Khóa luận tốt nghiệp Kỹ thuật máy tính: Xây dựng hệ thống quản lý kho ứng dụng công nghệ giao tiếp không dây công suất thấp

Hệ thống cung cấp cho người quản lý kho một giao diện dé tương tác với hệ thống, server đề lưu trữ đữ liệu của linh kiện, app điện thoại để người đảm nhiệm việc lay hàng xác định vị trí

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH

TRAN THANH TU

TRUONG THANH BINH

KHOA LUAN TOT NGHIEP

THAP

BUILDING A WAREHOUSE MANAGEMENT SYSTEM

APPLYING THE LOW POWER WIRELESS

COMMUNICATION TECHNOLOGY

KY SU NGANH KY THUAT MAY TINH

TP HO CHi MINH, 2021

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

TRUONG DAI HOC CONG NGHE THONG TIN

KHOA KY THUAT MAY TINH

TRAN THANH TÚ - 16521350

TRƯƠNG THANH BÌNH - 16521634

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

XÂY DỰNG HE THONG QUAN LÝ KHO UNG DỤNG

CÔNG NGHỆ GIAO TIẾP KHONG DAY CÔNG SUAT

THÁP

BUILDING A WAREHOUSE MANAGEMENT SYSTEM

APPLYING THE LOW POWER WIRELESS

COMMUNICATION TECHNOLOGY

KY SU NGANH KY THUAT MAY TINH

GIANG VIEN HUONG DAN

CHUNG QUANG KHANH

TP HO CHÍ MINH, 2021

THÔNG TIN HỘI ĐÒNG CHÁM KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

Hội đồng cham khóa luận tốt nghiệp, thành lập theo Quyết định số 64/QD-DHCNTT

ngày 26 tháng 01 năm 2021 của Hiệu trưởng Trường Đại học Công nghệ Thông tin.

LỜI CẢM ƠN

Đề hoàn thành đề tài này, em xin chân thành gửi lời cảm ơn và lòng biết ơn sâusắc tới Thầy Chung Quang Khánh, người đã dành thời gian quý báu của mình dé

hướng dẫn trực tiếp cho em cách thức nghiên cứu đề tài, để em hoàn thành tốt đề tài

của mình Bên cạnh đó, em cũng gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong trường Đại họcCông nghệ thông tin — Tp Hồ Chí Minh nói chung và các thầy cô trong khoa Kỹ thuậtmáy tính, Bộ môn Vi mạch — Hệ thống nhúng nói riêng, đã tận tình giảng dạy, truyềndat cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt 4 năm vừa qua dé em

vững bước trên con đường học tập và công việc của mình sau nảy.

Xin cảm ơn các tat cả các bạn bè, anh chị, những người đã giúp đỡ em vê moi mặt trong quá trình em làm đê tài.

Đặc biệt con xin cảm ơn tới bô mẹ, anh chị em trong gia đình, những người có

công sinh thành, nuôi dưỡng con thành người đê con có ngày hôm nay Cảm ơn những

lời động viên của bố mẹ trong quá trình con học tập và lúc con gặp khó khăn

Trong quá trình làm không thể không gặp những khó khăn và những sai sót,mong thầy cô và các bạn quan tâm đến đề tài của nhóm, góp ý dé nhóm rút kinh

nghiệm trong các công trình nghiên cứu sau này.

CHÂN THÀNH CẢM ƠN!

Sinh viên thực hiện

Trương Thanh Bình Trần Thanh Tú

Khoa Kỹ thuật máy tính, Lớp KTMT2016

MỤC LỤC

TOM TAT KHÓA LUẬN -2¿222S SE2E2EEEEEE2121121171711211211 7111.211 1Chương 1 TONG QUAN DE TAL oceeccssssssesssesssessssssssssscssssssssscsscssecsscssecasecsseesecases 2

1.1 Lý do chon để tai cccicccececccsccscssessessessesseseesecsessessessessessessesessessessessesseseeseeaees 2

1.2 Tinh hình nghiên cứu trong va ngoài nƯỚC 2-5555 *++++sexssess 3

1.2.1 — Tromg nƯỚC Ăn HH HH kg 3

1.2.2 Tinh hình nước ngOài - 5 5 s1 ri, 4

1.3 Mục tiêu đề tài -. -+22c 22221 22122112111221211221121121 2111 eee 6

1.4 Lý do dé tài chọn mô hình mang Bluetooth Start thay vì Bluetooth Mesh

MU Wc Maus 0E se 6

1.4.1 M6 hình mạng Bluetooth Mesh - 5 5S se re 6

1.4.2 — Mô hình mạng Bluetooth St4Ft <5 5S s + +svseeereeeereeee 8

1.4.3 Lý do thay đổi Ặ.27cSccckEkEEEEerererkrrrrrrkerkee 91.5 Đối tượng và phạm vi nghiên CỨU - + + s2 £+££+E£+Ee£EeEx+rxererrezreee 9

1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 2- ccs+E+E+E+EcEEeEEerkerkerkererree 9

1.5.2 Phạm vi nghiên CỨU - -.- Ăn ng ng rưy 10

1.6 Y nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tầi, ác c ch tt tr rrrrrrey 10

1.6.1 Ý nghĩa khoa học -¿©-+¿©2++c+2ExSEkerreerkesrxrrrxees 101.6.2 Y nghĩa thực tiễn -¿ ©ccccteEkSrkrrrerkrerkrrrre 10Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYÊTT 2-2 2+ £+E£EE£EE£EEEEEEEEEEEEEeEEerkerkrrkrree 11

2.1 Phân tích phan cứng c.ccecccsscessssssessseessesssssssesscssecsssssscssecssecsusssecssecsseseeasecs 11

"01 ' 11

2.1.2 Thiết bị Bink 2.13inch -¿-¿5s+2x+2E++E2EEerkerkezrxerxerkerree 17

2.2 Chuan giao tiếp Bluetooth - 2-2 ©s+E£+EE+EE£EES2EEEEEEEEEEEerEkrrkerkerkeee 25

2.3 Bluetooth Low Energy ceeccessccssecessecesceceeeceseceseeceeeceaecesaeceeeseeeseaeeees 26

2.4 Tìm hiểu về nRF52-SDK.Q ceccsscsssessesssssessessessesssessessessesssssessessessteaseesessess 34

2.4.1 BLEstack ĂĂ 2S St HH greeeec 34

2.4.2 Xo) i ai 0 — a.::-O1 35

2.4.3 GAP, GATT, ATT 55252222 EEEEEE2EE221E21 2121 EEkcrkee 35

2.5 Chuẩn giao tiếp UARIT ¿ 2¿ +©2++2S+2EE2EEEEEEEEESEECEEEEEEerkrsrkrrrrees 362.6 Hệ điều hành FreeRTOS cccccccssessessessessessessessssssessessessusssessessessessseeseesess 37

