Điều khiển đồng hồ LED ma trận bằng điện thoại

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐỒNG HỒ LED MA TRẬN ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN THOẠI GVHD: ThS Phan Vân Hồn SVTH: Huỳnh Tấn Cơng MSSV: 16141119 SVTH: Trần Thanh Phú MSSV: 16141234 Tp Hồ Chí Minh - 09/2020 TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o Tp HCM, ngày 03 tháng 08 năm 2020 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Huỳnh Tấn Công MSSV: 16141119 Lớp: 16141DT2B Trần Thanh Phú MSSV: 16141234 Lớp: 16141DT1A Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử truyền thông Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ: Khóa: 2016 I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐỒNG HỒ LED MA TRẬN ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN THOẠI II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: Nhóm tiến hành nghiên cứu loại Module Led P5 phương thức hoạt động, phương thức giao tiếp, đặc tính, ứng dụng chúng Thu thập tài liệu hướng dẫn nghiên cứu STM32H743, cách lập trình cho Module phần mềm Keil C Thu thập tài liệu hướng dẫn nghiên cứu Module NodeMCU ESP8266, cách lập trình cho Module phần mềm Arduino IDE Tìm hiểu Android, cách thức lập trình ứng dụng Android liên kết ứng dụng với hệ thống thông qua wifi Nội dung thực hiện: Nội dung 1: Nghiên cứu Module Led dùng cho bảng thông báo Nội dung 2: Nghiên cứu tài liệu KIT NodeMCU ESP8266, giao tiếp với hệ thống không dây mạng Internet Nội dung 3: Nghiên cứu xây dựng ứng dụng app Android Nội dung 4: Tiến hành viết code cho hệ thống LED MATRIX Nội dung 5: Thiết kế tính tốn thiết kế mạch phần cứng cho thiết bị Nội dung 6: Thi công phần cứng, thử nghiệm hiệu chỉnh hệ thống Nội dung 7: Thử nghiệm điều chỉnh hệ thống chương trình để hệ thống tối ưu Đánh giá thơng số mơ hình so với thực tế Nội dung 8: Viết báo cáo thực Nội dung 9: Bảo vệ luận văn III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 09/03/2020 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/08/2020 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS PHAN VÂN HỒN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH ii TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o -Tp HCM, ngày 03 tháng 08 năm 2020 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Huỳnh Tấn Công Lớp: 16141DT2B MSSV: 16141119 Họ tên sinh viên 2: Trần Thanh Phú Lớp: 16141DT1A MSSV: 16141234 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐỒNG HỒ LED MA TRẬN ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN THOẠI Tuần/ngày Nội dung Tuần (09/3 – 14/3) - Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, tiến hành chọn đề tài, GVHD tiến hành xét duyệt đề tài Tuần (16/3 – 21/3) Tuần (23/3 – 28/3) - Viết đề cương tóm tắt nội dung đồ án Tuần (30/3 – 04/4) Xác nhận GVHD - Tìm hiểu tổng quan phương thức hoạt động STM32H743 module Led Matrix - Tìm hiểu module Wifi, module Bluetooth - Tìm hiểu phương thức truyền không dây NodeMCU ESP8266 Tuần (06/4 – 11/4) Tuần (13/4 – 18/4) Tuần (20/4 – 25/4) - Viết code cho STM32H743 Tuần (27/4 – 02/5) Tuần (04/5 – 09/5) - Mơ mạch, kiểm tra hồn chỉnh mạch - Tiến hành vẽ PCB - Tiến hành thi