(Đồ án hcmute) thiết kế và thi công hệ thống điều khiển các thiết bị điện trong phòng học

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 - TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG PHÒNG HỌC n GVHD: ThS PHAN VÂN HỒN SVTH: HỨA MINH TRÍ TRẦN HỒI LINH SKL009527 Tp Hồ Chí Minh, tháng 8/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HCMUTE HCMUTE n ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG PHỊNG HỌC NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG ( CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ) GVHD: ThS Phan Vân Hoàn SVTH: Hứa Minh Trí 16141087 Trần Hồi Linh 17141099 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 LỜI CAM ĐOAN Sinh viên cam đoan đề tài sinh viên tự thực dựa vào kiến thức tổng quát chuyên ngành Bên cạnh đó, sinh viên tìm hiểu từ nhiều nguồn tài liệu để hoàn thành đề tài Các kết nghiên cứu kết luận báo cáo trung thực, có chép từ nguồn sinh viên thực đề tài xin hoàn toàn chịu trách nhiệm TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 Sinh viên thực đề tài Hứa Minh Trí Trần Hồi Linh n i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày - tháng - năm - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Hứa Minh Trí Trần Hồi Linh Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử truyền thông Giảng viên hướng dẫn: Th.S Phan Vân Hoàn Ngày nhận đề tài: MSSV: 16141087 MSSV: 17141099 Lớp: 16141CLDTB ĐT: 0971462505 Ngày nộp đề tài: Thiết kế thi công hệ thống điều khiển thiết bị phòng học Tên đề tài: n Các số liệu, tài liệu ban đầu: Nội dung thực đề tài: Mục tiêu đề tài xây dựng hệ thống bao gồm hình điều khiển hoạt động thiết bị điện phòng học Các thiết bị điều khiển tay trực tiếp hình TJC quét thẻ admin Điểm danh sinh viên qua RFID lưu trữ sở liệu Mysql Thiết bị điều khiển được hình HMI lưu trữ Sản phẩm: điểm danh sinh viên website GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Hứa Minh Trí MSSV: 16141087 Trần Hồi Linh MSSV: 17141099 Ngành: Công nghệ kỹ thuât điện tử truyền thông Tên đề tài: Thiết kế thi công hệ thống điều khiển thiết bị phòng học Họ tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Phan Vân Hoàn NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: ………… n 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 iii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Hứa Minh Trí MSSV: 16141087 Trần Hồi Linh MSSV: 17141099 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuât điện tử truyền thông Tên đề tài: Thiết kế thi công hệ thống điều khiển thiết bị phòng học Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT n 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 phản biện iv LỜI CẢM ƠN Đồ án Thiết kế thi công hệ thống điều khiển thiết bị phòng học được thực theo yêu cầu Nhà trường không cố gắng cá nhân em mà giúp đỡ, động viên, bảo thầy cô, bạn bè người thân gia đình, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất người Đặc biệt, em xin phép cảm ơn Thầy Phan Vân Hoàn người trực tiếp hướng dẫn đề tài ln dạy, bảo ban tận tình tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian thực đồ án tốt nghiệp Sự tâm huyết, kiến thức kinh nghiệm thầy không giúp cho nhóm hồn thành tốt đề tài mà cịn gương để em học tập noi theo đường sau Bên cạnh đó, em cũng xin cảm ơn thầy cô khoa Đào tạo chất lượng cao, môn Điện tử công nghiệp, anh/chị khóa trước cũng bạn sinh viên khóa nhiệt tình đóng góp ý kiến chia sẽ kinh nghiệm để giúp nhóm hồn thành đề tài n Cuối cùng, dù cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt đảm bảo thời hạn kiến thức hạn hẹp, khả kinh tế không nhiều, chắn sẽ không tránh