Đang tải... (xem toàn văn)
Untitled 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 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN TH[.]
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 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT VÕNG CHO TRẺ EM GVHD: Ths Nguyễn Văn Hiệp SVTH: Võ Lê Công Hậu MSSV: 16141147 SVTH: Hà Gia Kính MSSV: 16141189 Tp Hồ Chí Minh – 8/2020 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 - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT VÕNG CHO TRẺ EM GVHD: Ths Nguyễn Văn Hiệp SVTH: Võ Lê Cơng Hậu MSSV: 16141147 SVTH: Hà Gia Kính MSSV: 16141189 Tp Hồ Chí Minh – 8/2020 i LỜI CAM ĐOAN Đề tài nhóm chúng em tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Võ Lê Cơng Hậu vi Hà Gia Kính LỜI CẢM ƠN Lời chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy cô giáo Bộ môn Điện Tử- Y Sinh nói riêng thầy giáo Khoa Điện – Điện Tử nói chung nhiệt tình giúp đỡ chúng em kiến thức liên quan tới lĩnh vực nghiên cứu đề tài thời gian thực đề tài, kiến thức mà thầy cô truyền đạt cho chúng em suốt thời gian học tập trường Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn thầy Nguyễn Văn Hiệp tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, cung cấp kiến thức quan trọng tạo điều kiện thuận lợi thời gian thực đề tài Chúng em gửi lời cảm ơn ba mẹ người thân đồng hành động viên suốt trình thực đề tài Chúng em gửi lời đồng cảm ơn đến bạn lớp 16141DT chia sẻ trao đổi kiến thức kinh nghiệm quý báu trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Võ Lê Công Hậu Hà Gia Kính vii MỤC LỤC TRANG BÌA i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv LỜI CAM ĐOAN vi LỜI CẢM ƠN vii MỤC LỤC viii LIỆT KÊ HÌNH VẼ xi LIỆT KÊ BẢNG xiv TÓM TẮT xv Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .2 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT .4 2.1 CÁC LOẠI VÕNG TRẺ EM TRÊN THỊ TRƯỜNG .4 2.1.1 Võng trẻ em truyền thống 2.1.2 Võng tự động cho trẻ em 2.1.3 Võng tự động cho trẻ em cải tiến 2.2 ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG PWM 2.2.1 Giới thiệu 2.2.2 Nguyên lý điều chế độ rộng xung PWM 10 2.2.3 Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM: 11 2.2.4 Ứng dụng 11 2.3 TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU QUA WI-FI 11 2.3.1 Giới thiệu 11 viii 2.3.2 Nguyên tắc hoạt động 12 2.3.3 Một số chuẩn kết nối 12 2.4 TẠO CƠ SỞ DỮ LIỆU TRỰC TUYẾN VỚI FIREBASE 14 2.4.1 Giới thiệu Firebase 14 2.4.2 Các chức Firebase 15 2.4.3 Firebase Realtime Database .16 2.5 TỔNG QUAN HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 18 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 20 3.1 GIỚI THIỆU 20 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 20 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 20 3.2.2 Tính tốn thiết kế mạch điều khiển .22 3.2.3 Tính tốn thiết kế sở liệu trực tuyến 38 3.2.4 Thiết kế ứng dụng di động 39 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG .44 4.1 GIỚI THIỆU 44 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 44 4.2.1 Thi công bo mạch điều khiển 44 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 47 4.3 ĐĨNG GĨI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 48 4.3.1 Đóng gói mạch điều khiển .48 4.3.2 Đóng gói mạch camera 51 4.3.3 Thi cơng mơ hình .53 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG .57 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 57 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 66 4.4.3 Phần mềm lập trình cho ứng dụng di động 70 ix 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 72 4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng .72 4.5.2 Quy trình thao tác .72 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 84 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 84 5.