công mạch - Kiểm tra mạch thi công hiệu chỉnh mạch Tuần 10 (11/5 – 16/5) - Tiến hành hoàn thiện code điều khiển điện thoại hiển thị chữ, hiệu ứng, đồng hồ Tuần 11 (18/5 – 23/5) - Hiển thị nội dung điều khiển điện thoại lên Led Matrix - Tìm hiểu phương thức điều khiển thiết bị qua điện thoại android - Viết app android để giao tiếp với hệ thống thông qua wifi iii Tuần 12 (01/6 – 06/6) - Tìm hiểu phương thức truyền liệu qua USB sử dụng phần mềm đẩy video hiển thị qua Led Matrix Tuần 13 (08/6 – 13/6) Tuần 14 (15/6 – 20/6) - Tiến hành viết code cho trò chơi - Kết hợp điện thoại để điều khiển trò chơi - Viết báo cáo nội dung làm - Hoàn thiện báo cáo gởi cho GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước in báo cáo Tuần 15 (22/6 – 27/6) - Nộp báo cáo báo cáo đề tài - Thiết kế Slide báo cáo GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) i v LỜI CAM ĐOAN Đề tài nhóm tự thực dựa số tài liệu trước hướng dẫn ThS Phan Vân Hồn Các số liệu đề tài nhóm có q trình làm, khơng chép từ tài liệu Người thực đề tài Huỳnh Tấn Công Trần Thanh Phú v LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực hiện, nhóm may mắn hồn thành đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐỒNG HỒ LED MA TRẬN ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN THOẠI”, để đạt thành ngồi cố gắng thành viên nhóm cịn có giúp đỡ gia đình, bạn bè, thầy khoa Điện – Điện Tử Nhóm thực xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Thầy ThS Phan Vân Hồn người trực tiếp hướng dẫn nhóm suốt trình thực Cảm ơn Thầy dành thời gian quý báu để hướng dẫn nhóm, hỗ trợ góp ý đưa hướng giải nhóm gặp khó khăn Bên cạnh đó, nhóm cảm ơn kiến thức mà thầy cô truyền đạt suốt năm học trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM để từ nhóm có sở để vận dụng hoàn thiện nên đồ án tốt nghiệp Nhóm em chân thành gửi lời cảm ơn đến người bạn sinh viên khoa Điện - Điện tử đồng hành hổ trợ trình học tập, cố gắng, tạo động lực để nhóm để hồn thành tốt đề tài Xin trân trọng cảm ơn! Người thực đề tài Huỳnh Tấn Công Trần Thanh Phú vi MỤC LỤC TRANG BÌA………………………………………………………… ………i NHIỆM VỤ……………………………………………………………………ii LỊCH TRÌNH…………………………………………………………………… ………iii LỜI CAM ĐOAN v LỜI CẢM ƠN vi MỤC LỤC vii LIỆT KÊ HÌNH iix LIỆT KÊ BẢNG xii TÓM TẮT………………………………………………………………… xiii Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP 2.1.1 Giới thiệu mạng không dây WIFI 2.1.2 Giới thiệu Bluetooth 2.1.3 Chuẩn giao tiếp UART 2.1.4 Giao thức truyền UDP 2.1.5 ADC (Mạch chuyển đổi tương tự sang số ) 2.2 PHẦN CỨNG 10 2.2.1 STM32H743 10 2.2.2 ESP8266 10 2.2.3 Module LED P5 12 Chương TÍNH TỐN THIẾT KẾ 20 3.1 GIỚI THIỆU 20 3.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI 20 3.3 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MẠCH 21 3.3.1 Khối xử lý trung tâm 21 vii 3.3.2 Khối thu thập xử lý liệu 27 3.3.3 Khối hiển thị 30 3.3.4 Khối âm 34 3.3.5 Khối nguồn 36 3.3.6 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 38 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 39 4.1 GIỚI THIỆU 39 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 39 4.2.1 Thi công bo mạch 39 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 