khỏi thiếu sót, sai lầm, mong Thầy/Cơ bạn sinh viên thông cảm bỏ qua đóng góp ý kiến để nhóm tiếp thu sửa chữa Em xin chân thành cảm ơn ! v LỜI NÓI ĐẦU Sự chuyển thể mạnh mẽ khoa học kỹ thuật có ảnh hưởng ngày sâu sắc đến người từ công việc đời sống ngày, cũng không ngừng tìm hiểu, nghiên cứu, chế tạo, phát triển cơng nghệ nhằm thay tối đa sức người hoạt động chân tay trí óc Ngành công nghệ kỹ thuật điện tử truyền thông đời đóng vai trị quan trọng việc hình thành, xây dựng phát triển ứng dụng công nghệ vào thực tiễn đời sống, giúp cho thiết bị trở nên thông minh thân thiện với người Trên sở kiến thức học từ chuyên ngành kết hợp với tư vấn từ giáo viên hướng dẫn ThS Phan Vân Hoàn, em thực đề tài: Thiết kế thi công hệ thống điều khiển thiết bị phòng học Đề tài kết hợp công nghệ truyền thông không dây như, WiFi, truyền thông nối tiếp UART, sử dụng board vi điều khiển Arduino Mega2560 Pro Embed, NodeMCU-ESP8266, truyền-nhận tín hiệu từ cảm biến, hiển thị lên hình TJC, sở liệu MySQL, làm quen PHP làm ngơn ngữ hướng n đối tượng, qua điều khiển hoạt động thiết bị phòng học cũng điểm danh lưu trữ điểm danh sinh viên Website vi MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv LỜI CẢM ƠN v LỜI NÓI ĐẦU vi MỤC LỤC vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI n 1.6 BỐ CỤC ĐỒ ÁN CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 CHUẨN TRUYỀN UART 2.2 TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY 2.3 CÔNG NGHỆ RFID CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 12 3.1 YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG 12 3.1.1 YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG 12 3.1.2 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG MỖI KHỐI 12 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 13 3.2.1 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 13 3.2.2 KHỐI CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM 20 3.2.3 KHỐI ĐIỀU KHIỂN VÀ HIỂN THỊ 22 3.2.4 KHỐI CÔNG SUẤT 25 vii 3.2.5 KHỐI ĐỌC THẺ 29 3.2.6 KHỐI NGUỒN 32 3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN MẠCH 35 3.4 THIẾT KẾ MẠCH IN ( PCB ) 37 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 41 4.1 THI CÔNG HỆ THỐNG 41 4.2 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 43 4.2.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN MÀN HÌNH 43 4.2.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN WEB SERVER 44 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 46 5.1 KẾT QUẢ PHẦN CỨNG 46 5.2 KẾT QUẢ PHẦN MỀM 55 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 56 6.1 KẾT LUẬN 56 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 56 n TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 viii CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT  Giao diện user quản lý tên, số thứ tự, giới tính ngày đăng ký thẻ tên website Hình 5.22: Giao diện quyền admin (ADMIN) Website  Tại thay đổi tên Admin, đổi địa email password sau Save Changes hồn thành đổi tên mật n  Để kiểm tra bấm logout sau đăng nhập email password vừa đổi 5.2 KẾT QUẢ PHẦN MỀM Như trình bày, ứng dụng thực được yêu cầu từ hệ thống:  Trang khởi động hiển thị thông tin đồ án  Trang đăng nhập hiển thị email đăng nhập password  Website hiển thị yêu cầu hệ thống  Trang điều khiển chính: hiển thị nút nhấn điều khiển 58 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Sau hoàn thành đề tài, em xin rút số nhận xét sau: Ưu điểm:  Thiết bị hoạt động tương đối ổn định, dễ lắp đặt, sử dụng sửa chữa  Ứng dụng điều khiển thiết bị dễ sử dụng  Tại thời điểm điều khiển nhiều thiết bị Khuyết điểm:  Màn hình cịn