(Đồ án tốt nghiệp) bảng led ma trận điều khiển bằng ứng dụng android

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPNGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG BẢNG LED MATRIX ĐIỀU KHIỂN BẰNG APP ANDROID GVHD: Phan Vân Hoàn SVTH: Trần Châu Phong - 15141239 Nguyễn Minh Đức - 15141136 SKL006086 Tp Hồ Chí Minh, tháng 6/2019 LỜI CAM ĐOAN Đề tài cơng trình thân nhóm tự thực dựa vào số tài liệu trước hướng dẫn ThS.Phan Vân Hồn Các số liệu đề tài nhóm thu thập khơng chép từ tài liệu hay cơng trình khác Người thực đề tài Trần Châu Phong Nguyễn Minh Đức LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực hiện, nhóm may mắn hồn thành đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG BẢNG LED MATRIX ĐIỀU KHIỂN BẰNG APP ANDROID”, để đạt thành 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 Hoàn người trực tiếp hướng dẫn nhóm suốt trình thực Cảm ơn Thầy giành 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 Trần Châu Phong Nguyễn Minh Đức BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP- Y SINH MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình iii Cam đoan v Lời cảm ơn vi Mục lục vii Liệt kê hình vẽ x Liệt kê bảng vẽ …………………………………………………………………… xii Tóm tắt xiii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Giới hạn 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.5 Bố cục CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các chuẩn giao tiếp 2.1 Giới thiệu mạng không dây 2.1.2 Chuẩn giao tiếp UART 2.1.3 Chuẩn giao truyền UDP 2.1.4 Chuẩn giao tiếp dây A Giới thiệu chuẩn giao tiếp dây B Cách thức hoạt động 2.1.5 Phương pháp quét Module Led Matrix P5 RGB BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 16 3.1 Giới thiệu 16 3.2 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 16 3.3 Tính tốn thiết kế mạch 18 3.3.1 Khối xử lý trung tâm 18 A Chức 18 B Lựa chọn linh kiện 18 C Thông số kỹ thuật 19 D Tính toán thiết kế mạch 22 E Vẽ sơ đồ nguyên lý khối 22 F Giải thích sơ đồ khối 23 3.3.2 Khối thu thập xử lý liệu 23 A Chức 23 B Lựa chọn linh kiện 23 C Thông số kỹ thuật 24 D Tính tốn thiết kế mạch 24 E Vẽ sơ đồ nguyên lý khối 25 F Giải thích sơ đồ khối 26 3.3.3 Khối nhiệt độ độ ẩm 26 A Chức 26 B Lựa chọn linh kiện 27 C Thông số kỹ thuật 27 D Tính tốn thiết kế mạch 27 E Vẽ sơ đồ nguyên lý khối 27 F Giải thích sơ đồ khối 27 3.3.4 Khối hiển thị 28 A Chức 28 B Lựa chọn linh kiện 28 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP- Y SINH C Thơng số kỹ thuật 30 D Tính tốn thiết kế mạch 31 E Vẽ sơ đồ nguyên lý khối 32 F Giải thích sơ đồ khối 33 3.3.5 Khối nguồn 33 A Chức 33 B Lựa chọn linh kiện 33 C Thông số kỹ thuật 35 D Tính tốn thiết kế mạch 35 3.5 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 35 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 37 4.1 Giới thiệu 37 4.2 Thi công hệ thống 37 4.2.1 Thi công bo mạch 37 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 38 4.3 Thi cơng mơ hình 39 4.4 Lập trình hệ thống 40 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 40 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 54 4.4.3 Phần mềm lập trình điện thoại 59 4.4.4 Phần mềm lập trình ESP8266 62 4.5 Tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác 65 4.5.1 Hướng dẫn sử dụng phần cứng 65 4.5.2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm 65 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 72 5.1 Kết 72 5.1.1 Giao diện App Android hệ thống 72 5.1.2 Mạch chạy thực tế 81 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 5.2 