khiển Arm - Giải mã tín hiệu hồng ngoại nhận từ điều khiển từ xa hồng ngoại - Xuất tín hiệu hồng ngoại điều khiển thiết bị - Thiết kế lập trình ứng dụng hệ điều hành Android - Thiết kế, thi công lắp ráp khối điều khiển thành sản phẩm Lời cam đoan sinh viên Chúng Lê Thanh Phong Trần Nhân cam đoan ĐATN cơng trình nghiên cứu thân chúng tơi hướng dẫn thạc sỹ Phan Vân Hoàn Các kết công bố ĐATN trung thực khơng chép từ cơng trình khác Tp.HCM, ngày tháng năm 2016 SV thực đồ án Lê Thanh Phong Trần Nhân Tp.HCM, ngày tháng năm 2016 Xác nhận Bộ Môn Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên học hàm học vị) an i TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Lê Thanh Phong Lớp:12141DT1C Họ tên sinh viên 2: Trần Nhân Lớp: 12141DT2D MSSV: 12141167 MSSV:12141156 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA THÔNG MINH Tuần/ngày Tuần (110/04/2016) Tuần (1117/04/2016) Tuần (1824/04/2016) Tuần (25/4 01 /05/2016) Tuần 5,6,7 (0222/05/2016) Tuần 8,9,10 (23/5 12/06/2016) Tuần 11,12 (13 26/06/2016) Tuần 13 (27/6 1/07/2016) 7/07/2016 Nội dung Xác nhận GVHD Nhận đồ án , tìm hiểu đề tài Chọn tìm hiểu đề tài Tìm hiểu nội dung hướng làm đề tài điều khiển từ xa thơng minh Tìm tài liệu liên quan tới điều khiển từ xa Tiến hành thiết kế phần cứng cho hệ thống điều khiển từ xa Tiến hành lập trình phần mềm cho hệ thống điều khiển từ xa Tìm hiểu thiết kế mơ hình sản phẩm Viết báo cáo, kiểm phần cứng Hoàn thành nhiệm vụ đồ án GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) an ii TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BƠ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP I Thơng tin chung - Họ tên sinh viên: Lê Thanh Phong MSSV: 12141167 - Họ tên sinh viên: Trần Nhân MSSV: 12141156 -Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA THÔNG MINH - Họ tên giáo viên hướng dẫn: Phan Vân Hồn II Nhận xét khóa luận 2.1 Đánh giá chung (hoàn thành phần trăm mục tiêu đề tài): 2.2 Ưu điểm đề tài: 2.3 Khuyết điểm đề tài: 2.4 Thái độ làm việc sinh viên: 2.5 Kết thu được: 2.6 Đề nghị: Được bảo vệ Không bảo vệ Tp HCM, ngày tháng năm 2016 Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) an iii LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực dựa vào số tài liệu không chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Nếu có lận xin chịu trách nhiệm nội dung đồ án TP.HCM, ngày tháng năm 2016 Người thực Lê Thanh Phong Trần Nhân an iv LỜI CẢM ƠN  Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM tận tình dạy dỗ chúng em suốt năm qua Trong phải kể đến q thầy khoa Điện – Điện Tử truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm với đam mê đốt lên lửa đam mê khám phá chúng em từ kiến thức, đam mê chúng em kết lại thành đồ án cuối cùng, đồ án tốt nghiệp tay tạo ra, bàn đạp để bước vào cánh cửa lớn Đặc biệt, nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Phan Vân Hoàn tận tình giúp đỡ chúng em trình lựa chọn đề tài hỗ trợ chúng em trình thực đề tài Trong trình thực đồ án xảy nhiều khó khăn, thiếu sót đơn đốc góp ý thầy chúng em gặt hái nhiều kiến thức kinh nghiệm Một lần chúng em xin cảm ơn thầy Bên cạnh đó, nhóm chúng em xin cảm ơn thầy Nguyễn Đình Phú, thầy Nguyễn Tấn Như cho chúng em mượn phòng D401 để tham khảo tài liệu thực đồ án Và gửi lời cảm ơn đến người bạn đóng góp ý kiến, động viên tinh thần giúp cho nhóm thực đề tài