2.6.1 Hệ điều hành là gì? Set EEEE1211211 2111111, 37

2.6.2 FreeRTOS là gì? - 2c 2k 2222 221221211 38

2.7 Giao thức HTTTP - cc 1113122111111 12231 11111 vn ven 38

2.8 Nền tảng Node]S -52222c22+2212212221 2112112212111 re 39

2.8.1 NodeJS là gì? Ăn Hee 39

2.8.2 Ưu điểm của Node]S - 5c ©c++EvExcEkerkrrerrxerkerreee 40

2.9 EllasticSearch na e 4 Al

Chương 3 THIẾT KE HE THNG 2 ¿2 E+SE+EE£EE+EE£E£EeEEerEerxersrree 44

3.1 Thiết kế mô hình hệ thông quản lý kho -¿- s¿+2©+++++zx++zs+z2 443.2 Thiết kế gateway tích hợp nRF52840 với ESP-WROOM-02 46

3.2.1 Giới thiệu vỀ Gatewayy c5 TT E122 121111111111 1e cxe 463.2.2 _ Thiết kế phần cứng Gateway -. ¿©22©2++cx++cxrtrxerreerxesrxee 413.3 Giao tiếp giữa Gateway và Smartphone - 2 2+cz+s+xezxerxerxerxsreee 533.4 Giao tiếp giữa Gateway và thiết bị Eink ccecccscesesseseeseeseeseeseeeseeees 53

3.5 Giao tiếp giữa Gateway và S€TV€F + Sscctct2 2 E121 erkerreee 56

3.6 Thiết kế cơ sở dữ liệu với Elasticsearch -¿-2- + x s++z+zxzrxerseee 563.7 Thiết kế và thực hiện Web - ¿5s EtSE+EEEEEE2E5E1E12E5E11151121E1 1152k 59

3.7.1 — Angular ÌŨ cv SH TH HH He 59

3.7.2 Một số khái NSM oo eeccccecssessesssessessessecsvessessecsscsscssessecsecsesuseseesecses 60

Sa "` 60 3.7.2.2 Kanban Đoard - - - -c 1121111111193 11 111190 1111 1kg vn 60 3.7.2.3 Card 2c 2S 2 2 H2 T221 2121211211212 erre 61

3.7.3 Chức năng của Ứng dỤng - -s kh rưy 61

3.7.4 Thiết kế các màn hình ứng dụng - 2 2 z+sezx+zxerszrszxez 62Chương 4 KẾT QUẢ 2 ESE+EE2EE2EE2EEEEEEEEEEE1212112112111 11111 xe 64

AL Kết quả dat được -5c2xc2E2ExEEEE21211221271211211211 1111211 64

4.1.1 Phần cứng 8 ZZ” ếất 644.1.2 Phần mềm ©-£+-2+EE+EEEEEEEEEEEEEEEEEEErrkrrkerkerreee 65

4.1.3 I n4 011177 68 4.2 Thuan 101 aie rss ay ona ca: “nh 4 68

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Hình anh phần phềm quản lý kho -2- 22 2+22++2EE++2EE+2EE22£E++z£xzzrzxez 3Hình 1.2 Hình anh quản lý kho bằng thẻ kho, số kho - 2-52 5222222 4Hình 1.3 Quản lý kho của ngành in ấn 2-©22222Et2EEE+2EE22EE2222122712222122E2 xe 5Hình 1.4 Hệ thống quản lý kho bãi của công ty Brycen 5s scccxczzxcscxcei 5

Hình 1.5 Mô hình mạng MesÌ c1 1H T HT HT HT HH TH HH nh nhiệt 7

Hình 1.6 Mô hình mạng hình SaO - 12c 2212211211211 251 211151151151 111 11 81 11 te trrei 8 Hình 2.1 Module WiFi ESP-WROOM-O2 cctnntn nhe 11

Hình 2.2 Pinout của ESP-WROOM-Ô2 c S21 2112 11 2H HH HH Hot 12

Hình 2.3 Schematic ESP-WROOMM-2 TS nh HH Hư, 12

Hình 2.4 PCB ESP-WROOMM-O2 -.- 2: 2111121 1211112111112112111 11111111 Ha He 13

Hình 2.5 Module Bluetooth nRF52840 MSSSSE2 Sc ScS2shhhhehee 14

Hình 2.6 Pinout MSSSSIE2 - cece 21212 11 1111212111181 Ha HH Hy 14 Hình 2.7 Schematic MSSSSIE2 SH HH nh HH HH nh hệt 15 Hình 2.8 TPS63061 S22 1211211211 212 E1 11T HH HH Hy 15

Hình 2.9 Chip LDI I17S33TR c5: 2:5 2222 12121111212 E2 tt tere 16

Hình 2.10 Thiết bị Bink 2 I3inch - : 2522222cc22222EE tre 17

Hình 2.11 PCB của Eink 2.13 Inch ¿5c + tt S*+2EEESEEEEEsrrkerrrkrerrrerre 18

Hình 2.12 Màn hình E-ink 2.13” 1nch -:- ‹ :c: + tt S**2EEEsEEExesrrrrererrrrerrrrersker 18

Hình 2.13 Nrf5281Ú ác nh HH HT HH HH HH ke 20 Hình 2.14 Mach nạp J-link V8 JTAG Se€ỹØ€T St nh he 22

Hình 2.15 BLE Central va Peripheral - ¿+ c tk SH ghe, 28

Hình 2.16 BLE Observer và BroadCaSf€T . ch Hi, 28

Hình 2.17 Quá trình kết nối 2 thiết bị Bluetooth - 5c sec 2EzEeExerxxzrxez 29Hình 2.18 Đặc tính tần số hoạt động của BLE - 22: 2¿¿222+222+zv22x+csrzxccee 30

