Báo cáo bài tập lớn học phần internet of things (n01) Đề tài hệ thống hiển thị ma trận Đèn quang báo

Hệ thống này cần có khả năng hiển thị các nội dung tùy chỉnh hoặc tự động dựa trên các thông số thực tế như giá vàng và điều kiện môi trường.. Hệ thống này cần có khả năng hiển thị các n

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

-*** -BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN INTERNET OF THINGS (N01)

Đề tài:

HỆ THỐNG HIỂN THỊ MA TRẬN ĐÈN QUANG BÁO

Trịnh Thu Thảo - 92569 Phan Thị Mỹ Huyền - 94772

Hải Phòng, tháng 10 năm 2024

Mục Lục

CHƯƠNG 1 MÔ TẢ BÀI TOÁN 1

1.1 Mô tả và phân tích bài toán 1

1.1.1 Giới thiệu bài toán 1

1.1.2 Mô tả bài toán 1

1.1.3 Phân tích nghiệp vụ 2

1.2 Phân rã chức năng 3

1.2.1 Hiển thị thông tin 3

1.2.2 Xử lý dữ liệu từ môi trường 3

1.2.3 Kết nối với server 4

1.2.4 Quản lý các chế độ hiển thị 4

1.2.5 Quản trị hệ thống 5

1.2.6 Quản trị database 5

1.3 Mô đun tổng quát hệ thống 6

1.3.1 Mô đun Hiển thị 6

1.3.2 Mô đun Cảm biến 6

1.3.3 Mô đun Truyền thông 6

1.3.4 Mô đun Server 6

1.3.5 Mô đun Cơ sở Dữ liệu 6

1.3.6 Mô đun Giao diện Người dùng 6

1.3.7 Mô đun Quản trị Hệ thống 7

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 8

2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống 8

CHƯƠNG 1 MÔ TẢ BÀI TOÁN 1.1 Mô tả và phân tích bài toán

1.1.1 Giới thiệu bài toán

Mục tiêu của đề tài là phát triển một hệ thống hiển thị thông tin bằng ma trận đèn LED kích thước 8x32 Hệ thống này cần có khả năng hiển thị các nội dung tùy chỉnh hoặc

tự động dựa trên các thông số thực tế như giá vàng và điều kiện môi trường Hệ thống phải có hai chế độ hoạt động: manual (người dùng điều khiển nội dung hiển thị) và auto (hệ thống tự động lấy dữ liệu và hiển thị) Đồng thời, hệ thống cần có khả năng quản trị từ

xa thông qua một server, lưu trữ các thay đổi trạng thái hoạt động vào database, và cung cấp một dashboard để người quản trị theo dõi

1.1.2 Mô tả bài toán

1 Mục tiêu bài toán

Mục tiêu của đề tài là phát triển một hệ thống hiển thị thông tin bằng ma trận đèn LED kích thước 8x32 Hệ thống này cần có khả năng hiển thị các nội dung tùy chỉnh hoặc tự động dựa trên các thông số thực tế như giá vàng và điều kiện môi trường Hệ thống phải

có hai chế độ hoạt động: manual (người dùng điều khiển nội dung hiển thị) và auto (hệ

thống tự động lấy dữ liệu và hiển thị) Đồng thời, hệ thống cần có khả năng quản trị từ xa thông qua một server, lưu trữ các thay đổi trạng thái hoạt động vào database, và cung cấp một dashboard để người quản trị theo dõi

2 Nội dung yêu cầu

 Thiết kế phần cứng:

 Thiết kế ma trận đèn LED 8x32 với khả năng hiển thị thông tin đa dạng

 Tích hợp các nút điều khiển trực tiếp cho phép người dùng thay đổi nội dung hiển thị ngay tại chỗ

 Phát triển phần mềm:

 Chế độ manual: Cho phép người dùng trực tiếp điều khiển nội dung hiển thị, thay đổi tốc độ chạy chữ và kịch bản hiển thị thông qua nút điều khiển hoặc giao diện trên server

 Chế độ auto: Tự động lấy thông số giá vàng và môi trường (như nhiệt độ, độ ẩm)

từ các nguồn dữ liệu trực tuyến hoặc cảm biến để điều chỉnh nội dung hiển thị

 Thiết lập kịch bản hiển thị dựa trên thời gian trong ngày (ví dụ: chào khách vào buổi sáng, hiển thị thông tin giá vàng trong giờ làm việc)

 Điều chỉnh tốc độ và kiểu hiển thị dựa trên điều kiện thực tế

 Quản trị hệ thống từ xa:

 Thiết lập một server để quản lý nội dung và kịch bản hiển thị

 Lưu trữ thông tin về các thay đổi trong trạng thái hoạt động của bảng hiển thị vào một database

 Cung cấp dashboard để theo dõi các thông số và trạng thái hoạt động của hệ thống

1.1.3 Phân tích nghiệp vụ

 Phân tích và thiết kế:

