(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế và thi công hệ thống cảnh báo lỗi nhà máy may sử dụng công nghệ truyền thông lora

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO LỖI NHÀ MÁY MAY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG LORA GVHD: TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: NGUYỄN TẤN TRIỀU SVTH: PHẠM QUANG SÁNG SKL005702 Tp Hồ Chí Minh, tháng 06/2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO LỖI NHÀ MÁY MAY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG LORA NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG SVTH: MSSV: NGUYỄN TẤN TRIỀU 11141319 SVTH: MSSV: PHẠM QUANG SÁNG 11141308 GVHD: ThS TRƯƠNG NGỌC ANH TP HỒ CHÍ MINH – 06/2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO LỖI NHÀ MÁY MAY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG LORA NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG SVTH: MSSV: NGUYỄN TẤN TRIỀU 11141319 SVTH: MSSV: PHẠM QUANG SÁNG 11141308 GVHD: ThS TRƯƠNG NGỌC ANH TP HỒ CHÍ MINH – 06/2017 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin sinh viên - Họ tên sinh viên : Nguyễn Tấn Triều Email: 11141319@student.hcmute.edu.vn - Họ tên sinh viên : Phạm Quang Sáng Email: 11141308@student.hcmute.edu.vn Thông tin đề tài - Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO LỖI SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ TRUYỀN THƠNG LORA - Mục đích đề tài: XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO SỰ CỐ, TRUYỀN THÔNG Ở NHỮNG KHU VỰC RỘNG LỚN - Thời gian thực hiện: Từ ngày / 3/2017 đến /6 /2017 - Đồ án tốt nghiệp thực tại: Bộ môn Điện Tử Viễn Thông, Khoa Điện Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Các nhiệm vụ cụ thể đề tài - Nhiệm vụ 1: Giao tiếp Client-Client-Server - Nhiệm vụ 2: Hiển thị thông tin Web xuất ngõ báo động có cố Lời cam đoan sinh viên Chúng – Nguyễn Tấn Triều Phạm Quang Sáng cam đoan Đồ án tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình nghiên cứu chúng tôi, hướng dẫn thạc sỹ Trương Ngọc Anh Kết công bố ĐATN trung thực khơng chép từ cơng trình khác Tp.HCM, ngày tháng năm 2017 SV thực đồ án (Ký ghi rõ họ tên) Nguyễn Tấn Triều – Phạm Quang Sáng Giáo viên hướng dẫn xác nhận báo cáo hoàn thành việc chỉnh sửa theo đề nghị Hội đồng đánh giá đồ án tốt nghiệp: ………………………………………………………………………………………… Xác nhận Bộ Môn Tp.HCM, ngày tháng năm 2017 Giáo viên hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên học hàm - học vị) ` LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, nhóm thực đề tài nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Nhóm thực đề tài xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể quý thầy cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đặt biệt quý thầy cô khoa Điện-Điện tử, người trao dồi vốn kiến thức q báo cho nhóm thực đề tài, giúp cho nhóm có kiến thức sở chuyên môn vững vàng, tạo điều kiện giúp đỡ nhóm q trình học tập Nhóm thực đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TRƯƠNG NGỌC ANH, người hướng dẫn tận tình, cung cấp tài liệu, giải pháp suốt q trình nhóm thực đề tài Nhóm thực đề