Thiết kế chế tạo bộ điều khiển hệ thống chiếu sáng giảng đường g7 từ xa qua mạng internet

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG GIẢNG ĐƯỜNG G7 TỪ XA QUA MẠNG INTERNET Giảng viên hướng dẫn: ThS Nhữ Khải Hoàn Sinh viên thực hiện: Mã số sinh viên: Hà Minh Tú 56131929 Khánh Hòa - 2018  BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG GIẢNG ĐƯỜNG G7 TỪ XA QUA MẠNG INTERNET Giảng viên hướng dẫn: ThS Nhữ Khải Hoàn Sinh viên thực hiện: Hà Minh Tú Mã số sinh viên: 56131929 Khánh Hòa – 2018  LỜI CAM ĐOAN Tên đề tài: Thiết kế chế tạo điều khiển hệ thống chiếu sáng giảng đƣờng G7 từ xa qua mạng internet Giảng viên hƣớng dẫn: ThS Nhữ Khải Hoàn Sinh viên thực hiện: Hà Minh Tú Mã số sinh viên: 56131929 Lớp: 56DDT Ngành: Công Nghệ Kĩ Thuật Điện – Điện Tử Số điện thoại liên lạc: 0969381323 Email: minhtuk56@gmail.com Ngày nộp đồ án tốt nghiệp: 03/07/2018 Lời cam đoan:  Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp cơng trình em nghiên cứu thực dƣới hƣớng dẫn cố vấn thầy Nhữ Khải Hoàn  Các nội dung tham khảo sử dụng đồ án đƣợc trích dẫn nguồn gốc cụ thể rõ ràng  Em không chép từ viết đƣợc cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc  Nếu có vi phạm nào, em xin chịu hồn tồn trách nhiệm Khánh Hịa, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực Hà Minh Tú i LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập nhƣ rèn luyện trƣờng, đƣợc hƣớng dẫn, giảng dạy thầy cô trƣờng thầy cô Khoa Điện – Điện Tử Đến em hồn thành gần hết chƣơng trình học giai đoạn thực đồ án tốt nghiệp đại học Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến ban giám hiệu nhà trƣờng thầy cô trƣờng tạo điều kiện hƣớng dẫn em suốt thời gian bốn năm học đại học trƣờng đại học Nha Trang Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô môn Khoa Điện – Điện Tử truyền dạy kiến thức chuyên ngành giúp em có đầy đủ kiến thức kĩ để vận dụng thực đồ án Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nhữ Khải Hoàn trực tiếp hƣớng dẫn dẫn tận tình nhƣ tạo điều kiện tốt để giúp em nghiên cứu, thực hoàn thành đồ án Qua em xin cảm ơn tất bạn bè động viên giúp đỡ em suốt q trình học tập nhƣ góp ý cho em ý kiến suốt khoảng thời gian thực đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Khánh Hòa, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực Hà Minh Tú ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN Sau thời gian tháng tìm hiểu nghiên cứu thực đồ án: ―Thiết kế chế tạo điều khiển hệ thống chiếu sáng giảng đƣờng G7 từ xa qua mạng internet‖, cuối em hoàn thành đồ án với nội dung đƣợc tóm tắt nhƣ sau: Mở đầu: Giới thiệu sơ lƣợc đồ án, tính cấp thiết đề tài, lý chọn đề tài, mục tiêu, đối tƣợng, phạm vi, phƣơng pháp nghiên cứu ý nghĩa thực tiễn đề tài Chƣơng 1: Cơ sở lí thuyết Nội dung chƣơng bao gồm: lí thuyết internet, giao thức truyền nhận liên mạng, giới thiệu Firebase Chƣơng 2: Hệ thống chiếu sáng giảng đƣờng G7 Nội dung chƣơng bao gồm: giới thiệu khu giảng đƣơng G7, tình trạng, bố trí chiếu sáng phƣơng án thiết kế Chƣơng 3: Giới thiệu công cụ phần mềm linh kiện sử dụng mạch Nội dung chƣơng bao gồm: giới thiệu số công cụ phần mềm hỗ trợ thực đồ án linh kiện điện tử sử dụng đồ án Chƣơng 4: Thiết kế mạch, sơ đồ giải thuật lập trình Nội dung chƣơng bao gồm: bƣớc thiết kế mạch, sơ đồ giải thuật cách thức lập trình Chƣơng 5: Thi cơng mạch hồn thiện mơ hình Nội dung chƣơng bao gồm: bƣớc thi công mạch điện tử mô hình Kết luân kiến nghị: Nêu kết luận kiến nghị kết đạt đƣợc sau thực đề tài, đánh giá hƣớng phát triển cho đồ án iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC BẢNG x DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT x MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Internet 1.1.1 Khái niệm mạng internet 1.1.2 Lịch sử đời phát triển mạng internet 1.1.3 Các giao thức truyền thông mạng internet 1.1.4 Ứng dụng lợi ích internet 1.1.5 Hoạt động internet 1.2 Bộ giao thức TCP/IP 1.2.1 Định nghĩa TCP/IP 1.2.2 Lịch sử đời phát triển giao thức TCP/IP 1.2.3 Ƣu điểm cấu trúc giao thức TCP/IP 11 1.3 Firebase 13 CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG GIẢNG ĐƢỜNG G7 16 2.1 Giới thiệu giảng đƣờng G7 16 2.2 Hiện trạng cách bố trí chiếu sáng khu vực giảng đƣờng G7 17 2.2.1 Hiện trạng 17 iv 2.2.2 Cách bố trí chiếu sáng 19 2.3 Phƣơng án thiết kế chiếu sáng 20 2.3.1 Yêu cầu thiết kế chiếu sáng 20 2.3.2 Phƣơng án thiết kế chiếu sáng 20 2.3.3 Phƣơng án thiết kế hệ thống điều khiển chiếu sáng qua internet cho giảng đƣờng G7 21 CHƢƠNG 3: GIỚI THIỆU CÁC CÔNG CỤ PHẦN MỀM VÀ LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 23 3.1 Arduino IDE 23 3.1.1 Khái niệm Arduino 23 3.1.2 Mơi trƣờng phát triển tích hợp Arduino IDE 24 3.2 Cơng cụ lập trình MIT App Inventor 25 3.2.1 Giới thiệu MIT App Inventor 25 3.2.2 Các giai đoạn phát triển MIT App Inventor 25 3.2.3 Sử dụng MIT App Inventor 26 3.3 Module wifi ESP8266 28 3.3.1 IC Esp8266 28 3.3.2 Module WiFi ESP-12E 29 3.4 Vi điều khiển ATMEGA 328P 32 3.5 Các linh kiện khác 34 3.5.1 Nguồn AC-DC 5V 700 mA 34 3.5.2 IC ổn áp AMS1117- 3.3V SOT223 35 3.5.3 Opto 36 3.5.4 IC thời gian thực Ds1307 37 3.5.5 Relay 5v 39 v CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH, SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ LẬP TRÌNH 40 4.1 Yêu cầu thiết kế sơ đồ khối hệ thống 40 4.1.1 Yêu cầu thiết kế 40 4.1.2 Phƣơng án thiết kế 40 4.1.3 Sơ đồ khối thống 40 4.2 Thiết kế mạch 42 4.2.1 Thiết kế mạch nguyên lí 42 4.2.2 Các linh kiện sử dụng 44 4.2.3 Thiết kế mạch in 46 4.3 Sơ đồ giải thuật 47 4.3.1 Sơ đồ giải thuật cho vi điều khiển ATMEGA 328P 48 4.3.2 Sơ đồ giải thuật cho module wifi ESP-12E 50 4.4 Lập trình 52 4.4.1 Lập trình cho vi điều khiển ATMEGA328P 52 4.4.2 Lập trình cho module wifi ESP-12E 53 4.4.3 Lập trình App điều khiển App Inventor 54 CHƢƠNG 5: THI CƠNG MẠCH VÀ HỒN THIỆN MƠ HÌNH 56 5.1 Thi công mạch 56 5.2 Nạp code kiểm tra chay thử 57 5.2.1 Nạp code 57 5.2.2 Kiểm tra chạy thử 59 5.3 Thi cơng lắp ráp mơ hình 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC 66 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Internet Hình Ứng dụng internet Hình Cách thức hoạt động internet [2] Hình Cách thức hoạt động internet dƣới góc nhìn vật lí [2] Hình Bộ giao thức TCP/IP Hình Cấu trúc giao thức TCP/IP 13 Hình Giao diện cấu trúc Firebase 14 Hình Giao diện trang web cung cấp dịch vụ Firebase 15 Hình Giảng đƣờng G7 16 Hình 2 Một góc phịng học giảng đƣờng G7 17 Hình Bộ đèn phòng học giảng đƣờng G7 18 Hình Phần mềm đo độ rọi Light Meter 18 Hình Bộ đèn cịn bóng đèn 19 Hình Sơ đồ bố trí chiếu chiếu sáng phịng học 19 Hình Bố trí chiếu sáng phịng học 20 Hình Bóng đèn tuýp LED 21 Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển chiếu sáng qua internet cho giảng đƣờng G7 22 Hình Mạch Arduino R3 UNO 23 Hình Giao diện phần mềm Arduino IDE 24 Hình 3 Giao diện trang quản lí project App Inventor 26 Hình Giao diện Designer App Inventor 27 Hình Giao diện phần Block App Inventor 27 Hình Module wifi ESP-12E 30 vii Hình Sơ đồ chân module wifi ESP-12E 30 Hình Vi điều khiển ATMEGA 328P 33 Hình Sơ đồ chân vi điều khiển ATMEGA 328P 34 Hình 10 Nguồn AC-DC 5V 700 35 Hình 11 Sơ đồ chân IC ổn áp AMS1117 35 Hình 12 IC ổn áp AMS1117 36 Hình 13 