(Đồ án hcmute) nghiên cứu và ứng dụng broard arduino trong môi trường công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 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 CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ARDUINO TRONG MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHIỆP GVHD: ThS LÊ TẤN CƯỜNG SVTH: NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 CHÂU HOÀNG NAM MSSV: 12146114 VŨ ÐỨC HUY MSSV: 12146266 S KL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016 an T BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO G ĐẠI C Ạ T T TP C O ĐÀO TẠO C T GC O Đ I Á TỐT G IỆ G IÊ CỨ VÀ Ứ G DỤ G D I OT O G ÔI T G CÔ G G IỆ SVTH : G YỄ ẮC VŨ CHÂU HOÀNG NAM VŨ ĐỨC Y MSSV: 12146234 MSSV: 12146114 MSSV: 12146266 Khố : 2012 : CƠ G G Ệ GVHD: TH.S Ế T C T an T CƠ ĐIỆ TỬ G Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: Họ tên sinh viên: Lớp: TH.S LÊ TẤN CƢỜNG NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 VŨ ĐỨC HUY MSSV: 12146266 CHÂU HOÀNG NAM MSSV: 12146114 12146CLC Tên đề tài: - Nghiên cứu ứng dụng Arduino môi trƣờng công nghiệp Các số liệu, tài liệu ban đầu - Tài liệu tổng quan PLC Wikipedia PLC Nội dung đồ án - Tìm hiểu PLC - Thiết kế Module mở rộng - Tìm hiểu HMI - Thiết kế hệ thống demo - Lập trình giao diện điều khiển - Lập trình cho hệ thống - Chạy thử nghiệm Các sản phẩm dự kiến Ngày giao đồ án: 10/03/2016 Ngày nộp đồ án: 26/07/2016 TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) □ Đƣợc phép bảo vệ……………………………………………………………… i ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 VŨ ĐỨC HUY MSSV: 12146266 CHÂU HOÀNG NAM MSSV: 12146114 Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ARDUINO TRONG MÔI TRƢỜNG CÔNG NGHIỆP.” Ngành đào tạo: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Giảng viên hƣớng dẫn: Th.S LÊ TẤN CƢỜNG Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên: Nhận xét kết thực ĐATN: 2.1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2.2 Nội dung đồ án: ( Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả áp dụng đồ án, hƣớng nghiên cứu phát triên) ii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao 2.3 Kết đạt đƣợc: 2.4 Những tồn (nếu có) Đánh giá TT Mục đánh giá Hình thức kết cấu ĐATN Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài Tính cấp thiết đề tài Nội dung ĐATN Kỹ ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội,… Khả thực hiện/ phân tích/ tổng hợp/ đánh giá Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế Khả cải tiến phát triển Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành Đánh giá khả ứng dụng đề tài Sản phẩm cụ thể ĐATN Tồng điểm Điểm tối Điểm đạt đa đƣợc 3.0 1.0 1.0 1.0 5.0 0.5 1.0 1.5 1.5 0.5 1.0 1.0 10.0 Kết luận □ Đƣợc phép bảo vệ □ Không đƣợc phép bảo vệ TP.HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2016 Giảng viên hƣớng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) iii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỘNG KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 VŨ ĐỨC HUY MSSV: 12146266 CHÂU HOÀNG NAM MSSV:12146114 Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ARDUINO TRONG MÔI TRƢỜNG CÔNG NGHIỆP.” Ngành đào tạo: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Giảng viên phản biện: Th.S BÙI HÀ ĐỨC Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày đồ án tốt nghiệp Nội dung đồ án: ( Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả áp dụng đồ án, hƣớng nghiên cứu phát triên) Kết đạt đƣợc: iv ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao Những thiếu xót tồn ĐATN Câu hỏi Đánh giá TT Mục đánh giá Hình thức kết cấu ĐATN Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài Tính cấp thiết đề tài Nội dung ĐATN Kỹ ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội,… Khả thực hiện/ phân tích/ tổng hợp/ đánh giá Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế Khả cải tiến phát triển Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành Đánh giá khả ứng dụng đề tài Sản phẩm cụ thể ĐATN Tồng điểm Điểm tối Điểm đạt đa đƣợc 3.0 1.0 1.0 1.0 5.0 0.5 1.0 1.5 1.5 0.5 1.0 1.0 10.0 Kết luận □ Đƣợc phép bảo vệ □ Không đƣợc phép bảo vệ TP.HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2016 Giảng viên phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) v ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng Arduino môi trƣờng công nghiệp.” Họ tên sinh viên: NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 VŨ ĐỨC HUY MSSV: 12146266 CHÂU HOÀNG NAM MSSV: 12146114 A ĐÁNH GIÁ TT Mục đánh giá Điểm tối Điểm đạt đa đƣợc Hình thức kết cấu ĐATN 2.0 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung 0.5 mục Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 1.0 Tính cấp thiết đề tài 0.5 Nội dung ĐATN 5.0 Kỹ ứng dụng kiến thức toán học, khoa học 0.5 kỹ thuật, khoa học xã hội,… Khả thực hiện/ phân tích/ tổng hợp/ đánh giá 1.0 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần 2.0 quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế Khả cải tiến phát triển 1.0 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm 0.5 chuyên ngành Kỹ thuyết trình 3.0 Thuyết trình hiệu quả, tự tin, trình bày rõ ràng, 1.0 mạch lạc, truyền cảm hứng cho người nghe, có khả làm việc nhóm Trả lời câu hỏi phản biện với kiến thức vấn 1.5 đề liên quan, hiểu ảnh hưởng giải pháp Hiểu trách nhiệm nghề nghiệp đạo đức 0.3 nghề nghiệp Trang phục chỉnh tề nghiêm túc 0.2 vi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao TỔNG ĐIỂM 10.0 B CÁC Ý KIẾN NHẬN XÉT KHÁC (Nếu có) C KẾT LUẬN (Ghi rõ cần phải bổ sung, chỉnh sửa đồ án) TP.HCM, ngày tháng năm 2016 Ngƣời nhận xét (Ký, ghi rõ họ tên) vii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao LỜI CAM KẾT Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng Arduino môi trƣờng công nghiệp GVHD: Th.S Lê Tấn Cƣờng Họ tên sinh viên: Nguyễn Khắc Vũ MSSV: 12146234 Địa sinh viên: Tân Thuận Bình, Chợ Gạo, Tiền Giang Số điện thoại liên lạc: 0984181929 Email: khacvuspkt@gmail.com Họ tên sinh viên: Vũ Đức Huy MSSV: 12146266 Địa sinh viên: Khu Văn Hải, TT Long Thành, Đồng Nai Số điện thoại liên lạc: 01286592922 Email: prsaban@gmail.com Họ tên sinh viên: Châu Hoàng Nam MSSV: 12146114 Địa sinh viên: Tân Thông Hội, Củ Chi, TP.HCM Số điện thoại liên lạc: 0973511673 Email: namchaucc@gmail.com Lớp: 12146CLC Lớp: 12146CLC Lớp: 12146CLC Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 26/07/2016 Lời cam kết: “Chúng tơi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình nghiên cứu thực Chúng không chép viết công bố mà khơng trích rõ nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.” Tp HCM, ngày 12 tháng 07 năm 2016 ( Ký tên) viii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao Ví dụ : Tham khảo Example "Test Font" Hình 4.20 In kí tự số lên hình 4.4.5.3 Picture (* Đính kèm Icon cho hình) Để in đối tƣợng lên hình, có cách:  Sử dụng ảnh số  In ảnh lên hình thơng qua thẻ SD Cấu trúc lệnh : scale) Trong : drawBitmap(int x, int y, int sx, int sy, bitmapdatatype data, int x , y : vị trí ảnh muốn in hình sx , sy : độ phân