(Đồ án hcmute) ứng dụng kit arm điều khiển thiết bị điện trong nhà

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 ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NhÀ GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH: ĐẶNG TIẾN SỰ MSSV: 11141414 SVTH: MAI VĂN CHIẾN MSSV: 11141369 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 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: ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH: ĐẶNG TIẾN SỰ 11141414 MAI VĂN CHIẾN 11141369 Tp Hồ Chí Minh - 1/2016 an PHẦN I GIỚI THIỆU an TRƢỜNG ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Tel : Mai Văn Chiến Tel : Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: Đặng Tiến Sự 01682133842 MSSV: 11141369 01692208391 Kỹ thuật Điện - Điện tử Đại học quy 2011 MSSV: 11141414 Email: tiensuspkt@gmail.com Email: maichiendt11@gmail.com Mã ngành: 01 Mã hệ: Lớp: 11141DT I TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: - Đã tìm hiểu hệ thống nhà thông minhđiều khiển thiết bị thị trƣờng, phƣơng pháp điều khiển thiết bị khóa trƣớc làm - Tham khảo tài liệu điều khiển thiết bị qua kit raspberry pi, Arduino…cách lập trình webserver Nội dung thực hiện: - Sử dụng kit ARM cortex M3 làm trung tâm, xây dựng giao diện điều khiển thiết bị xem trạng thái thiết bị điện hình cảm ứng LCD kit - Xây dựng ứng dụng webserver theo dõi trạng thái thiết bị điện điều khiển thiết bị điện nhà qua internet III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/10/2015 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 22/1/2016 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNGDẪN: Ths Nguyễn Đình Phú CÁN BỘ HƢỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP Ths Ngyễn Đình Phú ii an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM Khoa Điện - Điện TửĐộc lập - Tự - Hạnh phúc Bộ Môn Điện Tử Cơng Nghiệp TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Đặng Tiến Sự Lớp: 11141DT1B MSSV: 11141414 Họ tên sinh viên 2: Mai Văn Chiến Lớp: 11141DT2D MSSV: 11141369 Tên đề tài: ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ Tuần/ngày Nội dung Tuần Tìm hiểu phƣơng pháp điều khiển thiết bị điện nhà Tuần Lựa chọn đề tài cho đồ án tìm hiểu webserver,điều khiển thiết bị qua internet Tham khảo tài liệu liên quan đến điều khiển thiết bị đƣa sơ đồ khối tổng qt mơ hình đồ án tìm hiểu cài đặt phần mền viết code ARM Tìm hiểu cài đặt phần mền viết code ARM vào tạo hình ảnh cho giao diện Tiến hành xây dựng giao diện điều khiển thiết bị hình cảm ứng LCD kit Tìm hiểu cách lập trình tạo giao diện webserver Thi cơng ráp mơ hình dây hệ thống mơ hình điều khiển thiết bị, lập trình điều khiển Viết báo cáo, lập trình điều khiển Tuần 3,4 Tuần Tuần 6,7,8 Tuần 9,10 Tuần 11, 12 Tuần 13, 14 Tuần 15 Xác nhận GVHD Chỉnh sửa báo cáo đồ án hoàn thiện code GV HƢỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) Ths Nguyễn Đình Phú iii an LỜI MỞ ĐẦU Ngày giới với bùng nổ khoa học kỹ thuật, phát triển mạnh mẽ ngành điện tử viễn thông kết hợp với ứng dụng họ vi điều khiển.Đã làm cho sống ngƣời ngày hoàn thiện Các thiết bị tự động hóa ngày đƣợc ứng dụng rộng rãi vào sản xuất nhƣ sống sinh hoạt thƣờng ngày ngƣời,nhu cầu sử dụng hệ thống thiết bị thông minh tiện lợi ngƣời dân ngày tăng Đồng thời, mạng internet phát triển rộng khắp thiết bị điện thoại, điện thoại thơng minh ngày có khả kết nối internet mạnh mẽ Đó mặt thuận lợi việc hình thành ý tƣởng điều khiển thiết bị thông qua mạng internet Đây hình thức điều khiển thiết bị thuận lợi, tiết kiệm đƣợc nhiều thời gian cho việc điều khiển thiết bị, vừa tiết kiệm đƣợc chi phí lắp đặt sử dụng Do điều khiển thiết bị qua internet khơng cịn mơ ƣớc ngƣời mà ngày phổ biến