đạt hiệu Cuối cùng, chúng em chân thành cảm ơn động viên hỗ trợ gia đình cha mẹ suốt thời gian học tập Chúng em xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến cha mẹ, người sinh nuôi dưỡng chúng em nên người tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hồn thành đề tài TP.HCM, ngày tháng năm 2016 Sinh viên thực đồ án Lê Thanh Phong Trần Nhân an v MỤC LỤC PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP iii LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CẢM ƠN v MỤC LỤC vi LIỆT KÊ HÌNH VẼ viii LIỆT KÊ BẢNG xi TÓM TẮT xii Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC ĐỒ ÁN Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG WIFI 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.2.1 Tổng quan ARM 2.2.2 Led thu hồng ngoại 16 2.2.3 Tổng quan module ESP8266-12E 18 2.2.4 Thẻ nhớ - SD Card 21 2.2.5 AMS1117 21 2.3 GIỚI THIỆU CÁC CHUẨN GIAO THỨC 22 2.3.1 Sơ lược giao tiếp USART 22 2.3.2 Sơ lược chuẩn SPI 26 2.3.3 Khái quát hồng ngoại 30 2.3.4 Giới thiệu giao thức TCP/IP 32 2.3.5 Giới thiệu vài nét hệ điều hành Android 37 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 43 3.1 TỔNG QUAN VỀ YÊU CẦU THIẾT KẾ HỆ THỐNG 43 an vi 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 43 3.2.1 Thiết kế sơ đồ hệ thống 43 3.2.2 Tính tốn thiết kế 44 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 50 4.1 THI CÔNG HỆ THỐNG 50 4.2 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 52 4.2.1 Lưu đồ giải thuật 52 4.2.2 Phần mềm Keil C sử dụng cho vi điều khiển 54 4.2.3 Yêu cầu thiết kế lưu đồ giải thuật bên Android 60 4.2.4 Giới thiệu phần mềm Android Studio 62 4.2.5 Chương trình Android 68 4.3 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC VỚI HỆ THỐNG 79 Chương 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 81 5.1 SẢN PHẨM SAU KHI HOÀN THÀNH 81 5.1.1 Sản phẩm 81 5.1.2 Kiến thức có trình thiết kế sản phẩm 81 5.2 KẾT QUẢ CHẠY HỆ THỐNG 82 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 86 6.1 KẾT LUẬN 86 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC 88 an vii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Các ứng dụng vi điều khiển ARM Hình 2.2: Sơ đồ khối ARM Cortex M3 Hình 2.3: Kiến trúc ARM STM32F103 Hình 2.4: Vùng nhớ Flash STM32 10 Hình 2.5: Sơ đồ chân STM32F103C8T6 11 Hình 2.6: Các bước để sử dụng ngắt 13 Hình 2.7: Chế độ đếm lên với giá trị nạp lại 0x36 15 Hình 2.8: Một số led thu hồng ngoại thị trường 16 Hình 2.9: Hình ảnh T1838 16 Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý TL1838 17 Hình 2.11: Sơ đồ góc 18 Hình 2.12: Sơ đồ chân ESP8266-12E 18 Hình 2.13: Các chế độ ESP8266 21 Hình 2.14: Các kích thước SD card 21 Hình 2.15: Sơ đồ chân AMS1117 21 Hình 2.16: Đường truyền UART 23 Hình 2.17: Truyền USART 25 Hình 2.18: Kết nối SPI hai thiết bị 26 Hình 2.19: Kết nối SPI nhiều thiết bị 27 Hình 2.20: Các chế độ làm việc SPI 27 Hình 2.21: Truyền liệu theo chuẩn SPI 28 Hình 2.22: Giao tiếp SPI 29 Hình 2.23: Giao tiếp SD card SPI 29 Hình 2.24: Điều khiển từ xa 31 Hình 2.25: Dạng sóng tín hiệu từ điều khiển sony 32 Hình 2.26: So sánh mơ hình TCP/IP OSI 33 Hình 2.27: Các tầng giao thức TCP/IP 34 Hình 2.28: Cấu trúc liệu TCP/IP 34 Hình 2.29: Q trình đóng mở gói liệu TCP/IP 35 Hình 2.30: Định dạng gói giao thức IPv4 36 an viii Hình 2.31: Cấu trúc tổng quát Android 40 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 