BÀI TẬP LỚN ĐỒNG HỒ để BÀN THÔNG MINH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ -o0o - BÀI TẬP LỚN ĐỒNG HỒ ĐỂ BÀN THƠNG MINH Nhóm GVHD: THS BÙI QUỐC BẢO SVTH: Lại Minh Hà MSSV: 1711140 SVTH: Hoàng Viết Long MSSV: 1712005 SVTH: Phạm Phương Thanh MSSV: 1713112 SVTH: Nguyễn Duy Linh MSSV: 1711957 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2019 Lời cảm ơn GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo LỜI CẢM ƠN Nhóm tập lớn chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Bùi Quốc Bảo tận tình hướng dẫn, giúp đỡ kiến thức chuyên ngành suốt trình chúng em thực sản phẩm Chúng em thật biết ơn thầy cô giáo khoa Điện giảng dạy chu đáo, cung cấp kiến thức tảng chuyên sâu góp phần quan trọng để chúng em hồn thành đề tài Sau nhóm xin tri ân đến gia đình ln động lực để thành viên vượt qua khó khăn thử thách suốt trình học tập rèn luyện, cảm ơn bạn đồng chuyên ngành nhiệt tình đóng góp ý kiến để báo cáo hồn thiện Tp Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 12 năm 2019 Sinh viên LẠI MINH HÀ HOÀNG VIẾT LONG PHẠM PHƯƠNG THANH NGUYỄN DUY LINH i Đồng hồ để bàn thơng minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo TĨM TẮT BÀI TẬP LỚN Bài tập lớn trình bày sản phẩm mang: đồng hồ để bàn thông minh Đồng hồ với chức báo ngày, hiển thị thời tiết, nhiệt độ độ ẩm môi trường xung quanh Cụ thể đồng hồ thu thập thông tin từ cảm biến nhiệt độ, độ ẩm; liệu thời tiết từ server internet; từ người dùng cài đặt; thông qua nút vặn encoder nhấn hiển thị thơng tin hình LCD 5110 Thêm nữa, người dùng cài đặt báo thức đồng hồ, đồng hồ đến mốc thời gian cài đặt lưu nhớ thông báo cho người dùng thơng qua buzzer Với tính trên, đồng hồ sản phẩm mang lại nhiều lợi ích, sử dụng rộng rãi hộ gia đình, trường học, văn phịng, … sàn phẩm tích hợp phục vụ nhu cầu học tập, làm việc, sinh hoạt Đồng hồ để bàn thông minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo MỤC LỤC GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan đồng hồ thông minh .1 1.2 Nhiệm vụ đề tài 1.3 Phân chia cơng việc nhóm TRUY CẬP DỮ LIỆU WEBSITE BẰNG GIAO THỨC HTTP 2.1 Website : openweathermap.org 2.2 Giao thức HTTP .6 2.2.1 HTTP 2.2.2 Định dạng HTTP YÊU CẦU HỆ THỐNG .8 ĐẶC TẢ HỆ THỐNG 10 THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG .11 5.1 Yêu cầu thiết kế 11 5.2 Phân tích thiết kế 11 5.2.1 Board PCB 11 5.2.2 Nút điều khiển 13 5.2.3 IC thời gian thực 15 5.2.4 Màn hình 15 5.2.5 Buzzer 16 5.2.6 Module thu phát wifi 17 5.2.7 Vi điều khiển .18 5.2.8 Nguồn 20 5.3 Sơ đồ khối giải thích .21 5.4 Sơ đồ mạch chi tiết .22 THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN MỀM .25 Đồng hồ để bàn thông minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo 6.1 Yêu cầu phần mềm 25 6.2 Phân tích .25 6.2.1 01 Chương trình truy cập Internet (openweathermap.org) lấy thông tin ESP826625 6.2.2 Giao tiếp UART ESP8266-01 PIC .27 6.6.3 Chuyển giao diện nút encoder 27 6.6.4 Hiển thị lên hình NOKIA 5110 .27 6.3 Lưu đồ giải thuật 29 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 30 Chương trình truy cập Internet (openweathermap.org) lấy thơng tin ESP8266-01 30 7.2 Giao tiếp UART ESP PIC 30 7.3 Hiển thị lên hình NOKIA 5110 .30 7.4 Đánh giá kết làm việc nhóm 31 7.1 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 31 Kết luận 31 8.3 Hướng phát triển 31 8.2 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 PHỤ LỤC .32 Đồng hồ để bàn thông minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA Hình 1- Đồng hồ thơng minh thị trường Y Hình 2- Trang chù Openweathermap.org Hình 2- Chuỗi Jason Hình 2- Client gửi Request đến Server .6 Hình 2- Client gửi Request đến