 Xác định các yêu cầu kỹ thuật cho ma trận đèn LED và các thành phần điều khiển

 Thiết kế giao diện người dùng trên server để điều khiển và quản lý hệ thống

 Phát triển các thuật toán cần thiết cho việc tự động điều chỉnh nội dung hiển thị dựa trên dữ liệu từ môi trường

 Triển khai và phát triển:

 Phần cứng: Lắp ráp và kiểm thử ma trận LED 8x32, kết nối với các nút điều khiển

và các thành phần cảm biến (nếu cần thiết)

 Phần mềm:

 Phát triển firmware cho hệ thống hiển thị, bao gồm cả hai chế độ manual và auto

 Phát triển hệ thống server với cơ sở dữ liệu để lưu trữ thông tin và cung cấp giao diện quản trị

 Tích hợp:

 Tích hợp hệ thống hiển thị với server và đảm bảo rằng mọi thay đổi trên server được phản ánh kịp thời trên bảng hiển thị

 Thiết lập cơ chế lưu trữ và phản hồi cho các sự kiện xảy ra trong hệ thống, chẳng hạn như thay đổi nội dung hiển thị

 Kiểm thử và triển khai:

 Kiểm thử hệ thống toàn diện để đảm bảo tính ổn định và hiệu suất

 Đưa hệ thống vào hoạt động thực tế, giám sát và tinh chỉnh các thông số hiển thị để đạt hiệu quả tốt nhất

1.2 Phân rã chức năng

1.2.1 Hiển thị thông tin

Mô tả :

 Chức năng này chịu trách nhiệm hiển thị các chuỗi ký tự, thông tin và các kịch bản được định sẵn trên ma trận đèn LED 8x32 Nội dung hiển thị có thể được cập nhật theo thời gian thực hoặc điều chỉnh bằng tay thông qua giao diện điều khiển

Khi nào chức năng được thực hiện:

 Chức năng này hoạt động liên tục khi hệ thống được bật Tùy theo chế độ (manual hoặc auto), nội dung hiển thị có thể thay đổi trong suốt quá trình hoạt động

Chức năng được thực hiện như thế nào:

 Khi người dùng chọn chế độ manual, họ có thể nhập nội dung qua giao diện điều khiển Ở chế độ auto, hệ thống tự động cập nhật và hiển thị dữ liệu môi trường hoặc thông tin từ server

Kiểm tra giám sát quá trình thực hiện chức năng như thế nào:

 Giám sát xem hệ thống có phản ứng đúng với các lệnh chuyển đổi chế độ không Đảm bảo không có xung đột giữa hai chế độ và hiển thị chính xác nội dung theo chế độ hiện tại

1.2.2 Xử lý dữ liệu từ môi trường

Mô tả :

 Chức năng này xử lý dữ liệu từ các cảm biến môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, và các thông số khác để điều chỉnh nội dung hiển thị theo điều kiện thực tế

Khi nào chức năng được thực hiện:

 Được thực hiện liên tục hoặc theo định kỳ để cập nhật dữ liệu môi trường và điều chỉnh kịch bản hiển thị phù hợp

Chức năng được thực hiện như thế nào:

 Hệ thống thu thập dữ liệu từ cảm biến, xử lý và đưa ra quyết định về nội dung hiển thị (ví dụ: thay đổi tốc độ chạy chữ dựa trên nhiệt độ hoặc độ ẩm)

Kiểm tra giám sát quá trình thực hiện chức năng như thế nào:

 Kiểm tra tính chính xác của dữ liệu môi trường và đảm bảo các quyết định hiển thị phản ánh đúng điều kiện thực tế Giám sát và xử lý kịp thời nếu phát hiện sự bất thường trong dữ liệu môi trường

1.2.3 Kết nối với server

Mô tả :

 Cho phép hệ thống giao tiếp với server để nhận lệnh, cập nhật thông tin hiển thị, và gửi dữ liệu môi trường hoặc trạng thái hoạt động

Khi nào chức năng được thực hiện:

 Chức năng này được thực hiện khi cần truyền hoặc nhận dữ liệu từ server, như khi cập nhật nội dung hiển thị hoặc nhận lệnh từ người quản trị

Chức năng được thực hiện như thế nào:

 Sử dụng Wi-Fi và giao thức HTTP hoặc WebSocket để truyền tải dữ liệu giữa hệ thống và server

Kiểm tra giám sát quá trình thực hiện chức năng như thế nào:

 Giám sát kết nối mạng và đảm bảo rằng dữ liệu được truyền tải đầy đủ và chính xác Kiểm tra sự ổn định của kết nối để tránh tình trạng mất dữ liệu

1.2.4 Quản lý các chế độ hiển thị

Mô tả :

 Hệ thống có thể hoạt động ở hai chế độ: manual và auto Chế độ manual cho phép người dùng kiểm soát nội dung hiển thị trực tiếp, trong khi chế độ auto sẽ tự động hiển thị thông tin dựa trên dữ liệu từ server hoặc cảm biến

Khi nào chức năng được thực hiện:

 Chức năng này được thực hiện khi có yêu cầu chuyển đổi giữa hai chế độ hoặc khi

hệ thống tự động nhận biết các điều kiện môi trường để điều chỉnh chế độ hiển thị