Cấu tạo opto 36 Hình 14 Hình dạng opto 37 Hình 15 Sơ đồ tổ chức ghi DS1307 37 Hình 16 Sơ đồ chân DS1307 38 Hình 17 Hình dạng DS1307 39 Hình 18 Hình dạng DS1307 39 Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 41 Hình Mạch ngun lí khối nguồn 42 Hình Mạch ngun lí khối module wifi khối mạch bàn phím 42 Hình 4 Mạch ngun lí khối vi điều khiển khối thời gian thực 43 Hình Mạch ngun lí khối Relay 44 Hình Giao diện phần mềm thiết kế mạch in Sprin Layout 46 Hình Mạch in (phía trên) 46 Hình Mạch in (phía dƣới) 47 Hình Sơ đồ giải thuật tổng quát 47 Hình 10 Sơ đồ giải thuật hẹn 48 Hình 11 Sơ đồ giải thuật nhận liệu qua cổng Serial 49 Hình 12 Sơ đồ giải thuật nút nhấn 50 viii for (i; i >0; i ){ delay(delay1); digitalWrite(Led[led], HIGH); delay(delay2); digitalWrite(Led[led], LOW); } } // void firebase(){ while ( Firebase.available()) { FirebaseObject event = Firebase.readEvent(); String Path = event.getString("path"); String Data = event.getString("data"); if (Path == "/timer_1"){ Serial.println(TimerSet("1", Data)); } if (Path == "/timer_2"){ Serial.println(TimerSet("2", Data)); if (Path == "/timer_3"){ Serial.println(TimerSet("3", Data)); } if (Path == "/timer_4"){ Serial.println(TimerSet("4", Data)); 68 } if ((Path == "/dataALL") && (Data == "1")){ Serial.println("@ONALL#"); Firebase.setString("Feedback/feedback_1","1"); Firebase.setString("Feedback/feedback_2","1"); Firebase.setString("Feedback/feedback_3","1"); Firebase.setString("Feedback/feedback_4","1"); } else if ((Path == "/dataALL") && (Data == "0")){ Serial.println("@OFFALL#"); Firebase.setString("Feedback/feedback_1","0"); Firebase.setString("Feedback/feedback_2","0"); Firebase.setString("Feedback/feedback_3","0"); Firebase.setString("Feedback/feedback_4","0"); } if ((Path == "/data_1") && (Data == "1")){ Serial.println("@ON1#"); Firebase.setString("Feedback/feedback_1","1"); } else if ((Path == "/data_1") && (Data == "0")){ Serial.println("@OFF1#"); Firebase.setString("Feedback/feedback_1","0"); } 69 if ((Path == "/data_2") && (Data == "1")){ Serial.println("@ON2#"); Firebase.setString("Feedback/feedback_2","1"); } else if ((Path == "/data_2") && (Data == "0")){ Serial.println("@OFF2#"); Firebase.setString("Feedback/feedback_2","0"); } if ((Path == "/data_3") && (Data == "1")){ Serial.println("@ON3#"); Firebase.setString("Feedback/feedback_3","1"); } else if ((Path == "/data_3") && (Data == "0")){ Serial.println("@OFF3#"); Firebase.setString("Feedback/feedback_3","0"); } if ((Path == "/data_4") && (Data == "1")){ Serial.println("@ON4#"); Firebase.setString("Feedback/feedback_4","1"); } else if ((Path == "/data_4") && (Data == "0")){ Serial.println("@OFF4#"); Firebase.setString("Feedback/feedback_4","0"); 70 } } } // String TimerSet(String Timer, String Data){ String DataSet = "@Timer"; DataSet += Timer; if(Data != "0"){ Data.remove(0,1); Data.remove(Data.length()-1); DataSet += "SET-"; } DataSet += Data; DataSet += "#"; return DataSet; } // void timeNTP(){ Serial.print("@time"); Serial.print(dateTime.second); Serial.print("-"); Serial.print(dateTime.minute); Serial.print("-"); 71 Serial.print(dateTime.hour); Serial.print("-"); Serial.print(dateTime.dayofWeek); Serial.print("-"); Serial.print(dateTime.day); Serial.print("-"); Serial.print(dateTime.month); Serial.print("-"); Serial.print(dateTime.year-2000); Serial.println("#"); } // void button(){ for (int i=0;i0) { charData = (char)Serial.read(); Data += charData; delay(5); if (charData == '#'){ if(Data.charAt(0)=='@') { if(Data.indexOf("ON")!= -1){ 73 if(Data.indexOf("ALL")!= -1){ for (int i=0;i