Báo cáo môn học công nghệ phần mềm nhúng đề tài bảng led hiển thị chữ

HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO MÔN HỌC CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM NHÚNG Đề tài: BẢNG LED HIỂN THỊ CHỮ Giảng viên hướng dẫn: Th.s Lê Đức Thuận Nhóm sinh viên thực hiện: Bùi Quốc Việt Anh – CT040103 Lê Gia Lực – CT040130 Phạm Trung Hiếu – CT040119 Nhóm Hà Nội, 2022 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, nhu cầu thông tin quảng cáo lớn, việc áp dụng phương tiện kĩ thuật vào lĩnh vực cần thiết Khi bạn đến nơi công cộng, bạn dễ dàng bắt gặp áp phích quảng cáo điện tử chạy theo hướng khách với nhiều hình ảnh màu sắc ấn tượng Từ yêu cầu môn học kĩ thuật Công nghệ phần mềm nhúng, chúng em định chọn đề tài cho tập lớn môn học Thiết kế bảng LED hiển thị chữ Khi đề tài mở rộng có khả ứng dụng thực tiễn lớn Nói tóm lại, thời đại bùng nổ thơng tin nay, khả ứng dụng tiền lực phát triển hệ thống lớn, đặc biệt Việt Nam, hệ thống cịn ít, hầu hết nhập từ nước với giá thành cao Trong trình thực đề tài chúng em nhận bảo, hướng dẫn thầy giáo Lê Đức Thuận Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy mong nhận lời góp ý đề tài ngày hồn thiện MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU THIẾT KẾ BẢNG LED HIỂN THỊ CHỮ .2 DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan đề tài 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Mục tiêu - Giải pháp 1.1.3 Đối tượng nghiên cứu phạm vi đề tài 1.1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 1.1.3.2 Phạm vi đề tài .8 1.2 Giới thiệu Node MCU 1.2.1 Giới thiệu chung 1.2.2 Thông số kỹ thuật 1.3 Module Hiển Thị Led Ma Trận MAX7219 1*4 hình chữ nhật 1.3.1 Giới thiệu chung 10 1.3.2 Thông số kỹ thuật 10 1.4 Giới thiệu nguồn Micro USB 11 1.4.1 Giới thiệu chung 11 1.4.2 Thông số kỹ thuật 12 1.4.3 Nguyên lý hoạt động .12 CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 13 2.1 Khảo sát đề tài .13 2.1.1 Giới thiệu chung hệ thống 13 2.1.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến trồng .13 2.1.3 Khảo sát ảnh hưởng độ ẩm đất đến trồng 13 2.2 Phân tích hệ thống 13 2.2.1 Tổng quát hệ thống tưới 13 2.2.2 Nắm bắt yêu cầu thiết kế hệ thống tưới 13 2.3 Các chức cần có hệ thống .13 2.4 Phân tích kiến trúc 13 2.4.1 Sơ đồ mạch điện tử 13 2.4.2 Cấu tạo phân tích 13 2.5 Phân tích ca sử dụng .14 2.5.1 Biểu đồ ca sử dụng mức tổng quát 14 2.5.2 Biểu đồ ca sử dụng mức chi tiết 15 2.5.3 Đặc tả ca sử dụng 15 2.5.3.1 Đặc tả ca sử dụng kích hoạt hệ thống 15 2.5.3.2 Đặc tả ca cập nhật độ sáng 16 2.5.3.3 Đặc tả ca sử dụng cập nhật tốc độ chữ .17 2.5.3.4 Đặc tả ca sử dụng cập nhật hiệu ứng chữ 18 2.5.3.5 Đặc tả ca sử dụng cập nhật chữ 19 2.5.3.6 Đặc tả ca sử dụng cập nhật nội dung 20 2.5.3.7 Đặc tả ca sử dụng tiếp nhận liệu xử lý 21 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 21 DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Đầy đủ Ý nghĩa IoT Internet of Thing Internet vạn vật MQTT Message Transport MCU Micro Controller Unit Hệ thống vi điều khiển ARM Advanced RISC Machine Một loại cấu trúc vi xử lý 32 bit 64 bit kiểu RISC sử dụng rộng rãi thiết kế nhúng CPU Central Processing Unit Bộ xử lí trung tâm LCD Liquid crystal display Màn hình tinh thể lỏng TCP Transmission Control Protocol Giao thức kiểm soát truyền tải Queuing Telemetry Là giao thức gởi dạng publish/subscribe CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan đề tài 1.1.1 Đặt vấn đề Ở nước ta, mơ hình trồng xanh, trồng hoa… nhà kính ngày biết đến nhiều phát triển rộng rãi Hoặc xét phạm vi nhỏ cảnh hay khu vườn ban công, sân thượng