Hình 2.19 Scanning va AdVertiSINE - ch TT HH HH Hà He, 31

Hình 2.20 Cau trúc dữ liệu của 1 Advertising Packet -5cscz5czsccez 32

Hình 2.21 Các khối code được chia theo chức năng của 1 ứng dụng BLE 34

Hình 2.22 Cau trúc một frame trong giao tiếp UARTT ¿2z+22sz22zs:z+2 37

Hình 2.23 Cơ chế kiểm tra bit chẵn - ¿52 S2 2E551211212212E12212E12E12112E2 2e 37

Hình 2.24 Mô hình Client-SerVer 22-22 2+2EE222E122111221127122212711 272122 cee 39

Hình 2.25 Logo NodeJS -.c cctn HH Hà HH He 40

Hình 2.26 Logo elastICsearch cece 121211 1211111 1111 HH the, 41

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống quản lý kho - 2-5295 E2EE2E12E1211751271x2212E.crxet 44Hình 3.2 Sơ đồ khối phần cứng thiết bi gateWayy - 22-52 S2 eEEeExrrrrerrrerree 47Hình 3.3 Khối cung cấp nguồn cho thiết bị Gateway 22: 2s22zzs2zxcsrxecre 47Hình 3.4 Khối vi điều khiển MS88SF2 22-222 22122221221122212111 221122 cee 48Hình 3.5 Khối ESP-WROOM-02 2222122212 22112221121112211211222112112 212cc 49Hình 3.6 Khối Debug và L/ed + 5¿5S2E112E1225121122112212117112711211 2 1 crre 50

Hình 3.7 Board mạch 3D của thiết bị €0 51

Hình 3.8 Biéu đồ trạng thái trong chương trình thiết kế gateway - 52

Hình 3.9 Lưu đồ giải thuật giữa Gateway và Eink 2.13inch -. -: 55Hình 3.10 Sơ đồ lớp của cơ sở dit liệu -22¿222+++22+++22E++2E2E+zzxxesrrxceee 57

Hình 4.1 Hình ảnh thiết bị Gateway -2:22222+2232222122231221122112212221.cee 64Hình 4.2 Mặt trước thiết bị Bink 2.13inch 2¿22+¿222+++22E+z22xzvzzxxesrrrceee 65Hình 4.3 Mặt ngang thiết bị Eink 2 I3inchh - 22-55 2x2EE‡2EE£EEEEEEEEErrrxerrrerree 65Hình 4.4 Hình website điều khiển kho 22-©22+¿222++222E2t22E122221222E.z2E.cer 67Hình 4.5 Màn hình biểu thị cho linh kiện được lẫy 2© 2:s2£xc2£xzExerxe+ 67

DANH MỤC BANG

Bang 1.1: Chức năng của ứng dụng Web

DANH MỤC TỪ VIET TAT

Chữ viết tắt Chữ tường minh

loT Internet of Thing

WIFI Wireless Fidelity

API Application Programming Interface

MCU Microcontroller Unit

TCP Transmission Control Protocol

UDP User Datagram Protocol

ID Identity

RTOS Real-Time Operating System

HTTP Hyper Text Transfer Protocol

SSID Service Set Identifier

ID Identity

WMS Warehouse Management System

TOM TAT KHÓA LUẬN

Đề tài XÂY DỰNG HE THONG QUAN LÝ KHO UNG DUNG CÔNGNGHỆ GIAO TIẾP KHONG DAY CÔNG SUAT THÁP là một hệ thống Warehouse

Management System sử dụng trong các nhà máy, khu công nghiệp cỡ nhỏ và lớn.

Hệ thống cung cấp giải pháp rút ngắn thời gian Picking linh kiện cho các khonhà máy Đề tài chủ yếu tập trung vào việc xây dựng một hệ thống Pick-to-order

Hệ thống cung cấp cho người quản lý kho một giao diện dé tương tác với hệ

thống, server đề lưu trữ đữ liệu của linh kiện, app điện thoại để người đảm nhiệm việc

lay hàng xác định vị trí cần lấy hàng và thông báo mình đã hoàn tất việc lay hàng.Cùng kết hợp với màn hình công nghệ tiết kiệm năng lượng thấp Eink 2.13inch déhiển thị thông tin cho việc lấy hàng

Các thiết bị Eink 2.13inch sẽ được gắn vào từng vị trí mặt hàng, khi muốn tìm

hoặc lấy linh kiện ở vị trí tương ứng, người quản lý sẽ gửi tín hiệu từ Web qua cácthiết bị trung gian đến Eink 2.13inch Khi đó, người lấy hang sẽ dùng sẽ dùng điệnthoại có chứa app thông tin hàng cần lấy và kích hoạt task hàng, tương ứng các thiết

bị Eink 2.13inch sẽ sáng đèn và hiển thị số hàng cần lay

Chương 1 TONG QUAN DE TÀI

1.1 Ly do chọn đề tài

Đối với bất kỳ doanh nghiệp, cửa hàng nào, việc quản lý kho đóng vai trò vôcùng quan trọng, có thể ảnh hưởng trực tiếp đến chiến lược kinh doanh cũng nhưchiến lược phát triển của công ty Các câu hỏi được đặt ra là:

e Làm sao dé bám sát số lượng hàng hóa lưu trữ, cân đối lượng nhập và xuất

kho đề có kế hoạch kinh doanh đúng đắn?

e Làm sao dé dam bảo hàng luôn được xuất đi kịp thời, không bị hết hạn, lỗi

thời?

e Làm sao có thê xác định vị trí từng mặt hàng, xuất đi nhanh chóng khi có yêu

cầu?

e Và làm sao đề loại bỏ nguy cơ thất thoát hàng hóa đối với kho lưu trữ?

