Đồ án thiết kế hệ thống nhúng, học viện công nghệ bưu chính viễn thông (11)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ I - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ KHO THÔNG MINH GIẢNG VIÊN : NGUYỄN NGỌC MINH Sinh viên : Nguyễn Hải Duy B17DCDT053 - NT Nguyễn Anh Minh B17DCDT125 Trần Văn Giầu B17DCDT057 Nguyễn Văn Thắng B17DCDT169 Hà Nội - 2021 MỤC LỤC Chương 1: Tổng quang hệ thống quản lý kho thông minh I Tổng quan mơ hình hệ thống quản lý kho Giới thiệu tổng quan hệ thống Hệ thống có ứng dụng hỗ trợ việc nhập bán hàng kho Xuất phát từ việc ngày kho hàng lớn nước có hỗ trợ cho việc quản lý kho thông minh bao gồm việc xuất nhập kho kiểm sốt thơng số kho hàng, với hộ kinh doanh nhỏ lẻ, họ có kho hàng khơng đủ lớn hộ kinh doanh gia đình việc triển khai hệ thống lớn điều bất lợi mặt chi phí khả lắp đặt Chính nhóm chúng em có đề hệ thống sử dụng vi mạch nhỏ nhẹ hết giá phù hợp với nhu cầu hộ kinh doanh Hơn cắt giảm sử dụng giấy tờ việc ghi lại thông số đơn hàng nhằm tăng tiện lợi cho khách hàng người bán Chức hệ thống Hệ thống bao gồm tiện lợi nhỏ nhẹ nên gồm chức sau: • Hiển thị nhiệt độ độ ẩm thiết bị phần cứng LCD nêu phần sau • Tính nhập xuất hàng khỏi kho quản lý theo tagID nêu phần sau • Giao diện quản lý kho hàng cho người bán dễ dàng quan sát thông số từ sở liệu (database) nêu phần sau II Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch hệ thống Sơ đồ tổng quát hệ thống Hệ thống bao gồm hai phần phấn khối mạch vật lý khối ứng dụng server database: Khối ứng dụng Khối mạch vật lý Như thấy, phần đồ án thiết kế gồm có hai khối bản, hai khối giao tiếp qua lại với nhau, chi tiết khối nói chi tiết phần sau a Khối mạch vật lý Khối vật lý khối sử dụng kết nối vật lý, vi mạch điều khiển phần cứng Phần mạch bao gồm linh kiện điện tử sau: - STM32F103C8T6 Hình STM32F103C8T6 STM32 dòng chip phổ biến ST với nhiều họ thông dụng F0,F1,F2,F3,… Stm32f103 thuộc họ F1 với lõi ARM COTEX M3 STM32F103 vi điều khiển 32bit, tốc độ tối đa 72Mhz Giá thành rẻ so với loại vi điều khiển có chức tương tự Mạch nạp cơng cụ lập trình đa dạng thông dụng thị trường Ứng dụng: dùng cho driver để điều khiển ứng dụng, điều khiển ứng dụng thông thường, thiết bị cầm tay thuốc, máy tính thiết bị ngoại vi chơi game, ứng dụng cơng nghiệp, thiết bị lập trình PLC, biến tần, máy in, máy quét, hệ thống cảnh báo, thiết bị liên lạc nội bộ… - ESP8266 Hình ESP8266 ESP8266 mạch vi điều khiển giúp điều khiển thiết bị điện tử Thêm vào tích hợp wi-fi 2.4GHz dùng cho lập trình Với khả tích hợp khả kết nối Wi-fi ESP8266 vi mạch thiếu ứng dụng IOT (Internet kết nối vạn vật) nhà thông minh Smart home hay thiết bị thông minh khác Ứng dụng: Điều khiển công tắc bật/tắt Led, đọc nhiệt độ cảm biến DHT11, điều khiển bật/tắt Led giọng nói - RFID Hình RFID RDM6300 Radio Frequency Identification (RFID) công nghệ nhận dạng đối tượng sóng vơ tuyến Một thiết bị hay hệ thống RFID cấu tạo hai thành phần thiết bị đọc (RFDI reader) thiết bị phát sóng RFID có gắn chip hay cịn gọi tag Ứng dụng công nghệ RFID thực tế: RFID đùng để nhận diện khách