Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển và giám sát võng trẻ em

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 ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT VÕNG CHO TRẺ EM GVHD: Ths Nguyễn Văn Hiệp SVTH: Võ Lê Công Hậu MSSV: 16141147 SVTH: Hà Gia Kính MSSV: 16141189 Tp Hồ Chí Minh – 7/2020 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 ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT VÕNG CHO TRẺ EM GVHD: Ths Nguyễn Văn Hiệp SVTH: Võ Lê Cơng Hậu MSSV: 16141147 SVTH: Hà Gia Kính MSSV: 16141189 Tp Hồ Chí Minh – 7/2020 i TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày 20 tháng năm 2020 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Võ Lê Cơng Hậu Hà Gia Kính MSSV: 16141147 MSSV: 16141189 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ: Khóa: 2016 Lớp: 16141DT I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT VÕNG CHO TRẺ EM II NHIỆM VỤ: Các số liệu ban đầu: - Khảo sát tính tự động số loại võng có sẵn thị trường, nhóm tiến hành tìm hiểu, nghiên cứu, chọn lọc để phát huy thêm nhiều đặc điểm hữu ích áp dụng thêm cho võng dành cho trẻ em - Module ESP8266 tích hợp sẵn wifi, có chân điện áp PWM, ngõ vào ADC, giao tiếp UART… có khả ứng dụng để điều khiển tốc độ động 2.Nội dung thực hiện: - Nghiên cứu chế đưa võng tự động, nghiên cứu chọn vi xử lý, nghiên cứu chọn lựa động cơ, cách điều khiển, - Tìm hiểu phương thức kết nối với Internet để nhận liệu điều khiển từ smartphone - Nghiên cứu xây dựng ứng dụng Android giao tiếp với hệ thống thông qua Internet - Tìm hiểu phương thức lập trình để điều khiển tốc độ động đưa võng ii - Thiết kế mô hình hệ thống - Thi cơng phần cứng, chạy thử nghiệm hiệu chỉnh hệ thống - Thực viết luận văn báo cáo - Tiến hành bảo vệ đồ án tốt nghiệp III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày tháng năm 2020 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 30 tháng năm 2020 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:ThS Nguyễn Văn Hiệp CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày 29 tháng năm 2020 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Võ Lê Công Hậu Lớp:16141DT2B MSSV:16141147 Họ tên sinh viên 2: Hà Gia Kính Lớp: 16141DT1A MSSV:16141189 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT VÕNG CHO TRẺ EM Tuần/ngày Nội dung Tuần (09/03- 15/03) Gặp gỡ GVHD trao đổi đề tài tốt nghiệp Tuần (16/03- 22/03) Tìm hiểu, đọc đề tài nghiên cứu có liên quan Tuần (23/03- 29/03) Tìm hiểu loại võng có thị trường Tuần (30/03- 05/04) Tìm hiểu, chọn lọc linh kiện sử dụng cho đề tài Tuần (06/04- 12/04) Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức khối Tuần (13/04- 19/04) Thiết kế sơ đồ mạch, giải thích nguyên lý hoạt động mạch Tuần (20/04- 26/04) Viết báo cáo chương 1, báo cáo tiến độ với GVHD Tuần (27/04- 03/05) Tiến hành tính tốn để lựa chọn linh kiện, viết chương trình điều khiển mạch iv Xác nhận GVHD Tuần (04/05- 10/05) Tìm hiểu Firebase giao thức lập trình cho ứng dụng Tuần 10 (11/05- 17/05) Viết chương trình mạch, thử nghiệm lần Tuần 11 (18/05- 24/05) Viết chương trình mạch, thử nghiệm lần Tuần 12 (25/05- 31/05) Tổng hợp chương trình mạch, lập trình ứng dụng Tuần 13 (01/06- 07/06) Gia cơng khung võng, hồn thiện phần cứng Tuần 14 (08/06- 14/06) Nạp chương trình chạy thử nghiệm Hồn thiện lập tình ứng dụng Viết báo cáo Tuần 15 (15/06- 21/06) Tuần 16 (22/06- 28/06) Hoàn thiện, sửa lỗi, lấy kết thống kê Tuần 17 (29/06- 05/07) Hoàn thiện chỉnh sửa báo cáo GVHD xem xét góp ý Tuần 18 (06/7- 12/07) Nộp báo cáo làm slide bảo vệ đề tài GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) v LỜI CAM ĐOAN Đề tài nhóm chúng em tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Võ Lê Cơng Hậu vi Hà Gia Kính LỜI CẢM ƠN Lời chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy cô giáo Bộ môn Điện Tử- Y Sinh nói riêng thầy giáo Khoa Điện – Điện Tử nói chung nhiệt tình giúp đỡ chúng em kiến thức liên quan tới lĩnh vực nghiên cứu đề tài thời gian thực đề tài, kiến thức mà thầy cô truyền đạt cho chúng em suốt thời gian học tập trường Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn thầy Nguyễn Văn Hiệp tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, cung cấp kiến thức quan trọng tạo điều kiện thuận lợi thời gian thực đề tài Chúng em gửi lời cảm ơn ba mẹ người thân đồng hành động