(Đồ án HCMUTE) thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát biển quảng cáo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT BIỂN QUẢNG CÁO GVHD: VÕ MINH HUÂN SVTH : VÕ HỒNG KIỆT SKL 09276 Tp Hồ Chí Minh, tháng 8/2022 i TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT BIỂN QUẢNG CÁO SVTH: HOÀNG CHIẾN THẮNG 18161150 VÕ HOÀNG KIỆT GVHD: PGS TS VÕ MINH HUÂN Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 i 18161094 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ- VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT BIỂN QUẢNG CÁO NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG SVTH: HỒNG CHIẾN THẮNG 18161150 VÕ HOÀNG KIỆT GVHD: PGS TS VÕ MINH HUÂN Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 i 18161094 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 07 năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: Võ Hoàng Kiệt MSSV: 18161094 Hoàng Chiến Thắng Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử – viễn thông MSSV: 18161150 Lớp: 18161CLVT1B Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Võ Minh Huân Ngày nhận đề tài: 12/3/2022 Ngày nộp đề tài: 30/7/2022 Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát biển quảng cáo Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Raspberry Pi Model B, camera giám sát, hình LCD - Các sở liệu: Firebase, SQLite3, Kivy,… - Các chuẩn nén MPEG - “Tìm hiểu chuẩn nén video ITU ứng dụng thực nghiệm”, Đại học Bách Khoa Hà Nội - Mai Thị Lan Anh, “Các chuẩn nén ứng dụng truyền video mạng Internet”, Đại học Công nghê, Đại học quốc gia Hà Nội, 2005 Nội dung thực đề tài: Xây dựng hệ thống điều khiển có giám sát ứng dụng hệ thống quảng cáo Khối điều khiển sử dụng Raspberry vị trí trung tâm, có kết nối camera để theo dõi hoạt động hệ thống, đồng thời có định vị dựa đồ số để kiểm soát thiết bị Sản phẩm: Mơ hình Raspberry liên kết với camera, định vị biển quảng cáo thông qua đồ số, thêm, bớt xóa ảnh sở liệu kết hợp với thời gian thực Firebase TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Võ Hoàng Kiệt MSSV: 18161094 Hồng Chiến Thắng MSSV: 18161150 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật điện tử – viễn thông Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát biển quảng cáo Họ tên giáo viên phản biện:………………………………………………… NHẬN XÉT: Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………… Ưu điểm ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………… Khuyết điểm ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………… Đề nghị cho bảo vệ hay không? ………………………………………………………………………………… Đánh giá loại: ………………………………………………………………………………… Điểm:…………… (Bằng chữ:…………) TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) i LỜI CẢM ƠN Quá trình thực đề tài bảo vệ đồ án tóm tắt ngắn gọn đường dài năm học trường Trước tiên trân trọng nhất, nhóm lựa chọn đề tài chân thành biết ơn đến tất đội ngũ giảng viên khoa đào tạo chất lượng cao nói chung thầy mơn CNKT Điện tử - Viễn thơng nói riêng truyền dạy cho nhóm kiến thức bổ ích, là người định hướng tương lai cho chúng em Bên cạnh đó, người thân người bạn thân là bên cạnh hỗ trợ tinh thần mà cịn vật chất, ln kề bên sát cánh hỗ trợ lẫn lúc nan giải Nhóm chọn đề tài trân trọng gửi kèm lời sâu sắc đến thầy Võ Minh Huân, người khoa giới thiệu, tạo ý tưởng, vấn đề khơng tưởng mà nhóm chưa nghĩ đến