báo cáo thực tập kỹ thuật công ty tnhh deviot

Qua lầnthực tập này, Em không chỉ có thêm nhiều kiến thức về chuyên môn mà còn nâng caohơn được kỹ năng giao tiếp, làm quen với môi trường làm việc chuyên nghiệp.Em cũng xin gửi lời cảm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, các sản phẩm điện tử định hướng ứng dụng vào thực tế đang ngày càngphát triển Để có thể đưa vào vận hành trong thực tế cần một yếu tố rất quan trọng làsản phẩm cần phải tiếp nhận thông tin từ môi trường thông qua cảm biến gửi về vi điềukhiểu Với mục đích nghiên cứu các sản phẩm theo định hướng trên, trong hơn mộttháng vừa qua, em đã thực hiện sản phẩm: Khu vườn thông minh và tìm hiểu, nghiêncứu, thực hành lập trình với vi điều khiển STM32F103C8T6 Blue Pill.

Trong thời gian qua, em đã rất cố gắng để có thể hoàn thành tốt nhất đề tài củamình Tuy nhiên, do vốn kiến thức còn chưa nhiều, cũng như có nhiều yếu tố kháchquan khác mà sản phẩm của em còn nhiều thiếu sót Thật may mắn vì được các anh ởCông ty TNHH DEVIOT đóng góp ý kiến, phê bình và hướng dẫn thêm để các sảnphẩm được hoàn thiện hơn.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới đội ngũ Công ty TNHH DEVIOT đãhướng dẫn tận tình, chi tiết để em có thể hoàn thành tốt kỳ thực tập kỹ thuật Qua lầnthực tập này, Em không chỉ có thêm nhiều kiến thức về chuyên môn mà còn nâng caohơn được kỹ năng giao tiếp, làm quen với môi trường làm việc chuyên nghiệp.

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Cô Viện Điện tử - Viễn thông đã tạo điềukiện để em có thể thực hiện việc thực tập kỹ thuật một cách thuận lợi và hiệu quả nhất.Em rất mong nhận được những lời nhận xét, góp ý từ Viện để rút ra những bài học quýbáu cho sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

1.3.1 Yêu cầu chức năng 9

1.3.2 Yêu cầu phi chức năng 9

1.4 Cơ sở lý thuyết 10

1.4.1 Tổng quan về vi điều khiển ESP8266 10

1.4.2 Tổng quan về module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 11

1.4.3 Tổng quan về module cảm biến khí GAS MQ2 13

1.4.4 Tổng quan về màn hình LCD 16x2 13

1.4.5 Tổng quan về module hạ áp LM2596 19

1.5 Tổng qua về chuẩn giao tiếp I2C 21

1.5.1 Giới thiệu giao tiếp I2C 21

1.5.2 Cách thức hoạt động 21

1.6 Thiết kế sơ đồ khối 23

1.7 Sơ đồ chi tiết từng khối 24

1.7.1 Khối điều khiển 24

1.7.2 Khối cảm biến và chuyển đổi tín hiệu 26

1.7.3 Khối hiển thị 29

1.7.4 Khối cảnh báo cháy 32

1.7.5 Khối nguồn 33

1.7.6 Sơ đồ mạch nguyên lý 34

1.8 Kết quả mô phỏng 35

1.8.1 Mô phỏng mạch trên Altium 35

1.8.2 Kết quả mô phỏng bằng Arduino 36

2.1 Tổng quan về vi điều khiển STM32F103C8 Blue Pill 41

2.1.1 Giới thiệu sơ lược về dòng Vi điều khiển STM32 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.4.1 Chức năng các chân của LCD 14