hàng cho trung tâm chăm sóc sức khỏe, động vật hệ thống quản lý sinh vật sống, sinh viên sử dụng tủ đựng đồ để cần giữ tài sản taxi yêu cầu quyền vào khu vực đón khách sân bay - LCD 16x2 Hình LCD 16x2 LCD 16x2: Màn hình LCD sử dụng để hiển thị trạng thái thông số hệ thống nhúng LCD 16x2 thiết bị 16 pin có chân liệu (D0-D7) chốt điều khiển (RS,RW,EN) chân lại để cung cấp đèn cho hình LCD LCD 16x2 sử dụng chế độ bit chế độ bit tuỳ thuộc vào yêu cầu ứng dụng I2C: I2C tên viết tắt cụm từ tiếng anh “Inter-Integrated Circuit” Nó giao thức giao tiếp phát triển Philips Semiconductors để truyền liệu xử lý trung tâm với nhiều IC board mạch sử dụng hai đường truyền tín hiệu Do tính đơn giản nên loại giao thức sử dụng rộng rãi cho giao tiếp vi điều khiển mảng cảm biến, thiết bị hiển thị, thiết bị IoT, EEPROMs, v.v … Đây loại giao thức giao tiếp nối tiếp đồng Nó có nghĩa bit liệu truyền bit theo khoảng thời gian đặn thiết lập tín hiệu đồng hồ tham chiếu - Button Hình Button Button nút bấm, bạn tìm thấy thứ sống, chẳng hạn nút bàn phím bạn b Khối ứng dụng Khối cấu thành từ ứng dụng có mục đích tạo nên database (cơ sở liệu), tạo nên server (máy chủ) để truy cập, hiển thị liệu để quan sát Trong hệ thống này, sử dụng ứng dụng sau: - MySQL Hình MySQL MySQL hệ thống quản lý sở liệu quan hệ mã nguồn mở (RDBMS) dựa ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc (SQL) phát triển, phân phối hỗ trợ tập đoàn Oracle MySQL chạy hầu hết tất tảng, bao gồm Linux , UNIX Windows MySQL thường kết hợp với ứng dụng web SQL ngôn ngữ phổ biến để thêm, truy cập quản lý nội dung sở liệu Nó ý khả xử lý nhanh, độ tin cậy chứng minh, dễ sử dụng linh hoạt MySQL phần thiết yếu hầu hết ứng dụng PHP mã nguồn mở 10 Hình 19 ESP8266 chịp Chip xử lý ESP8266 sử dụng hệ thống với mục đích làm thiết bị kết nối tới MQTT broker để đưa liệu từ mạch vật lý tới sở liệu sơ đồ chương nêu Trong hệ thống quản lý nhóm chúng em, liệu nhận từ STM32 lưu vào nhớ đệm publish lên MQTT broker chương nêu ESP8266 kết nối trực tiếp với vi xử lý STM32F103 thông qua giao tiếp UART 9600 baudrate 35 VI STM32F103C8T6 Hệ thống sử dụng vi xử lý STM32F103C8T6 làm vi xử lý trung tâm hệ thống Sử dụng giao tiếp UART, Timer số chức khác để thực hệ thống Timer Trong việc đọc liệu từ cảm biến DHT11 phải xác định xác khoảng thời gian đến mức ms nên việc sử dụng timer để tạo delay đến mức ms việc cần thiết Trong STM32F1 có timer bao gồm systick timer, watchdog timer Vậy lại timer dùng cho chức ngắt, timer base, PWM, Encoder, Input capture… Trong TIM1 Timer đặc biệt, chuyên dụng cho việc xuất xung với mode xuất xung, mode bảo vệ đầy đủ so với timer khác TIM1 thuộc khối clock APB2, cịn TIM2,TIM3,TIM4 thuộc nhóm APB1 Có vấn đề cần phải tìm hiểu : • Timer clock • Prescaler • Auto Reload Value Khi khơng có cấu hình liên quan đến clock gắn thạch anh ngồi chân PD0(5) PD1(6) clock tương ứng TIM1, TIM2, TIM3, TIM4 72Mhz Cần ghi nhớ sử dụng timer cấp clock cho timer theo nhánh clock Prescaler chia tần số timer Bộ chia có giá trị tối đa 16 bit tương ứng với giá trị 65535 Các giá trị