tài xin cảm ơn anh chị trước, người bạn, người em, gia đình ủng hộ, giúp đỡ, động viên nhóm thực đề tài Đề tài hồn thành khơng tránh thiếu sót, nhóm thực đề tài mong nhận góp ý, phê bình, dẫn q thầy bạn Người thực đề tài Nguyễn Tấn Triều – Phạm Quang Sáng i ` MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔN 1.1.1 Các c 1.2 PHẠM VI ÁP DỤNG 1.2.1 Intern 1.2.2 Mục t 1.2.3 Nhiệm 1.2.4 Bố cụ CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔN 2.1.1 Giới t 2.1.2 Giới t 2.1.3 Chế đ 2.1.4 Giới t 2.1.5 Các c 2.1.6 Giới t 2.2 GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO 2.2.1 Ardui 2.2.2 Ardui 2.2.3 Ardui 2.3 CÁC LOẠI THIẾT BỊ NGOẠI VI: 2.3.1 Bàn p 2.4 MÀN HÌNH LCD 16X2 ii ` 2.5 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP ĐƯỢC SỬ DỤ 2.5.1 Chuẩn giao tiế 2.5.2 Chuẩn giao tiế 2.6 PHẦN MỀM 2.6.1 Phần mềm lập 2.6.2 Phần mềm thiế 2.6.3 Phần mềm hỗ CHƯƠNG 3THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 3.1.1 Yêu cầu thiết k 3.1.2 Sơ đồ khối 3.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.2.1 Khối cảnh báo a)Sơ đồ khối khối cảnh báo 3.2.2 Trạm xử lý tru a) Sơ đồ khối b)Lưu đồ thuật toán Khối Server c) Phần cứng 3.2.3 Nguồn cung cấ 3.3 PHẦN MỀM Cấu hình Module RF LoRa CHƯƠNG 4THI CÔNG VÀ KẾT QUẢ 4.1 THI CÔNG 4.1.1 Thi công trạm 4.1.2 Thi công trạm 4.2 KẾT QUẢ 4.2.1 Trạm cảnh báo iii ` 4.2.2 Trạm 4.2.3 Giao CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 5.1 KẾT QUẢ 5.1.1 Nhữn 5.1.2 Nhữn 5.2THỰC NGHIỆM 5.2.1 Kiểm 5.2.2 Vận h CHƯƠNG 6KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1KẾT LUẬN 6.1.1 Ưu 6.1.2 Hạn c 6.1.3 Kết lu 6.2HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI iv ` DANH MỤC HÌNH: Hình 1.1: Nghe nhạc qua tai nghe Bluetooth Hình 1.2: Truyền khơng dây qua Zigbee Hình 1.3 Truyền NFC thiết bị di động Hình 1.4: Các thiết bị kết nối qua Wifi Hình 1.5: Mơ hình mạng Lora Hình 1.6: Hệ thống thu phát LoRaWan Hình 2.1: Phạm vi ứng dụng cơng nghệ truyền thơng RF LoRa .6 Hình 2.2: Hình ảnh thực tế Module LoRa Hình 2.3: Kích thước số chân thực tế LoRa Hình 2.4: Mơ tả hoạt động chân AUX việc truyền liệu 10 Hình 2.5: Mô tả hoạt động chân AUX cấu hình 11 Hình 2.6: Chế độ truyền điểm-điểm 11 Hình 2.7: Chế độ truyền cố định 12 Hình 2.8: Chọn chế độ truyền Target để truyền 12 Hình 2.9: Cấu hình module LoRa chế độ Target 13 Hình 2.10: Truyền liệu theo chuỗi Hex 13 Hình 2.11: Bảng mã ASCII 14 Hình 2.12: Mơ tả hình thức truyền Broadcast 14 Hình 2.13: Chọn chế độ truyền Transmit Mode 15 Hình 2.14: Sơ đồ khối IC SX 1278 15 Hình 2.15: Số chân IC SX 1278 16 Hình 2.16: Logo Arduino 17 Hình 2.17: Board Arduino Mega 2560 18 Hình 2.18: Board Arduino Nano 20 Hình 2.19: Arduino Ethernet Shield cách kết nối với Arduino .21 Hình 2.20: Sơ đồ khối chip W5100 21 Hình 2.21: Các loại bàn phím 4x4 22 Hình 2.22: Sơ đồ nguyên lý ma trận phím 4x4 22 Hình 2.23: LCD 16x2 23 Hình 2.24: Mạch giao tiếp I2C 23 Hình 2.25: Kết nối vi điều khiển với vi điều khiển 24 Hình 2.26: Kết nối vi điều khiển máy tính 24 Hình 2.27: Cách thức truyền UART 24 Hình 2.28: Thơng số cấu hình truyền nhận UART LoRa .25 Hình 2.29: Sơ đồ chân giao tiếp SPI Arduino Mega 26 Hình 2.30: Giao diện IDE để lập trình Arduino 27 Hình 2.31: Giới thiệu sơ lược giao diện phần mềm Proteus 28 v ` Hình 2.32: Logo phần mềm Hercules Hình 2.33: Giao diện giao tiếp SSCOM v3.2 qua cổng nối tiếp (Serial port) Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống Hình 3.2: Sơ đồ khối khối cảnh báo Hình 3.3: Lưu đồ thuật tốn khối cảnh báo Hình 3.4 : Sơ đồ nguyên lý khối cảnh báo Hình 3.5: Sơ đồ mạch in 3D khối cảnh báo Hình 3.6: Khối cảnh báo sau thi công Hình 3.7: Sơ đồ khối khối xử lý trung tâm Hình 3.8: Lưu đồ thuật tốn trạm xử lý trung tâm Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý khối Server Hình 3.10: Sơ đồ mạch in mô 3D mạch Hình 3.11: Trạm xử lý trung tâm sau thi công Hình 3.12: Mạch hạ áp LM2596 Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý mạch hạ áp LM2596 Hình 3.14: Mạch chuyển đổi UART sang USB Hình 3.15 : Giao diện phần mềm cấu hình Hình 3.16: Gỡ Jump kết nối để cấu hình LoRa Hình 4.1 Kiểm tra hoạt động khối cảnh báo Hình 4.2: Khối cảnh báo hồn chỉnh Hình 4.3: Khối cảnh báo hoạt động Hình 4.4: Kiểm tra hoạt động khối trung tâm hoạt động Hình 4.5: Hệ thống chạy thử hiển thị lên Web Server Hình 4.6: Kiểm tra hệ thống bị kết nối với trạm Hình 4.7: Giao diện bảng theo dõi trạng thái hoạt động mà chưa kết nối trạm cảnh báo Hình 4.8: Vận hành trạm cảnh báo Hình 4.9: Khối xử lý trung tâm Hình 4.10: Giao diện WebServer Hình 5.1: Khoảng cách thực tế truyền vi ` Hình 4.2: Khối cảnh báo hồn chỉnh 44 ` Hình 4.3: Khối cảnh báo hoạt động Chuỗi liệu A0111 bắt đầu chữ A01 có nghĩa liệu truyền từ trạm (client 1) khối xử lý trung tâm (trạm 1) Tiếp theo chuỗi liệu từ cảm biến Ký tự cuối chuỗi hex {0x0A} lập trình C ký tự “\n” (new line) hiểu ký tự để kết thúc chuỗi 4.1.2 Thi công trạm xử lý trung tâm Trạm xử lý trung tâm có chức tổng hợp liệu xử lý, so sánh từ trạm cảnh báo với điều kiện ban đầu lập trình sau hiển thị lên Web Server LCD Xuất ngõ báo hiệu có cố 45 ` Trạm xử lý trung tâm dùng mạch Arduino Mega2560 có kết nối với Ethernet Shield để hiển thị Web Server nhớ lớn Khối xử lý trung tâm gắn kết từ module với với nguồn hoạt động từ 5V-12V Hình 4.4: Kiểm tra hoạt động khối trung tâm hoạt động Trong điều kiện cho phép nên cho vận hành thử hệ thống để đánh giá kiểm tra ổn định hệ thống Hệ thống chạy thử cách cắm dây kết nối LCD, keypad, Arduino Mega, module RF qua testBoard để kiểm tra lỗi xem xác, ổn định hệ thống Chế độ hoạt động Lora hệ thống chế độ “bình thường” chế độ truyền broadcast trạm cảnh báo gửi liệu liên tục trạm xử lý trung tâm theo chu kỳ định sẵn Nếu khoảng chu kỳ mà trạm cảnh báo nhận tín hiệu có cố trạm cảnh báo gửi liệu trạm xử lý trung tâm liên tục với chu kỳ 1s phát cảnh báo 46 ` Hình 4.5: Hệ thống chạy thử hiển thị lên Web Server Khi hệ thống hoạt động không tránh khỏi cố kết nối Client Server, cảm biến bị hư hỏng Hình 4.6: Kiểm tra hệ thống bị kết nối với trạm Qua phần mềm mô SSCOM thi thấy liệu trạm cảnh báo truyền trạm xử lý trung tâm với thời gian đáp ứng truyền khối nhanh xác 47 ` Hình 4.7: Giao diện bảng theo dõi trạng