Hiện nay, trên thế giới nói chung và lĩnh vực công nghệ nói riêng đang phát triển một các vô cùng mạnh mẻ. Có thể nói rằng chúng ta đang ở trong một kỷ nguyên mới, kỷ nguyên của Internet. Con người ngày nay thật sự mà nói thì Internet là thứ không thể thiếu đối với cuộc sống của mỗi người. Nó đã đi sâu vào cuộc sống, làm việc, học tập, vui chơi, giải trí của mỗi con người chúng ta. Cũng nhờ vậy, khái niệm về Internet Of Thing đã ra đời và đang đi sâu vào các dây chuyền sản xuất cũng như các ứng dụng dân dụng. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Các nhà thiết kế có thể đơn giản hóa các mô hình bằng IoT. Kết hợp với nhu cầu của đơn vị thực tập nên em quyết định chọn đề tài “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ QUA MẠNG INTERNET” làm đề tài báo cáo thực tập tốt nghiệp.Đây là đề tài tương đối mới ở Việt Nam nên không thể tránh khỏi thiếu xót và hạn chế, em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo và các bạn.
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ II _ BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ HỆ: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY DÀI HẠN KHÓA: 2013-2018 Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ QUA MẠNG INTERNET Sinh viên thực hiện: LÊ THẾ HÙNG Mã sinh viên: N13DCDT035 Lớp: D13CQKD01-N Giáo viên hướng dẫn: ThS TRẦN QUANG THUẬN TP.HCM, tháng 08 năm 2017 LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ II _ BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ HỆ: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY DÀI HẠN KHĨA: 2013-2018 Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ QUA MẠNG INTERNET Sinh viên thực hiện: Mã sinh viên: LÊ THẾ HÙNG N13DCDT035 Lớp: Giáo D13CQKD01-N viên hướng dẫn: ThS THUẬN LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N TRẦN QUANG TP.HCM, tháng 08 năm 2017 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương 1: TÌM HIỂU NGUYÊN LÝ VÀ CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG.2 1.1 Cách thức hoạt động 1.2 Nguyên lý điều khiển tốc độ động .2 1.3 Kết nối với internet Chương NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 14 2.1 Linh kiện sử dụng .14 2.1.1 Vi điều khiển atmega328PU 14 2.1.2 Module wifi ESP8266 Wemos Mini .15 2.2.3 Mosfet IRF 3205 17 2.1.4 IC so sánh LM339 .19 2.1.5 IC nguồn LM7805 .21 2.1.6 IC nguồn ASM111 -3.3V 22 2.2 Sơ đồ nguyên lý .23 2.2.1 Khối nguồn 24 2.2.2 Khối vi điều khiển 25 2.2.3 Khối IC so sánh LM339 26 2.2.4 Module wifi ESP8266 Wemos Mini .27 2.2.5 Khối PWM 27 2.3 Thiêt kế mạch phần mềm Altium 28 Chương KẾT LUẬN 30 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 32 LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, giới nói chung lĩnh vực cơng nghệ nói riêng phát triển vơ mạnh mẻ Có thể nói kỷ nguyên mới, kỷ nguyên Internet Con người ngày thật mà nói Internet thứ khơng thể thiếu sống người Nó sâu vào sống, làm việc, học tập, vui chơi, giải trí người Cũng nhờ vậy, khái niệm Internet Of Thing đời sâu vào dây chuyền sản xuất ứng dụng dân dụng IoT phát triển từ hội tụ công nghệ không dây, công nghệ vi điện tử Internet Các nhà thiết kế đơn giản hóa mơ hình IoT Kết hợp với nhu cầu đơn vị thực tập nên em định chọn đề tài “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ QUA MẠNG INTERNET” làm đề tài báo cáo thực tập tốt nghiệp Đây đề tài tương đối Việt Nam nên tránh khỏi thiếu xót hạn chế, em mong nhận góp ý, bảo thầy giáo, cô giáo bạn Em xin trân thành cảm ơn Thầy Th.S Trần Quang Thuận tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hồn thành tốt đề tài thực tập tốt nghiệp Tp Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 07 năm 2017 Sinh viên thực Lê Thế Hùng LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N Chương 1: TÌM HIỂU NGUYÊN LÝ VÀ CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG 1.1 Cách thức hoạt động Người vận hành sử dụng mạng internet