Bảng 1.4.2 Chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng 15

Bảng 1.4.3 Tập lệnh dành cho LCD 16

Bảng 1.7.1 Bảng so sánh DHT11 và DHT 22 27

DANH MỤC HÌNH VẼHình 1.4.1 Bo mạch ESP8266 10

Hình 1.4.2 Module DHT11 11

Hình 1.4.9 Sơ đồ nguyên lý module LM2596 20

Hình 1.5.1 Sơ đồ giao tiếp I2C 21

Hình 1.5.2 Giao thức I2C 22

Hình 1.5.3 Quá trình truyền dữ liệu đến thiết bị I2C 22

Hình 1.5.4 Quá trình nhận dữ liệu từ thiết bị I2C 23

Hình 1.6.1 Sơ đồ khối 23

Hình 1.7.1 Sơ đồ khối điều khiển 24

Hình 1.7.2 Module ESP8266 CH340 V3 24

Hình 1.7.3 Sơ đồ chức năng chân của ESP8266 CH340 V3 25

Hình 1.7.4 Sơ đồ khối cảm biết nhiệt độ, độ ẩm 26

Hình 1.7.5 DHT22 và DHT 11 26

Hình 1.7.6 Sơ đồ chân Module DHT11 27

Hình 1.7.7 Sơ đồ khối cảm biến GAS 28

Hình 1.7.8 Module cảm biến khí GAS MQ2 28

Hình 1.7.9 Sơ đồ chân cảm biến MQ2 29

Hình 1.7.10 Sơ đồ khối hiện thị 29

Hình 1.7.11 LCD 16x02 kết hợp Module chuyển đổi IC2 30

Hình 1.7.12 Màn hình LCD 16x02 30

Hình 1.7.13 Sơ đồ chân LCD 16x02 31

Hình 1.7.14 Module chuyển đổi I2C 32

Hình 1.7.15 Sơ đồ khối cảnh báo cháy 32

Hình 1.7.16 Còi chip báo động 33

Hình 1.7.17 Module hạ áp BUCK LM2596 33

Hình 1.7.18 Cáp nạp Micro USB 34

Hình 1.7.19 Sơ đồ nguyên lý mạch thiết kế bằng phần mềm Altium 34

Hình 1.7.20 Sơ đồ nguyên lý mô phỏng bằng phần mềm Proteus 35

Hình 1.8.1 Mô phỏng mặt trước của mạch tay 35

Hình 1.8.2 Mô phỏng mặt sau của mạch tay 36

Hình 1.8.3 Kết quả mô phỏng đo được bằng Serial Monitor 36

Hình 1.9.1 Mạch tay 37

Hình 2.1.1 KIT STM32F103C8T6 Blue Pill 41

Hình 2.1.2 Sơ đồ, chức năng của từng chân 43

Hình 2.2.1 Giao diện KeilC uvision 5 44

Hình 2.3.1 Hệ sinh thái STM32Cube 45

Hình 2.3.2 Quy trình phát triển 47

PHẦN 1 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁMSÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, KHÍ GAS

1.1 Mục đích hoàn cảnh sử dụng

Mục đích sản phẩm của nhóm có chức năng đo nhiệt độ, độ ẩm hoạt động ở điều kiện thường từ 0 đến 50 Khi có rò rỉ khi GAS sẽ lập tức sáng LED cảnh báo và còi báo động.

Hoàn cảnh sử dụng chủ yếu trong các hộ gia đình, văn phòng,nhà máy,trường học…để thay thế cho nhiệt kế và cảnh báo rò rỉ khí Gas.

1.2 Nội dung nghiên cứu

Nội dung 1: Tìm hiểu về module ESP8266

Nội dung 2: Tìm hiểu về module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11, module cảm biến khí gas MQ2

Nội dung 3: Thiết kế và tính toán thiết kế mạch phần cứng.Nội dung 4: Thử nghiệm và hiệu chỉnh phần cứng.Nội dung 5: Đánh giá kết quả thực hiện của mô hình.Nội dung 6: Viết báo cáo thực hiện.