giải ảnh data : tên file Image.c muốn in lên hình scale : tỉ lệ phóng ảnh 52 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao Hình 4.21 Cách dùng hàm drawBitmap Ví dụ : Tham khảo Example "Load Bitmap" Hình 4.22 Load ảnh ảnh số Đối với ảnh có kích thƣớc lớn, chuyển sang ảnh RAW để in lên hình thơng qua thẻ SD Sử dụng chƣơng trình ImageConverter565 chuyển sang ảnh RAW (Image.RAW) 53 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Cấu trúc lệnh : bool iswap = 0); Trong : Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao load(int x, int y, int sx, int sy, char *filename, int bufmult = 1, x , y : vị trí ảnh muốn in hình sx , sy : độ phân giải ảnh filename : tên file Image.RAW muốn in lên hình bufmult : tốc độ load ảnh, thƣờng = 1, 2, 4, iswap: giá trị = = Ví dụ : Tham khảo Example "Load_SDcard" Hình 4.23 Load ảnh thơng qua thẻ SD 4.4.5.3 Button Cấu trúc lệnh : serviceCreateButton(int x1, int y1, int x2, int y2, int color, int color1, String text) Trong : x1 , y1 : vị trí góc trái Button x2 , y2 : chiều dài chiều rộng nút Button color: màu nút nhấn color1: màu chữ nút nhấn 54 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao Text : Chữ muốn in nút nhấn Hình 4.24 Cách sử dụng hàm serviceCreateButton Ví dụ : Tham khảo Example "Button" Hình 4.25 Ảnh thực tế sử dụng hàm serviceCreateButton 55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao 4.4.5.5 Processing Bar  Thanh Bar theo chiều ngang Cấu trúc lệnh : bar_meter_Horizontal(float reading, int xpos1, int ypos1,int bar_Length, int bar_Height , float max_value , float min_value, int scale ) Trong : reading: giá trị analog đầu vào xpos1, ypos1 : vị trí góc trái Bar bar_Length, bar_Height: chiều dài chiều rộng Bar max_value , min_value: giá trị lớn nhỏ scale : độ chia vạch trục số Ví dụ : Tham khảo Example "Processing_bar_Horizontal" Hình 4.26 Hiển thị bar ngang 56 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao  Thanh Bar theo chiều dọc Hình 4.27 Cách sử dụng hàm bar_meter_Vertical Cấu trúc lệnh : bar_meter_Vertical( float reading, int xpos1, int ypos1,int bar_Length, int bar_Height , float max_value , float min_value, int scale ) Trong : reading: giá trị analog đầu vào xpos1, ypos1 : vị trí góc trái Bar bar_Length, bar_Height: chiều dài chiều rộng Bar max_value , min_value: giá trị lớn nhỏ scale : độ chia vạch trục số 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao Ví dụ : Tham khảo Example "Processing_bar_Vertical" Kết chạy thử Hình 4.28 Hiển thị bar dọc 4.4.5.6 Dual-State Button Ý tƣởng: Sử dụng thƣ viện Utouch để đọc event chạm vào hình, thƣ viện SdRaw để in ảnh lên hình Ban đầu in ảnh trạng thái "OFF" loại nút nhấn, chạm vào hình => in ảnh trạng thái "ON" lên, tùy thuộc vào loại nút nhấn (nhƣ Công tắc, nút nhấn, cần gạt) Ví dụ : Tham khảo Example "Dual-State_Button" Hình 4.29 Hiển thị Dual-State Button 58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao Chƣơng THIẾT KẾ MODULE MỞ RỘNG 5.1 Thiết kế Base I/O board cho Mega2560 Hình 5.1 Base I/O board Mega2560  Chức năng: Kết nối chân board CPU Mega2560 đầu header chắn dễ dàng kế nối với board ngoại vi  Nguyên lý: Base board đƣợc tích hợp nhiều loại header với kích thƣớc phù hợp để có thễ dễ dàng tháo lắp board Mega 2560 Ngồi board cịn có thêm cổng nạp code, chân cấp nguồn cho xử lý, chân giao tiếp UART nút reset board  Sơ đồ nguyên lý (PHỤ LỤC 2) 59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao 5.2 Thiết kế module OUTPUT Relay Hình 5.2Module chanel output relays  Chức năng: Module