truy cập vào Web Server để truy cập vào hệ thống Thơng qua trực tiếp điều khiển khởi động động set tốc độ 1.2 Nguyên lý điều khiển tốc độ động Do yêu cầu bên sử dụng điều khiển động DC nên phương án lựa chọn để điều khiển tốc độ động dùng phương pháp điều xung PWM (Pulse-width modulation ) để thay đổi điện áp trung bình cấp cho động DC từ thay đổi tốc độ hoạt động Phương pháp điều xung PWM Phương pháp điều xung PWM (Pulse Width Modulation) phương pháp điều chỉnh điện áp tải, hay nói cách khác, phương pháp điều chế dựa thay đổi độ rộng chuỗi xung vuông, dẫn đến thay đổi điện áp PWM ứng dụng nhiều điều khiển Điển hình mà thường hay gặp điều khiển động xung áp, điều áp Sử dụng PWM điều khiển độ nhanh chậm động hay cao nữa, dùng để điều khiển ổn định tốc độ động Hình 1.1 Giảng đồ xung PWM LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N Cơng thức tính giá trị trung bình điện áp tải : Gọi t1 thời gian xung sườn dương (khóa mở ) T thời gian sườn âm dương, Umax điện áp nguồn cung cấp cho tải Ta có: Ud = Umax.( t1/T) (V) hay Ud = Umax.D (Với D = t1/T hệ số điều chỉnh tính % tức PWM) LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N 1.3 Kết nối với internet Hình 1.2 Mơ hình kết nối internet Mạch điều khiển kết nối internet thông qua module wif chuyên dụng Thông qua web server, người sử dụng điều khiển board mạch hoạt động Web server Web server máy chủ dùng để xử lý truy cập gửi từ máy khách thông qua giao thức HTTP Các truy cập HTTP thường gửi từ chương trình duyệt web máy tính cá nhân Thuật ngữ web server sử dụng để để cập tới khía cạnh phần cứng phần mềm Với khía cạnh phần cứng web server chất loại máy chủ giống máy chủ khác, nhiên máy chủ cần phải cài đặt LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N phần mềm giúp xử lý truy cập gửi tới thơng qua giao thức HTTP Hình 1.3 Hệ thống máy chủ Ở phần lõi máy chủ web dịch vụ web phục vụ nội dung tĩnh cho trình duyệt cách tải tập tin từ đĩa chuyển lên mạng, tới người sử dụng trình duyệt web Sự trao đổi hồn tồn thực gián tiếp thơng qua trình duyệt máy chủ kết nối tới thiết bị khác sử dụng HTTP Bất kỳ máy tính vào dịch vụ web cách cài đặt phần mềm dịch vụ kết nối internet Trên mạng có nhiều phần mềm ứng dụng dịch vụ web, bao gồm phầm mềm cung cấp tên miền từ NCSA Apache, phần mềm thương mại Microsoft, Netscape nhiều hãng khác Máy Web Server máy chủ có dung lượng lớn, tốc độ cao, dùng để lưu trữ thông tin ngân hàng liệu, chứa website thiết kế với thông tin liên quan khác (các mã Script, chương trình, fle Multimedia) Web Server có khả gửi đến máy khách trang Web thông qua môi trường Internet (hoặc Intranet) qua giao thức HTTP – giao thức thiết kế để gửi fle đến trình duyệt Web (Web Browser), giao thức khác Tất Web Server có địa IP (IP Address) có Domain Name Giả sử bạn đánh vào Address trình duyệt bạn dòng http://www.abc.com sau gõ phím Enter bạn gửi yêu cầu đến Server có Domain Name www.abc.com Server tìm trang Web có tên index.htm gửi đến trình duyệt bạn Bất kỳ máy tính trở thành Web Server việc cài đặt lên chương trình phần mềm Server Software sau kết nối vào Internet LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N Khi máy tính bạn kết nối đến Web Server gửi đến yêu cầu truy cập thông tin từ trang Web đó, Web Server Software nhận yêu cầu gửi lại cho bạn thông tin mà bạn mong muốn Giống phần mềm khác mà bạn cài đặt máy tính mình, Web Server Software ứng dụng phần mềm Nó cài đặt, chạy máy tính dùng làm Web Server, nhờ có chương trình mà người sử dụng truy cập đến thơng tin trang Web từ máy tính khác mạng (Internet, Intranet) Web Server Software tích hợp với CSDL (Database), hay điều khiển việc kết nối vào CSDL để truy cập kết xuất thông tin từ CSDL lên trang Web truyền tải chúng đến người dùng Server phải hoạt động liên tục 24/24 giờ, ngày tuần 365 ngày năm, để phục vụ cho việc cung cấp thơng tin trực tuyến Vị trí đặt