rộng rãi Qua báo chí, phƣơng tiện truyền thơng, internet ta thấy mơ hình điều khiển thiết bị tiếng nhƣ ngơi nhà thông minh smarthome,điều khiển thiết bị nhà máy, xí nghiệp Là sinh viên khoa Điện - Điện tử trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM, với kiến thức đƣợc học trƣờng với mong muốn ứng dụngnhững công nghệ vào điều khiển thiết bị nhóm em chọn đề tài “ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ” làm đề tài tốt nghiệp cho Trong trình làm thực làm báo cáo mình, nhóm em đã cố gắng hồn thành cách tốt Nhƣng với kiến thức,sự hiểu biết có hạn nên khơng tránh khỏi thiếu sót, mong thầy bạn đóng góp ý kiến cho đề tài nhóm em để đƣợc hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Ngƣời thực đề tài Đặng Tiến Sự Mai Văn Chiến iv an LỜI CẢM ƠN Để chúng em có đƣợc kiến thức nhƣ hôm nay, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh nói chung q Thầy Cơ khoa Điện-Điện tử nói riêng Trong trình học tập bốn năm trƣờng quý thầy nhiệt tình giảng dạy truyền đạt kiến thức cho chúng em Là sinh viên học trƣờng, chúng em vinh dự tự hào sinh viên trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy ThS.Nguyễn Đình Phú, Ngƣời tận tình bảo, giúp đỡ, hƣớng dẫn nhiệt tình cho chúng em suốt q trình làm hồn thành đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, chúng em cảm ơn gia đình quan tâm động lực lớn, bạn ngành khóa chia kiến thức kinh nghiệm cho chúng em, giúp chúng em hồn thành đƣợc đồ án Trong q trình thực đồ án, kiến thức hạn chế nên việc có sai xót xảy ra, mong q Thầy Cơ bạn nhiệt tình góp ý để chúng em hoàn thiện tốt cho thân sau Xin chân thành cảm ơn! Ngƣời thực đề tài Đặng Tiến Sự Mai Văn Chiến v an MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG PHẦN I: GIỚI THIỆU Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình thực đồ án iii Lời mở đầu iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Liệt kê hình vẽ ix Liệt kê bảng xi Danh mục từ viết tắt xii PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG I: DẪN NHẬP 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.3 MỤC ĐÍCH CHỌN ĐỀ TÀI 1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.5 Ý TƢỞNG THIẾT KẾ 1.6 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.7 BỐ CỤC ĐỀ TÀI CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT vi an 2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ .4 2.1.1 Giới thiệu thiết bị điện nhà 2.1.2 Các phƣơng pháp điều khiển 2.1.3 Ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp 2.2 TỔNG QUAN VỀ WEBSERVER VÀ ENC28J60 .6 2.2.1 Khái niệm webserver 2.2.2 Hoạt động webserver 2.2.3 ENC28J60 .10 2.3 Tổng quan ARM 12 2.3.1 Giới thiệu ARM 12 2.3.2 Dòng vi điều khiển cortex .12 2.3.2 Giới thiệu Arm cortex M3 16 2.3.4 GPIO VÀ AFIO 17 2.3.5Ngắt kiện 19 2.3.6SPI 22 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 41 3.1 YÊU CẦU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 41 3.1.1 Sơ đồ khối .41 3.1.2 Chức hoạt động khối 41 3.2 THIẾT KẾ TỪNG KHỐI 42 3.2.1 Khối xử lý điều khiển trung tâm .42 3.2.2 Khối điều khiển thiết bị 42 3.2.3 Khối ánh sáng, thiế t bi ̣điê ̣n 42 vii an 3.2.11 Khố i webserver 43 3.2.12 Khố i nguồ n 49 3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG 49 3.4 LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT 51 3.4.1 Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình .51 3.4.2 Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình webserver 52 CHƯƠNG IV :THI CÔNG,KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ NHẬN XÉT 53 4.1 THI CÔNG 53 4.2KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 57 4.3NHẬN XÉT 57 CHƯƠNG V : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 58 5.1 KẾT LUẬN 58 5.