Nghiên cứu và thi công mô hình cảm biến sử dụng công nghệ 4g trên mô đun sim7000

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG NGHIÊN CỨU VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH CẢM BIẾN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ 4G TRÊN MÔ ĐUN SIM7000 GVHD: THS GVC TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: NGUYỄN PHÚC TẤN PHẠM QUỐC HOÀN SKL009701 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 12/2022 n 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 – Y SINH - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH CẢM BIẾN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ 4G TRÊN MÔ ĐUN SIM7000 GVHD: ThS GVC Trương Ngọc Anh SVTH 1: Nguyễn Phúc Tấn – MSSV: 18161269 SVTH 2: Phạm Quốc Hoàn – MSSV: 18161224 Tp Hồ Chí Minh - 12/2022 n 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 – Y SINH - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH CẢM BIẾN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ 4G TRÊN MÔ ĐUN SIM7000 GVHD: ThS GVC Trương Ngọc Anh SVTH 1: Nguyễn Phúc Tấn – MSSV: 18161269 SVTH 2: Phạm Quốc Hoàn – MSSV: 18161224 Tp Hồ Chí Minh - 12/2022 i n TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỆT NAM BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Độc lập - Tự - Hạnh phúc Y SINH Tp HCM, ngày 30 tháng năm 2022 NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: Nguyễn Phúc Tấn Phạm Quốc Hồn Điện tử viễn thơng Đại học quy 2018 MSSV: 18161269 MSSV: 18161224 Mã ngành: 161 Mã hệ: Lớp: 18161DT2 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH CẢM BIẾN SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ 4G TRÊN MÔ ĐUN SIM7000 II NHIỆM VỤ Nội dung thực hiện: - Tìm hiểu cách thức hoạt động cảm biến sử dụng - Viết chương trình điều khiển cho Arduino, mơ đun sim 7000, nạp code chạy thử nghiệm sản phẩm - Viết chương trình gửi liệu từ cảm biến Arduino lưu sở liệu MySQL - Thiết kế giao diện WEB hiển thị liệu nhận từ sở liệu MySQL - Thiết kế mô hình hệ thống cảm biến - Thi cơng phần cứng, chạy thử nghiệm hiệu chỉnh hệ thống - Viết báo cáo thực - Bảo vệ luận văn III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 26/09/2022 05/01/2023 ThS GVC Trương Ngọc Anh BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii n TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỆT NAM BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Độc lập - Tự - Hạnh phúc Y SINH Tp HCM, ngày 30 tháng 09 năm 2022 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Phúc Tấn Lớp: 18161DT2 MSSV: 18161269 Họ tên sinh viên 2: Phạm Quốc Hoàn Lớp: 18161DT2 MSSV: 18161224 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH CẢM BIẾN SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ 4G TRÊN MÔ ĐUN SIM7000 Tuần/ngày Tuần (26/09 – 2/10) Tuần (3/09 – 13/03) Nội dung Xác nhận GVHD Gặp gỡ GVHD trao đổi đề tài tốt nghiệp Chọn mơ hình thực hiện, chọn linh kiện Tìm hiểu đề tài liên quan Tìm hiểu pin mặt trời tính tốn cơng suất tiêu thụ Tìm hiểu, lập trình mơ đun sim + Arduino Tuần (10/10 – 16/10) Tuần 4,5 (17/10 – 30/10) Tuần (31/10 – 6/11) Tuần Lập trình, kết nối cảm biến vào Arduino Tìm hiểu mạch sạc pin Tìm hiểu ngơn ngữ HTML, CSS, PHP Thiết kế giao diện WEB sử dụng ngơn ngữ PHP Lập