Nghe có vẻ khó khăn nhưng nếu biết được cách quản lý kho hàng hiệu quả,bạn sẽ tiết kiệm được rất nhiều chỉ phí, cũng như giải quyết được các vấn đề nêu trênmột cách dé dàng, góp phan đưa doanh nghiệp phát trién bền vững

Các phương pháp quản lý kho hiện nay trong các doanh nghiệp và của các

hàng nhỏ lẻ thường là: dung qua Excel, Word, hay tốt hơn nữa là dùng một phan mềmquản lý kho Các loại hình này tuy không đòi hỏi đầu tư nhiều nhưng lại làm cho

việc quản lý kho có hiệu quả không cao Và để giải quyết các câu hỏi thực tế đặt ranêu trên dé tài được lựa chọn dé giải quyết bài toán quản lý kho và đáp ứng nhu cầu

thực tế

Theo như khoa học thì tốc độ ánh sáng là là 186.000 đặm mỗi giây(299.792.458 mét mỗi giây) trong khi âm thanh đi vào 0,2 dặm mỗi giây (343 métmỗi giây), do đó mắt người có thé nhận diện ánh sáng nhanh hơn tốc độ âm thanh

Do đó đề tài lựa chọn giải pháp Picking to order theo vị tri sáng của module led trênmàn hình Eink 2.13inch sẽ nâng cao năng suất và tốc độ lẫy hàng

1.2 Tinh hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1 Trong nước.

Hiện nay, các phần mềm quản lý kho Việt Nam xuất hiện ngày càng nhiều,

cung cấp các giải pháp nhập kho, xuất kho và thống kê hàng hóa tồn kho chính xác

nhất Tuy nhiên các phần mềm này chủ yếu tập trung vào việc quản lý nhập kho, xuấtkho, số lượng tồn kho nhưng lại không quan tâm đến việc hỗ trợ việc picking hànghóa Trong quản lý kho thì công việc picking hàng hóa tiêu tốn chi phí nhiều nhất.Việc đi lấy hàng hóa mà không có hệ thống hỗ trợ phụ thuộc lớn vào việc sắp xếpthông minh vị trí các món hàng trong kho, trí nhớ của người quản kho và các biển

giấy chỉ thị tên của từng món hàng Nếu không thi sẽ tốn rất nhiều thời gian dé thực

hiện.

Các phần mềm này chỉ tập trung vào việc quản lý việc nhập kho, xuất kho,

thống kê số lượng tồn kho, sản phẩm bán chạy mà quan tâm rất ít về vấn đề picking

Ttem Description Location

Add New Item FIC2298 Yellowknife Hello Main

Find Item FIC44558 The Temptuous Sea Main

FV13499 Main

HIS44556 History of Apples by D.L Brewer Mai

HIS55662 Hostory of Clay Pots Man

Transfer Stock

+ Purchase

Order Stock Receive Stock

View Receive History

View Items On Order

Theo nghiên cứu đa số các cửa hàng quản lý kho theo số sách nhỏ lẻ.

Đơn vị: Mau số $12-DN

Dia chi: (Ban hành theo Thông tr sô 200/2014/TT-BTC

Ngày 22/12/2014 của Bộ Tài chính)

thẻ kho (Số kho) Ngày lập =

(Ký họ tên) (Kỹ, họ tên, đóng dâu)

Hình 1.2 Hình ảnh quản lý kho băng thẻ kho, số kho

1.2.2 Tình hình nước ngoài.

Bài toán quản lý kho luôn là van đề nóng đối với các kho hàng, hiện có rấtnhiều dự án IoT về điều khiển các thiết bị trong nhà sử dụng công nghệ Bluetooth

của nhiều công ty lớn nhỏ trên thế giới Vì thế hệ thống quản lý kho đã được phát

triên và không còn xa lạ trên thê giới.

Các hệ thống quản lý kho được sản xuất trên thế giới, nhiều mô hình khác

nhau.

Hình 1.3 Quản lý kho của ngành in ấn

= Viiv

1.3 Muc tiêu đề tài

Để tài XÂY DỰNG HỆ THÓNG QUẢN LÝ KHO ỨNG DỤNG CÔNGNGHỆ GIAO TIẾP KHONG DAY CÔNG SUAT THÁP, mục tiêu đặt ra là xây dựng

hệ thống theo dõi từ xa, thiết kế và thực hiện thiết bị quản lý sỐ lượng sản phẩm cókích thước nhỏ, có thé dé dang di chuyên Bao gồm cả phan cứng va phần mềm:

chương trình xử lý các giá trị ra vào của thiệt bị hiên thị.

Nhóm đê ra các mục tiêu chính của đê tài:

s* Sử dụng mô hình mạng Bluetooth Start dé thiết kế hệ thống quản

lý kho cải tiễn hơn so với hiện tại với việc hỗ trợ pick to order

% Xây dựng hệ thống Server, Database, ứng dụng Web và Android

dé quản lý giao tiếp với hệ thống mạng Bluetooth đã thiết lập

* Hiện thực thành công với hệ thống quản lý kho ứng dụng công

nghệ giao tiếp không dây công suất thấp Cho phép người dùngquản lý nhập kho, xuất kho, thống kê số lượng linh kiện, hỗ trợpicking linh kiện giúp giảm thời gian tìm kiếm, tối ưu hóa việc

đi chuyền trong kho, tránh tình trang đi qua di lại một vi trí nhiềulần Giúp cho những người quản lý kho mới dễ dàng sử dụng hệthống Ung dụng công nghệ bluetooth low energy giúp tiết kiệmchi phí điện năng, lắp đặt dé dàng, không rườm rà về dây

1.4 Lý do đề tài chọn mô hình mạng Bluetooth Start thay vì Bluetooth Mesh

như lúc đầu:

1.4.1 Mô hình mạng Bluetooth Mesh

Trong một mạng Bluetooth Mesh, các bảng tin được chuyền từ Node này sang Node

khác dé đến điểm dich của nó (Gateway) Một Sensor Node, vừa đóng vai trò là mộtđiểm thu và truyền dữ liệu của riêng chúng, vừa là một “Repeater”chuyên dữ liệu

đến các Node khác Vì thé, tất cả các node trong Bluetooth Mesh là đồng nhất va

được kêt nôi hoàn toàn với nhau.