viên suốt trình thực đề tài Chúng em gửi lời đồng cảm ơn đến bạn lớp 16141DT chia sẻ trao đổi kiến thức kinh nghiệm quý báu trình thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Võ Lê Công Hậu Hà Gia Kính vii MỤC LỤC TRANG BÌA i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv LỜI CAM ĐOAN vi LỜI CẢM ƠN .vii MỤC LỤC viii LIỆT KÊ HÌNH VẼ xi LIỆT KÊ BẢNG xiv TÓM TẮT xv 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 LOẠI VÕNG TRẺ EM TRÊN THỊ TRƯỜNG 2.1.1 Võng trẻ em truyền thống 2.1.2 Võng tự động cho trẻ em 2.1.3 Võng tự động cho trẻ em cải tiến 2.2 ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG PWM 2.2.1 Giới thiệu 2.2.2 Nguyên lý điều chế độ rộng xung PWM 10 2.2.3 Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM: 11 2.2.4 Ứng dụng 11 2.3 TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU QUA WI-FI 11 2.3.1 Giới thiệu 11 viii Chương 4.THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 4.32 Các nút chức hình điều khiển Khi nhấn chọn chức bất kì, hình điều khiển cụ thể chức Khi nhấn “RESET WIFI”, ứng dụng gửi lệnh reset cài đặt Wifi NodeMCU reset lại mạch BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 79 Chương 4.THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 4.33 Màn hình điều khiển tốc độ động c Màn hình điều khiển động Tại hình điều khiển động ta xem mức tốc độ động chạy Phía nút tăng giảm tốc độ: Tăng tốc, giảm tốc App có chứng cài cách nhập thời gian (đơn vị phút) vào ô “Cài giờ” nhấn “Bắt đầu” sau đếm hết thời gian, võng ngừng đưa Người dùng hủy hẹn cách nhấn “Dừng” BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 80 Chương 4.THI CÔNG HỆ THỐNG d Màn hình điều khiển phát nhạc Hình 4.34 Màn hình điều khiển phát nhạc Tại hình phát nhạc, người dùng thự thao tác phát nhạc thơng thường Next, Prev, Pause/Play, Tăng/giảm âm lượng Ngoài cịn chọn hát cụ thể cách mở Playlist chọn hát mong muốn BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 81 Chương 4.THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.35 Chọn hát e Màn hình xem camera Màn hình xem camera ban đầu có nút nhấn: Thoát, Xem, Reset khung hiển thị địa IP camera Khi camera chưa kết nối Wifi, khung địa IP để trống Sau camera kết nối thành công với wifi sở liệu, địa IP camera gửi lên hiển thị ứng dụng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 82 Chương 4.THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 4.36 Giao diện xem camera Sau ứng dụng nhận hiển thị địa IP camera, nhấn xem để đến trình duyệt xem camera Nhấn “Reset” để gửi lệnh reset cho camera, đồng thời xóa địa IP hiển thị Trong trường hợp khơng có nhu cầu điều khiển từ xa khơng có điện thoại, ta điều khiển trực tiếp nút nhấn hộp điều khiển BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 83 Chương 4.THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.37 Mặt trước hộp điều khiển Trên hộp điều khiển có nút nhấn: - Tăng tốc, Giảm tốc: điều khiển tăng giảm tốc độ, tốc độ có mức, lần nhấn tăng giảm mức - NEXT, PREV: Tiến lùi hát - RESET: reset tồn hệ thống Trên hộp có led báo hiệu nguồn, led sáng nguồn đủ cung cấp cho hệ thống, led khơng sáng nguồn yếu, cần cắm sạc BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 84 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu thực đề tài với hướng dẫn thầy Nguyễn Văn Hiệp, nhóm em hồn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế thi công hệ thống điều khiển giám sát võng trẻ em” Sau đề tài này, nhóm em tích lũy nhiều kiến thức, kỹ như: Nghiên cứu lập trình sử dụng vi điều khiển ESP8266: cài đặt thông số Wifi, truyền nhận liệu với Database qua wifi Nghiên cứu sử dụng chức giao tiếp với ngoại vi vi điều khiển: PWM, ADC, UART Nghiên cứu điều khiển động DC PWM Nghiên cứu sử dụng module ESP32-CAM: cài đặt wifi cho module, lấy địa IP, đưa hình ảnh camera lên web, ứng dụng Android Có khả tự thiết kế thi cơng mạch điện phần mềm Altium Designer, biết kiểm tra khác phục lỗi thi công mạch điện * Kết thực nghiệm từ mơ hình: BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 85 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.1 Hình ảnh mơ hình thực tế Mơ hình thực tế gồm camera có giá đỡ gắn khung võng, motor đưa võng móc trược tiếp lên lưới võng, hộp điều khiển với nút nhấn, loa, led báo nguồn tích hợp pin bên Chức hệ thống điều khiển quan sát ứng dụng