nhà Tuy nhiên, công tác hay du lịch xa nhà bị héo, bị chết thiếu nước Hay muốn bổ sung lượng phân bón định việc ước lượng tay khơng thể xác máy móc Do đó, dựa nhu cầu người bùng nổ công nghệ thúc đẩy nghiên cứu tạo mơ hình tự động đáp ứng điều kiện chăm sóc trồng 1.1.2 Mục tiêu - Giải pháp Tạo hệ thống tự động chăm sóc trồng bao gồm tưới tiêu chiếu sáng Nó tự động tưới nước, đo độ ẩm, nhiệt độ … đặt lịch tưới nước theo ý muốn người dùng - Ưu điểm: + Dễ sử dụng, giao diện thân thiện người dùng + Tiết kiệm nước, sử dụng xác lượng nước cần tưới + Tiết kiệm sức lao động người nâng cao suất + Nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển đến vị trí khác phù hợp với loại + Dễ dàng đặt lịch tưới nước theo ý muốn thông qua trang web - Nhược điểm: + Thời gian nghiên cứu có hạn nên chưa thể đưa nhiều chức + Các chức có lỗi tiềm ẩn + Chi phí trang thiết bị cịn cao 1.1.3 Đối tượng nghiên cứu phạm vi đề tài 1.1.3.1 Đối tượng nghiên cứu - Các loại trồng nói chung - Hệ thống tưới nước tự động 1.1.3.2 Phạm vi đề tài Nghiên cứu cối trồng khuôn viên gia đình, sở sản xuất rau xanh địa phương 1.2 Giới thiệu Node MCU 1.2.1 Giới thiệu chung NodeMCU phần mềm nguồn mở dựa Lua bảng phát triển nhắm mục tiêu đặc biệt cho Ứng dụng dựa IoT Nó bao gồm phần sụn chạy ESP8266 Wi-Fi SoC Espressif Systems phần cứng dựa mô-đun ESP12 Hình 1.1 Mơ hình Node MCU 1.2.2 Thơng số kỹ thuật Chip : ESP8266EX WiFi : 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n Điện áp hoạt động : 3.3 V Điện áp vào : 5V thông qua cổng USB Số chân I/O : 11 Số chân ADC : 1(điện áp vào tối đa 3.3V) Bộ nhớ Flash : 4MB Giao tiếp : Cable Micro USB Hỗ trợ bảo mật : WPA/WPA2 Tích hợp giao thức : TCP/IP Bảng 1.1 Thơng số kỹ thuật Node MCU 1.3 Module Hiển Thị Led Ma Trận MAX7219 1*4 hình chữ nhật 1.3.1 Giới thiệu chung Mạch hiển thị led ma trận MAX7219 bao gồm led ma trận điều khiển IC MAX7219 tương tự 74HC595 chuyên dùng cho ứng dụng Led Driver Mạch hiển thị led ma trận MAX7219 có ngõ vào tín hiệu nối tiếp, ghi dịch chuyển tín hiệu nên cần GPIO để điều khiển, IC MAX7219 cịn có đệm Static RAM 8x8 giúp cho việc hiển thị trở nên mượt hơn, mạch có khả nối tiếp thêm nhiều mạch tiếp sau cổng nối tiếp tín hiệu đầu cần Hình 1.2 Module hiển thị led ma trận MAX7219 1.3.2 Thông số kỹ thuật Điện áp hoạt động : 5V 10 Cấu trúc : Led Matrix 8x8 (Cathode chung) , IC MAX7219 IC : MAX7219 Chuẩn giao tiếp : SPI Kích thước : 6.3 x 3.5 x 1.5 Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật Module hiển thị led ma trận MAX7219 1.4 Giới thiệu nguồn Micro USB 1.4.1 Giới thiệu chung Adapter hay gọi điều hợp, thiết bị giúp chuyển đổi thuộc tính vốn có thiết bị điện tử khơng tương thích thành tương thích Đặc biệt, người dùng chuyển đổi thiết bị điện tử dòng điện… - Bộ nguồn Adapter giúp cung cấp nguồn điện thích hợp cho tất thiết bị điện tử hoạt động ổn định - Ngồi việc cung cấp nguồn điện Adapter cịn sạc pin cho thiết bị điển hình có lẽ pin cho laptop - Tùy vào thiết bị khác mà Adapter cho công suất định, ví dụ với laptop có hình lớn khoảng 14 inch tiêu thụ nguồn điện lớn 5A, 7A hay 12A Cịn với thiết bị nhỏ ví dụ smartphone hay camera quan sát adapter có cơng suất 1,5A, 3,5A đủ 11 Hình 1.4 Adapter 1.4.2 Thông số kỹ thuật Nguồn điện : 220VAC Điện áp : 5VDC-2A Kích thước chân cắm : 5.5 mm x 2.1mm Chiều dài dây : 1.5M Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật Adapter 1.4.3 Nguyên lý hoạt động - Bộ nguồn Adapter cho khả cung cấp nguồn điện có điện áp thích hợp với thiết bị điện tử giúp chúng hoạt động ổn định - Khi cắm dây điện Adapter, dòng điện 220V vào dây dẫn đến Adapter, bị giảm áp xuống định mức thiết kế điều hợp để cung cấp cho thiết bị 12 CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Khảo sát đề tài 2.1.1 Giới thiệu chung hệ thống 2.1.