Server .6 Hình 5- Mạch PCB vẽ phần mềm Proteus 12 Hình 5- Hình vẽ 3D mạch PCB Proteus .13 Hình 5- Nút Encoder nhấn 14 Hình 5- Module DS1307 15 Hình 5- Màn hình NOKIA 5110 16 Hình 5- Buzzer 17 Hình 5- ESP8266-01 18 Hình 5- Vi điều khiển PIC 16F887 .19 Hình 5- Module chuyển nguồn 5V xuống 3.3V ASM1117 20 Hình 5- 10 Sơ đồ khối hệ thống 21 Hình 5- 11 Sơ đồ mạch khối xử lý trung tâm 22 Hình 5- 12 Sơ đồ mạch khối hiển thị (màn hình) nút Encoder .23 Hình 5- 13 Sơ đồ mạch khối thu phát wifi ESP8266-01 cảm biến 24 Hình 5- 14 Sơ đồ mạch khối nguồn 25 Hình 6- Chuỗi Jason cần phân tích 26 Hình 6- Xung từ encoder 27 Hình 6- Định dạng RAM hiển thị hình 28 Đồng hồ để bàn thông minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo Hình 6- Lưu đồ giải thuật 29 Y Hình 7- Thơng tin Server phản hồi 30 Hình 7- Chuỗi serial ESP gửi cho PIC 30 Hình 7- Graphic hiển thị lên hình .31 Đồng hồ để bàn thông minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan đồng hồ thông minh Đồng hồ thơng minh thiết bị ngồi khả hiển thị thời gian,cái báo thức, cịn tích hợp nhiều chức khác, ví dụ : kết nối với internet để cập nhập gọi, tin nhắn từ điện thoại, lấy thông tin từ trang web, Sản phầm đồng hồ thơng minh có mặt thị trường hình 1-1 Hình 1- Đồng hồ thơng minh thị trường 1.2 Nhiệm vụ đề tài Nhiệm vụ đề tài thiết kế đồng hồ hiển thị phút giây cách lấy thông tin từ DS 1307 có khả thị thơng số độ ẩm, nhiệt độ môi trường xung quanh cách lấy liệu Internet Đề tài cần hoàn thành nội dung sau: Nội dung 1: Giao tiếp vi xử lý PIC 16f887 hình NOKIA 5110 - Tìm hiểu giao tiếp SPI, tìm hiểu Data Sheet PIC 16f887 LCD NOKIA 5110 - Viết chương trình cho PIC 16f887 để hiển thị lên hình NOKIA 5110 Đồng hồ để bàn thơng minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo Nội dung 2: Lấy thông tin từ DS 1307 - Viết chương trình lấy liệu từ DS1307 hiển thi lên hình NOKIA Nội dung 2: Tìm hiểu giao tiếp ESP8266-01 với PIC - Tìm hiểu vể WEB - Tìm hiểu giao thức HTTP - Tìm hiểu vể cầu hình ESP8266-01 - Tìm hiểu giao tiếp UART ESP8266-01 PIC - Viết chương trình lấy liệu mạng ESP8266-01 - Viết chương trình giao tiếp qua UART để lấy liệu từ ESP8266-01 PIC Nội dung 3: Thiết kế điều khiển - Tìm hiểu núm vặn encoder - Viết chương trình điều khiển cho hình hai chế độ núm vặn encoder 1.3 Phân chia cơng việc nhóm Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần 38-39 40-44 45-47 48 49 50 Thực Cả nhóm Project’ s Requirements Thực Hardware Diagram Skematic Cả nhóm Thực SPECS hồn thiện Skematic theo hướng dẫn GVHD Cả nhóm Vẽ PCB cho phần cứng Nguyễn Duy Linh Lại Minh Hà Hoàn thiện Phạm Đồng hồ để bàn thông minh phần cứng GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo Phương Thanh Hoàng Viết Long Viết chương trình hiển thị cho LCD Nguyễn Duy Linh Hồng Viết Long Viết chương trình liệu từ Internt esp8266-01 Lại Minh Hà Phạm Phương Thanh Viết chương trình lấy liệu giờ-phútgiây cho đồng hồ từ DS1307 Nguyễn Duy Linh Viết chương trình báo thức Nguyễn Duy Linh Viết chương trình điều khiển núm vặn encoder Lại Minh Hà Viết báo cáo Lại Minh Hà Cả nhóm TRUY CẬP DỮ LIỆU WEBSITE BẰNG GIAO THỨC HTTP 2.1 Website : openweathermap.org OpenWeatherMap dịch vụ trực tuyến cung cấp liệu thời tiết, bao gồm liệu thời tiết tại, dự báo liệu lịch sử cho nhà phát triển dịch vụ web ứng dụng di động Đối với nguồn liệu, sử dụng dịch vụ phát sóng khí tượng, liệu thô từ Đồng hồ để bàn thông minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo Hình 5- ESP8266-01 Các thông số Hardware Component Interface Component Note part number ESP 8266 WIFI UART, 2xGPIO, ESP8266-01 module 3.3V/0V 5.2.7 Vi điều khiển Nhóm sử dụng vi điều khiển PIC 16F887 hình 2.4GHz Wifi Đồng hồ để bàn thơng minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo Hình 5- Vi điều khiển PIC 16F887 Vi điều khiển có thơng số: Hardware Component Interface Component Note part number MCU SPI, One Wire, Microchip bit, 40 pins, 35 UART PIC 16F887 GPIOs, 20MHz, Internal ROM: 14KB, Power range: 2V – 5.5V Đồng hồ để bàn thông minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo 5.2.8 Nguồ n Để cung cấp nguồn cho vi điều khiển PIC 16F887 cần nguồn 5V Cung cấp nguồn cho module wifi ESP8266 hình NOKIA 5110 cần nguồn 3.3V Nhóm dùng ADAPTER để lấy nguồn 5V từ máy tính mạch chuyển nguồn ASM1117 để chuyển từ 5V xuống 3.3V Hình 5- Module chuyển nguồn 5V xuống 3.3V ASM1117 Các thông số: Hardware Component Interface Component Note part number Regulator to 3.3V DC-DC ASM1117 Convert 5V DC from adapter to 3.3V DC Adapter Micro USB, 220V Đồng hồ để bàn thông minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo AC–5VDC 5.3 Sơ đồ khối giải thích Hình 5- Sơ đồ khối hệ thống Đồng hồ để bàn thông minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo Khối trung tâm vi điều khiển PIC 16F877 lấy liệu thời gian (giờ, phút, giây), nhiệt độ, độ ẩm từ khối: - Real-Time (module DS1307), hai khối giao chuẩn I2C - Module wifi ESP8266-01, hai khối giao tiếp với UART Người dùng giao tiếp với hệ thống thông qua khối Button Nếu cài đặt báo thức, thông qua khối xử lý trung tâm, đến đặt gửi tín hiệu đến khối Buzzer để phát âm báo thức Các liệu lấy từ khối Real-Tine, Wifi module, Sensor thông khối điều khiển trung tâm xử lý để hiển thị thông tin lên khối Screen (NOKIA 5110) 5.4 Sơ đồ mạch chi tiết Hình 5- Sơ đồ mạch khối xử lý trung tâm Đồng hồ để bàn thông minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo Hình 5- Sơ đồ mạch khối hiển thị (màn hình) nút Encoder Đồng hồ để bàn thơng minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo Hình 5- Sơ đồ mạch khối thu phát wifi ESP8266-01 cảm biến Đồng hồ để bàn thông minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo Hình 5- Sơ đồ mạch khối nguồn 6.1 THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN MỀM Yêu cầu phần mềm Các yêu cầu phần mềm để hệ thống vận hành với chức năng: lấy liệu, hiển thị lên hình Truy cập Internet (openweathermap.org) ESP8266-01 vi xử lý Giao tiếp qua UART ESP8266-01 PIC Chuyển giao diện nút encoder Hiển thị lên hình NOKIA 5110 6.2 Phân tích 6.2.1 Chương trình truy cậ p Internet (openweathermap.org) lấ y thô ng tin bằ ng ESP8266-01 Để truy cập Internet, ESP8266 phải cài đặt chế độ Client Người dùng cung cấp tên wifi mật có cho ESP8266 để từ ESP8266 truy cập lên Internet Để ESP8266 truy cập trang web openweathermap.org, ta phải tạo giao thức HTTP lên Server openweathermap.org Cụ thể giao thức có dạng: Đồng hồ để bàn thông minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo GET /data/2.5/weather?id="+CityID+"&units=metric&APPID="+APIKEY Trong : CityID ID thành phố APIKEY mã trang web cung cấp cho người dùng tạo tài khoản web (mỗi tài khoản có mã riêng) Giao thức HTTP yêu cầu chuỗi Jason chứa thông tin thời tiết thành phố Server sau gởi lại chuỗi Jason có dạng: Hình 6- Chuỗi Jason cần phân tích Đồng hồ để bàn thơng minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo Nhiệm vụ ta viết thuật toán phân tích mã Jason để lấy thơng tin cần sử dụng (thông tin khung) 6.2.2 Giao tiếp UART giữ a ESP8266-01 PIC Sau ESP nhận chuỗi Jason lọc thông tin cần sử dụng, thông qua giao tiếp UART, ESP gởi thông tin PIC Chuỗi thơng tin có dạng # gio1 gio2 phut1 phut2 nhietdo1 nhietdo2 doam1 doam2 Trong gio1 hàng chục, gio2 hàng đơn vị, phut1 phút hang chục, phut2 phút