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ .89 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 91 6.1 KẾT LUẬN .91 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 x LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình vẽ Trang Hình 2.1 Võng truyền thống cho trẻ em Hình 2.2 Võng tự động cho trẻ em thị trường .6 Hình 2.3 Nôi võng thông minh cải tiến Hình 2.4 Đồ thị dạng xung điều chế PWM .10 Hình 2.5 Kết nối wifi thiết bị .12 Hình 2.6 Các chuẩn kết nối wifi .13 Hình 2.7 Hệ thống sở liệu Realtime Firebase 15 Hình 2.8 Tạo Project Firebase 16 Hình 2.9 Mơ hình liệu Firebase Realtimer Database 17 Hình 2.10 Logo biểu tượng hệ điều hành Android 18 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 21 Hình 3.2 Sơ đồ chân NodeMCU ESP8266 .23 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm .24 Hình 3.4 Sơ đồ chân DFPlayer DFR0299 26 Hình 3.5 Sơ đồ kết nối khối phát nhạc 27 Hình 3.6 Module điều khiển động L298 28 Hình 3.7 Sơ đồ kết nối khối điều khiển motor 29 Hình 3.8 Sơ đồ chân ESP32-CAM 31 Hình 3.9 Sơ đồ nối dây khối Camera .31 Hình 3.10 Adapter 12V .34 Hình 3.11 Module hạ áp XL4005 .35 Hình 3.12 Nguồn dự phịng 12V .36 Hình 3.13 Sơ đồ nối dây khối nguồn 36 Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 37 Hình 3.15 Mơ hình sở liệu Realtime Database 39 Hình 3.16 Màn hình ứng dụng 40 Hình 3.17 Bố cục hình phụ 41 Hình 3.18 Bố cục hình phụ 42 Hình 3.19 Bố cục hình phụ 43 xi Hình 4.1 Sơ đồ bố trí linh kiện mạch điều khiển .45 Hình 4.2 Mạch in PCB lớp .46 Hình 4.3 Mặt mạch .48 Hình 4.4 Lắp pin vào hộp 49 Hình 4.5 Bố trí mạch điều khiển module điều khiển động vào hộp 50 Hình 4.6 Mặt trước nắp hộp .51 Hình 4.7 Bố trí module ESP32-CAM vào hộp 52 Hình 4.8 Hộp camera hồn thiện 53 Hình 4.9 Mặt võng 54 Hình 4.10 Mơ hình nhìn từ ngồi vào .56 Hình 4.11 Lưu đồ chương trình mạch điều khiển 58 Hình 4.12 Lưu đồ chương trình chờ reset 59 Hình 4.13 Chương trình kiểm tra nút nhấn 60 Hình 4.14 Chương trình điều khiển tốc độ động 61 Hình 4.15 Lưu đồ chương trình phát nhạc 62 Hình 4.16 Lưu đồ chương trình cho ESP32-CAM 64 Hình 4.17 Lưu đồ cho ứng dụng di động 65 Hình 4.18 Logo phần mềm Arduino IDE 66 Hình 4.19 Giao diện download phần mềm lập trình Arduino 67 Hình 4.20 Giao diện phần mềm Arduino IDE 68 Hình 4.21 Thêm thư viện cho Arduino IDE .68 Hình 4.22 Chọn board cần nạp 69 Hình 4.23 Biên dịch nạp chương trình 69 Hình 4.24 Tạo Project mong muốn 70 Hình 4.25 Giao diện thiết kế .71 Hình 4.26 Lập trình chức 71 Hình 4.27 Quy trình thao tác điều khiển hệ thống 73 Hình 4.28 Thiết lập Wifi cho lần đầu kết nối 74 Hình 4.29 Giao diện đăng nhập app 75 Hình 4.30 Giao diện hình giới thiệu 76 Hình 4.31 Hình hình điều khiển 77 xii Hình 4.32 Các nút chức hình điều khiển 78 Hình 4.33 Màn hình điều khiển tốc độ động 79 Hình 4.34 Màn hình điều khiển phát nhạc 80 Hình 4.35 Chọn hát .81 Hình 4.36 Giao diện xem camera 82 Hình 4.37 Mặt trước hộp điều khiển 83 Hình 5.1 Hình ảnh mơ hình thực tế 85 Hình 5.2 Giao diện đăng nhập ứng dụng 86 Hình 5.3 Giao diện điều khiển động 87 Hình 5.4 Giao diện điều khiển phát