Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường Bảng điện tử hiện thị thông tin thời tiết

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: BẢNG ĐIỆN TỬ HIỂN THỊ THƠNG TIN THỜI TIẾT Trình độ đào tạo: Đại Học Chính Quy Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động Hóa Giáo viên hướng dẫn: ThS Lưu Hoàng Sinh viên thực 1: Võ Đình Huy - 16031543 Sinh viên thực 2: Lê Công Thành – 16031542 Lớp: DH16TD Bà Rịa Vũng Tàu, tháng năm 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BRVT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CNKT – NN – CNC Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Họ tên sinh viên 1: Võ Đình Huy MSSV:16031543 Họ tên sinh viên 2: Lê Công Thành MSSV:16031542 Lớp: DH16TD Chuyên ngành: Điều Khiển Và Tự Động Hóa I Tên đề tài: BẢNG ĐIỆN TỬ HIỂN THỊ THÔNG TIN THỜI TIẾT II Tên đề tài: - hiển thị thông tin lên bảng led ma trận - lấy liệu thời tiết từ internet - nhập thông tin tùy ý từ webserver III Giảng viên hướng dẫn: Ths Lưu Hoàng IV Ngày giao đề tài: 2/2019 V Ngày hoàn thành: 06/2020 Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày 11 tháng năm 2020 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Ths Lưu Hồng PHỊNG ĐÀO TẠO - KHCN SINH VIÊN THỰC HIỆN CHÍNH Võ Đình Huy TRƯỞNG KHOA Dinh Huy ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Cơng Thành LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin gởi lời cảm ơn đến Thầy Lưu Hồng - Giảng viên mơn Điện - Điện Tử, tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, giảng giải cho em lựa chọn đề tài trình thực đề tài Trong trình thực đồ án xảy nhiều khó khăn, thiếu sót hỗ trợ góp ý Thầy nên nhóm hồn thành đồ án Trong suốt thời gian theo học trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu, em đãnhận nhiều quan tâm giúp đỡ từ Thầy Cô bạn bè Cảm ơn Hiệu Trưởng, quý thầy cô trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu hỗ trợ tận tình trang thiết bị, phần mềm, sở vật chất tạo điều kiện hoàn thành đồ án Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tới quý Thầy Cô, người truyền lại cho em nhiều kinh nghiệm kiến thức quý báu, giúp đỡ tiếp thêm động lực cho em vững bước đường chọn Và đặc biệt Thầy, Cơ khoa Điện - Điện tử truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm tạo điều kiện tốt để em hoàn thành đề tài Xin cảm ơn bạn khóa, khoa động viên, khích lệ, ủng hộ nhiều mặt góp phần làm nên thành công đồ án Cảm ơn Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu! Xin chân thành cảm ơn! ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 10 1.4 GIỚI HẠN 10 1.5 BỐ CỤC 10 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 2.1 Các chuẩn giao tiếp 12 2.1.1 Chuẩn giao tiếp wifi 12 2.1.2 Chuẩn giao tiếp SPI 13 2.2 IOT 15 2.3 Webserver 17 2.4 ESP32 18 2.5 Phương pháp quét module led matrix p10 full color 19 2.5.1 Font chữ 24 2.5.2 Font chữ tiếng việt 27 CHƯƠNG III TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 28 3.1 GIỚI THIỆU 28 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 28 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành 3.2.1 VI XỬ LÝ TRUNG TÂM 28 29 3.2.2 Nguồn 30 CHƯƠNG IV THI CÔNG HỆ THỐNG 31 4.1 Thi cơng mơ hình 31 4.2 Lưu đồ thuật toán 32 4.3 Kết nối 33 4.4 Lấy liệu để thị lên bảng led 33 4.5 Phần mềm lập trình esp32 37 4.5.1 Giới thiệu 37 4.5.2 