Thiết kế, chế tạo hệ thống tủ lưu trữ dùng để lưu trữ, bảo quản tài liệu

SMART STORAGE PROJECT Tổng quan 1.1 Yêu cầu công nghệ • Thiết kế, chế tạo hệ thống tủ lưu trữ dùng để lưu trữ, bảo quản tài liệu • Hệ thống có khả di chuyển, đảm bảo khơng gian gian lưu trữ tối ưu • Hệ thống có khả điều khiển, giám sát, đảm bảo điều kiện lữu trữ tài liệu tốt ưu • Hệ thống có khả tìm kiếm tài liệu (ngay hệ thống, thông qua PC Smart Phone) 1.2 Yêu cầu tính hệ thống STT Tính Theo dõi nhiệt độ, độ ẩm Phát nguy cháy khoang Phát tài liệu bị xô khỏi khoang, phát vật thể khoang Đếm người vào khoang tủ Giá chuyển động dần sát lại nhau, không bị xô, hở Chi tiết 1) Nhiêt độ, độ ẩm khoang tủ hiển thị hình giá 2) Nhiệt độ, độ ẩm bên ngồi gắn tủ master 1) Gắn cảm biến phát báo khói khoang tủ 2) Gắn cảm biến phát hiển báo khói ngồi khoang tủ tủ master Sử dụng cảm biến hồng ngoại dọc để phát vật cản tủ Theo dõi số lượng người khoang tủ, hiển thị lên hình Sử dụng cảm biến tiệm cận để giá tiến sát lại Âm 1.2 Yêu cầu tính hệ thống (tiếp) Hiển thị khoảng cách hai giá lên hình Phát cố Sử dụng phương pháp đếm xung động để xác định khoảng cách 1) Cảnh báo có người khoang đóng khoang 2) Cảnh báo nguy cháy trong, cháy ngồi tủ 3) Cảnh báo tài liệu bị xơ lệch 4) Cảnh báo giá bị kẹt di chuyển 5) Cảnh báo tải động 6) Tất cố có hình ảnh hiển thị hình kèm loa phát 7) Để báo an tồn cố giải báo hình nơi xảy cố 1) Dừng khẩn cấp phát có người khoang giá số "x" 2) Cảnh báo, phát nguy cháy khoang giá số "x" 3) Cảnh báo, phát tài liệu bị nhô khoang số "x" 4) Dừng khẩn cấp kẹt giá số "x" 5) Dừng khẩn cấp tải động giá số "x" 1.2 Yêu cầu tính hệ thống (tiếp) 10 1) Phát cảnh báo cố xảy 2) Phát âm đóng mở tủ sau thực thao tác đóng mở tủ 3) Âm lời chào bắt Loa phát đầu sử dụng hệ thống, hướng dẫn người quản lý thao tác truy cập hệ thống ban đầu 4) Hướng dẫn chi tiết vị trí tài liệu người quản lý muốn lấy sử dụng Bảo mật đăng nhập vân Truy cập hệ thống vân tay tay Có thể thực chức Dừng khẩn cấp cố cố cách chạm vào hình 1.2 u cầu tính hệ thống (tiếp) 11 Thơng gió hệ thống 1) Các giá tự động di chuyển để tạo khoảng cách giá khoảng 40cm 2) Bật quạt thơng gió điều hồ để cân nhiệt độ bên với bên đồng nhất, giảm độ ẩm bên khoang tủ 3) Thời gian q trình thơng gió tự động dừng sau 10 phút tắt lệnh hình Q trình thơng gió kết thúc giá tiến dần sát lại 4) Có thể thực chức thao tác vuốt lên hình 1.2 Yêu cầu tính hệ thống (tiếp) 12 Vận hành đóng mở tủ 13 Thay đổi giao diện cập nhật liệu usb 1) Có thể thực thao tác đóng mở giá tự động hình thủ công vận hành tay 2) Động đáp ứng thao tác quay thuận, nghịch, chạy êm không gây tiếng ồn 3) Có thể thực thao tác vuốt lên hình sang trái phải giá di chuyển sang phía tương ứng Khi vuốt xuống tồn hệ thống giá đóng lại hoàn toàn Hệ thống nhận dạng đầu cắm USB, sau upload giao diện liệu cách tự động 1.2 Yêu cầu tính hệ thống (tiếp) 