Full Mesh

Hình 1.5 Mô hình mạng Mesh

Bluetooth Mesh với hai tính năng nồi bật và được sử dụng rộng rãi là:

Extend The Coverage: giúp cho các thiết bị không dây tầm ngắn như

ZigBee, Z-Wave, WirelessHART có thể mở rộng phạm vi hoạt động của

Bluetooth Mesh có khả mở rộng mạng lưới và bao phủ trên các khuôn viên

rộng lớn như một trung tâm thương mại Tuy nhiên, vì phạm vi giữa 2 node

là rất ngắn, số lượng bộ “Repeater” tăng lên nhanh chóng, làm cho mạng

lưới này rất tốn kém Trong nhiều trường hợp các Node phụ được thêm vàokhông nhằm mục đích truyền nhận dữ liệu mà chỉ đơn giản là dé đạt đượcmạng lưới mong muốn

Số lượng thiết bị dự phòng và số lượng kết nối quá nhiều làm phức tạp chocác hoạt động thiết lập, quản lý và bảo trì mạng lưới Sự phức tạp này cảntrở đáng ké khả năng mở rộng cho dù năng lượng vận chuyên thấp, bảnchất của việc chuyền tiếp dữ liệu giữa các Node trong mạng lưới dẫn đến

mức tiêu thụ nguồn điện trong mạng lưới là rất cao Do các Node phải liêntục “awake” và “listen” xem có phải chuyên tiếp “message” đến các Nodekhác Việc vận chuyển qua một Node thường xuyên dẫn đến việc mau hết

pin của nó.

Thêm một mối quan tâm khác là mạng lưới dễ bi “vulnerability to securityattacks” Nếu một bộ “Repeater” bị phá vỡ và thâm nhập, toàn bộ mạng lưới sẽ

sụp đồ Do đó, nếu mạng Bluetooth Mesh càng lớn, càng nhiều bộ lặp thì sẽ càng

có nhiều điểm dễ bị tan công

1.4.2 Mô hình mạng Bluetooth Start

Trong mô hình mạng Bluetooth Start các nút bluetooth đều giao tiếp với một thiết bịtrung tâm (Gateway) Thiết bị trung trung tâm đảm nhiệm vai trò truyền dẫn các gói

tin đên các nút trong mạng.

Star

Hình 1.6 Mô hình mạng hình sao

Nhờ vào kết nối một bước (one-hope), điểm-điểm (point-to-point), mô hình mạnghình sao đơn giản hơn nhiều và ít tốn kém hơn dé thực hiện so với cấu trúc mạngMesh An ninh mạng cũng tăng lên vì các nút cuối hoạt động độc lập với nhau Nếu

có một nút bị tan công, phân còn lại của mang van còn nguyên ven.

1.4.3 Lý do thay đổi

Đề tài khóa luận của nhóm hướng đến mục đích xây dựng một hệ thống quản lý kho

phục vụ công việc picking trong các nhà máy Trong môi trường nhà máy đòi hỏi tính

an ninh, bảo mật cao Việc sử dụng trong diện tích nhà kho lớn như các kho trong nhà

máy kèm theo việc phải cung cấp một số lượng lớn các thiết bị Dẫn đến vấn đề nănglượng phải được quan tâm Trong mô hình mạng Mesh số lượng nút kết nối quá nhiều

làm phức tap đáng ké hoạt động thiết lập, quản lý, bao trì mạng Các nút phải liên tục

thức và lang nghe xem có cần chuyền tiếp thông báo hay không dẫn đến nhanh chóngcạn kiệt pin Mặc khác các node đều có thê liên kết với nhau dẫn đến hệ thống dễ bịtan công nếu không được bảo mật tốt Nếu một nút bị hack, hacker có thể dựa vàonút đó dé lay thông tin của toàn hệ thống Ngược lại mô hình mang sao có thé hạnchế được những van đề đó Khi các nút là độc lập với nhau, nên khi một nút bị tấncông sẽ không làm ảnh hưởng đến nút khác và hệ thống Trong mô hình mạng saocác nút cũng không cần thức và lang nghe liên tục các tin nhăn vì thiết bi đảm nhiệmvai trò này này chính là thiết bị trung tâm (Gateway) cho nên ngoài thời gian truyền,thời gian còn lại các nút đều rơi vào trạng thái nên tiêu thụ rất ít năng lượng Vì vậy

mà nhóm đã quyết định thay đổi mô hình mang Mesh thành mô hình mang Star

1.5 _ Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.5.1 Đối tượng nghiên cứu

Lập trình nhúng điều khiến Module WiFi ESP-WROOM-02, Module

Bluetooth nRF52840 MSSSSF2, Eink 2.13 inch, Soc Nrf52810.

Cách thực hiện giao tiếp truyền tai dit liệu giữa Gateway và Server

Cách thực hiện giao tiếp giữa truyền tải đữ liệu giữa điện thoại thông minh và

Gateway.

Cách thực hiện giao tiếp truyền tai dữ liệu giữa Gateway và Eink 2.13 inch

Cách thực hiện giao tiếp giữa điện thoại và Server

Xây dựng chức năng của ứng dụng web.

1.5.2 Pham vi nghiên cứu

Thiết kế, thực hiện được thiết bị có thể cho hiển thị và quản lý kho từ đữ liệu

Server Sau đó phản hồi trạng thái cho server, dựa vào mức độ trạng thải ta có thể

quản ly được sỐ lượng sản phẩm trong kho tại một khu vực xác định

Thời gian nghiên cứu: 4 tháng (từ tháng 9/2020 đến tháng 12/2020)

Chế tạo thành công thiết bi Gateway và Eink 2.13inch

Cho Gateway và Eink 2.13inch giao tiếp, truyền tài dir liệu và chạy ôn định

Thiết bị có thể dùng cho các hệ thống quản lý nhỏ, công ty, cơ quan, khu côngnghiệp để từ đó có thể nâng cao biện pháp quản lý kho hàng một cách hiệu quả,đảm bảo chất lượng và độ chính xác, nâng cao năng suất lao động, giảm thiéu sai sót

Thiết bi là mô hình để khảo sát và hiển thị cho bài toán quản lý kho trong tương

lai.