Cài đặt arduino IDE 38 4.6 Lập trình esp32 arduino IDE 41 CHƯƠNG V Kết - nhận xét - đánh giá 47 5.1 Cấu hình cho hệ thống kết nối internet 47 5.2 Mô hình chạy thực tế 51 5.3 Nhận xét & đánh giá: 53 5.3.1 Nhận xét: 53 5.3.2 Đánh giá: 53 CHƯƠNG VI Kết luận hướng phát triển 54 6.1 Kết luận 54 6.2 Hướng phát triển 54 CHƯƠNG VII Phụ Lục 55 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học 7.1 SVTH: Võ Đình Huy – Lê Cơng Thành Đoạn chương trình hàm loop 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Cơng Thành MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình II-1 Giao tiếp kết nối wifi 13 Hình II-2Sơ đồ xung SPI 15 Hình II-3Mặt sau led p10 full color 20 Hình II-4Mặt trước led p10 full color 20 Hình II-5 Sơ đồ chân kết nối module led p10 full color 22 Hình II-6Chiều data module led p10 full color 23 Hình II-7Giao diện phần mềm LCD font maker 25 Hình II-8 Chọn font chữ cho mã led 25 Hình II-9Giao diện phần mềm LCD font maker 26 Hình II-10Xuât mã font led 26 Hình III-1KIT ESP32 28 Hình III-2KIT ESP32 PINOUT 29 Hình III-3Nguồn LED 5V 70A 30 Hình IV-1Kích thước khung led 31 Hình IV-2trang chủ openweathermap 33 Hình IV-3Các gói liệu openweather map 34 Hình IV-4API KEY lấy trang openweathermap 34 Hình IV-5Trang Chủ Airvisual 35 Hình IV-6Các gói liệu Airvisual 35 Hình IV-7API key Airvisual 36 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Cơng Thành Hình IV-8Trang Chủ openuv 36 Hình IV-9API key openuv 37 Hình IV-10Giao diện web arduino.cc 38 Hình IV-11Giao diện tải arduino IDE 39 Hình IV-12 Đã tải xong arduino IDE 39 Hình IV-13Giải nén arduino IDE 40 Hình IV-14Giao diện lập trình arduino IDE 41 Hình IV-15Giao diện nhập link để tải thư viện arduino 42 Hình IV-16Giao diện tải thư viện arduino IDE 43 Hình IV-17Chọn KIT arduino để biên dịch nạp code 44 Hình IV-18Chọn cổng để nạp code 45 Hình IV-19Giao diện ví dụ để tham khảo arduino IDE 46 Hình V-1Giao diện webserver hệ thống 47 Hình V-2Cài đặt wifi để kết nối internet 48 Hình V-3Giao diện nhập API để lấy thông tin từ mạng internet 48 Hình V-4Giao diện nhập để chạy thông báo 49 Hình V-5Chỉnh màu tốc độ chữ chạy thơng báo 49 Hình V-6Giao diện cài đặt mật 50 Hình V-7Giao diện cài đặt thời gian bật tắt 50 Hình V-8Chạy hệ thống thực tế 51 Hình V-9Chạy hệ thống thực tế 52 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học CHƯƠNG I SVTH: Võ Đình Huy – Lê Cơng Thành TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật với tiến xã hội nhu cầu thông tin trở nên thiết yếu người hoạt động kinh doanh sản xuất việc đưa thông tin đến với người trở nên dễ dàng nhanh chóng Thơng qua nhiều hình thức khác mà doanh nghiệp hay hộ kinh doanh nhỏ lẻ, nơi cơng cộng giới thiệu sản phẩm hay thơng tin hàng hóa giá đến người Hiện có nhiều biển quảng cáo, băng rôn, hiệu, thông báo thực tế với nhiều chất liệu biển quảng cáo sắt, gỗ, vải, phướn, bảng led thể tính ưu việt hẳn loại quảng cáo truyền thống Thơng tin hiển thị bảng led ma trận sửa chữa dễ dàng dễ lắp đặt dễ thay Chúng ta bắt gặp nhiều bảng thông tin thực tế Khi tới phi trường bạn biết thời gian chuyến bay, địa điểm chuyến bay số hiệu Hoặc vào khu ăn uống bảng led thị hình ảnh sinh động ăn hay logo lên với đủ kiểu biến hóa Với mong muốn giới thiệu ứng dụng bảng led thiết yếu đời sống tầm quan của bảng thơng báo em tìm hiểu thiết kế mơ hình 1.2 MỤC TIÊU Mục tiêu em tiến hành thiết kế thi cơng mơ hình bảng LED MATRIX Mơ hình nhằm mục đích hiển thơng tin thời tiết tia uv, chất lượng khơng khí, tại, tốc độ gió, nhiệt độ Nếu tia uv cao có khả ảnh hưởng đến da hiển thị cảnh báo cho người xem biết không nên đường, dự báo thời tiết gần hình ảnh Ngồi bảng led nhập thơng báo tùy ý chỉnh tốc độ màu sắc ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Em nghiên cứu nội dung sau: - Nội dung 1: Nghiên cứu Module LED p10 full color dùng cho bảng thông báo - Nội dung 2: Nghiên cứu KIT ESP32 - Nội dung 3: Lập trình cho ESP32 arduino IDE - Nội dung 4: Thiết kế tính tốn nguồn cho thiết bị - Nội dung 5: Thi công phần cứng, khung, thử nghiệm hiệu chỉnh hệ thống - Nội dung 6: Cài đặt điều chỉnh hệ thống để đặt tối ưu - Nội dung 7: Viết báo cáo - Nội dung 8: Bảo vệ luận văn 1.4 GIỚI HẠN Các thông số giới hạn đề tài bao gồm: - Sử dụng KIT thu phát wifi ESP32 - Kích thước phần led hiển thị 128x64 - Sử dụng 16 Module P10 FULL COLOR ghép lại - Sử dụng webserver để cài đặt thông số - Nội dung hiển thị bao gồm: ký tự số, chữ có dấu, hiệu ứng, icon thời tiết, nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, chất lượng khơng khí, tia uv, 1.5 BỐ CỤC Đề tài “Thiết kế bảng điện tử thị thông tin thời tiết” trình bày sau: ➢ Chương 1: Tổng quan Chương em đặt vấn đề dẫn nhập lý chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, giới hạn bố cục đồ án ➢ Chương 2: Cơ sở lý thuyết 10 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Cơng Thành Hình IV-16Giao diện tải thư viện arduino IDE Bước 3: Để nạp code cho ESP32 bạn vào Tools → Board → DOIT ESP32 DEVKIT V1 43 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Cơng Thành Hình IV-17Chọn KIT arduino để biên dịch nạp code Vào Tools → Port chọn cổng COM mà ESP32 kết nối vào máy tính, sau thực nạp code 44 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Cơng Thành Hình IV-18Chọn cổng để nạp code Cuối cùng, sau cài đặt thành công, bạn vào File → Example có ví dụ mẫu chức phổ biến ESP32, nguồn code mẫu để bạn nghiên cứu ESP32 45 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Cơng Thành Hình IV-19Giao diện ví dụ để tham khảo arduino IDE 46 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học CHƯƠNG V SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành Kết - nhận xét - đánh giá 5.1 Cấu hình cho hệ thống kết nối internet Chuyển chế độ hệ thống thành access point Bước 1: Đăng nhập vào giao diện hệ thống Hình V-1Giao diện webserver hệ thống 47 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành Bước 2: Cài đặt kết nối wifi Hình V-2Cài đặt wifi để kết nối internet Bước 3: Cài đặt API để lấy liệu thời tiết, chất lượng khơng khí, tia uv Hình V-3Giao diện nhập API để lấy thông tin từ mạng internet 48 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Cơng Thành Ngồi hệ thống thiết kế để chạy thêm thơng báo tùy chỉnh ví dụ có hội thảo thơng tin đánh rơi đồ, Hình V-4Giao diện nhập để chạy thông báo Giao diện thiết kế thơng báo chỉnh màu chữ cấp tốc độ Hình V-5Chỉnh màu tốc độ chữ chạy thông báo 49 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Cơng Thành Hình V-6Giao diện cài đặt mật Thêm vào hệ thống cung cấp mật để nhiều vị trí sử dụng Ví dụ phịng cơng tác sinh viên cần đăng thơng tin sử dụng bảng led để hiển thị