trình gửi liệu từ cảm biến thu lên MySQL Hoàn thiện hệ thống (7/11 – 13/11) Tuần (14/11 – 20/11) Tuần Nộp báo cáo tiến độ khóa luận tốt nghiệp Kiểm tra cân chỉnh hệ thống Vẽ in mạch PCB (21/11 – 27/11) iii n Tuần 10,11 (28/11 – 11/12) Tuần 12 Tiến hành thi công mạch, kiểm tra mạch thi công Tiến hành làm mơ hình hồn thiện (12/12 – 18/12) Tuần 13 Viết báo cáo nội dung làm (19/12 – 25/12) Tuần 14 (26/12 – 1/1) Hoàn thiện báo cáo gởi cho GVHD xem xét lần cuối trước in Nộp khóa luận tốt nghiệp GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iv n LỜI CAM ĐOAN Đề tài nhóm chúng tơi tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Nếu có gian lận xin chịu trách nhiệm nội dung đồ án Nhóm thực đề tài Nguyễn Phúc Tấn Phạm Quốc Hoàn v n LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS GVC Trương Ngọc Anh nhiệt tình giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm để em hoàn thiện đề tài cách tốt Em xin chân thành bày tỏ lịng cảm ơn thầy khoa Điện điện tử tận tình dạy bảo bổ sung kiến thức tảng chuyên môn để tạo sở cho em hoàn thành tốt đề tài Cảm ơn ba mẹ người thân tin tưởng, ủng hộ suốt trình thực đề tài Cảm ơn bạn sinh viên khoa Điện điện tử hỗ trợ chia sẻ kinh nghiệm, kiến thức thời gian thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực đề tài Nguyễn Phúc Tấn Phạm Quốc Hồn vi n MỤC LỤC Khóa luận tốt nghiệp i Nhiệm vụ khóa luận tốt nghiệp ii Lịch trình thực khóa luận tốt nghiệp iii Lời cam đoan .v Lời cảm ơn vi Mục lục vii Liệt kê hình vẽ .x Liệt kê bảng xiii Tóm tắt xiv CHƯƠNG TỔNG QUAN .1 Đặt vấn đề Mục tiêu Mội dung nghiên cứu Giới hạn .2 Bố cục CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Lịch sử phát triển mạng di động .4 2.1.1 Mạng 1G .4 2.1.2 Mạng 2G .4 2.1.3 Mạng 3G .5 2.1.4 Mạng 4G .5 2.1.5 Mạng 5G .6 Giới thiệu phần cứng 2.2.1 Tổng quan mô đun sim A7670C-LASS vii n 2.2.2 Tổng quan Arduino Nano 11 2.2.3 Tổng quan mô đun giảm áp Buck DC-DC LM2596 3A 14 2.2.4 Tổng quan mạch chuyển mức logic kênh 15 2.2.5 Tổng quan mạch sạc pin 18650 2S 16 2.2.6 Tổng quan cảm biến DHT11 18 2.2.7 Tổng quan cảm biến BH1750 20 2.2.8 Tổng quan cảm biến chuyển động HCSR 501 22 2.2.9 Tổng quan cảm biến tốc độ gió SEN0170 24 2.2.10 Tổng quan cảm biến khí gas MQ2 26 2.2.11 Tổng quan cảm biến phát lửa 27 2.2.12 Tổng quan pin mặt trời 29 2.2.13 Tổng quan pin lithium 31 Giới thiệu phần mềm .33 2.3.1 Tìm hiểu web server 33 2.3.2 Giới thiệu HTML, CSS, PHP 35 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 39 Giới thiệu .39 Tính toán thiết kế hệ thống 39 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 39 3.2.2 Tính tốn thiết kế mạch 41 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 54 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 56 Giới thiệu .56 Thi công hệ thống 56 4.2.1 Thi công bo mạch 56 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 60 viii n CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5-10 Mơ hình hoạt động Giải thích: Lúc có chuyển động đèn sáng 100% cơng suất Hình 5-11 Dữ liệu mơ hình gửi lên web Giải thích: Trạng thái cảm biến chuyển động cập nhật web BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH n 91 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5-12 Mơ hình hoạt động Giải thích: Khi gỡ dây cấp nguồn cho đèn đèn hở mạch mơ hình gửi trạng thái đèn hỏng lên web Hình 5-13 Dữ liệu mơ hình gửi lên web Giải thích: Trạng thái đèn hỏng gửi lên web BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH n 92 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5-14 Dữ liệu mơ hình gửi lên web Giải thích: Dữ liệu cảm biến nhiệt độ-độ ẩm, tốc độ gió cập nhật web Hình 5-15 Đo điện áp pin mặt trời mơ hình Giải thích: Kiểm tra điện áp pin mặt trời VOM che pin lại BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH n 93 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5-16 Dữ liệu mơ hình gửi lên web Giải thích: Điện áp đo từ mạch đo áp 3.95V gửi lên web Hình 5-17 Đo điện áp pin mặt trời mơ hình Giải thích: Điện áp pin mặt trời đo VOM BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH n 94 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5-18 Dữ liệu mơ hình gửi lên web Giải thích: Điện áp mạch đo áp đo 18.94V gửi lên web Mạch đo áp đo điện áp lớn có sai số khoảng 0.5V Hình 5-19 Mơ hình BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH n 95 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5-20 Mơ hình hoạt động Giải thích: Khi cấp nguồn mơ hình hoạt động, led nguồn sáng Hình 5-21 Dữ liệu mơ hình gửi lên web Giải thích: Các giá trị cảm biến gửi lên web BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH n 96 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5-22 Mơ hình hoạt động Giải thích: Khi cảm biến khí gas phát có khí gas cảnh báo led vàng gửi tin nhắn điện thoại Hình 5-23 Dữ liệu mơ hình gửi lên web Giải thích: Trên web liệu cập nhật có báo động phát khói BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH n 97 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5-24 Mơ hình hoạt động Giải thích: Cảm biến phát có lửa cảnh báo chng led đỏ Đồng thời gửi tin nhắn điện thoại Hình 5-25 Dữ liệu mơ hình gửi lên web Giải thích: Dữ liệu cập nhật có báo động phát lửa BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH n 98 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5-26 Giao diện đăng nhập Chú thích: 1: Tài khoản đăng nhập 2: Mật đăng nhập 3: Nút đăng nhập Mặc định tài khoản, mật admin Hình 5-27 Giao diện BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH n 99 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 4: Tên đề tài 5: Tên nhóm sinh viên thực 6: Nút đăng xuất 7: Tên mơ hình 8: Bảng giá trị đo từ cảm biến thời gian cập nhật lần cuối 9: Hai nút xuất tập tin excel tương ứng với mô hình thời gian chọn xuất tập tin liệu 10: Nút chi tiết giúp vào giao diện chi tiết Hình 5-28 Tập tin excel trích xuất từ web Giải thích: Dữ liệu mơ hình lưu server tải theo dõi dạng tập tin excel BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH n 100 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5-29 Giao diện chi tiết 11: Thời gian cập nhật liệu 12: Nhiệt độ đo từ cảm biến 13: Độ ẩm đo từ cảm biến 14: Tốc độ gió đo từ cảm biến 15: Trạng thái chuyển động cảm biến chuyển động 16: Điện áp đo từ pin mặt trời 17: Trạng thái đèn led chiếu sáng 18: Trạng thái cảm biến lửa 19: Trạng thái cảm biến khói 20: Cường độ ánh sáng đo từ cảm biến ánh sáng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH n 101 