hàng đơn vị, tương tự với nhietdo (nhiệt độ) doam (độ ẩm) Mỗi kí tự gởi cách 100ms để PIC có thời gian xử lý Khung truyền qui định sẵn PIC ESP Ở phía PIC sử dụng ngắt UART1 cho kí tự nhận 6.6.3 Chuyển giao diện bằ ng nú t encoder Hình 6- Xung từ encoder Với B chân clock, A chân DT Pic thực ngắt cạnh xuống B (B nối với RB0) Trong chương trình phục vụ ngắt kiểm tra PINA chân A mức thấp theo chiều kim đồng hồ PIC đọc 0, vặn ngược lại PIC đọc Với lần ngắt theo chiều kim đồng hồ, biến trạng thái hình tăng ngược lại 6.6.4 Hiển thị lên mà n hình NOKIA 5110 Màn hình NOKIA gồm hàng 84 cột, hang gồm bit dọc hình bên Đồng hồ để bàn thông minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo Hình 6- Định dạng RAM hiển thị hình PIC giao tiếp với hành qua giao thức SPI với chân CS (Chip Select) Với ký tự cần hiển thị, ta tạo bảng tra cho Đồng hồ để bàn thơng minh 6.3 GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo Lưu đồ giải thuật Hình 6- Lưu đồ giải thuật Đồng hồ để bàn thông minh 7.1 GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo KẾT QUẢ THỰC HIỆN Chương trình truy cập Internet (openweathermap.org) lấy thông tin ESP8266-01 Sau gởi giao thức HTTP lên Server openweathermap.org, ta nhận phản hồi kèm theo chuỗi Jason trả thực phân tích thơng tin, ta kết hình sau Hình 7- Thơng tin Server phản hồi 7.2 Giao tiếp UART ESP PIC Chuỗi serial đọc từ ESP sang PIC từ hình terminal Arduino Hình 7- Chuỗi serial ESP gửi cho PIC 7.3 Hiển thị lên hình NOKIA 5110 Tạo hàm Graphic hiển thĩ lên hình, ta thu được: Đồng hồ để bàn thơng minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo Hình 7- Graphic hiển thị lên hình 7.4 Đánh giá kết làm việc nhóm Mỗi thành viên hồn gần cơng việc giao Tuy nhiên, nhóm khơng ước lượng khối lượng công việc Cụ thể việc làm phần việc Thực Hardware Diagram Skematic chiếm đến tuần, viết chương trình báo thức tuần dẫn đến khơng hồn thành phần báo thức Tuy nhiên nhìn chung, phần khác hoàn thành tốt KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 8.2 Kết luận - Ưu điểm sản phầm: sản phẩm thiết kế mạch PCB nhỏ gọn, chi phí rẻ, tiện ích - Khuyết điểm: Tính thẩm mỷ chưa cao, nguồn cấp chưa ổn định So sánh với mục tiêu đề : - Thực sơ đồ nguyên lí lí thuyết sai thực tế, dẫn tới không sử dụng IC thời gian thực DS1307 Giải pháp thay để hiển thị thời gian cách lấy thông tin thời gian Internet thông qua ESP8266-01 Đồng hồ để bàn thông minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo 8.3 Hướng phát triển - Sản phẩm truy cập lấy liệu từ Internet, phát triển thành thiết bị IOT - Với nguồn pin 5V, sản phẩm cải thiện độ linh động cách tích hợp PIN để người sử dụng đem theo bên nhiều nơi TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Datasheet PIC 16F887 http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/41291d.pdf [2] Datasheet ESP8266-01 http://www.microchip.ua/wireless/esp01.pdf [3] Datasheet NOKIA 5110 https://www.sparkfun.com/datasheets/LCD/Monochrome/Nokia5110.pdf 10 PHỤ LỤC Các đoạn code ... để báo cáo hồn thiện Tp Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 12 năm 2019 Sinh viên LẠI MINH HÀ HOÀNG VIẾT LONG PHẠM PHƯƠNG THANH NGUYỄN DUY LINH i Đồng hồ để bàn thông minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo TÓM... 32 PHỤ LỤC .32 Đồng hồ để bàn thông minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA Hình 1- Đồng hồ thông minh thị trường Y Hình 2- Trang chù Openweathermap.org... hiển thị lên hình .31 Đồng hồ để bàn thông minh GVHD: ThS Bùi Quốc Bảo GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan đồng hồ thông minh Đồng hồ thông minh thiết bị khả hiển thị thời gian,cái báo thức, cịn