1.3 Xác định yêu cầu

1.3.1 Yêu cầu chức năng

Đọc nhiệt độ, độ ẩm hiển thị lên LCD: đọc nhiệt độ, độ ẩm từ cảm biến DHT11bằng bộ ADC của ESP8266 và hiển thị lên màn hình LCD 16x2.

Sử dụng MQ2 để kiểm tra lượng khí Gas trong không khí, khi vượt ngưỡng chophép sẽ cảnh báo cháy bằng cách sáng LED và còi báo động kêu.

1.3.2 Yêu cầu phi chức năng

Kích thước: Demo board đồng ( khoảng 15×15cm), sau đó làm mạch tay (khoảng 12x12cm)

Sử dụng điện áp: ADC : 0-3.3V, LCD: 5V

Thời gian phản hồi: hiển thị gần như ngay lập tức lên LCD Khối lượng: ~350g

Tính khả thi: 100% Sai số đo đạt < 5%

1.4 Cơ sở lý thuyết

1.4.1 Tổng quan về vi điều khiển ESP8266

ESP8266 là một mạch vi điều khiển có thể giúp chúng ta điều khiển các thiết bị điện tử.Thêm vào đó nó được tích hợp wi-fi 2.4GHz có thể dùng cho lập trình.

Hình 1.4.1 Bo mạch ESP8266

ESP8266 là một hệ thống trên chip (SoC), do công ty Espressif của Trung Quốc sản xuất Nó bao gồm bộ vi điều khiển Tensilica L106 32-bit (MCU) và bộ thu phát Wi-Fi Nó có 11 chân GPIO (Chân đầu vào / đầu ra đa dụng) và một đầu vào analog Bản thân chip ESP8266 có 17 chân GPIO, nhưng 6 trong số các chân này (6-11) được sử dụng để giao tiếp với chip nhớ flash trên bo mạch Ngoài ra nó có kết nối Wi-Fi, vì vậy bạn có thể sử dụng nó để kết nối với mạng Wi-Fi, kết nối Internet, lưu trữ máy chủweb với các trang web thực, để điện thoại thông minh của bạn kết nối với nó.

Có nhiều module khác nhau của nó, các module độc lập như dòng ESP - ## của AI Thinker hoặc các bộ phát triển hoàn chỉnh như NodeMCU DevKit hoặc WeMos D1 Các bo mạch khác nhau có thể có các chân cắm khác nhau, có ăng-ten Wi-Fi khác nhau hoặc dung lượng bộ nhớ flash khác nhau trên bo mạch.

1.4.2 Tổng quan về module cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11.

Module cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11 là cảm biến rất thông dụng hiện nay vìchi phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1 wire (giao tiếp Digital 1 dây truyền dữ liệu duy nhất) Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp trong cảm biến giúp bạn có được dữ liệu chính xác mà không phải qua bất kỳ tính toán nào.

Hình 1.4.2 Module DHT11a Chức năng của các chân:

Chân VCC: cực dương.Chân GND: cực âm.Chân DATA: chân tín hiệu.b Nguyên lý hoạt động.

Để có thể giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý thực hiện theo 2 bước:Gửi tín hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại.Khi đã giao tiếp với DHT11, cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt độđo được.

Hình 1.4.3 Cách thức hoạt động của DHT11

Bước 1: gửi tín hiệu Start

Hình 2.1.4.4 Tín hiệu start.

MCU thiết lập chân DATA là Output, kéo chân DATA xuống 0 trongkhoảng thời gian > 18ms Khi đó DHT11 sẽ hiểu MCU muốn đo giá trịnhiệt độ và độ ẩm.

MCU đưa chân DATA lên 1, sau đó thiết lập lại là chân đầu vào.

Sau khoảng thời gian là 20 - 40 µs, DHT11 sẽ kéo chân DATA xuống thấp.Nếu > 40 µs mà chân DATA không được kéo xuống thấp nghĩa là khônggiao tiếp được với DHT11.