hỗ trợ thứ tốt cho chúng tơi để từ chúng tơi hồn thiện đề tài mà đưa Xin trân trọng cảm ơn! Nhóm thực đề tài Võ Hồng Kiệt i Hồng Chiến Thắng LỜI CAM ĐOAN Nhóm triển khai đề tài tốt nghiệp cam kết chủ đề áp dụng vào vài tài liệu tham khảo sẵn có và khơng lưu trí tuệ, sản phẩm chủ đề khác Nhóm thực đồ án tốt nghiệp Nhóm thực đồ án tốt nghiệp Hoàng Chiến Thắng Võ Hồng Kiệt i i TĨM TẮT Thế giới với phát triển vượt trội, tiến hóa khơng ngừng người, thông tin cập nhật ngày cách mạng công nghệ 4.0, kèm theo thành tựu khoa học kỹ thuật và đạt bước ngoặc to lớn, người ngày trọng đến chất lượng sống cách tự động hóa việc làm hàng ngày Nhờ vào điều nhóm quan tâm đến việc tới cơng nghệ Codec (cịn gọi chuẩn nén hình ảnh cho camera quan sát) Phổ biến phải nói đến cơng nghệ video codec, với giúp ích từ công nghệ này làm cho việc quảng bá sản phẩm thị trường ngày càng nâng cao tinh tế Nhờ lợi ích mang lại, video codec ứng dụng phổ biến nhiều lĩnh vực Hiện nay, hãng truyền hình Việt Nam nói riêng hãng truyền hình giới nói chung và cung cấp hình thức dịch vụ truyền hình trực tuyến Khán giả cần truy cập vào địa website nhà cung cấp dịch vụ đưa là theo dõi trực thời gian thực real-time tải file chương trình máy tính cá nhân để xem sau Nhóm thực lên ý tưởng và đặt vài vấn đề bảng quảng cáo làm ta tự động hóa bước và điều khiển giám sát node quảng cáo từ xa đồng chúng Việc sửa chữa, bảo trì hay thay đổi nội dung bảng quảng cáo nhân viên cần phải trực tiếp đến nơi lắp đặt để thực thay thẻ nhớ có chứa liệu cần thay Để tối ưu hóa vấn đề nhóm tìm hiểu ứng dụng công nghệ codec, cụ thể là video codec vào đề tài để tối ưu hóa vấn đề kiểm tra, bảo trì là thay đổi nội dung bảng quảng cáo Hệ thống thực thông qua Raspberry, hình hiển thị, điều khiển thời gian thực kết nối qua Firebase, sử dụng phần mềm hỗ trợ khác Visual Studio Code để xây dựng web, Matlab để mô tốc độ truyền ảnh ii i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC vi DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC HÌNH ẢNH x CÁC TỪ VIẾT TẮT xi CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY 1.2 MỤC TIÊU 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .3 1.6 BỐ CỤC ĐỒ ÁN CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG IOT 2.2 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH .9 2.2.1 Khái niệm ngơn ngữ lập trình Python 2.2.2 Ưu điểm nhược điểm 10 2.3 TỔNG QUAN VỀ FIREBASE 11 2.3.1 Giới thiệu 11 vi i 2.3.2 Cách thức hoạt động Firebase 11 2.3.3 Ưu điểm nhược điểm 12 2.4 TỔNG QUAN VỀ NGÔN NGỮ SQLITE 13 2.4.1 Giới thiệu 13 2.4.2 Ưu điểm nhược điểm SQLite 13 2.5 TỔNG QUAN VỀ NGROK 14 2.5.1 Khái niệm Ngrok 14 2.5.2 Các ứng dụng Ngrok 14 2.6 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM VISUAL STUDIO CODE 15 2.6.1 Giới thiệu 15 2.6.2 Tính Visual Studio Code 16 2.6.3 Ưu điểm nhược điểm Visual Studio Code 16 2.7 TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG MATLAP 17 2.7.1 Giới thiệu 17 2.7.2 Tính Matlab 17 2.7.3 Ứng dụng Matlab 18 2.8 TỔNG QUAN VỀ NÉN TÍN HIỆU VIDEO VÀ CÁC CHUẨN NÉN MPEG 18 2.8.1 Vai trò việc nén video 18 2.8.2 Chuẩn nén MPEG chuẩn MPEG 19 2.8.3 Quy đinh chuẩn MPEG 20 CHƯƠNG 22 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 22 3.