14 15 Sử dụng máy quét mã vạch Giao tiếp với giá master để thực thao tác mượn, cổng USB trả Điều khiển thiết bị ngoại vi điều hoà, máy hút ẩm Phương án thiết kế Phương án thiết kế (tiếp) Thiết kế phần mềm • Phân tầng thiết kế phần mềm (từ thấp đến cao) • • • • Tầng điều khiển trung tâm Tầng IPC Tầng PC, Smartphone Giai đoạn phát triển phần mềm cho hệ thống: • Giai đoạn 1: Phát triển phần mềm tầng điều khiển trung tâm • Giai đoạn : Phát triển phần mềm tầng IPC • Giai đoạn : Phát triển phần mềm tầng PC, Smartphone 3.1 Thiết kế phần mềm tầng điều khiển trung tâm 3.1.1 Phát triển mạch điều khiển trung tâm Chip điều khiển trung tâm : STM32F407VGT6 (ARM Cortex-M4F 32 bit) Hướng phát triển chip : No IDE (Integrated Development Environment) Embedded Programming (Embedded System Development) RTOS (Real Time Operating System)  So sánh Phương pháp lập trình truyền thống “Siêu vịng lặp” (Super Loop) Phương pháp phát triển “Hệ điều hành thời gian thực” (RTOS) Siêu vòng lặp (Super Loop) Hệ điều hành thời gian thực (RTOS) - Siêu vịng lặp q trình lặp lặp lại chu trình hoạt động hệ thống cách mãi - Siêu vòng lặp dễ sử dụng, dễ chỉnh sửa, dễ gỡ lỗi dễ hiểu hầu hết người lập trình - Ít bị phụ thuộc phần cứng - Phù hợp với hệ thống nhỏ - Hệ điều hành quản lý chu trình hoạt động hệ thống thông qua lập lịch (scheduler), phân bổ task vụ thực mức ưu tiên khác mức ưu tiên (điều khiến cho task vụ gần thực cách đồng thời) - Phù hợp với hệ thống phức tạp, khắc phục hầu hết nhược điểm phương pháp Super Loop - Những nhiệm vụ quan trọng phải xử lý hàm ngắt - Dữ liệu trao đổi Super Loop ISR thông qua biến tồn cục - Super Loop dễ dàng đồng với timer hệ thống yêu cầu nhiều Nhược điểm chu kỳ timer khác khó đáp ứng - Super loop khiến hệ thống trở nên phức tạp khó mở rộng Một thay đổi nhỏ - Cơng việc lập trình phức tạp hơn, địi hỏi người lập trình phải tổ chức hệ thống thật chặt chẽ logic - Yêu cầu có kiến thức kiến trúc CPU, kiến trúc nhớ,… - Thử thách việc quản lý tài nguyên dùng chung task vụ Ưu điểm  Phát triển chip mơi trường IDE (Integrated Development Environment) • Mơ hình phát triển chip IDE Keil_C_uVision_5 kết hợp với phần mềm STM32CUBEMX cho phép cấu hình chip (phát triển Hệ điều hành WINDOWS)  Phát triển chip Compiler (No IDE), chạy code tảng HĐH • Mơ hình phát triển chip ARM-GCC Compiler (phát triển hệ điều hành Ubuntu OS (LINUX))  So sánh Phương pháp phát triển chip tảng IDE (STM32CUBEMX + KEIL C Uvision V5 softwares) Phương pháp phát triển chip tảng Compiler IDE (STM32CUBEMX + KEIL C uVision 5) ARM-GCC Compiler (chạy code hệ điều hành) - Phần mềm cấu hình chip sinh code tự động STM32CUBEMX giúp việc lập trình đơn giản dễ dàng - IDE KEIL C Uvision V5 giúp cơng việc lập trình code, biên dịch code, nạp code xuống chip (target) debug code trở nên dễ dàng (Mọi thứ tích hợp sẵn KEIL C Software) - Cả phần mềm dễ sử dụng, phù