Chân DATA sẽ ở mức thấp 80 µs sau đó nó được DHT11 kéo lên cao trong80 µs Bằng việc giám sát chân DATA, MCU có thể biết được có giao tiếpđược với DHT11 không Nếu tín hiệu đo được DHT11 lên cao, khi đó hoànthiện quá trình giao tiếp của MCU với DHT11.

Bước 2: Đọc giá trị trên DHT11.

DHT11 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dưới dạng 5 Byte Trong đó:Byte 1: giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH%).

Byte 2: giá trị phần thập phân của độ ẩm (RH%).Byte 3: giá trị phần nguyên của nhiệt độ (°C).Byte 4: giá trị phần thập phân của nhiệt độ (°C).Byte 5: kiểm tra tổng.

Nếu Byte 5 = (Byte 1 + Byte 2 + Byte 3 + Byte 4) thì giá trị độ ẩm và nhiệt độ làchính xác, nếu sai thì kết quả đo không có nghĩa.

Ví dụ như ta nhận được 40 bit (5 Byte) dữ liệu như sau:

0011 0101 0000 0000 0001 1000 0000 0000 0100 1101Tính toán:

8 Bit Checksum (Byte 5) = 0011 0101 + 0000 0000 + 0001 1000 + 0000 0000 =0100 1101

Độ ẩm: 0011 0101 = 35H = 53% RH (ở đây phần thập phân có giá trị 0000 0000, nên ta bỏ qua không tính phần thập phân)

Nhiệt độ: 0001 1000 = 18H = 24°C (ở đây phần thập phân có giá trị 0000 0000,nên ta bỏ qua không tính phần thập phân)

Đọc dữ liệu: Sau khi giao tiếp được với DHT11, DHT11 sẽ gửi liên tiếp 40 bit 0 hoặc 1 về MCU, tương ứng chia thành 5 byte kết quả của nhiệt độ và độ ẩm.

Bit 0, Bit 1:

Hình 1.4.5 Bit 0, Bit1 của giao thức OneWire

Sau khi tiến hiệu được đưa về 0, ta đợi chân DATA của DHT11 được MCU kéo lên1 Nếu chân DATA là 1 trong khoảng 26 – 28 µs thì là bit 0, còn nếu tồn tại 70 µs là bit1 Do đó trong lập trình ta bắt sườn của chân DATA, sau đó delay 50 µs Nếu giá trị đođược là 0 thì ta đọc được bit 0, nếu giá trị đo được là 1 thì ta đọc được là bit 1 Cứ như thế ta đọc các bit tiếp theo.

1.4.3 Tổng quan về module cảm biến khí GAS MQ21.4.4 Tổng quan về màn hình LCD 16x2

c Giới thiệu sơ lược về LCD.

Màn hình LCD là kiểu màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị chữ hoặc số trong bảng mã ASCII Màn hình sử dụng là màn hình text LCD 16x2 xanh dương hoặcxa lá, có khả năng hiển thị 2 dòng với mỗi dòng 16 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến, dễ sử dụng thích hợp cho những người mới học và làm dự án.

d Thông số kỹ thuật.

Điện áp hoạt động: 5V.Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm.Chữ trắng, nền xanh dương.Khoảng cách giửa hai chân 0.1 inch.Nhiệt độ hoạt động: -20 đến +70°C.Hiển thị: 16 ký tự x 2 dòng.Ngõ giao tiếp: 16 chân.