10

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYET

2.1.1 Gateway

Module WiFi ESP-WROOM-02

ESP-WROOM-02 là một module MCU Wifi 32-bit tiết kiệm năng

lượng dựa trên chip ESP8266 Module tích hợp sẵn giao thức TCP/IP, 10-bitADC,TR, LNA và các chuẩn giao tiếp HSP/UART/PWM/I2C/I2S Module sửdụng một bộ nhớ flash 2MB dé lưu trữ các chương trình người dung, dir liệu

và phần mềm Cấu hình người dùng qua AT Instruction Set, Cloud Server và

Chuẩn giao tiếp UART / HSPI/I2C / I2S/ IR / GPIO / PWM /SDIO

Chứng nhận Wi-Fi Alliance, SRRC, FCC, CE, TELEC, IC & KCC Certified, RoHS, Halogen

VV VV Y Y WV

11

> Công suất ngõ ra +22dBm peak power in FCC certification

MS88SF2 dựa trên Nordic nRF52840 va nó là một mô-đun Bluetooth

5.0 kích thước rất nhỏ gọn với vỏ bọc kim loại và tuân thủ tiêu chuẩn IEEE802.12.4 Về mặt kỹ thuật, MS88SF2 là tiên tiến, tính linh hoạt cao hơn, côngsuất cực thấp và nó làm giảm chi phí xây dựng các nút mạng Với việc quản

lý điện năng linh hoạt, nó có bộ điều chỉnh DC/DC và LDO trên chip với cácchế độ dòng điện thấp tự động Mô-đun có bộ thu phát RF với bộ xử lý ARM

Cortex-M4F và tốc độ lõi lên đến 64MHz

13

Hỗ trợ UART, SPI, I2C, USB

Tốc độ dữ liệu 2Mbs/1Mbs/500kbs — Bluetooth low energy

VV VV VV Y WV Hỗ tro DMA cho tất cả các chuẩn giao tiếp

Kích thước 23x17x2mm PINOUT

Hình 2.6 Pinout MSSSSF2

14

POO PO

SWcLk SWTDLO

D00

(P30 LPO Is

được cung cấp bởi pin kiềm ba cell đến sáu cell, NiCd hoặc NiMH hoặc pin

Li-Ion hoặc Li-polymer một cell hoặc hai cell Đầu ra dòng điện có thé tăng

15

cao tới 2A trong khi sử dụng pin Li-Ion hoặc Li-polymer hai cell và xả xuống5V hoặc thấp hơn TPS63061 có thé hoạt động như là một bộ hạ áp khi điện

áp đầu vào cao hơn điện áp đầu ra và như một bộ tăng áp khi điện áp đầu vàothấp hơn điện áp đầu ra

> Kích thước 3x3mm, 10-pin, WSON (DSC) package.

LD1117S33TR

Thông số kỹ thuật:

Low Dropout Voltage: IV

Dòng điện ở dau ra tối đa 800mAĐiện áp đầu ra cố định: 1.2V, 1.8V, 2.5V, 3.3V, 5.0V

Adjustable version availability (VREE = 1.25V)

VV VY WV

16

2.1.2 Thiết bị Eink 2.13inchThông tin thiết bị Eink 2.13inch

e Công nghệ Bluetooth 5.0

e Tốc độ làm mới nhanh hơn

e Dòng Nordic nRF52810

e Giao tiếp không dây hai chiều

e Màn hình E-ink 2.13inch ma trận điểm chất lượng cao

e Hỗ trợ đa ngôn ngữ

© MãQR, Mã vạch, NFC cho các tương tác trực tuyến và ngoại tuyến

e Đèn LED 3 mau: blue, green, red

e Môi trường làm việc: - 20 - 50 °CThông số kỹ thuật

e©_ Màu pixel Đen / trắng / đỏ

Tổng quan thiết bị

e EINK là màn hình điện di ma trận chủ động (AMEPD), với giao

diện và thiết kế hệ thống tham chiếu

e Vung hoạt động 2,13” chứa 250 x 122 pixel và có khả năng hiển thị

đầy đủ B/ W/R 1 bit Một mạch tích hợp chứa bộ đệm công, bộ đệm nguồn, giao diện, logic điều khién định thời, bộ dao động, DC-

DC SRAM.LUT, VCOM và biên giới được cung cấp với mỗi bảngđiều khiển

e Không có đèn nền, tiếp tục hiển thị nội dung mới nhất trong thời

gian dài ngay cả khi tắt nguôn

e Tiéu thụ điện năng cực thâp, vê cơ bản chỉ cân điện đê làm mới

e_ Thời gian làm mới một phan: 0,3 giây

e Thời gian làm mới hoàn toàn: 2 giây

e Làm mới công suất: 26,4mW (điển hình)

e_ Công suất chờ: <0,017mW

e Góc nhìn: 180 °

19

Hệ thống nRF52810 trên chip (SoC) là thành viên cơ bản của dòng

SoC dòng nRF52 Nó đáp ứng thách thức của việc đưa các tính năng

Bluetooth LE tiên tiến và sự đồng thời của giao thức vào các ứng

dụng ở một mức giá khiến việc bổ sung kết nối Bluetooth LE vào

một ứng dụng trở nên hấp dẫn Nó là một ứng cử viên lý tưởng chocác ứng dụng ít phức tạp hơn và cũng như một bộ xử lý kết nối

Bluetooth LE trong các ứng dụng lớn hơn.

NRF52810 có hỗ trợ giao thức cho Bluetooth LE, bao gồm cả tínhnăng tốc độ cao 2 Mbps Nó cũng hỗ trợ ANT và các giao thức độcquyền 2,4 GHz Nó cực kỳ tiết kiệm điện và là SoC nhỏ nhất của

chúng tôi (cùng với nRF52811) với gói CSP 2.482 x 2.464 mm.

Nó được xây dựng xung quanh CPU Arm® Cortex TM -M4 chạy ởtốc độ 64 MHz Nó có nhiều thiết bị ngoại vi và giao diện kỹ thuật

số như PDM, PWM, UART, SPI và TWI Nó cũng có một ADC

12-bit có khả năng Mức tiêu thụ năng lượng đặc biệt thấp đạt được nhờ

sử dụng hệ thống quản lý điện năng thích ứng trên chip tinh vi

20

Thông số kỹ thuật:

Bộ xử lý ARM® Cortex®-M4 32-bit, 64 MHz:

e 144 điểm EEMBC CoreMark® chạy từ bộ nhớ flash

e 34,4 HA / MHz chạy CoreMark từ bộ nhớ flash.

e 32,8 HA / MHz chạy CoreMark từ bộ nhớ RAM.