Nhận xét 82 5.3 Đánh giá 82 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 84 6.1 Kết luận 84 6.2 Hướng phát triển 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHU LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Kiến trúc mơ hình IOT điển hình Hình 2.2: Mơ hình hệ thống Wifi nhà Hình 2.3: Hệ thống truyền liệu bất đồng Hình 2.4: Khung truyền liệu chuẩn giao tiếp UART Hình 2.5: Hình ảnh thực tế STM32H7 Hình 2.6: Sơ đồ khối vi điều khiển STM32H743 10 Hình 2.7 Ảnh thực tế NodeMCU ESP8266 11 Hình 2.8: Sơ đồ chân NodeMCU ESP8266 11 Hình 2.9: Giao tiếp ESP8266 với STM32H743 12 Hình 2.10: Hình ảnh thực tế DHT11 12 Hình 2.11: Ứng dụng bảng LED MATRIX full color quảng cáo 13 Hình 2.12: Hình ảnh thực tế Module P5 14 Hình 2.13: Sơ đồ chân Module LED MATRIX P5 15 Hình 2.14: Sơ đồ chân DATA-OUT Module LED MATRIX P5 16 Hình 3.1: Sơ đồ khối toàn hệ thống 19 Hình 3.2: Sơ đồ chân AMS1117 20 Hình 3.3: Nguồn tổ ong 5VDC - 40A 21 Hình 3.4: Bố trí Module LED P5 22 Hình 3.5: Sơ đồ kết nối Module P5 với STM32H743 23 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 23 Hình 4.1: Mạch in sau vẽ 25 Hình 4.2: Kích thước khung sắt 26 Hình 4.3: Lưu đồ khối tồn hệ thống 27 Hình 4.4: Lưu đồ khối ESP8266 28 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH Hình 4.5: Lưu đồ khối vi điều khiển STM32H743 29 Hình 4.6: Biểu tượng phần mềm KeilC 30 Hình 4.7: Tạo project STM32CubeMx 30 Hình 4.8: Cấu hình chip STM32CubeMx 31 Hình 4.9: Cấu hình xung nhịp STM32CubeMx 31 Hình 4.10: Cấu hình ngoại vi STM32CubeMx 32 Hình 4.11: Tạo code STM32CubeMx 32 Hình 4.12: Giao diện phần mềm KeilC 33 Hình 4.13: Thiết lập cấu hình cho KeilC 33 Hình 4.14: Buil nạp code lên chip 34 Hình 4.15: Logo hệ điều hành Android 34 Hình 4.16: Logo phần mềm Android Studio 35 Hình 4.17: Giao diện phần mềm Android Studio 35 Hình 4.18: Logo phần mềm Arduino 36 Hình 4.19: Giao diện phần mềm Arduino 37 Hình 4.20: Bước nhập thư viện cho Arduino 37 Hình 4.21: Bước nhập thư viện cho Arduino 38 Hình 4.22: Bước nhập thư viện cho Arduino 38 Hình 4.23: Wifi 39 Hình 4.24: App đồ án 39 Hình 4.25: Giao diện hình 40 Hình 4.26: Giao diện Text 40 Hình 5.1: Giao diện hình App 41 Hình 5.2: Giao diện Paint giao diện nút điều khiển trò chơi 42 Hình 5.3: Giao diện đồng hồ giao diện nhiệt độ 42 Hình 5.4: Giao diện thay đổi độ sáng giao diện hình ảnh 43 Hình 5.5: Giao diện Text giao diện Effect 43 Hình 5.6: Giao diện Video 44 Hình 5.7: Kết mặt trước hệ thống 44 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5.1 Kết Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu chuyên ngành tiếng việt tiếng anh, tìm hiểu thêm qua mạng internet, tổng hợp kiến thức học suốt năm giúp đỡ tận tình giáo viên hướng dẫn, nhóm chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế thi công hệ thống bảng Led Matrix điều khiển APP ANDROID” đạt kết sau: 5.1.1 Giao diện App Android hệ thống Để thuận tiện trình sử dụng, nhóm thực nghiên cứu phát triển ứng dụng điện thoại smartphone sử dụng hệ điều hành Android cho điều khiển bảng LED MATRIX Giao diện App Android sau: 75 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP- Y SINH Hình 5.1 Giao diện hình App App bao gồm chế độ: Paint, Game Play, Clock, Temp, Bright, Image, Text, Effect, Video Chế độ thứ Paint chế độ cho phép ta vẽ điểm ảnh app chúng xuất đồng thời bảng LED MATRIX Hình 5.2 Giao diện Paint kết thực tế LED MATRIX 76 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH Chế độ thứ hai Game play, chế độ có trị chơi gồm TETRIS, SNAKE, TANK Hình 5.3 Giao