Hình 1.4.6 Hình ảnh thực tế LCD 16x2

Bảng 1.4.1 Chức năng các chân của LCD

Module DHT11 có 3 chân gồm: VCC, GND, DATA như hình:

Hình 1.7.20 Sơ đồ chân Module DHT11k Khối cảm biến GAS

Hình 1.7.21 Sơ đồ khối cảm biến GAS

Em sử dụng Module cảm biến khí GAS MQ2

Hình 1.7.22 Module cảm biến khí GAS MQ2

Module bao gồm IC cảm biến MQ2, LED đỏ báo nguồn và LED xanh báo khí GAS Module cho đầu ra tín hiệu ở cả 2 dạng Analog và Digital giúp người dùng có thể sử dụng tuỳ ý Sử dụng ADC

Sơ đồ chân:

Hình 1.7.23 Sơ đồ chân cảm biến MQ2

1.7.3 Khối hiển thị

Hình 1.7.24 Sơ đồ khối hiện thị

Sử dụng LCD 16x02 kết hợp Modulec chuyển đổi I2C cho LCD Điều này giúp chúng ta tiết kiệm được chân của thiết bị điều khiển.

Hình 1.7.25 LCD 16x02 kết hợp Module chuyển đổi IC2

a LCD 16x02

Hình 1.7.26 Màn hình LCD 16x02Nguyên lý hoạt động:

Hình 1.7.27 Sơ đồ chân LCD 16x02

- Chân VSS, V0 và VDD: VDD cấp dưong nguồn 5V, VSS là chân Ground, V0

được dùng để điều khiển độ tưong phản của LCD.

- Chân chọn thanh ghi RS (Register Select): Có hai thanh ghi trong LCD, chân

RS (Register Select) được dùng để chọn thanh ghi, như sau: Nếu RS = 0 thì thanh ghi mà lệnh được chọn để chophép người dùng gửi một lệnh chẳng hạn như xoá màn hình, đưa con trỏ về đầu dòng v.v… Nếu RS = 1 thì thanh ghi dữ liệu được chọn cho phép người dùng gửi dữ liệu cần hiển thị trên LCD.

- Chân đọc/ ghi (R/W): Ðầu vào đọc/ ghi cho phép người dùng ghi thông tin lên

LCD khi R/W = 0 hoặc đọc thông tin từ nó khi R/W = 1.

- Chân cho phép E (Enable): Chân cho phép E dược sử dụng bởi LCD để chốt dữ

liệu của nó Khi dữ liệu được cấp dến chân dữ liệu thì một xung mức cao xuốngthấp phải được áp đến chân này để LCD chốt dữ liệu trên các chân dữ liệu Xung này phải rộng tối thiểu là 450ns.

- Chân D0 - D7: Ðây là 8 chân dữ liệu 8 bit, được dùng dể gửi thông tin lên LCD

hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD Ðể hiển thị các chữ cái và các con số, chúng ta gửi các mã ASCII của các chữ cái từ A đến Z, a đến f và các con số từ 0 – 9 đến các chân này khi bật RS = 1 Cũng có các mã lệnh mà có thểđược gửi đến LCD để xoá màn hình hoặc đưa con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ.

l Module chuyển đổi I2C cho LCD 16x02

Module này giúp tiết kiệm chân Input/ Output cho Vi điều khiển ( từ 16 xuống 4 chân) và đơn giản hóa việc điều khiển màn hình LCD.

Hình 1.7.28 Module chuyển đổi I2C1.7.4 Khối cảnh báo cháy

Hình 1.7.29 Sơ đồ khối cảnh báo cháy

Khối cảnh báo cháy có chức năng báo động cho con người khi phát hiện khí GAS vượt mức cho phép.

Khi phát hiện khí GAS vượt mức, còi báo động sẽ kêu, đồng thời LED báo động sẽnhấp nháy liên tục.

Hình 1.7.30 Còi chip báo động

1.7.5 Khối nguồn

Có thể cấp nguồn cho mạch thông qua Adapter (thông thường 12-24V) sau đó hạ áp xuống 5V để phù hợp với mức điện áp cho phép của thiết bị Để hạ áp chúng em lựa chọn sử dụng Module LM2596.

Hình 1.7.31 Module hạ áp BUCK LM2596

Cách thứ 2 ta có thể cấp nguồn 5V trực tiếp từ cổng USB của laptop, PC,…vào thẳng vi điều khiển ESP8266 CH340 thông qua mạch nạp Micro USB.