© Gỡ lỗi dây nói tiếp (SWD)

Xây dung chương trình cho Eink 2.13inch

Phần mềm SEGGER Embedded Studio

SEGGER Embedded Studio là một C / C ++ IDE (Môi trường phat

triển tích hợp) mạnh mẽ cho các hệ thống nhúng Nó được thiết kế

đặc biệt dé cung cấp cho người dùng mọi thứ cần thiết cho việc phát

triển và lập trình C nhúng chuyên nghiệp: Một giải pháp tất cả trongmột cung cấp sự ồn định và quy trình làm việc liên tục cho bat kỳmôi trường phát triển nào

Giải pháp IDE chuyên nghiệp cho lập trình C / C ++ nhúng.

Đa nền tảng: Chạy trên Windows, macOS và Linux

Trình biên dịch Clang / LLVM và GCC C/C ++.

Thư viện thời gian chạy được tối ưu hóa cao để có hiệu suất tốt nhất

và kích thước mã nhỏ nhất

21

e_ Trình gỡ lỗi tích hợp nhiều tinh năng với tích hợp J-Link liền mạch.

e H6 trợ các đầu dò gỡ lỗi của bên thứ 3 thông qua giao thức GDB

e Trình quản lý dự án mạnh mẽ, ngay cả đối với các dự án lớn

e Trinh tạo dự án dựa trên gói cho tất cả các bộ vi điều khiển phổ biến

e Xây dựng đa luồng giảm thiểu thời gian xây dựng

e MIEN PHÍ cho bat kỳ mục đích sử dung phi thương mại nào như

mục đích giáo dục và đánh giá, không có bat kỳ giới hạn nào

e©_ Miễn phí dé sử dụng cho mục đích thương mại và phi thương mai

với các thiết bị của đối tác cấp phép

Mach nạp J-Link V8 JTAG Segger

ARM9, thông qua giao tiếp RDI và kết nối không dây Các công cụ

22

dé phát triển ARM luôn dễ kết nối, thuận tiện, dé học và thiết thựcnhất.

e Tinh năng, đặc điểm:

Tích hợp IAR EWARM để kết nối JTAG Emulator

Hỗ trợ tất cả các chip lõi ARM7 / ARM9 và cortex-M3,bao gồm cả chế độ Thumb

Hỗ trợ ADS, IAR, KEIL, WINARM, REALVIEW và

hầu như tất cả các môi trường phát triển

Tốc độ tai ARM7: 600kB/s, ARM9: 550kB/s, thông quaDCC lên đến 800 kB /s

Tốc độ JTAG: 12 MHz

Điện áp: 1.2~3.3 VDC, 5VDC.

Nhận điện tốc độ tự động

Giám sát tất cả các tín hiệu JTAG và điện ap

Sử dụng nguồn điện USB

Giao tiếp USB2.0

Hỗ trợ kết nối JTAG

Đầu nối JTAG 20 pin

Đầu nối JTAG 14 pin

23

Sơ đồ luồng hoạt động của Eink 2.13inch

2 Set Initial Configuration

- Define SPI interface to comunicatie with MCU nRF52810

- HW reset

- SW reset by command 0x12

- Wait 10ms

3 Send Initialization code

- Set analog bock control by Command Ox74

- Set digital bock control by Command Ox7E

- Set gate driver output by Command OxO1

- Set display RAM size by command 0x11,

0x44, 0x45

- Set panel border by Command Ox3C

4 Load waveform LUT

- Load waveform LUT form OTP by Command

Ox22, Ox20 or by MCU

-Wait Busy Low

5 Write Image and Drive Display panel

- Write image data in RAM by command Ox4E, Ox4F, 0x24, 0x26

- Drive display panel by command Ox22, 0x20

- Wait Busy Low

2.2 Chuẩn giao tiếp Bluetooth

É ` Bluetooth

Hình 2.16 Logo Bluetooth

Bluetooth là chuẩn công nghệ không dây dùng dé trao đôi dữ liệu với khoảng

cách gần, sử dụng sóng UHE với bước sóng ngắn với băng tan ISM 2.4 đến 2.485

GHz Bluetooth được Tập đoàn Viễn thông Ericsson (Thụy Điển) phát minh năm

1994 với mục đích thay thế cáp RS-232 Bluetooth cho phép kết nối nhiều thiết bị

một lúc với nhau và giải quyêt được các vân đê đông bộ hóa thời bây giờ.

Những nhiệm vụ của Bluetooth bao gồm:

> Điều khiến và giao tiếp không dây giữa điện thoại di động va tai nghe

Đây là một trong những ứng dụng đầu tiên trở nên phổ biến

Điều khiến và giao tiếp không dây giữa điện thoại di động và hệ thống

âm thanh trên xe hơi tương thích với Bluetooth.

Điều khién và giao tiếp không dây giữa máy tinh bảng và loa, như iPad

hay máy tính bảng Android.

Các thiết bị tai nghe không dây Bluetooth và điện thoại nội bộ không

dây Bluetooth trên cửa ra vào.

Mạng không dây băng thông hẹp giữa các máy vi tính trong không gian

nhỏ.

Giao tiếp không dây giữa máy vi tính và các thiết bị ngoại vi, phố biếnnhất là chuột, bàn phím và máy tính

Chuyên tải đữ liệu thông tin liên lạc, lịch và nhắc nhở giữa các thiết bị

Thay thế chuẩn kết nối dây RS-232 được sử dụng với các thiết bị kiểm

tra, bộ nhận tín hiệu GPS, thiết bị y tế, thiết bị quét mã vạch và thiết bịđiều khiến giao thông

25

Thay thé vai trò điều khiến của hồng ngoại

Phục vụ các ứng dụng kết nối không đòi hỏi băng thông lớn như kết nốiUSB và đòi hỏi không cần sử dụng dây cáp

Gửi quảng cáo từ các thiết bị quảng cáo qua Bluetooth đến các thiết bị

Bluetooth được phát hiện.

Kết nối không dây giữa hai hệ thống mạng Ethernet Công nghiệp (ví

dụ như PROFINET).

Mẫu máy chơi game thế hệ bảy và tám, ví dụ như Nintendo Wii vàSony PlayStation 3, sử dụng Bluetooth dé kết nối với tay điều khiển

không dây.