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 58 PHẦN II: PHỤ LỤC Tài liệu tham khảo 59 viii an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ – 2016 + Mục Sevicer Provider chọn No-IP (www.no-ip.com), (noip), No-ip… loại modem có cách đặt riêng + Mục Username điền tên tài khoản No-ip.com vừa tạo + Mục Password điền điền mật vừa tạo + Mục Domain Name chon tên miền bạn vừa tạo –> Sau nhấn Login Save lại đƣợc 3.2.5 Khối nguồn Trong đề tài, khối thiết bị mơ hình nhóm điều khiển 22 thiết bị, điện DC sử dụng 10 led đơn siêu sáng để mô các khu vực sân vƣờn cầu thang, đèn led có dịng 30mA, nguồn sử dụng 3.3v nguồn sử dụng 3.3v kit để cung cấp, các thiết bị hoạt động lúc có 10 led, dịng tối đa để hoạt động là: 30x10= 300mA Công suất thiết bị mơ hình nhà là: P=U.I = 3.3x300(mA) = 990(mW) Vậy nguồn DC để cấp cho các thiết bị điện mơ hình 3.3V, 0.5A Khối điều khiển, sử dụng relay 5v, dòng tiêu thụ relay 40mA, led đơn có dịng 15mA, BJT C1815 có dịng Ic max chế độ bảo hịa khoảng 100mA, số relay, BJT, led loại hoạt động lúc 10 ta có: 40x10+15x10+100x10=1550mA, để nguồn cấp cho điều khiển thiết bị 5V, 1A Công suất tiêu thụ tối đa khối điều khiển là: P=U.I= 5x1550 = 7750(mW) Khối trung tâm các thiết bị ngoại vi, kit Arm cortex M3 sử dụng nguồn adapter 5V 2A 3.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống Sau chọn xong linh kiện / Module cách kết nối với xử lý điều khiển trung tâm, nhóm chúng tơi đƣa sơ đồ nguyên lý chung cho hệ thống CHƢƠNG III: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG an TRANG 50 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ – 2016 CHƢƠNG III: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG an TRANG 51 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ – 2016 Hình 3.12: Sơ đờ ngun lí ̣ thống 3.4 Lƣu đồ giải thuật Để tối ƣu hóa việc điều khiển dễ dàng kiểm sát viết chƣơng trình, nhóm đƣa lƣu đồ hệ thống nhƣ sau : 3.4.1 Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình CHƢƠNG III: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG an TRANG 52 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ – 2016 Hình 3.13: Lƣu đồ chƣơng trình 3.4.2 Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình web CHƢƠNG III: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG an Truyền, nhận liệu từ tin nhắn TRANG 53 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ – 2016 Hình 3.14: Lƣu đồ chƣơng trình web CHƢƠNG III: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG an TRANG 54 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ – 2016 CHƯƠNG IV : THI CÔNG, KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ NHẬN XÉT 4.1 Thi cơng  Mạch in Hình 4.1: Mạch in khối điều khiển thiết bị DC Hình 4.2: Mạch in khối điều khiển thiết bị AC CHƯƠNG IV: THI CÔNG,KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ NHẬN XÉT 53 an TRANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ – 2016  Các board thi cơng: Hình 4.3: Board điều khiển thiết bị DC Hình 4.4: Board điều khiển thiết bị AC CHƯƠNG IV: THI CÔNG,KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ NHẬN XÉT 54 an TRANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ – 2016 Hình 4.5: thiết bị điều khiển bên mơ hình Hình 4.6: thiết bị điều khiển bên ngồi mơ hình CHƯƠNG IV: THI CÔNG,KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ NHẬN XÉT 55 an TRANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ – 2016 Hình 4.7: hình điều khiển mơ hình Hình 4.8: hình điều khiển phịng mơ hình CHƯƠNG IV: THI CƠNG,KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ NHẬN XÉT 56 an TRANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ – 2016 Hình 4.9: PASSWORD vào webserver Hình 4.10: webserver điều khiều khiển 4.2 Kết đạt - Giao điện điều khiển thiết bị hình LCD kit chạy ổn định, đẹp - Webserver chạy ổn định, điều khiển nhạy, truyền dẫn liệu tốt - Mơ hình điều khiển thiết bị hoạt động ổn định, gọn nhẹ - Board mạch điều khiển AC, DC hoạt động ổn định, relay nhạy tốt - Sử dụng thành thạo ngôn ngữ lập trình với kít ARM keil C5 - Biết cách xây dựng trang webserver ngôn ngữ HTML - Rèn luyện kỹ làm mạch, sử dụng phần mền vẽ mạch orcad 4.3 Nhận xét − Các board mạch làm hoàn thành kết nối với thiết bị − Mơ hình ráp dây kết nối điều khiển xong − Giao diện điều khiển webserver hồn thành CHƯƠNG IV: THI CƠNG,KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ NHẬN XÉT 57 an TRANG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ – 2016 CHƯƠNG V : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Các công việc thực đề tài − Điều khiển đƣợc thiết bị nhà trực tiếp hình cảm ứng LCD kit ARM − Xây dựng đƣợc chế độ bảo mật webserver − Điều khiển đƣợc thiết bị nhà thông qua webserver Qua công việc rút số kết luận nhƣ sau: Hồn tồn sử dụng kit ARM Cortex M3 để thực hệ thống điều khiển thiết bị điện nhà hay xây dựng hệ thống nhà thơng minh ngồi thực tế 5.2 Hướng phát triển Do thời gian thực đề tài có hạn nên đề tài thực xong đáp ứng đƣợc phần hệ thống điều khiển thiết bị nhà Vì vậy, để đề tài thêm phong phú hơn, mang nhiều tính thực tế nữa, có khả ứng dụng cao đề tài cần đƣa thêm vào yêu cầu nhƣ sau:  Có thể sử dụng hình cảm ứng lớn gắn vào kit điều khiển đƣợc nhiều thiết bị nữa, phát triển rộng lên thành ngơi nhà thông minh cách sử dụng thêm cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm hay cảm biến siêu âm, gắn tải motor cho hệ thống điều khiển tự động vv  Đề tài áp dụng cho với nhà mà nên đƣợc mở rộng áp dụng điều khiển thiết bị sử dụng nơi công cộng, công ty, xí nghiệp…  Webserver phát triển lên giám sát thiết bị qua camera, điều khiển đƣợc nhiều thiết bị web hơn, giao diện điều khiển đẹp CHƢƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN an TRANG 58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ – 2016 Hy vọng với hƣớng phát triển nêu với ý tƣởng khác, ngƣời đọc- ngƣời sau - phát triển đề tài này, khắc phục hạn chế, tồn đề tài, làm cho đề tài trở nên phong phú hơn, mang tính ứng dụng cao vào thực tế sống, phục vụ cho lợi ích ngƣời tƣơng lai CHƢƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN an TRANG 59 PHẦN III an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ – 2016 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo: [1] Tác giả Thầy Nguyễn Đình Phú Sách Thực Tập Vi Xử Lý Nâng Cao [2] Datasheet STM32F103VE [3] DATN: Huỳnh Thanh Hiếu, Bùi Tấn Tài Trường ĐH SPKT TPHCM Năm 2014 Nghiên Cứu Vi Điều Khiển ARM STM32F103VET6 Website tham khảo [4] http://www.arm.vn/ [5] http://luanvan.net.vn [6] www.google.com [7] http://vdo.vn/ung-dung-may-chu-web-web-server [8] http://www.tuxgraphics.org/ TÀI LIỆU THAM KHẢO—MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH an TRANG 60 an ... KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ – 2016 CHƢƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan điều khiển thiết bị nhà 2.1.1 Giới thiệu điều khiển thiết bị nhà Hình 2.1: mơ hình điều khiển thiết bị nhà. .. tài: ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ Tuần/ngày Nội dung Tuần Tìm hiểu phƣơng pháp điều khiển thiết bị điện nhà Tuần Lựa chọn đề tài cho đồ án tìm hiểu webserver ,điều khiển thiết. .. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TRONG NHÀ – 2016 Hình 2.10: Sơ đồ khối điều khiển Timer CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT an TRANG 22 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG KIT ARM ĐIỀU KHIỂN