diện điều khiển Game Play Hình 5.4 Hình ảnh game TETRIS LED MATRIX BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP- Y SINH Hình 5.5 Hình ảnh game SNAKE LED MATRIX Hình 5.6 Hình ảnh game TANK LED MATRIX Giao diện gồm có nút: TRÁI, LÊN, XUỐNG, PHẢI dùng làm nút điều hướng trò chơi, nút “OK” game SNAKE khơng có tác dụng tác dụng tác dụng game “TETRIS” game “TANK” Đối với game “TETRIS” dùng để thay đổi hình dạng khối game, cịn game “TANK” dùng làm nút bắn đạn Nút “clear1” nút reset lại trò chơi 78 BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP- Y SINH Hình 5.7 Giao diện đồng hồ Hình 5.8 Kết hiển thị đồng hồ Giao diện bao gồm hai nút nhấn “BẬT” “TẮT” dùng để hiển thị tắt hiển thị đồng hồ hệ thống bảng LED, ngang dùng để điều khiển vị trí hiển thị bảng LED cuối hình có Listview để điều khiển giờ, phút, giây cho phù hợp 79 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH Chế độ thứ ba Temp chế độ có nhiệm vụ cho phép hiển thị nhiệt độ độ ẩm đọc từ ESP8266 Hình 5.9 Giao diện nhiệt độ Hình 5.10 Kết hiển thị nhiệt độ Giao diện bao gồm hai nút BẬT, TẮT dùng để hiển thị, tắt hiển thị Hàng, Cột dùng để chọn vị trí nhiệt độ độ ẩm hiển thị Hàng nhập giá trị từ đến 255 Cột giá trị từ đến 127 Chế độ Brightness app dùng để điều chỉnh độ sáng 80 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP- Y SINH Hình 5.11 Giao diện thay đổi độ sáng Giao diện gồm ngang để điều khiển độ sáng hình, việc hiển thị độ sáng tùy theo ánh sáng tác động từ bên để điều chỉnh cho phù hợp khoảng giá trị từ đến 100 Hình 5.12 Hình ảnh hiển thị hai độ sáng khác Hình ảnh bên trái thể giá trị độ sáng độ sáng 30, độ sáng hình ảnh bên phải có giá trị 60 Chế độ Image dùng để hiển thị hình ảnh ảnh động 81 BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP- Y SINH Hình 5.13 Giao diện điều khiển hình ảnh APP Hình 5.14 Hình ảnh LED MATRIX Giao diện gồm có chế độ chọn ảnh động ảnh Cả hai chế độ có bật, tắt gamma nút gạt giống công tắc, chế độ gamma giúp ảnh thị rõ cuối nút gạt bật tắt để hiển thị khơng hiển thị 82 BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP- Y SINH Chế độ hiển thị nội dung text hiển thị chữ, sơ kí hiệu hình với font khác Hình 5.15 Giao diện Text Hình 5.16 Kết hiển thị text LED MATRIX Giao diện gồm phần Nội Dung phần muốn hiển thị nội dung nhập nội dung đó, Hàng Cột vị trí muốn hiển thị thơng tin (Hàng: đến 255, Cột: đên 127), ba màu Red, Green, Blue 83 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH dùng để phối màu chữ tùy theo sở thích mình, phía chọn chế độ bao gồm: dịch trái, bình thường, dịch phải Nút “THỰC HIỆN” thực thao tác bên thực để hiển thị nút cuối nút “CLEAR” dùng để xóa nội dung hiển thị Chế độ effect hiển thị hiệu ứng hình Hình 5.17 Giao diện Effects Hình 5.18 Kết hiển thị text LED MATRIX 5.1.1 Mạch chạy thực tế 84 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH Sau hoàn thành mạch điều khiển lắp ráp các khối thành mơ hình hồn chỉnh, kết đạt sau: Mặt trước hệ thống Module Led ghép nối bố trí dự kiến ban đầu, cố định chắn khung sắt Hình 5.19 Kết mặt trước hệ thống Mặt sau hệ thống nguồn mạch điều khiển gắn cố định vị trí đề ra, dây nối Module Led gọn gàng Các dây nguồn đỏ đen để dễ phân biệt cực tính cho nguồn hàn cos kết nối chắn lên module nguồn tổ ong, nguồn cho mạch điều khiển lấy trực tiếp từ nguồn tổ ong 5V cách tiện lợi gọn gàng Hình 5.20 Kết mặt sau hệ thống Sau hoàn thành sản phẩm có mức độ hồn thiện tốt tính thẩm mỹ khả vận hành thực tế 85 BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP- Y