server đóng vai trò quan trọng chất lượng tốc độ lưu chuyển thơng tin từ server máy tính truy cập Giao thức MQTT MQTT giao thức publish/subscribe tin, thiết kế cho công nghệ M2M (Machine to Machine) gọn nhẹ MQTT có mơ hình client/server, nơi mà cảm biến khác hàng (client) kết nối đến máy chủ, hiểu nhà môi giới (broker), thông qua giao thức TCP (Transmission Control Protocol) LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N Hình 1.4 : Mơ hình client/server MQTT giao thức định hướng tin Mỗi tin đoạn rời rạc tín hiệu broker khơng thể nhìn thấy Mỗi tin publish địa chỉ, hiểu kênh Client đăng kí vào vài kênh để nhận/gửi liệu, gọi subscribe Client subscribe vào nhiều kênh Mỗi client nhận liệu trạm khác gửi liệu vào kênh đăng kí Khi client gửi tin đến kênh vào đó, gọi publish Ví dụ : Một mạng đơn giản gồm Client broker trung tâm Cả khách hàng mở kết nối TCP với Broker Client B C đăng kí tới kênh nhiệt độ topic temperature Tại thời điểm đó, Client A gửi giá trị 22.5 đến kênh nhiệt độ topic temperature Broker chuyển tin đến tất Client đăng kí Như vậy, Client B C nhận tin gửi từ A Các mơ hình publish/subscribe cho phép Client MQTT giao tiếp 1-1, 1-N N-1 Các kí hiệu LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N S: Source gọi cực nguồn LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N 2.1.4 IC so sánh LM339 Hình 2.7 IC LM339 Thơng số kỹ thuật: Model: 14 chân, xuyên lỗ Điện áp: 3V - 36V (Nguồn đơn) Dải nhiệt độ hoạt động: ~ 70oC IC so sánh LM339N gồm bốn so sánh độc lập, với điện áp offset thấp cỡ 2mV cho so sánh LM339N thiết kế để làm việc với nguồn đơn dải điện áp rộng hoạt động từ nguồn kép Dòng điện cung cấp cho cực máng LM339N độc lập với nguồn cung cấp LM339 có đặc điểm bật vùng điện áp mode chung đầu vào bao gồm đất, hoạt động từ nguồn đơn LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N Hình 2.8 Sơ đồ chân LM339 LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N 2.1.5 IC nguồn LM7805 Hình 2.9 IC LM7805 Thông số kỹ thuật Điện áp vào lớn nhất: 20V Điện áp vào nhỏ nhất: 7V Kiểu đóng vỏ D-PAK Nhiệt độ hoạt động lớn nhất: 85°C Nhiệt độ hoạt động nhỏ nhất: -20°C Dòng đầu ra: 1.5A Điện áp ổn định: 5V Hình 2.10 Sơ đồ chân LM7805 LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N 2.1.6 IC nguồn ASM111 -3.3V Hình 2.11 IC ASM1117 3.3V Thông số kỹ thuật Điện áp vào 5V Điện áp ngõ 3.3V Dòng ngõ 1A LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N 2.2 Sơ đồ nguyên lý Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N 2.2.1 Khối nguồn Điện áp ngõ vào mach 24V, điện áp ngõ hai mức 5V 3.3V Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N 2.2.2 Khối vi điều khiển Mạch sử dụng vi điều khiển atmega328PU để điều khiển động Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N 2.2.3 Khối IC so sánh LM339 Mục đích chuyển đổi tín hiệu analog từ cảm biến thành tín hiệu số cho vi điều khiển Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý khối LM339 LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N 2.2.4 Module wifi ESP8266 Wemos Mini Module sử dụng điện áp 3.3V kết với với vi điều khiển theo chuẩn UART Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý khối ESP8266 2.2.5 Khối PWM Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý khối PWM LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N 2.3 Thiêt kế mạch phần mềm Altium Hình 2.18 Mạch PCB hồn chỉnh Hình 2.19 Hình chiếu 3D PCB LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N Hình 2.20 Hình chiếu 3D PCB LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N Chương KẾT LUẬN Mạch sản xuất chạy thử nghiệm ổn định môi trường công nghiệp Một số hình ảnh thực tế a) Mạch thực tế Hình 3.1 Mạch PCB thực tế LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N b) Giao diện hoạt động Hình 3.2 Giao diện điều khiển LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… LÊ THẾ HÙNG D13CQKD01-N