Hình 1.7.32 Cáp nạp Micro USB

1.7.6 Sơ đồ mạch nguyên lý Sơ đồ mạch em thiết kế bằng Altium:

Hình 1.7.33 Sơ đồ nguyên lý mạch thiết kế bằng phần mềm AltiumSơ đồ mạch em mô phỏng bằng Proteus:

Hình 1.7.34 Sơ đồ nguyên lý mô phỏng bằng phần mềm Proteus

1.8 Kết quả mô phỏng

1.8.1 Mô phỏng mạch trên Altium

Hình 1.8.35 Mô phỏng mặt trước của mạch tay

Hình 1.8.36 Mô phỏng mặt sau của mạch tay

1.8.2 Kết quả mô phỏng bằng Arduino

Hình 1.8.37 Kết quả mô phỏng đo được bằng Serial Monitor

1.9 Kết luận

1.9.1 Sản phẩm

Sau quá trình nghiên cứu và thực hành, em đã hoàn thành được mạch làm tay.

Hình 1.9.38 Mạch tay

Hình 1.9.2 Mạch sau khi gắn linh kiệnEm đã tiến hành đo thực tế và đã thu được kết quả:

Hình 1.9.3 Mạch chạy và đo được kết quảĐây là Code mà em đã sử dụng:

#include <Wire.h>#include <DHT.h>

#include <LiquidCrystal_I2C.h>#define DHTPIN 14 #define DHTTYPE DHT11 #define buzz 12

#define LED 13unsigned long timer = 0;void delay_100ms(){

if( (unsigned long) (millis() - timer ) >1000) {

timer millis=(); }

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27 16 2, , );

void setup() { Serial.begin(115200);

dht.begin(); lcd.begin(); lcd.backlight();}

Canhbaogas(); } else{

digitalWrite(buzz LOW,); }

void Canhbaogas(){

digitalWrite(buzz HIGH,), delay_100ms(); digitalWrite(buzz LOW,), delay_100ms(); digitalWrite(LED HIGH,), delay_100ms(); digitalWrite(LED LOW,), delay_100ms();}

1.9.2 Đánh giám Ưu điểm

Chức năng đo nhiệt độ, độ ẩm hoạt động tốt, đạt được yêu cầu kỹ thuật.Chức năng đo khí GAS hoạt động tốt, độ chính xác cao.

Khối cảnh báo hoạt động tốt và có độ phản hồi nhanh.

Mạch đã đảm bảo các yêu cầu về độ kích thước, chính xác, công suất, giá thành và thời gian.

n Nhược điểm

Chức năng đo nhiệt độ, độ ẩm chưa đạt độ chính xác cao, sai số khá lớn.

1.9.3 Kết luận

Sản phẩm đã đạt được tất cả các yêu cầu chức năng và các yêu cầu phi chức năng.Qua công việc thiết kế sản phẩm lần này, em đã thu được những kinh nghiệm và kiến thức vô cùng hữu ích Project này giúp nâng cao khả năng lập trình, kĩ năng thiết kế và làm mạch Tổng quát hơn là kỹ năng thiết kế một sản phẩm điện tử theo quy trình thiết kế chuẩn.

Thông qua việc thực tập, em đã tính lũy rất nhiều kiến thức thực tế về chuyên ngành điện tử viễn thông Ngoài những kiến thức về bộ môn, em cũng học được từ cácanh những kinh nghiệm, kỹ năng thiết thực giúp ích cho em thực hiện tốt hơn những nhiệm vụ, bài tập của mình như là kĩ năng mềm, kĩ năng làm việc nhóm…

Trong quá trình thực hiện đề tài này, dù rất cố gắng nhưng do vốn kiến thức hạn hẹp thêm vào đó là tình hình dịch COVID leo thang, khó khăn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được những đóng góp, phê bình, chia sẻ của các Thầy Cô để các đề tài tiếp theo của nhóm sẽ hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!