41 4.3 THI CÔNG MÔ HÌNH 41 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 42 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 42 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 53 4.4.3 Phần mềm lập trình ESP8266( Arduino IDE) 58 4.4.4 Phần mềm lập trình cho điện thoại (Android studio) .60 4.5 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 63 4.5.1 Hướng dẫn sử dụng phần cứng 63 4.5.2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm 63 Chương KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 69 5.1 KẾT QUẢ 69 5.1.1 Giao diện App Android hệ thống 69 5.1.2 Mơ hình thực tế 78 5.2 NHẬN XÉT 79 5.3 ĐÁNH GIÁ 80 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 81 6.1 KẾT LUẬN 81 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………83 PHỤ LỤC…………………………………………………………………….84 viii LIỆT KÊ HÌNH Hình Trang Hình Sơ đồ mơ tả hoạt động wifi .4 Hình 2 Hệ thống truyền liệu bất đồng .6 Hình Khung truyền liệu chuẩn giao tiếp UART Hình Hình ảnh thực tế STM32H743XI 10 Hình Hình ảnh thực tế Node MCU ESP8266 11 Hình Giao tiếp ESP8266 với STM32H743 11 Hình Ứng dụng LED MATRIX Fullcolor 13 Hình Hình ảnh thực tế Module LED MAXTRIX fullcolor P5 14 Hình Sơ đồ chân Module LED Maxtrix Fullcolor P5 .14 Hình 10 Sơ đồ chân DATA-IN Module LED P5 15 Hình 11 Sơ đồ chân DATA-OUT Module LED P5 15 Hình 12 Quá trình hiển thị hàng LED MATRIX RGB 18 Hình 13 Sơ đồ khối trình quét led 18 Hình 14 Sơ đồ khối trình xử lý liệu 19 Hình Sơ đồ khối hệ thống 20 Hình Hình ảnh thực tế STM32H743XIH6 22 Hình 3 Sơ đồ chân AMS1117 22 Hình Sơ đồ khối vi điều khiển STM32H743XI 25 Hình Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm 26 Hình Ảnh thực tế NodeMCU ESP8266 27 Hình Sơ đồ chân NodeMCU ESP8266 28 Hình Sơ đồ khối giao tiếp vi điều khiển ESP8266 .29 Hình Giao tiếp Uart STM32H743 với ESP8266 29 Hình 10 Ứng dụng led matrix đời sống ngày 30 Hình 11 Module led matrix p5 31 Hình 12 Sơ đồ kết nối STM32 với Led matrix P5 .32 Hình 13 Sơ đồ bố trí module Led P5 32 Hình 14 Module Bluetooth BM3 34 Hình 15 Mạch khuếch đại âm PAM8403 35 Hình 16 Nguồn tổ ong 5V 40A 37 ix Hình 17 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 38 Hình Mạch in sau vẽ xong 40 Hình Kích thước khung sắt 41 Hình Lưu đồ hệ thống 42 Hình 4 Lưu đồ ESP8266 43 Hình Lưu đồ vi điều khiển STM32H743 44 Hình Lưu đồ hiển thị nôị dung 45 Hình Lưu đồ hiển thị ảnh 46 Hình Lưu đồ điều khiển đồng hồ 47 Hình Lưu đồ điều chỉnh độ sáng 48 Hình 10 Lưu đồ điều khiển hiệu ứng 49 Hình 11 Lưu đồ điều khiển hiệu ứng khung 49 Hình 12 Lưu đồ điều khiển paint 50 Hình 13 Lưu đồ game Tank 51 Hình 14 Lưu đồ hiển thị video 52 Hình 15 Lưu đồ nháy theo nhạc 53 Hình 16 Tạo project STM32CubeMx 54 Hình 17 Cấu hình chân I/O STM32CubeMx 55 Hình 18 Cấu hình xung nhịp STM32CubeMX 55 Hình 19 Tạo code STM32CubeMX 56 Hình 20 Giao diện phần mềm lập trình Keil C 56 Hình 21 Thiết lập cấu hình cho Keil C 57 Hình 22 Buid nạp code lên chip 57 Hình 23 Logo phần mềm Arduino 58 Hình 24 Giao diện phần mềm Arduino 58 Hình 25 Bước nhập thư viện cho Arduino 59 Hình 26 Bước nhập thư viện Arduino 59 Hình 27 Bước nhập thư viện Arduino 60 Hình 28 Logo