Android BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 86 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.2 Giao diện đăng nhập ứng dụng Ứng dụng có khả bảo mật yêu cầu người dùng nhập mật BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 87 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.3 Giao diện điều khiển động Trên giao diện điều khiển động ta thao tác với nút nhấn, quan sát tốc độ thời gian đếm ngược Bất người dùng mở ứng dụng, pin võng hết ứng dụng phát thông báo kèm âm rung BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 88 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.4 Giao diện điều khiển phát nhạc Giao diện phát nhạc nút nhấn điều khiển hiển thị mức âm lượng thay đổi Khi mức pin yếu so với mức định trứớc thông báo võng hết pin nhấp nháy liên tục pin cắm sạc BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 89 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.5 Giao diện xem camera Khi chọn mở xem camera ứng dụng tự mở trình duyệt tới địa mà camera stream, góc ảnh camera quay vào trung tâm võng nơi em bé nằm 5.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ Sau thời gian nghiên cứu để thiết kế thi cơng đề tài chúng em hồn thành, nhóm chúng em xin tự nhận xét đề tài sau: Sản phẩm có tính ứng dụng thực tế, dễ sử dụng, phù hợp với nhiều đối tượng BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 90 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Sản phẩm mơ hình đạt u cầu đưa ban đầu, đạt 95% u cầu Mơ hình lắp đặt gọn gàng, thẩm mĩ, dễ dàng di chuyển, lắp đặt cho nhiều khung võng khác Mơ hình chắn, sử dụng nguồn pin điện áp nhỏ nên an toàn cho trẻ em Việc truyền nhận liệu ứng dụng với phần cứng hoạt động ổn định, hình ảnh xem camera tương đối rõ, khơng bị nhịe hay đứng hình Tuy nhiên đề tài tồn hạn chế tính tự động hóa chưa cao BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 91 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Dựa vào mục tiêu ban đầu cho đề tài xây dựng hệ thống đưa võng có khả điều khiển tốc độ đưa võng ứng dụng điện thoại thông qua internet, phát nhạc ru ngủ giám sát hình ảnh qua camera Nhóm thiết kế thi cơng thành công hệ thống thực mục tiêu trên, ngồi nhóm cịn bổ sung thêm chức điều khiển trực tiếp nút nhấn, sử dụng nguồn pin có chức báo hết pin Hệ thống đạt yêu cầu mục tiêu hoạt động ổn định, nhiên vần hạn chế hệ thống chưa tự động nhận diện trạng thái ngủ bé để tự động thay đổi tốc độ Tóm lại sau q trình thực đề tài hồn thành mức độ nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển công nghệ IOT vào đời sống Hệ thống hoàn thành mức độ tốt so với yêu cầu đề 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hệ thống phát triển thêm theo hướng xử lý ảnh trí tuệ nhân tạo để hồn thiện Cụ thể dùng xử lý ảnh để xác định tình trạng bé võng: tư nằm, có bị té hay không, dùng xử lý âm để biết trẻ có khóc hay khơng Qua liệu thu xử lý để điều chỉnh tốc độ hay hát thích hợp, hay báo động lên ứng dụng Ngồi thêm cảm biến tiện cho việc theo dõi thông số môi trường nhà BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Minh Luân, Lâm Thành Đạt, Thiết kế thi công thiết bị điều khiển nhà thông minh, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2018 [2] Nguyễn Huỳnh Tâm, Huỳnh Đơng Thịnh, Thiết kế thi cơng mơ hình ứng dụng IOT vào việc điều khiển thiết bị điện nhà, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2018 [3] Nguyễn Văn Hiệp, Đinh Quang Hiệp, “Giáo trình: lập trình Android Cơ Bản”, NXB Đại Học Quốc Gia 2015 [4] Nguyễn Đình Phú, “Giáo Trình: Vi Xử Lý”, Xuất ĐH Quốc Gia, Tp.HCM, 2016 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 93 ... việc thi? ??t kế thi công hệ thống áp dụng kết nối internet để điều khiển giám sát thi? ??t bị Hệ thống có tên ? ?Thi? ??t kế thi công hệ thống điều khiển giám sát võng cho trẻ em? ?? có chức điều khiển đưa võng, ... cho trẻ em BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 19 Chương TÍNH TỐN VÀ THI? ??T KẾ Chương TÍNH TOÁN VÀ THI? ??T KẾ 3.1 GIỚI THI? ??U Trong đề tài nhóm thi? ??t kế hệ thống điều khiển, giám sát võng trẻ em ứng... TỐN VÀ THI? ??T KẾ HỆ THỐNG 3.2.1 Thi? ??t kế sơ đồ khối hệ thống Để đáp ứng yêu cầu trên, nhóm thi? ??t kế sơ đồ khối hệ thống sau: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 20 Chương TÍNH TỐN VÀ THI? ??T KẾ Ứng