thay đổi điều chỉnh lập trình Tần số sau chia tính là: fCK_CNT = fCK_PSC/(PSC+1) 36 FCK_CNT: tần số sau chia FCK_PSC: tần số clock đầu vào cấp cho timer PSC: giá trị truyền vào lập trình phần mềm Auto Reload value giá trị đếm tối đa điều chỉnh để nạp vào cho timer Giá trị đếm cài đặt tối đa 16bit tương ứng với giá trị 65535.Từ thông số ta rút công thức cần tính cuối là: Ftimer= Fsystem/[(PSC+1)(Period+1)] Ftimer : giá trị cuối toán, đơn vị hz Fsystem : tần số clock hệ thống chia cho timer sử dụng, đơn vị hz PSC : giá trị nạp vào cho chia tần số timer Tối đa 65535 Period : giá trị đếm nạp vào cho timer Tối đa 65535 Ngắt timer: giá trị đếm đếm timer(thanh ghi CNT) vượt qua giá trị Auto Reload Value cờ báo tràn kích hoạt Trình phục vụ ngắt tràn xảy cấu hình cho phép trước Để thao tác với timer ta thao tác với thành ghi Register vi xử lý, số ghi timer sau: TIMx_CNT – counter register TIMx_PSC – Prescaler register 37 Thanh ghi chứa giá trị chia tần số timer Giá trị chia tần số phụ thuộc vào giá trị ghi TIMx_ARR – Auto-reload Register Thanh ghi chứa giá trị đích đếm Giá trị so sánh với giá trị ghi CNT TIMx_SR - Status register Thanh ghi chứa cờ biểu thị trạng thái timer • CCxOF: vượt q giá trị compare/capture • BIF: báo có ngắt đầu vào xảy • TIF: báo có ngắt xung trigger 38 • COMIF: báo có ngắt tác động COM • CCxIF: báo có ngắt compare/capture • UIF: báo có ngắt có cập nhật giá trị đếm timer TIMx_CRx- Control register • CKD[1:0] : bit liên quan đến việc sinh thời gian dead-time lọc số(ở mode ETR,TIx) • ARPE: có cho phép tự động load lại tràn hay khơng • CMS[1:0] : bit cài đặt mode center-aligned, tham khảo thêm reference manual • DIR : bit điều khiển timer đếm lên hay đếm xuống • OPM: bit sử dụng cho chế độ one-pulse • URS: bit cho phép cập nhật đếm timer theo chế độ điều khiển tín hiệu bên ngồi đếm bị tràn • UDIS: bit cho phép khơng cho phép việc cập nhật timer • CEN: bit cho phép không cho phép đếm hoạt động 39 Giao tiếp UART Cũng giống timer để giao tiếp giao tiếp UART ta cần thao tác với ghi UART: USART_SR – Status register • TXE : bit báo có data truyền hay khơng, =0 tức data rỗng, truyền, =1 data truyền • RXNE: bit báo data nhận hay chưa =1: nhận, =0 chưa nhận nhận chưa xong • TC : cờ báo nhận data data vừa truyền xong USART_DR – Data register Thanh ghi chứa Data nhận Data truyền gồm 9bit Và phụ thuộc vào trạng thái truyền nhận định data truyền data nhận USART_BRR – Baud rate register 40 Thanh ghi chứa giá trị tốc độ baund cài đặt USART_CRx – Control register • UE: bit cho phép UART hoạt động • M: độ dài data hay bit • WAKE: phương pháp đáng thức UART Idle line Address Mask • PCE : cho phép k cho phép parity • PS: chọn loại Parity chẵn lẻ • PEIE: cho phép ngắt PE hay k ngắt • TXEIE: cho phép ngắt truyền hay k • TCIE: cho phép ngắt truyền/nhận xong hay k • RXNEIE: cho phép ngắt nhận hay k • TE: cho phép truyền hay k • RE: cho phép nhận hay k 41 • RWU : cho phép thức tỉnh hay không nhận data từ bên VII Khối ứng dụng Sử dụng phầm mềm chương nêu MQTT, Python, NodeJS, MySQL tạo database hiển thị thông