hệ điều hành Android 61 Hình 29 Logo phần mềm Android Studio 61 Hình 30 Giao diện phần mềm Android Studio 62 Hình 31 Wifi hệ thống 63 x CHƯƠNG KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 5.3 ĐÁNH GIÁ Sau thời gian thực đề tài, nhóm nghiên cứu tìm hiểu thêm module STM32H743, ESP8266, LED Matrix P5 Củng cố kiến thức học từ trước đến vận dụng vào mô hình thực tế Nghiên cứu phát triển để hệ thống chạy ổn định thương mại hóa cách rộng rải thị trường BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 80 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu, thiết kế, thi cơng hồn thiện để tài: “Thiết kế thi cơng đồng hồ led ma trận điều khiển điện thoại” hồn thành Tuy cịn hạn chế đạt yêu cầu đặt - Những yêu cầu đạt đề tài: • Đã giới thiệu tổng quan đề tài • Thi cơng hồn thiện phần cứng • Lập trình hồn thiện thiết kế ban đầu đặt chạy phần cứng • Hồn thiện app điều khiển điện thoại • Điều khiển hiển thị tính đồng hồ, hiệu ứng, hình ảnh, font chữ, kiểu chữ, nháy theo nhạc…lên bảng led ma trận điện thoại android cài app - Những hạn chế: • Phần cứng chưa thiết kế tốt, đẹp • Phần code lập trình chưa tối ưu • App điều khiển không đẹp, điều khiển chưa nhạy Do kiến thức chuyên môn cộng với kiến thức thực tế thực dự án cịn nhiều thiếu sót nên thực đề tài xảy nhiều hạn chế Chúng cố gắng khắc phục giới hạn nên chúng tơi mong ủng hộ giúp đỡ của thầy cô giáo để đề tài hoàn thiện cải tiến đáng kể, ứng dụng tốt vào thực tiễn 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trong đề tài chúng tơi có số hướng cải tiến giúp đề tài hồn hảo là: • Thay led matrix p5 led có độ phân giải cao p2 để kết hiển thị sắc nét hơn, đẹp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 81 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN • Cải tiến thêm số tính chụp hình từ điện thoại hiển thị bảng led, chơi game lúc người, cần phát triển ứng dụng chạy hệ điều hành IOS • Cần phát triển thêm tính hiển thị thơng tin thời tiết theo hiển thị lịch tháng Đó ý kiến chúng tơi hướng phát triển, mong Thầy Cơ bạn góp ý để phát triển đề tài cách hoàn thiện BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Thế Vinh, Trần Trung Thành, Điều khiển panel Led ma trận RGB sử dụng Kit Raspberry Pi, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2016 [2] Đào Văn Đông, Trương Hữu Thắng, Thiết kế thi công bảng quang báo, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2018 [3] Phạm Võ Sơn Liêm, Hồ Quốc Trưởng, Thiết kế thi công hệ thống bảng báo giá, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2018 [4] Nguyễn Minh Đức, Trần Châu Phong, Bảng led ma trận điều khiển ứng dụng android, đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2019 [5] Datasheet linh kiện: Website alldatasheet.com [6] Trang cung cấp thông tin hỗ trợ ESP8266: http://esp8266.vn [7] Trang tham khảo thuật tốn FFT: http://iot47.com [8] Nguyễn Đình Phú, “Giáo trình vi xử lý”, NXB ĐH Quốc Gia Tp.HCM, 2016 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 83 PHỤ LỤC PHỤ LỤC Code STM32H743XIH6 #include "main.h" #include "usb_device.h" #include "thuvienLEDMT.h" #include "bganime.h" #include "anhlogospkt.h" #include "logokhoa.h" #include "logobk.h" #include "anh0.h" #include "anh1.h" #include "anh3.h" #include "anh4.h" #include "anh5.h" #include "anh6.h" #include "tinhae.h" #include "earth1.h" #include "tdhspkt.h" #include "hoahong64x84.h" #include #include #include #include #include #include RTC_HandleTypeDef hrtc; ADC_HandleTypeDef hadc1; TIM_HandleTypeDef htim1; TIM_HandleTypeDef htim2; TIM_HandleTypeDef htim3; TIM_HandleTypeDef htim4; UART_HandleTypeDef huart1; DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_rx; DMA_HandleTypeDef hdma_memtomem_dma1_stream0; void SystemClock_Config(void); static void MX_GPIO_Init(void); static void MX_DMA_Init(void); static void MX_TIM1_Init(void); static void MX_TIM2_Init(void); static void MX_TIM3_Init(void); static void MX_TIM4_Init(void); static void MX_ADC1_Init(void); static void MX_RTC_Init(void); static void MX_USART1_UART_Init(void); int main(void) { SCB_EnableICache(); SCB_EnableDCache(); HAL_Init(); RTC_TimeTypeDef sTime; SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 84 PHỤ LỤC MX_DMA_Init(); MX_TIM1_Init(); MX_TIM2_Init(); MX_ADC1_Init(); MX_TIM3_Init(); MX_TIM4_Init(); MX_RTC_Init(); MX_USB_DEVICE_Init(); MX_USART1_UART_Init(); HAL_RTC_Init(&hrtc); HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1); HAL_TIM_Base_Start(&htim2); HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2,TIM_CHANNEL_1,7000); HAL_TIM_Base_Start(&htim3); HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim4); HAL_ADC_Start_IT(&hadc1); unsigned char uart[84]=0; HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,(uint8_t *)uart,84); while (1) { HAL_RTC_GetTime(&hrtc,&sTime,RTC_FORMAT_BIN); gio =sTime.Hours; phut =sTime.Minutes; giay=sTime.Seconds; if(uart[0]=='n'){ if(uart[1]=='a'){ anh=((uart[2]-0x30)*10+(uart[3]-0x30)); okgamma=uart[4]; } if(uart[1]=='g'){ anhdong=((uart[2]-0x30)*10+(uart[3]-0x30)); } if(anh==1){ if(okgamma=='g')giaimaanh1((unsigned char *)logokhoa ,128,128,0,64); else giaimaanh((unsigned char *)logokhoa ,128,128,0,64); } if(anh==2){ if(okgamma=='g')giaimaanh2((unsigned char *)logo ,99,128,0,78); else giaimaanh3((unsigned char *)logo ,99,128,0,78); } if(anh==3){ if(okgamma=='g')giaimaanh2((unsigned char *)tdhspkt ,256,128,0,0); else giaimaanh3((unsigned char *)tdhspkt ,256,128,0,0); } if(anh==4){ if(okgamma=='g')giaimaanh2((unsigned char *)biendao ,256,128,0,0); else giaimaanh3((unsigned char *)biendao ,256,128,0,0); } BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 85 PHỤ LỤC if(anh==5){ if(okgamma=='g')giaimaanh2((unsigned char *)covid ,191,128,0,32); else giaimaanh3((unsigned char *)covid ,191,128,0,32); } if(anh==6){ if(okgamma=='g')giaimaanh2((unsigned char *)bongda ,227,128,0,14); else giaimaanh3((unsigned char *)bongda ,227,128,0,14); } if(anh==7){ if(okgamma=='g')giaimaanh2((unsigned char *)ruong ,256,128,0,0); else giaimaanh3((unsigned char *)ruong ,256,128,0,0); } } if(anhdong==1){ anhdong1(); } if(uart[1]=='d'){ pwm=((uart[2]-0x30)*10+(uart[3]-0x30)); if(pwmht!=pwm){ pwmht=pwm; HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2,TIM_CHANNEL_1,pwm*100); } } if((uart[16]-0x30>=0)&&(uart[16]-0x30