chanel output relays dùng để nhận tín hiệu điều khiển 5V từ xử lý trung tâm kích relay với điện áp 24V  Nguyên lý: Module sử dụng opto cách ly quang TLP2801 cách ly hoàn toàn điện áp điều khiển từ CPU với điện áp kích relay giúp bảo vệ CPU có cố xảy Module đƣợc hỗ trợ thêm header cấp nguồn giúp cho việc kết nối nhiều module khác cách dễ dàng Ngồi module cịn có thêm cầu chí giúp bảo vệ mạch có cố ngắn mạch xảy  Sơ đồ nguyên lý (PHỤ LỤC 2) 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao 5.3 Thiết kế module INPUT cách ly Hình 5.3 Module input cách ly  Chức năng: Chuyển đổi tín hiệu số đầu vào (từ cảm biến ) với mức điện áp 5V 24V thành tín hiệu 5V với điện áp cách ly cấp cho CPU  Nguyên lý: Module đƣợc tích hợp opto cách ly TLP2805 (2 chiều) để cách ly điện áp tín hiệu từ cảm biến điện áp đƣa vào CPU Module đƣợc hỗ trợ thêm header cấp nguồn giúp cho việc kết nối nhiều module khác cách dễ dàng.Ngồi module cịn có thêm LED báo nguồn, LED hiển thị trạng thái chân input  Sơ đồ nguyên lý (PHỤ LỤC 2) 61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao 5.4 Thiết kế Module nguồn Hình 5.4 Module nguồn 5V  Chức năng: Chuyển nguồn DC với mức điện áp 24V thành nguồn với điện áp 5V cấp cho CPU  Nguyên lý: Module sử dụng chip WB2405P-8W chuyển đổi điện áp DC-DC từ24V thành điện áp 5V Ngoài module cịn có thêm cầu chì bảo vệ ngắn mạch LED báo nguồn  Sơ đồ nguyên lý (PHỤ LỤC 2) 62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao Chƣơng KẾT LUẬN 6.1 Kết luận  Những điều đề tài làm đƣợc: Sau thời gian thực đề tài với nhiệm vụ đề kết nhóm hồn thành đƣợc vấn đề sau:  Tìm hiểu hệ thống điều khiển tự động      Tìm hiểu đƣợc PLC Tìm hiểu đƣợc Màn hình HMI Tìm hiểu phƣơng thức giao tiếp công nghiêp ứng dụng Thiết kế đƣợc board Arduino ứng dụng vào cơng nghiệp Thiết kế module mở rộng Tuy nhiên số khó khăn: + Do thời gian làm đề tài có giới hạn nên kiểm tra thực nghiệm hoạt động mơi trƣờng cơng nghiệp xác độ tin cậy hệ thống + Do thiếu kinh nghiệm thiết kế, bố trí, lựa chọn linh kiện phù hợp với yêu cầu đặt 6.2 Hƣớng phát triển Sau thời gian nghiên cứu thực hiện, đề tài đạt mục tiêu đề Tuy nhiên đề tài số hạn chế cần phƣơng án tối ƣu Đề tài có khả phát triển theo chiều hƣớng tốt ứng dụng mơi trƣờng cơng nghiệp Để phát triển đề tài nhóm có số vấn đề đề xuất sau:  Nghiên cứu đƣa phiên board Arduino có cải tiến cần thiết môi trƣờng công nghiệp  Thiết kế module giao tiếp với chuẩn khác nhƣ: RS232, RS485, UART, SPI, Wifi…  Nâng cấp tiếp module mở rộng  Nghiên cứu phần mềm nạp giao diện ngƣời dụng cách đơn giản viết code trực tiếp board Arduino… 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao PHỤ LỤC 1: TÀI LIỆU THAM KHẢO PLC, https://vi.wikipedia.org/wiki/PLC RS485, https://en.wikipedia.org/wiki/RS-485 Giao thức Ethernet TCP, http://iavietnam.net/detailnews/M47/N677/giaothuc-ethernet-tcpip.htm https://github.com/ Màn hình HMI, http://www.buydisplay.com/default/7-tft-screen-touch-lcddisplay-module-w-ssd1963-controller-board-mcu Hƣớng đẫn vẽ layout, https://www.youtube.com/watch?v=_KWXk-MNSpM Đồ Án Tốt Nghiệp : “ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH (SMARTHOME)” ĐÀO QUANG TUYẾN Một số hình ảnh lấy google ảnh 64 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao PHỤ LỤC 2: NGUYÊN LÝ VÀ LAYOUT CÁC BO THIẾT KẾ Nguyên lý bo Arduino mega2560 Nguyên lý bo Base I/O board cho mega2560 Nguyên lý module OUTPUT Relay Nguyên lý module INPUT cách ly Nguyên lý bo nguồn 65 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP an S an K L 0