tin mong muốn web Như sơ đồ vẽ chương trên, ta thiết kế chi tiết tính cách kết nối phần lại với cho hoạt động hoàn hảo NodeJS Đọc ghi MySQL Ghi MQTT Bắt gói tin Python Như sơ đồ trên, MQTT sử dụng để truyền gói tin tới từ ESP8266 giao thức này, Gói tin truyền tới có định dạng gồm hai phần: tên loại hàng số lượng hàng mua Gói tin sau tới MQTT broker bắt phân tích Python, đồng thời ghi vào database MySQL để lưu trữ liệu Muốn lấy thông tin từ MySQL để hiển thị, ta sử dụng NodeJS, ứng dụng giúp thiết lập server ảo để truy cập thao tác Từ tùy biến, xây dựng trang web quản lý cho sở liệu khách hàng Từ phần mềm nêu nhóm chúng em tạo trang web quản lý đơn giản giúp người dùng xem, thao tác số thao tác như: 42 nhập hàng vào kho, hiển thị số hàng lại kho, hiển thị nhiệt độ độ ẩm kho Kết đạt nêu chương sau VIII Thiết kế mạch in cho khối vật lý Mạch in vẽ phần mềm Altium design hệ điều hành Windows Mạch in: 43 IX Thiết kế mơ hình thực nghiệm Mơ hình thực nghiệm Dưới hình ảnh broadtest khối vật lý: Hình 20 Mơ hình hệ thống 44 Hệ thống giám sát điều khiển Giao diện viết ngôn ngữ HTML, thiết kế dễ dàng cho việc theo dõi thông tin kho hàng Giao diện quản lý có kết hợp với database mySQL để lưu trữ liệu Hình 21 Trang quản lý hệ thống Giao diện thiết kế có cấu trúc gồm phần: o Phần hiển thị nhiệt độ độ ẩm kho o Nhập hàng vào kho o Số hàng lại kho 45 Chương 3: Kết đạt đánh giá Kết đạt hệ thống I Sau trình thực đồ án mơn học này, chúng em có đạt số yêu cầu đặt sau: Đối với việc hiển thị nhiệt độ độ ẩm mạch trang web quản lý, nhiệt độ độ ẩm nhận so với nhiệt độ độ ẩm phịng thử nghiệm khơng có chênh lệch q lớn Nhiệt độ độ ẩm đo trường hợp sau: Stt Nhiệt độ phòng Nhiệt độ đo 33 32 30 31 29 30 28 28 26 25 Nhìn chung mạch cho kết xác so với nhiệt độ thực, sai số nhỏ 46 Hình 22 Kết đo thử nghiệm hệ thống Và hiển thị nhiệt độ độ ẩm trang quản lý: 47 Số hàng cịn lại hiển thị xác trang quản lý kho hàng Các đơn hàng khách mua hiển thị xác số lượng hàng khách mua tổng số tiền khách phải trả LCD 16x2 48 II Đánh giá hệ thống Hệ thống đáp ứng yêu cầu đặt chương 1, thiết kế hồn thành mơ hình thử nghiệm Các tính hệ thống được hoàn thiện tương đối tốt.Nhưng số nhược điểm cần xem xét việc LCD có q khoảng trống cho việc hiển thị thông tin cho người mua hàng, trang web quản lý cịn sơ sài Trên tồn đánh giá sơ nhóm hệ thống này, cịn thiếu sót mong thầy giáo bạn có đóng góp thêm để đồ án ngày hoàn thiện Chúng em xin trân thành cảm ơn 49 ... chương, hệ thống bao gồm hai hướng rẽ nhánh chương trình, nhánh hiển thị nhiệt độ độ ẩm, nhánh giúp quản lý việc nhập xuất hàng kho Dưới sơ đồ logic hệ thống Sơ đồ logic cách hoạt động hệ thống. .. quản lý kho hàng cho người bán dễ dàng quan sát thông số từ sở liệu (database) nêu phần sau II Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch hệ thống Sơ đồ tổng quát hệ thống Hệ thống bao gồm hai phần phấn... lý hệ thống Giao diện thiết kế có cấu trúc gồm phần: o Phần hiển thị nhiệt độ độ ẩm kho o Nhập hàng vào kho o Số hàng lại kho 45 Chương 3: Kết đạt đánh giá Kết đạt hệ thống I Sau q trình thực đồ