Biến điện thoại hoặc thiết bị cam tay trở thành modem không dây

Truyền tải thông tin từ cảm biến theo dõi sức khỏe từ thiết bị y tế đến

điện thoại di động hoặc các thiết bị giám sát, thu thập thông tin

Cho phép điện thoại bàn báo chuông và trả lời cuộc gọi từ điện thoại di

động (tương tự tai nghe không dây).

Theo dõi chủ thé theo thời gian thực với khoảng cách gần

Chống trộm hoặc tránh bỏ quên điện thoại di động — khi điện thoại matliên lạc với thiết bị đánh dấu, chuông báo hiệu sẽ kêu

Kết nối giữa thiết bị công nghệ “đeo, đội, mặc” với điện thoại di động,

ví dụ như kính thông minh, đồng hồ thông minh

Bluetooth Low Energy

BLE (Bluetooth Low Energy) hay còn gọi là Bluetooth Smart là công nghệ

mạng cá nhân không dây được thiết kế và tiếp thị bởi Bluetooth Special Interest Group(Bluetooth SIG) nhằm vào các ứng dụng mới trong chăm sóc sức khỏe, thể dục, đèn

hiệu, an ninh, và các ngành công nghiệp giải tri gia đình.

So với Bluetooth cô điền, Bluetooth Low Energy nhằm giảm mức tiêu thụ điệnnăng và chi phí đáng kể trong khi vẫn duy trì phạm vi giao tiếp tương tự

26

Các hệ điều hành di động bao gồm iOS, Android, Windows Phone va

BlackBerry cũng như macOS, Linux, Windows § và Windows 10, hỗ trợ Bluetooth

Low Energy Bluetooth SIG dự đoán rằng vào năm 2018, hơn 90% điện thoại thông

minh hỗ trợ Bluetooth sẽ hỗ trợ Bluetooth Low Energy.

Ưu điểm:

> _ Siêu tiết kiệm năng lượng, cho phép thiết bị hoạt động trong vài tháng

hoặc vài năm chỉ với một viên pin đồng xu (coin-cell battery)

> Hoạt động én định trong phạm vi 10m.

> Dữ liệu truyền tải không lớn, thích hợp cho các ứng dụng điều khiển

không liên tục, cảm biến

Nhược điểm:

> Phạm vi hoạt động của thiết bị Bluetooth ngắn khoảng từ 5m đến 10m.

> Téc độ truyền dữ liệu thấp

Các loại thiết bị và quá trình hoạt động:

> BLE Central: BLE Central là thiết bi sẽ chủ động yêu cầu kết nối đến

các thiết bị BLE khác (thường là smartphone, tablet) Sau khi kết nối

thì chúng ta lại gọi BLE Central là BLE Master (gọi Master với ý

nghĩa là thiết bị này sẽ làm chủ các hoạt động đồng bộ radio dé giữ kếtnối và truyền dữ liệu)

> BLE Peripheral: BLE Peripheral là thiết bi chấp nhận yêu cau kết nối

(thường là thiết bị BLE) Tương tự, sau khi kết nối thì chúng ta gọi

BLE Peripheral là BLE Slave (Slave ý nghĩa là thiết bị này sẽ tuântheo hoạt động đồng bộ radio từ phía Master để giữ kết nối và truyền

dữ liệu).

27

(| Gump Peripheral

Hinh 2.15 BLE Central va Peripheral

> BLE Observer: là BLE Central nhưng chỉ nhận dữ liệu nhận dang của

các thiết bị xung quanh nhưng không bao giờ tạo kết nối

> BLE Broadcaster: là BLE Peripheral chỉ phát dữ liệu nhận dạng nhưng

không bao giờ chấp nhận yêu cầu kết nối từ các BLE Central

®— ›

Hình 2.16 BLE Observer và Broadcaster

Quá trình hoạt động của BLE:

> Advertising: là hoạt động phat dữ liệu nhận dang cơ bản của thiết bị

BLE Peripheral ra môi trường xung quanh trước khi kết nối

> Scanning: là hoạt động của thiết bị BLE Central dé thu thập dữ liệu

nhận dạng của nhiều thiết bị BLE Peripheral xung quanh

> Connecting: là hoạt động của cả thiết bị BLE Central và BLE

peripheral trong đó thiết bi BLE Central có thé gửi yêu cầu thêm thông

tin nhận dạng (gọi là Scan Request) và BLE Peripheral gửi theo yêu

cầu (gọi là Scan Response) Sau đó BLE Central sẽ kiểm tra đầy đủ

thông tin nhận dạng (từ Advertising data và từ Scan Response data) và

gửi yêu cầu kết nối (gọi là Connection Request), cuối cùng thiết bịBLE Peripheral sẽ trả lời chấp nhận hay từ chối kết nối (gọi là

Connection Response).

28

> Discovering: là hoạt động của thiết bị BLE Client sau khi kết nối nhăm

lay thông tin về các loại dữ liệu mà thiết bi BLE Server có thé cungcấp Ví dụ, thiết bi BLE Server có thể có dit liệu về gia tốc, hoặc có dữliệu về nhiệt độ, độ âm, v.v và thiết bị BLE Client sẽ có nhu cầu biết

các loại đữ liệu nào có thể nhận từ BLE Server

| 4 Scanning | Broadcasts advertisement packets (GAP)

a Advertising |

| 2 Received | 2.5 Connection attempt '

| advertisement packet me «xa Ỉ

Connected success, stops advertising

Connect success

3 Connect success,

now lets find out more Discover services ‘

cu Send back services

Các thiết bị BLE chỉ hoạt động ở tần số 2.4GHz Điều này đúng nhưng

chưa đầy đủ, thực tế các thiết bị BLE có thể hoạt động trong 1 dãy tần

số từ 2402MHz đến 2480 MHz và dai tần số này được chia làm 40

kênh truyền, trong đó các chip BLE có thể sử dụng 1 trong 40 kênh tần

số dé truyền dữ liệu Giá trị tần số của mỗi kênh truyền được tính như

sau:

fn = 2402 + 2*n (MHz) (với 0<=n<= 39) (2.1)

Cac kênh tân sô này sẽ được sử dụng như sau:

29