43 Hình 3.2: Sơ đồ thiết kế khối thu phát hồng ngoại 45 Hình 3.3: Sơ đồ kết nối khối WiFi 45 Hình 3.4: Sơ đồ thiết kế khối SD card 46 Hình 3.5: Sơ đồ thiết kế khối xử lý 47 Hình 3.6: Sơ đồ thiết kế khối nguồn 48 Hình 4.1: Sơ đồ bố trí lớp 51 Hình 4.2: Sơ đồ bố trí lớp 51 Hình 4.3: Lưu đồ chương trình vi điều khiển 53 Hình 4.4: Chọn đường dẫn 54 Hình 4.5: Tiến trình cài đặt 55 Hình 4.6: Cài đặt dịng chip 55 Hình 4.7: Chọn dòng Arm sử dụng 56 Hình 4.8: Thêm thư viện vào project 57 Hình 4.9: Thêm file.h vào 57 Hình 4.10: Chọn mạch nạp 58 Hình 4.11: Chỉnh Port 58 Hình 4.12: Chỉnh thiết lập cho mạch 59 Hình 4.13: Biên dịch nạp code 59 Hình 4.14: Lưu đồ chương trình Android 61 Hình 4.15: Tải Java 63 Hình 4.16: Cài đặt Android Studio 63 Hình 4.17: Tạo project Android 64 Hình 4.18: Tạo project Android 65 Hình 4.19: Chọn phiên Android muốn lập trình 65 Hình 4.20: Chọn hình 66 Hình 4.21: Đặt tên cho hình 66 Hình 4.22: Chọn thiết bị đổ chương trình xuống 67 Hình 4.23: Giao diện project Android 67 Hình 4.24: Truyền tin TCP Client 70 Hình 4.25: SQLite Database 73 Hình 4.26: Minh họa cho ListView 78 an ix CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Cịn Hình 5.8 cho biết thơng số độ rộng xung tín hiệu độ dài tín hiệu có thẻ nhớ Hình 5.8 Dữ liệu tín hiệu thẻ nhớ Sau có liệu nhấn vào biểu tượng Hình 5.9 giao diện điều khiển thiết bị nhấn vào nút muốn thêm tín hiệu để tiến hành thêm liệu vừa thu vào phím điều khiển giao diện Hình 5.9 Giao diện điều khiển máy lạnh Hình 5.10 Giao diện thêm tín hiệu nút nhấn BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 84 an CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Ngoài ra, đăng nhập vào WiFi có sẵn địa điểm thể sử dụng thêm chức Camera cho phép người dùng quan sát hình ảnh nhà thơng qua camera bố trí Bằng cách nhập thơng số vào mục Hình 5.14 Hình 5.11 Giao diện bên camera Hình 5.12 Giao diện điều khiển camera Hình 5.13 Chọn camera kết nối Hình 5.14 Giao diện đăng nhập camera BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 85 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Hệ thống sử dụng vi điều khiển Arrm STM32F103C8T6 cho phép học tín hiệu hầu hết loại điều khiển từ xa sử dụng tín hiệu hồng ngoại phát lại tín hiệu hồng ngoại học có yêu cầu từ điện thoại thông minh chạy hệ điều hành Android Điện thoại thông minh kết nối với hệ thống thông qua giao tiếp mạng không dây WiFi, việc truyền nhận liệu từ hai phía thực được, đơi không truyền module WiFi ESP 86266 xác định IP điện thoại khơng xác dẫn tới việc gửi sai địa IP Về phần ứng dụng điện thoại thông minh, tạo danh sách số thiết bị thông dụng nhà, bên thiết bị điều có giao diện điều khiển tạo sẵn giao diện cố định, có nút cho phép gán tín hiệu cho nút nhấn, nút nhấn thiết kế với hình ảnh quen thuộc gần giống với điều khiển thơng dụng gia đình, giúp thuận tiện việc điều khiển 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Sử dụng website google drive ta tạo tài khoản google drive sau ta dùng điện thoại gửi liệu cần điều khiển lên tài khoản website hệ thống cập nhật liệu lấy điều khiển Khi hệ thống hoạt khoảng cách xa Chúng ta thiết lập thêm chức tự động hẹn cho ứng dụng điện thoại đến thời gian hẹn trước ứng dụng điện thoại tự động gửi liệu điều khiển lên website hệ thống cập nhật liệu để điều khiển thiết bị Ngoài ứng dụng