nhạc 88 Hình 5.5 Giao diện xem camera 89 xiii Chương 4.THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 4.33 Màn hình điều khiển tốc độ động c Màn hình điều khiển động Tại hình điều khiển động ta xem mức tốc độ động chạy Phía nút tăng giảm tốc độ: Tăng tốc, giảm tốc App có chứng cài cách nhập thời gian (đơn vị phút) vào ô “Cài giờ” nhấn “Bắt đầu” sau đếm hết thời gian, võng ngừng đưa Người dùng hủy hẹn cách nhấn “Dừng” BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 79 Chương 4.THI CƠNG HỆ THỐNG d Màn hình điều khiển phát nhạc Hình 4.34 Màn hình điều khiển phát nhạc Tại hình phát nhạc, người dùng thự thao tác phát nhạc thông thường Next, Prev, Pause/Play, Tăng/giảm âm lượng Ngồi cịn chọn hát cụ thể cách mở Playlist chọn hát mong muốn BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 80 Chương 4.THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.35 Chọn hát e Màn hình xem camera Màn hình xem camera ban đầu có nút nhấn: Thoát, Xem, Reset khung hiển thị địa IP camera Khi camera chưa kết nối Wifi, khung địa IP để trống Sau camera kết nối thành công với wifi sở liệu, địa IP camera gửi lên hiển thị ứng dụng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 81 Chương 4.THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 4.36 Giao diện xem camera Sau ứng dụng nhận hiển thị địa IP camera, nhấn xem để đến trình duyệt xem camera Nhấn “Reset” để gửi lệnh reset cho camera, đồng thời xóa địa IP hiển thị Trong trường hợp khơng có nhu cầu điều khiển từ xa khơng có điện thoại, ta điều khiển trực tiếp nút nhấn hộp điều khiển BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 82 Chương 4.THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.37 Mặt trước hộp điều khiển Trên hộp điều khiển có nút nhấn: - Tăng tốc, Giảm tốc: điều khiển tăng giảm tốc độ, tốc độ có mức, lần nhấn tăng giảm mức - NEXT, PREV: Tiến lùi hát - RESET: reset tồn hệ thống Trên hộp có led báo hiệu nguồn, led sáng nguồn đủ cung cấp cho hệ thống, led khơng sáng nguồn yếu, cần cắm sạc BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 83 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu thực đề tài với hướng dẫn thầy Nguyễn Văn Hiệp, nhóm em hồn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế thi công hệ thống điều khiển giám sát võng trẻ em” Sau đề tài này, nhóm em tích lũy nhiều kiến thức, kỹ như: Nghiên cứu lập trình sử dụng vi điều khiển ESP8266: cài đặt thông số Wifi, truyền nhận liệu với Database qua wifi Nghiên cứu sử dụng chức giao tiếp với ngoại vi vi điều khiển: PWM, ADC, UART Nghiên cứu điều khiển động DC PWM Nghiên cứu sử dụng module ESP32-CAM: cài đặt wifi cho module, lấy địa IP, đưa hình ảnh camera lên web, ứng dụng Android Có khả tự thiết kế thi công mạch điện phần mềm Altium Designer, biết kiểm tra khác phục lỗi thi công mạch điện * Kết thực nghiệm từ mơ hình: BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP- Y SINH 84 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.1 Hình ảnh mơ hình thực tế Mơ hình thực tế gồm camera có giá đỡ gắn khung võng, motor đưa võng móc trược tiếp lên lưới võng, hộp điều khiển với nút nhấn, loa, led báo nguồn tích hợp pin bên Chức hệ thống điều khiển quan sát ứng dụng Android BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 85 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.2 Giao diện đăng nhập ứng dụng Ứng dụng có khả bảo mật yêu cầu người dùng nhập mật BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 86 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.3 Giao diện điều khiển động Trên giao diện điều khiển động ta thao tác với nút nhấn, quan sát tốc độ thời gian đếm ngược Bất người dùng mở ứng dụng, pin võng hết ứng dụng phát thông báo kèm âm rung BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 87 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.4 Giao diện điều khiển phát nhạc Giao diện phát nhạc nút nhấn điều khiển hiển thị mức âm lượng thay đổi Khi mức pin yếu so với mức định trứớc thông báo võng hết pin nhấp nháy liên tục pin cắm sạc BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 88 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.5 Giao diện xem camera Khi chọn mở xem camera ứng dụng tự mở trình duyệt tới địa mà camera stream, góc ảnh camera quay vào trung tâm võng nơi em bé nằm 5.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ Sau thời gian nghiên cứu để thiết kế thi cơng đề tài chúng em hồn thành, nhóm chúng em xin tự nhận xét đề tài sau: Sản phẩm có tính ứng dụng thực tế, dễ sử dụng, phù hợp với nhiều đối tượng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 89 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Sản phẩm mô hình đạt yêu cầu đưa ban đầu, đạt 95% u cầu Mơ hình lắp đặt gọn gàng, thẩm mĩ, dễ dàng di chuyển, lắp đặt cho nhiều khung võng khác Mơ hình chắn, sử dụng nguồn pin điện áp nhỏ nên an toàn cho trẻ em Việc truyền nhận liệu ứng dụng với phần cứng hoạt động ổn định, hình ảnh xem camera tương đối rõ, khơng bị nhịe hay đứng hình Tuy nhiên đề tài tồn hạn chế tính tự động hóa chưa cao BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 90 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Dựa vào mục tiêu ban đầu cho đề tài xây dựng hệ thống đưa võng có khả điều khiển tốc độ đưa võng ứng dụng điện thoại thơng qua internet, phát nhạc ru ngủ giám sát hình ảnh qua camera Nhóm thiết kế thi cơng thành cơng hệ thống thực mục tiêu trên, ngồi nhóm cịn bổ sung thêm chức điều khiển trực tiếp nút nhấn, sử dụng nguồn pin có chức báo hết pin Hệ thống đạt yêu cầu mục tiêu hoạt động ổn định, nhiên vần hạn chế hệ thống chưa tự động nhận diện trạng thái ngủ bé để tự động thay đổi tốc độ Tóm lại sau q trình thực đề tài hồn thành mức độ nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển công nghệ IOT vào đời sống Hệ thống hoàn thành mức độ tốt so với yêu cầu đề 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hệ thống phát triển thêm theo hướng xử lý ảnh trí tuệ nhân tạo để hồn thiện Cụ thể dùng xử lý ảnh để xác định tình trạng bé võng: tư nằm, có bị té hay khơng, dùng xử lý âm để biết trẻ có khóc hay khơng Qua liệu thu xử lý để điều chỉnh tốc độ hay hát thích hợp, hay báo động lên ứng dụng Ngồi thêm cảm biến tiện cho việc theo dõi thông số môi trường nhà BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Minh Luân, Lâm Thành Đạt, Thiết kế thi công thiết bị điều khiển nhà thông minh, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2018 [2] Nguyễn Huỳnh Tâm, Huỳnh Đông Thịnh, Thiết kế thi cơng mơ hình ứng dụng IOT vào việc điều khiển thiết bị điện nhà, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2018 [3] Nguyễn Văn Hiệp, Đinh Quang Hiệp, “Giáo trình: lập trình Android Cơ Bản”, NXB Đại Học Quốc Gia 2015 [4] Nguyễn Đình Phú, “Giáo Trình: Vi Xử Lý”, Xuất ĐH Quốc Gia, Tp.HCM, 2016 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 92 S K L 0