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến trồng 2.1.3 Khảo sát ảnh hưởng độ ẩm đất đến trồng 2.2 Phân tích hệ thống 2.2.1 Tổng quát hệ thống tưới 2.2.2 Nắm bắt yêu cầu thiết kế hệ thống tưới 2.3 Các chức cần có hệ thống 2.4 Phân tích kiến trúc 2.4.1 Sơ đồ mạch điện tử Thực giả lập , thiết kế mạch thử proteus Hình 2.2 Sơ đồ mạch điện tử 2.4.2 Cấu tạo phân tích Mạch gồm thiết bị Tên thiết bị Số lượng 13 Node MCU (ESP8266) Led Ma Trận MAX7219 Nguồn 5v Bảng 2.1 Các thiết bị sử dụng hệ thống tưới 2.5 Phân tích ca sử dụng 2.5.1 Biểu đồ ca sử dụng mức tổng quát Hình 2.3 Biểu đồ ca sử dụng tổng 14 2.5.2 Biểu đồ ca sử dụng mức chi tiết 2.5.3 Đặc tả ca sử dụng 2.5.3.1 Đặc tả ca sử dụng kích hoạt hệ thống Use case Kích hoạt hệ thống Tác nhân Người dùng Mô tả Người dùng sử dụng nút bấm on/off Blynk để kích hoạt bảng led Tiền điều kiện 1, Hệ thống khởi động Luồng kiện 1, Actor nhấn nút on/off để bật tắt app 2, Esp8266 kích hoạt bảng led Luồng kiện thay Không Kết Kích hoạt bảng led thành cơng u cầu đặc biệt Khơng Bảng 2.2 Đặc tả ca sử dụng kích hoạt hệ thống 15 2.5.3.2 Đặc tả ca sử dụng cập nhật độ sáng Use case Cập nhật độ sáng Tác nhân Người dùng Mô tả Thay đổi độ sáng mạch led Tiền điều kiện Độ sáng thay đổi Luồng kiện Người dùng thay đổi độ sáng app, mạch led thay đổi độ sáng Luồng kiện thay Không Kết Thay đổi độ sáng thành công Yêu cầu đặc biệt Không Bảng 2.3 Đặc tả ca sử dụng cập nhật độ sáng 16 2.5.3.3 Đặc tả ca sử dụng cập nhật tốc độ chữ Use case Cập nhật tốc độ chữ Tác nhân Người dùng Mô tả Thay đổi tốc độ chữ mạch led Tiền điều kiện Tốc độ chữ thay đổi Luồng kiện Người dùng nhấn thay đổi tốc độ chữ app, mạch led thay đổi tốc độ hiển thị chữ Luồng kiện thay Không Kết Tốc độ chữ thay đổi thành công Yêu cầu đặc biệt Không Bảng 2.4 Đặc tả ca sử dụng cập nhật tốc độ chữ 17 2.5.3.4 Đặc tả ca sử dụng cập nhật hiệu ứng chữ Use case Thiết lập thời gian tưới Tác nhân Người dùng Mô tả Thiết lập trạng thái, hiệu ứng led chạy mạch led Tiền điều kiện Hiệu ứng hiển thị led thay đổi Luồng kiện Người dùng chọn trạng thái chữ app, sau hiệu ứng led thay đổi Luồng kiện thay Không Kết Hiệu ứng led thay đổi thành công Yêu cầu đặc biệt Không Bảng 2.5 Đặc tả ca sử dụng cập nhật hiệu ứng chữ 18 2.5.3.5 Đặc tả ca sử dụng cập nhật chữ Use case Cập nhật chữ Tác nhân Người dùng Mô tả Chữ mạch led trái/phải Tiền điều kiện Chữ led chỉnh Luồng kiện Người dùng chọn chữ app, sau chữ led thay đổi Luồng kiện thay Không Kết Căn chữ mạch led thành công Yêu cầu đặc biệt Không Bảng 2.6 Đặc tả ca sử dụng cập nhật chữ 19 2.5.3.6 Đặc tả ca sử dụng cập nhật nội dung Use case Cập nhật nội dung Tác nhân Người dùng Mô tả Nội dung bảng led thay đổi Tiền điều kiện Đã thay đổi nội dung bảng led Luồng kiện Người dung thay đổi nội dung chữ app, sau chữ mạch led thay đổi Luồng kiện thay Không Kết Nội dung mạch led thay đổi Yêu cầu đặc biệt Không Bảng 2.7 Đặc tả ca sử dụng cập nhật nội dung 2.5.3.6 Đặc tả ca sử dụng tiếp nhận liệu xử lý 20 Use case Tiếp nhận liệu xử lý Tác nhân App Blynk Mô tả App tiếp nhận liệu xử lý Tiền điều kiện App tiếp nhận liệu Luồng kiện Người dùng chọn button thay đổi hiệu ứng mạch sau app tiếp nhận xử lý liệu Luồng kiện thay Không Kết Mạch led cập nhật theo yêu cầu người dùng Yêu cầu đặc biệt Không Bảng 2.7 Đặc tả ca sử dụng tiếp nhận xử lý CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 21 22 23