chưa nhạy  Giá thành sản phẩm sau hồn thành cịn cao n  Ứng dụng điều khiển đèn hoạt động tốt có kết nối WiFi nhiên ngắt sử lý chậm 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN  Điều khiển nhiều thiết bị  Thay đổi hình điện dung đa điểm có độ nhạy cao hơn,  Có thể lắp đặt thêm Module khác cảm biến chuyển động ,ánh sáng  Thiết kế nhỏ gọn đẹp mắt  Giám sát, theo dõi hoạt động thiết bị thông qua mạng internet điều khiển trực tiếp điện thoại cũng webserver thông ứng dụng Blynk  Việc hoàn thành đồ án bước tảng cho sinh viên có được kinh nghiệm thiết kế đồ án với khâu từ ý tưởng, vẽ mạch, làm mạch in, viết chương trình phần mền thực chức phần cứng Từ hiểu sâu vi xử lí 59 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN với chức thơng minh Qua sẽ thêm ý tưởng để đưa vi điều khiển vào thực tế n 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Ts Lê Mỹ Hà – Ks Phạm Quang Huy, “ Lập trình IOT với Arduino “ , Nhà xuất niên [2] Hồng Ngọc Văn (2014), “Điện tử cơng suất”, Trường ĐHSPKT Thành phố Hồ Hồ Chí Minh Trần Thu Hà (2013), “Giáo trình điện tử bản”, Nhà Xuất đại học quốc [3] gia TPHCM [4] NGUYỄN ĐÌNH PHÚ – Giáo trình Vi điều khiển 08/2016 [5] Các tài liệu tham khảo hướng dẫn – TPHCM lập trình Arduino kênh Youtube cổng thông tin dạy học số n trường Đại học Sư phạm Kĩ thuật TP Hồ Chí Minh [6] Nguyễn Văn Hiệp, “Hệ thống điều khiển thông minh thiết bị qua wifi”, Khoa Điện – Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh [7] Đào Quý Thái An – Trần Thị Mỹ Hạnh, “Tìm hiểu công nghệ wifi viết ứng dụng minh họa”, khoa CNTT, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh Tiếng Anh [1] Datasheet Mega2560 Pro Embed [2] Datasheet ESP8266 Node MCU [3] Datasheet HMI TJC 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [4] MySQL - Introduction (tutorialspoint.com) [5] The Internet of things with ESP6266 hand approach n 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO a) Code Arduino Mega2560 Pro Embed #include "DHT.h" #define DHTPIN 12 #define DHTTYPE DHT11 int RL1 = 30; int RL2 = 31; int RL3 = 28; int RL4 = 29; int RL5 = 26; int RL6 = 27; int RL7 = 24; int RL8 = 25; DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); unsigned long t1 = 0; n unsigned long t2 = 0; String s; char UID_true[] = "2356511734"; void setup() { Serial1.begin(9600); dht.begin(); Serial2.begin(9600); Serial.begin(9600); pinMode(RL1, OUTPUT); pinMode(RL2, OUTPUT); pinMode(RL3, OUTPUT); pinMode(RL4, OUTPUT); pinMode(RL5, OUTPUT); pinMode(RL6, OUTPUT); 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO pinMode(RL7, OUTPUT); pinMode(RL8, OUTPUT); } int dem = 0; int TT_THE = 0; int tt_enable = 0; void loop() { if (Serial2.available()) { char c = Serial2.read(); if (c == UID_true[dem]) { dem++; if (dem == 10) { n TT_THE = 1; } } s += c; if (c == '\n') { if (TT_THE == 1) { tt_enable = 1; dem = 0; TT_THE = 0; } else { dem = 0; tt_enable = 0; } 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO Serial.print("CHUOI UID: "); Serial.println(s); s = ""; } } byte value = 0xff; if (Serial1.available()) { value = Serial1.read(); if ( tt_enable == 1) { switch (value) { case 0xA0: n digitalWrite(RL1, 0); break; case 0xA1: digitalWrite(RL1, 1); break; case 0xD0: digitalWrite(RL2, 0); break; case 0xD1: digitalWrite(RL2, 1); break; case 0x20: digitalWrite(RL3, 0); break; case 0x21: 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO digitalWrite(RL3, 1); break; case 0x30: digitalWrite(RL4, 0); break; case 0x31: digitalWrite(RL4, 1); break; case 0x40: digitalWrite(RL5, 0); break; case 0x41: digitalWrite(RL5, 1); break; n case 0x50: digitalWrite(RL6, 0); break; case 0x51: digitalWrite(RL6, 1); break; case 0x60: digitalWrite(RL7, 0); break; case 0x61: digitalWrite(RL7, 1); break; case 0x70: digitalWrite(RL8, 0); break; 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO case 0x71: digitalWrite(RL8, 1); break; default: break; } } } while (Serial1.available()) { value = Serial1.read(); } if ( millis() - t1 > 5000) { n float doAm = dht.readHumidity(); float nhietDo = dht.readTemperature(); String sendTo1 = "x0.val="; sendTo1 += int(nhietDo * 10); String sendTo2 = "x1.val="; sendTo2 += int(doAm * 10); Serial1.print(sendTo1); Serial1.write(0xff); Serial1.write(0xff); Serial1.write(0xff); Serial1.print(sendTo2); Serial1.write(0xff); Serial1.write(0xff); Serial1.write(0xff); t1 = millis(); 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO } } b) Code ESP8266 Node MCU #include SoftwareSerial mySerial(D4, D3); ///TX 19 Rx 18 #include #include #include #include #include WiFiClient wifiClient; #define SS_PIN D2 //D2 #define RST_PIN D1 //D1 n #define BUZZER D8 #define LED D0 MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN); const char *ssid = "Betencutee"; const char *password = "93101213"; const char* device_token = "68384bd0475c1d37"; String URL = "http://192.168.1.177/rfidattendance/getdata.php"; String getData, Link; String OldCardID = ""; unsigned long previousMillis = 0; void setup() { delay(1000); Serial.begin(115200); SPI.begin(); 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO mfrc522.PCD_Init(); connectToWiFi(); mySerial.begin(9600); pinMode(BUZZER, OUTPUT); pinMode(LED, OUTPUT); } void loop() { if (!WiFi.isConnected()) { connectToWiFi(); } if (millis() - previousMillis >= 15000) { previousMillis = millis(); OldCardID = ""; n } delay(50); if ( ! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) { return ; } if ( ! mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) { return; } String CardID = ""; for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++) { CardID += mfrc522.uid.uidByte[i]; } if ( CardID == OldCardID ) { return; } 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO else { OldCardID = CardID; } SendCardID(CardID); digitalWrite(BUZZER, 1); digitalWrite(LED, 1); delay(100); digitalWrite(BUZZER, 0); digitalWrite(LED, 0); } void SendCardID( String Card_uid ) { Serial.println("Sending the Card ID"); mySerial.println(Card_uid); if (WiFi.isConnected()) { getData = n HTTPClient http; //thiet lap muc tieu cua HTTPClient "?card_uid=" + String(Card_uid) + "&device_token=" + String(device_token); Link = URL + getData; http.begin(wifiClient, Link); int httpCode = http.GET(); String payload = http.getString(); Serial.println(httpCode); //Print HTTP return code Serial.println(Card_uid); Serial.println(payload); //Print Card ID //goi gia trị cua payload if (httpCode == 200) { if (payload.substring(0, 5) == "login ") { String user_name = payload.substring(5); } else if (payload.substring(0, 6) == "logout ") { 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO String user_name = payload.substring(6); } else if (payload == "succesful") { } else if (payload == "available") { } delay(100); http.end(); } } } void connectToWiFi() { WiFi.mode(WIFI_OFF); delay(1000); n WiFi.mode(WIFI_STA); Serial.print("Connecting to "); Serial.println(ssid); WiFi.begin(ssid, password); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500); Serial.print(".");} Serial.println(""); Serial.println("Connected"); Serial.print("IP address: "); Serial.println(WiFi.localIP()); //IP address assigned to your ESP delay(1000); } 62 n S K L 0