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ  Nhận xét: - Hiển thị đầy đủ thông tin cảm biến - Mơ hình sạc pin từ pin lượng mặt trời - Gửi liệu cảm biến từ mơ hình lên server qua mạng 4G/LTE - Trích xuất liệu từ web - Mơ hình có độ trễ định thời gian gửi liệu lên server khoảng đến giây - Thiết kế web có đăng nhập ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG Ưu điểm: - Mơ hình sử dụng mạng 4G/LTE từ mô đun sim để gửi liệu nên không phụ thuộc vào wifi - Mô hình dễ dàng lắp đặt vận chuyển - Led chiếu sáng có nhiều chế độ điều khiển - Mơ hình có sử dụng pin lượng mặt trời - Dữ liệu hệ thống trích xuất được, dùng phân tích dự báo - Người dùng giám sát hệ thống từ xa thơng qua web điện thoại máy tính Nhược điểm: - Tốc độ đáp ứng mơ hình cịn chậm (gửi liệu lên server khoảng 7-8 giây) - Không giám sát trạng thái mô đun sim - Web chưa kiểm tra trạng thái mơ hình (gặp cố, tắt hay hoạt động) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH n 102 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN KẾT LUẬN Từ mục tiêu nghiên cứu thi công mô hình cảm biến sử dụng cơng nghệ 4G mơ đun sim Nhóm em tìm hiểu thi cơng hai mơ hình gồm mơ hình dùng cảm biến chuyển động để điểu khiển chiếu sáng đèn, đo lường thơng số mơi trường tốc độ gió, nhiệt độ-độ ẩm mơ hình đo nhiệt độ-độ ẩm, khói, lửa, cường độ sáng mặt trời cảnh báo thơng qua đèn led, chng Hai mơ hình gửi liệu lên web thông qua mạng 4G/LTE từ mơ đun sim Để hồn thành tốt đề tài nhóm em tìm hiểu tài liệu, vận dụng kiến thức học, trao đổi với giảng viên hướng dẫn chia sẻ kinh nghiệm hỗ trợ nhiệt tình từ thầy Nhờ nhóm em hồn thành mục tiêu mà đề tài đặt  Mơ hình dùng mạng 4G/LTE mơ đun sim gửi liệu lên web  Mơ hình dễ dàng tháo ráp vận chuyển  Sử dụng ngôn ngữ HTML, CSS, PHP lập trình web  Web hiển thị đầy đủ thơng tin cảm biến  Trích xuất liệu từ web HƯỚNG PHÁT TRIỂN Nghiên cứu giải pháp cải thiện tốc độ truyền liệu nhanh Hai mơ hình đề tài dựa theo mơ hình đèn đường kết hợp trạm quan trắc trạm báo cháy nên thêm cảm biến đo chất lượng khơng khí, cảm biến bụi, cảm biến đo xạ mặt trời, cảm biến O2, cảm biến O3… để mơ hình hồn thiện BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH n 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo [1] Lê Trọng Hồng, Võ Đình Ln, “Thiết kế thi cơng hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm, cường độ gió, cường độ sáng, qua sms dùng nguồn pin sạc lượng mặt trời”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2019 [2] Nguyễn Trường Duy, Võ Đức Dũng, Nguyễn Thanh Hải, “Giáo trình: Kỹ thuật số”, Trường ĐHSPKT, Tp.HCM, Nhà xuất ĐH Quốc Gia, Tp.HCM, 2018 [3] PGS TS Trần Thu Hà - ThS Trương Thị Bích Ngà - TS Nguyễn Thị Lưỡng - ThS Bùi Thị Tuyết Đan - ThS Phù Thị Ngọc Hiếu - ThS Dương Thị Cẩm Tú, “Giáo trình Điện tử bản”, NXB Đại Học Quốc Gia Tp.HCM, 2013 Website tham khảo [4] Anh Cao, “Thủ tướng Chính phủ phê duyệt "Chương trình Chuyển đổi số quốc gia đến năm 2025, định hướng đến năm 2030”, 2022 [5] Givasolar, “Pin mặt trời điều cần biết”, 2022 [6] Freesolar, “Công suất pin lượng mặt trời & cách tính cụ thể nhất”, 2022 [7] SIMCOM, “https://www.simcom.com/product/A7670X.html”,2022 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH n 104 S n K L 0