thơng tin Hình V-7Giao diện cài đặt thời gian bật tắt 50 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Cơng Thành Hệ thống cịn thiết kế thêm chương trình cài đặt thời gian bật tắt để tiết kiệm điện tăng tuổi thọ cho hệ thống tránh việc phải hoạt động liên tục 5.2 Mơ hình chạy thực tế Hình V-8Chạy hệ thống thực tế 51 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Cơng Thành Hình V-9Chạy hệ thống thực tế 52 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Cơng Thành 5.3 Nhận xét & đánh giá: Sau thực xong đề tài em biết: 5.3.1 Nhận xét: - Lập trình esp32 Arduino IDE - Gửi liệu từ webserver xuống esp32 - Tạo font tiếng việt - Thi công bảng led - Hiểu cách vận hành module led 5.3.2 Đánh giá: Củng cố kiến thức lập trình vi điều khiển ESP32, tiếp cận công nghệ theo xu hướng IOT 4.0 Cần học hỏi thêm nhiều kiến thức IOT kinh nghiệm thầy cô, anh chị sinh viên, doanh nghiệp Từ phát triển nâng cao tay nghề Bản thân phải thường xuyên trau dồi cập nhật kiến thức để theo kịp thời đại đặc biệt lĩnh vực IOT 53 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành CHƯƠNG VI Kết luận hướng phát triển 6.1 Kết luận Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu, nhóm hồn thành đề tài “Bảng điện tử thị thông tin thời tiết trực tuyến” Đề tài đạt yêu cầu sau: - Đã giới thiệu sơ lược phần cứng sử dụng mơ hình - Giới thiệu phần mềm lập trình - Có thể thay đổi thơng báo tùy ý - Thi cơng lắp đặt bảng led kích thước 128x64 16 module led p10 full color Trong trình thực đề tài, em gặp nhiều khó khăn phải nghiên cứu nhiều nguồn tài liệu tiếng việt lẫn tiếng anh nên có nhiều nhầm lẫn Trong lập trình gặp nhiều lỗi phát sinh mà khơng thể giải Q trình thi cơng gặp nhiều khó khăn em cố gắng giải vấn đề phát sinh hoàn thiện đề tài Do lần làm đồ án tốt nghiệp có nhiều bỡ ngỡ với kiến thức cịn nhiều hạn chế, thiếu sót Em mong giúp đỡ thầy cô giáo để đề tài hoàn thiện thêm nhiều cải tiến đáng kể, ứng dụng tốt vào thực tiễn 6.2 Hướng phát triển Sản phẩm tương lai phát triển module led p5 p3 để có mật độ điểm ảnh dày hơn, để hiển thị hình ảnh video Tương lai sử dụng thêm thingspeak để gửi liệu lên clound Có thể gửi liệu gmail để theo dõi thể sử dụng app android để gửi liệu xuống esp32 54 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Cơng Thành CHƯƠNG VII Phụ Lục 7.1 Đoạn chương trình hàm loop void loop(){ if(!wificonf) checkWifi(); httpProcess(); if(delayState==0){ if(dispState==1) {dispDateTime(0);delayState=5;} else if(dispState==3) {dispClrAll(0xff);dispWeather();delayState=5;} else if(dispState==5) {dispClrAll(0xff);dispForecastHourly();delayState=8;} else if(dispState==6) {dispClrAll(0xff);dispForecastDaily();delayState=8;} else if(dispState==7) {dispClrAll(0xff);dispEnviroment();delayState=3;} Else {dispInfoText();delayState=2;} } if(count2%60==5) {getDateTime();count2++;} 55 ĐH BRVT – Nghiên cứu khoa học SVTH: Võ Đình Huy – Lê Công Thành if((count2%60==15)&&((count20))) {getAQI();count2++;} if((count2%60==25)&&(onlineMin%3==0)) {getWeather();count2++;} if((count2%60==25)&&(onlineMin%3==1)) {getForecastHourly();count2++;} if((count2%60==25)&&(onlineMin%3==2)) {getForecastDaily();count2++;} if((count2%60==50)&&(onlineHour>5)&&((onlineMin%15==1)||(getUViError >0))) {getUVI();count2++;} if(lastMin!=onlineMin){ lastMin=onlineMin; for(char i=0;i