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MPEG 23 3.2.1 Giải thuật nén MPEG 23 3.3 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 24 3.4 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG 29 3.4.1 Raspberry Pi Model B 29 vii i Tính Raspberry Pi Camera Module V2 Cảm biến Độ phân giải megapixel (có thể điều tiêu cự) cung cấp khả chụp ảnh có kích thước 3280 x 2464 Video 1080p30, 726p60 640x480p90 Kích thước 25 mm x 23 mm x 9mm 3.4.3 Màn hình LCD 3.5 Inch Raspberry Pi cảm ứng điện trở Hình 11 Màn hình LCD 3.5 Inch RP Bảng 3 Thơng số kỹ thuật hình LCD 33 i Tính Màn hình LCD Raspberry Pi Màn hình 3.5 Inch Độ phân giải 320 x 480 pixels Kích thước hình LCD 85 34 i CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN 4.1 MƠ HÌNH THIẾT BỊ Mơ hình thiết bị bao gồm: Màn hình, Vi điều khiển, Camera quạt làm mát Thiết bị kết nối với Internet thông qua Wifi, Mơ hình thu nhỏ biển quảng cáo chưa tỷ lệ thuận kích thước Hình Hình ảnh thiết bị 4.2 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU 35 i * Dữ liệu cứng Sqlite3 Hình Dữ liệu SQLite3 Là liệu cấu hình sẵn (Do người quản lý update) không bị thay đổi bao gồm ID, Tên Trạm phát, Kí hiệu trạm phát, tọa độ đặt trạm thời gian lắp đặt trạm phát * Dữ liệu thời gian thực Hình Cơ sở liệu Firebase 36 i Dữ liệu thay đổi trình hoạt động thiết bị bao gồm biến điều khiển trạng thái, biến lưu trữ trạng thái, thời gian chiếu quảng cáo, IP cục bộ, link urls Camera * Dữ liệu hình ảnh quảng cáo Hình 4 Storage Firebase Lưu trữ liệu ảnh quảng cáo (do người quản lý update) giúp cho trạm phát lấy liệu từ để phát quảng cáo cách đồng 4.3 KẾT NỐI VỚI INTERNET QUA NGROK 37 i Hình Giao diện kết nối Ngrok Ngrok cho phép tạo Tunel cho phép chia liệu chia sẻ trực tiếp qua Internet Ngrok cấp domain cho phép người dùng truy cập ứng dụng qua Internet Domain thay đổi trả phí 4.4 MƠ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA MPEG1 Kính thước fame ảnh ban đầu 720*576*3*4 = 4976640 bytes Hình Kết mơ hoạt động Sau nén ta 87.625Kbytes Tỷ lệ nén ta thu 4976Kbytes/ 87.625KBytes = 56.8 lần 38 i Bốn frame ảnh gốc: Hình Frame ảnh gốc Bốn frame ảnh sau giải mã: Hình Bốn Frame ảnh sau giải mã 39 i Ở thấy thuật toán MPEG1 giảm thiểu 60 lần liệu thực tế mà cần truyền tải điều này giúp tăng tốc độ truyền tải liệu Tiếp theo hình 4.7 4.8 ta thấy Frame ảnh sau giải mã khơng có thay đổi nhiều so với Frame ảnh gốc cảm nhận mắt thường, mô sai số tuyệt đối chúng khơng q lớn nên hồn tồn nhận diện xác thơng tin dùng thuật tốn này để truyền tải video 4.5 ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN VÀ QUẢN LÝ Hình Giao diện ứng dụng điều khiển 40 i Hình 10 Tab điều khiển chức node Ứng dụng xây dựng dựa tảng Kivy cho phép hiển thị Map có chứa Node quảng cáo, ta truy cập vào node để biết thông tin Node và hỗ trợ chức điều khiển chạy quảng cáo (Next, Pause, Back), Bật Tắt quảng cáo từ xa khởi động lại thiết bị Cùng với ta thấy hình ảnh trích suất từ Camera cài đặt biển quảng cáo cho ta dễ dàng quan sát hoạt động thiết bị, hoạt động không dễ dàng thơng báo đội ngũ bảo trì để sửa chữa Ở hình 4.9 ta thấy đồ Node ta hoàn toàn phóng to thu nhỏ đồ, vị trí tọa độ Node phụ thuộc vào liệu cài đặt Sqlite3 (Hình 4.2) Cùng với Node đỏ đại diện cho thiết bị khơng hoạt động, Node xanh đại diện cho thiết bị hoạt động Trạng thái hoạt động cập nhật thiết bị và gửi Firebase (Biến Status hình 4.3) Tiếp hình 4.10 hình ảnh hiển thị ta truy cập