cho phép người dùng thêm thiết bị tạo giao diện điều khiển với nút nhấn theo nhu cầu sử dụng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo [1] Phan Vân Hồn, “Giáo trình vi xử lý nâng cao”, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM 9/2015 [2] PGS.TS Trần Thu Hà, TS Trương Thị Bích Ngà, ThS Nguyễn Thị Lưỡng, ThS Bùi Thị Tuyết Đan, ThS Phù Thị Ngọc Hiếu, ThS Dương Thị Cẩm Tú, “Giáo trình điện tử bản”, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM 21/1/2013 [3] Nguyễn Văn Hiệp, Đinh Quang Hiệp, “Giáo trình lập trình Android Cơ Bản”, NXB Đại Học Quốc Gia 2015 [4] Nguyễn Việt Hùng, Nguyễn Ngô Lâm, Nguyễn Văn Phúc, Giáo Trình: Truyền Số Liệu, Xuất ĐH Quốc Gia, Tp.HCM, 2011 [5] Trần Duy Thanh, Bài tập 31: Cách sử dụng SQLite Android, 12/6/2013, https://duythanhcse.wordpress.com/2013/06/12/bai-tap-31-cach-su-dung-sqlite-trongandroid/ [6] Võ Minh Nam, “Hệ thống định vị toàn cầu GPS giám sát đối tượng điện thoại di động”, Đồ án tốt nghiệp Đại Học, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM 7/2013 [7] Phạm Văn Vang, Giao tiếp MMC/SD Card với STM32, 2012, http://www.arm.vn/TinChiTiet/tabid/105/id/148/Default.aspx [8] Trung Kiên, Chuẩn giao tiếp SPI, 5/4/2015, https://kienltb.wordpress.com/2015/04/05/chuan-giao-tiep-spi/ [9] MBEDVN, Tìm hiểu dịng ARM Cortex M3,12/9/2015, http://mbedvn.com/bai-hoc/lap-trinh/stm32/tim-hieu-ve-dong-arm-cortex-m3stm32.html BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 87 PHỤ LỤC PHỤ LỤC - Chương trình hệ thống: int main(void) { SystemInit(); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1| RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB , ENABLE ); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI2,ENABLE); LED_Init(); TIM_Init(); USART1_Init(); esp8266_init(&line_ready); DELAY_INIT(72); PWMOUT(); GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2); check = disk_initialize(0); res = f_mount(0,&fsa); res = f_open( &fsrc , vitri_luu, FA_READ| FA_OPEN_EXISTING); if ( res == FR_OK ) { f_read (&fsrc,path,400,&br); vitri1= strtok(path,","); c = strlen(vitri1); strncpy(pos2,vitri1,c); tong = atoi(pos2); so = tong; memset(pos2,0,50); memset(path,0,400); /* Write buffer to file */ f_close(&fsrc); } BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 88 PHỤ LỤC else { res = f_open( &fsrc ,vitri_luu , FA_CREATE_ALWAYS| FA_OPEN_ALWAYS| FA_WRITE); if ( res == FR_OK ) { /* Write buffer to file */ f_puts("0", &fsrc); f_puts(",", &fsrc); /*close file */ f_close(&fsrc); } } IR_Init(GPIO_Pin_4,GPIOA); while(1) { if(line_ready == 1) { line_ready=0; packet=esp8266_recv(); if(packet[0] == 'c') TT_JOIN=1; else if(packet[0] == 'z') TT_SEND = 1; else if(packet[0] == 'i') TT_IR=1; else if(packet[0] == 'a') TT_REC=1; else if(packet[0] == 'd') TT_XOA=1; } if(TT_SEND == 1) { esp8266_get_ip_addresses(); ip= return_ipsta(); cc= strlen(ip); esp8266_send( ip, cc); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP an 89 PHỤ LỤC TT_SEND=0; } else if (TT_JOIN==1) { join_and_getip(); esp8266_conf_server(); TT_JOIN=0; } else if (TT_IR==1) { so = return_ir(); sprintf(pos1, "0:/%d.TXT",so); res = f_open(&fsrc,pos1, FA_READ| FA_OPEN_ALWAYS); if ( res == FR_OK ) { f_read (&fsrc,path,400,&br); vitri1= strtok(path,"="); c = strlen(vitri1); strncpy(pos2,vitri1,c); z=atoi(pos2); vitri1= strtok(NULL,","); i=0; while(i