hợp phát triển ứng dụng thực tế tính đơn giản đóng gói (ứng dụng hệ thống nhỏ) - Các công việc cấu hình chip, cấu hình hệ điều hành RTOS lập trình viên thực hiện, chương trình tối ưu, nâng cao hiệu suất thực thi chip - Phù hợp với phát triển hệ thống lớn, dễ dàng phân công công việc cho thành viên nhóm phát triển - Việc kế thừa code, nâng cấp hệ thống dễ dàng không phụ thuộc vào IDE - Chương trình xây dựng hồn tồn người lập trình, dễ quản lý, debug code - Sinh code tự động tạo đoạn code rườm rà, không cần thiết, làm tốn tài nguyên, tăng thời gian thực thi chip - Sử dụng STM32CUBEMX + Keil C khiến việc nâng cấp hệ thống trở nên khó khăn khối chương Nhược trình khó kiểm sốt điểm - Chuyển giao code gặp khó khăn người thừa kế phải download phiên IDE, gói thư viện khơng muốn bị xung đột phiên - Khó phân cơng cơng việc cho team phát triển (chỉ nên giao cho người lập trình cho tồn hệ thống) - No IDE, nhóm lập trình phải thực nhiều cơng việc hơn, từ việc viết Source Code, viết chương trình biên dịch code, viết code phân vùng nhớ chip đến viết chương trình debug code - Sử dụng nhiều cơng cụ phát triển, nhiều ngơn ngữ lập trình (bao gồm: C/C++, Makefile, Linkerscript, FreeRTOS, Jim-TCL programming languages) Ưu điểm  3.1.2 Phát triển hình HMI • Màn hình HMI sử dụng: Weintek MT8102iP (10.1”, TFT LCD) • Phần mềm thiết kế hình HMI: EbproV6xx (chạy Windows OS) • Kết nối với mạch điều khiển trung tâm qua chuẩn giao tiếp RS485 dây (truyền thông Modbus RTU)  3.1.3 Phát triển mạch đếm người Chip điều khiển: STM32F030F4P6 (ARM Cortex-M0 32 bit) • Hướng phát triển chip : No IDE (Integrated Development Environment) Embedded Programming (Embedded System Development) RTOS (Real Time Operating System) Mạch đếm người giao tiếp với mạch điều khiển trung tâm qua chuẩn giao tiếp UART 3.2 Phát triển tầng IPC • IPC: Advantech PPC 3100S 12.1” • CPU: Intel Celeron processor, quadcore N2930 1.83GHz • RAM: DDR3L 4GB • SSD: 128 GB • Cảm ứng điện dung đa điểm • Nền tảng phát triển: Ubuntu OS (LINUX) • Lên phương án thiết kế phần mềm cụ thể sau hoàn thành phát triển phần mềm tầng điều khiển trung tâm 3.3 Phát triển phần mềm tầng PC, Smartphone • Lên phương án phát triển cụ thể sau hoàn thành phát triển tầng điều khiển trung tâm THE END… ... nghệ • Thiết kế, chế tạo hệ thống tủ lưu trữ dùng để lưu trữ, bảo quản tài liệu • Hệ thống có khả di chuyển, đảm bảo không gian gian lưu trữ tối ưu • Hệ thống có khả điều khiển, giám sát, đảm bảo. .. lữu trữ tài liệu tốt ưu • Hệ thống có khả tìm kiếm tài liệu (ngay hệ thống, thơng qua PC Smart Phone) 1.2 Yêu cầu tính hệ thống STT Tính Theo dõi nhiệt độ, độ ẩm Phát nguy cháy khoang Phát tài liệu. .. tính hệ thống (tiếp) 10 1) Phát cảnh báo cố xảy 2) Phát âm đóng mở tủ sau thực thao tác đóng mở tủ 3) Âm lời chào bắt Loa phát đầu sử dụng hệ thống, hướng dẫn người quản lý thao tác truy cập hệ thống