SINH Hình 5.21 Hình ảnh thực tế Mạch liên tục 4h giữ ổn định, liệu truyền nhận đầy đủ, khơng bị liệu đường truyền Có khả đáp ứng nhanh yêu cầu người dùng 5.2 Nhận xét: Sau thực xong sinh viên hồn thành cơng việc mà đề tài đề ra: Tạo giao diện ứng dụng Android điện thoại Gửi liệu từ ứng dụng xuống xử lý hiển thị tốt Sản phẩm hoạt động ổn định (tắt mở nguồn 10 lần mạch chạy 10 lần) Sản phẩm thi cơng gọn gàng, độ an tồn cao cách điện bảo vệ an toàn tuyệt đối cho người sử dụng 5.3 Đánh giá Sau tháng thực đề tài, nghiên cứu biết sử dụng STM32H743, DHT11, ESP8266, Module LED P5 Củng cố hiểu biết thêm kiến thức viết code cho vi điều khiển STM32H743, code ESP8266 Việc nâng cấp hệ thống hoàn chỉnh hơn, chạy ổn định thương mại hóa cách tốt cần tiếp tục nghiên cứu phát triển 86 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH Lĩnh vực IoT (Internet of Things) trở thành xu hướng thời đại nên hoàn thành đề tài, chúng tơi dễ dàng việc tiếp thu kiến thức đặc biệt lĩnh vực IoT Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Sau gần tháng nghiên cứu tìm hiểu, nhóm hồn thành đề tài “Thiết kế thi công hệ thống bảng LED MATRIX điều khiển APP ANDROID” Đề tài đạt yêu cầu sau: - Đã giới thiệu sơ lược phần cứng cách chi tiết, dễ hiểu - Đã giới thiệu phần mềm cần thiết thuận tiện cho việc lập trình - Viết ứng dựng điện thoại - Thi công hệ thống bảng LED P5 hiển thị chữ có dấu, hiệu ứng, hình ảnh, video, chơi game, thời gian, vẽ bảng LED, nhiệt độ độ ẩm Trong trình thực đề tài, gặp nhiều khó khăn khác như: phải nghiên cứu tài liệu nước ngoài, datasheet, … dẫn đến nhiều chỗ dịch sai, dịch nhầm lẫn Trong trình viết code gặp phải nhiều lỗi phát sinh mà khơng tìm ngun nhân cần đầu tư thời gian để giải Quá trình thi cơng bảng mạch hiển thị gặp nhiều khó khăn định, nhiên chúng tơi cố gắng giải vấn đề phát sinh để hoàn thành đề tài Do lần làm đề tài đồ án tốt nghiệp, cộng với kiến thức nhiều hạn chế nên chỗ thiếu sót, khiếm khuyết Chúng tơi mong ủng hộ giúp đỡ thầy cô giáo để đề tài hoàn thiện thêm nhiều cải tiến đáng kể, ứng dụng tốt vào thực tiễn 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Sản phẩm hoàn thiện với mức độ hiển thị tương đối đẹp Do sử dụng Module LED P5 có mật độ điểm ảnh khơng cao nên nội dung hiển thị bị hạn chế nên có điều kiện phát triển cách dùng Module có độ phân giải tốt P3 87 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH Sản phẩm hiển thị hình ảnh chưa linh hoạt cần phát triển App Android nhóm tạo cần thêm chức chụp ảnh Khi mà chụp ảnh từ điện thoại ta có thêm nút hiển thị tắt hiển thị, nhấn vào hiển thị hình ảnh chụp từ App hiển thị lên bảng App hạn chế dụng hệ điều hành Android, cần nghiên cứu phát triển thêm hệ điều hành IOS Khi chơi game hạn chế nút nhấn đôi lúc không nhạy cho lắm, cần kết hợp thêm Remote để chơi game ... hình bảng thơng báo nhóm xây dựng điều khiển thay đổi thông tin Wifi thông qua APP ANDROID 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Trong trình thực Đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Bảng LED MATRIX điều khiển ứng dụng. .. cho bảng LED Với tổng số bóng LED bảng LED 32 768 bóng LED nên cần nguồn cung cấp với dòng điện lớn, ổn định Theo lý thuyết dòng vào LED đỏ LED sáng 2 0mA Do điện tiêu thụ theo lý thuyết đèn LED. .. vài ứng dụng cụ thể tầm quan trọng hệ đèn quảng cáo, nhóm chúng em tìm hiểu đưa mơ hình "THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG HỆ THỐNG BẢNG LED MATRIXĐIỀU KHIỂN BẰNG APP ANDROID" Mơ hình gồm có chức bao gồm: Điều