vào Node hoạt động, giao diện có thành phần chính: 41 i - Thứ bảng điều khiển thiết bị bao gồm chức Next dùng để di chuyển đến ảnh quảng cáo tiếp theo, Pause nút cho phép dừng hình ảnh quảng cáo mong muốn và Back dùng để quay lại ảnh quảng cáo trước Các trạng thái cập nhật Firebase thiết bị dựa theo biến để điều khiển hoạt động quảng cáo - Tiếp theo bảng hiển thị thông tin thiết bị bao gồm trạng thái hoạt động, ngày hoạt động IP cục thiết bị Thì thiết bị gửi thông tin lên Firebase ta nhấn vào Node phần mềm lấy liệu từ Firebase hiển thị hình - Và cuối hình ảnh trích xuất từ Camera giám sát, kết nối với Urls mà Ngrok cung cấp (Hình 4.5) cho ta thấy hoạt động thiết bị thực tế từ xa thông qua Internet Camera ứng dụng thuật toán MPEG1 dùng để giảm tải liệu truyền video hỗ trợ cho video ổn định Đầu tiên Ngrok kết nối trực tiếp với Port 8000, thiết bị khởi tạo Sever cục chia sẻ thông tin thông qua Port 8000 Từ Ngrok tạo đường hầm cho phép Port 8000 truyền tải liệu qua Internet có Urls ngẫu nhiên cấp Ngrok Ta sử dụng OpenCv kết nối trực tiếp với Urls từ ta lấy video từ luồng data Nhúng luồng video vào phần mềm ta thu giao diện hình 4.10 42 i CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT LUẬN Sau tìm hiểu thực đề tài, nhóm ứng dụng kiến thức hướng dẫn đưa vào đời sống thu nhận lại khơng kiến thức mẻ Tuy nhiên nhóm gặp nhiều vấn đề q trình thực đề tài nhờ có phát sinh là hội để trau dồi học hỏi và đúc kết kinh nghiệm để hoàn thiện đề tài Kết trình thực đề tài, số vấn đề đưa giải hệ thống điều khiển kết nối với mạng máy tính, chuyển đổi hình ảnh quảng cáo với thời gian tùy ý, hiển thị node lắp đặt biển quảng cáo đồ và thay đổi nội dung biển quảng cáo Bên cạnh đề tài cịn số khuyết điểm: - Chưa xác định tính ổn định thiết kế - Chưa truy xuất hình ảnh camera có cố bất ngờ - Giao diện chưa thân thiện với người dùng - Kích thước ảnh cố định (khi ảnh to nhỏ bị mờ) - Chưa phân tích đến kết thực tế - Chưa thể nhúng GPS để xác định vi trí thiết bị cắp 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN - Xây dựng lại hệ sở liệu có trả phí để tăng tốc độ hệ thống - Thêm chức cho phép người dùng thiết lập hẹn chạy quảng cáo - Thay đổi thành phần phần cứng thành phiên tốt 43 i - Nâng cấp để chạy nhiều nội dung quảng cáo node 44 i TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mai Thị Lan Anh, “Các chuẩn nén ứng dụng truyền video mạng Internet”, Đại học Công nghê, Đại học quốc gia Hà Nội, 2005 [2] Dusty Phillips, Creating Apps in Kyvi: Mobile with Python 1st Edition, April 27, 2014 [3] Houssem Yahiaoui, Firebase Cookbook, November 2017 [4] Gaston C Hillar, Internet of Things with Python, May 20, 2016 [5] S Basu, Learn SQLite with Python in 24 hours For Beginners – Simple, Concise & Easy Guide to using database with Python, May 19, 2021 [6] Ngrok Documentation, https://ngrok.com/docs?fbclid=IwAR1Db4pRxU8O1NTug62wjp7scM49poLI9sPEnA DzK0Rwi3eBQ5dFMFH1OsA, truy cập 25/5/2022 [7] Raspeberry Pi OS, https://www.raspberrypi.com/software/?fbclid=IwAR350lEukmOlBAcfZbCmdUYWE Ls8UV987g-6Bx7zbEeYYatmTYi5C3qgCzI, truy cập 25/5/2022 [8] Anh Vũ, Hồng Lam Hà Thanh, Vinh Hiển, Lê Khơi, Anh Tuấn, “Tìm hiểu chuẩn nén video ITU ứng dụng thực nghiệm”, Đại học Bách Khoa Hà Nội 45 i PHỤ LỤC Mã nguồn video tham khảo: https://github.com/Ktos-Hct/DATN-SPKT-2022.git 46 i i