Chức năng được thực hiện như thế nào:

 Khi người dùng chọn chế độ manual, họ có thể nhập nội dung qua giao diện điều khiển Ở chế độ auto, hệ thống tự động cập nhật và hiển thị dữ liệu môi trường hoặc thông tin từ server

Kiểm tra giám sát quá trình thực hiện chức năng như thế nào:

 Giám sát xem hệ thống có phản ứng đúng với các lệnh chuyển đổi chế độ không Đảm bảo không có xung đột giữa hai chế độ và hiển thị chính xác nội dung theo chế độ hiện tại

1.2.5 Quản trị hệ thống

Mô tả :

 Cho phép người quản trị điều khiển hệ thống từ xa thông qua giao diện web hoặc ứng dụng di động Chức năng này cũng hỗ trợ cập nhật phần mềm và cấu hình hệ thống

Khi nào chức năng được thực hiện:

 Chức năng này được thực hiện khi người quản trị cần thay đổi cấu hình, cập nhật nội dung hiển thị, hoặc giám sát trạng thái hoạt động của hệ thống từ xa

Chức năng được thực hiện như thế nào:

 Sử dụng giao thức HTTP hoặc WebSocket để giao tiếp với server, từ đó gửi và nhận lệnh điều khiển hoặc cập nhật dữ liệu hiển thị

Kiểm tra giám sát quá trình thực hiện chức năng như thế nào:

 Giám sát tình trạng kết nối mạng và đảm bảo rằng các thay đổi từ server được áp dụng một cách chính xác Đảm bảo không có sự cố trong quá trình truyền dữ liệu

1.2.6 Quản trị database

Mô tả :

 Chức năng này lưu trữ và quản lý thông tin cấu hình, lịch sử hoạt động, và các dữ liệu liên quan khác của hệ thống Dữ liệu này được sử dụng để khôi phục cấu hình hoặc đồng bộ hóa với server khi cần

Khi nào chức năng được thực hiện:

 Chức năng này hoạt động khi có thay đổi trong cấu hình hệ thống, khi cập nhật từ server, hoặc định kỳ lưu trữ trạng thái hoạt động

Chức năng được thực hiện như thế nào:

 Sử dụng bộ nhớ EEPROM hoặc flash để lưu trữ thông tin Hệ thống sẽ truy xuất

dữ liệu từ bộ nhớ này khi cần thiết và đồng bộ hóa với server

Kiểm tra giám sát quá trình thực hiện chức năng như thế nào:

 Đảm bảo dữ liệu được lưu trữ chính xác và không bị mất mát Kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu trong quá trình đồng bộ hóa và lưu trữ

1.3 Mô đun tổng quát hệ thống

1.3.1 Mô đun Hiển thị

 Chức năng: Quản lý và điều khiển hiển thị nội dung trên ma trận đèn LED, bao gồm việc thay đổi nội dung và kịch bản hiển thị

1.3.2 Mô đun Cảm biến

 Chức năng: Thu thập dữ liệu từ các cảm biến môi trường (như nhiệt độ, độ ẩm) và gửi dữ liệu này đến mô đun xử lý hoặc server

1.3.3 Mô đun Truyền thông

 Chức năng: Quản lý giao tiếp giữa các thành phần của hệ thống, bao gồm kết nối Wi-Fi, giao tiếp với server, và trao đổi dữ liệu giữa các mô đun

1.3.4 Mô đun Server

 Chức năng: Điều phối và quản lý toàn bộ hệ thống, xử lý các yêu cầu từ người

1.3.5 Mô đun Cơ sở Dữ liệu

 Chức năng: Lưu trữ và quản lý dữ liệu cấu hình hệ thống, thông số cảm biến, lịch

sử hoạt động, và trạng thái hệ thống

1.3.6 Mô đun Giao diện Người dùng

 Chức năng: Cung cấp giao diện để người dùng tương tác với hệ thống, bao gồm điều khiển nội dung hiển thị, giám sát hoạt động và cập nhật cấu hình

1.3.7 Mô đun Quản trị Hệ thống

 Chức năng: Quản lý, giám sát hoạt động của hệ thống, thực hiện bảo trì, cập nhật

và xử lý lỗi để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và liên tục

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống

Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho các thành phần linh kiện trong hệ thống phần cứng.

Khối cảm biến: Thu thập dữ liệu từ môi trường và gửi về khối xử lý

Khối hiển thị: Hiển thị thông số môi trường và các thông tin khác(giá vàng, văn bản)

Khối xử lý(MCU) : Xử lý các tín hiệu từ môi trường, điều khiển khối hiển thị và giao tiếp với khối truyền thông

Khối truyền thông: Giao tiếp và truyền nhận dữ liệu giữa khối xử lý và server

Khối server và database: Lưu trữ và xử lý các dữ liệu, giao tiếp giữa khối truyền thông và khối giao diện người dùng

Khối giao diện người dùng: Hiển thị các thông số môi trường và các công cụ tùy chỉnh khả năng hiển thị của khối hiển thị