thái hoạt động mà chưa kết nối trạm cảnh báo 48 ` 4.2 KẾT QUẢ 4.2.1 Trạm cảnh báo Hình 4.8: Vận hành trạm cảnh báo Khi cấp nguồn cho trạm có led sáng màu xanh màu đỏ, led màu đỏ báo hiệu chân nguồn led màu xanh chân (AUX) báo hiệu Lora sẵn sàng hoạt động Sau khoảng 5s khởi động hệ thống led xanh nháy báo hiệu cho việc truyền liệu trạm xử lý trung tâm lần liệu gửi trạm xử lý led AUX nháy 49 ` 4.2.2 Trạm xử lý trung tâm Hình 4.9: Khối xử lý trung tâm Led AUX màu vàng nháy lần có liệu truyền khối xử lý Loa, led relay để cảnh báo cho người sử dụng có cố 4.2.3 Giao diện theo dõi Hình 4.10: Giao diện WebServer 50 ` Giao diện WebServer có địa IP 169.254.124.91 port kết nối 80 WebServer sau khoảng 5s cập nhật lần 51 ` CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 5.1 KẾT QUẢ 5.1.1 Những vấn đề nghiên cứu Nghiên cứu module RF LoRa Nghiên cứu board Arduino Nghiên cứu hệ thống cảnh báo lỗi Nghiên cứu ngôn ngữ HTML     Nghiên cứu kết nối trang web HTML Arduino thông qua Ethernet Shield  Nghiên cứu xây dựng hệ thống báo lỗi phù hợp với thực tế  5.1.2 Những vấn đề hồn thành Xây dựng thành cơng hệ thống báo lỗi sử dụng công nghệ truyền thông  LoRa  Hoàn thành WebServer Thiết kế tối ưu tới mức tuổi thọ pin việc kết hợp phần cứng phần mềm số thiết kế  5.2 THỰC NGHIỆM 5.2.1 Kiểm tra khoảng cách thực tế module LoRa Trên lý thuyết nhà sản xuất module LoRa SX 1278 E32-TTL-100 truyền với khoảng cách 3000m Nhưng thực nghiệm khu dân cư kết khoảng 200m300m 52 ` Hình 5.1: Khoảng cách thực tế truyền Khi thực nghiệm kiểm tra khoảng cách truyền cách phát cho đếm số lên với chu kỳ 1s thu cho hiển thị liệu nhận Khi sóng thu ngưng số mà bắt đầu sóng 5.2.2 Vận hành hệ thống thực tế a) Thời lượng pin Trong khoảng thời gian thực đề tài có thực nghiệm thời gian sử dụng nguồn Pin trạm cảnh báo b) Hệ thống hoạt động Trên thực tế, hệ thống truyền ổn định khoảng cách từ 300-500m khu công nghiệp Phát tác động nút nhấn, tín hiệu truyền Server để cảnh báo cho người sử dụng Hệ thống nhỏ gọn, dễ lắp đặt sử dụng thêm nhiều thiết bị ngoại vi khác để cảnh báo 53 ` CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN 6.1.1 Ưu điểm đề tài Hệ thống góp phần cho việc truyền thông tin vùng rộng lớn, hiểm trở, … dễ dàng Phạm vi áp dụng rộng lớn Làm trạm cảnh báo lũ đầu nguồn sông, cảnh báo cháy rừng, hệ thống truyền thông nhà Truyền liệu từ trạm thu thập liệu biển… Hệ thống cho phép người quản lý dễ dàng theo dõi trạm cảnh báo thông qua Web Sever - Hệ thống tự động cập nhật thơng tin trang web Có thể mở rộng giao tiếp với mạng LoRa khác Làm cho mạng lưới giao tiếp mở rộng 6.1.2 Hạn chế đề tài Module RF LORA AS32-TTL-100 truyền 3000m (lý thiết) thực truyền khoảng 200-1000m Do khối cảnh báo có sử dụng cảm biến nồng độ khơng khí có dịng tiêu thụ lớn (70mA) nên khối cảnh báo chưa tối ưu hóa việc tiết kiệm pin cho hệ thống Trong thiết kế cịn sử dụng nhiều module mua ngồi Vẫn cịn sử dụng nguồn ngồi mạch chưa có chuyển AC – DC Tiết kiệm pin cho trạm cảnh báo chưa tối ưu Hệ thống mang tính mơ hình chưa thể ứng dụng thực tế - 6.1.3 Kết luận Thành công việc thiết kế thi cơng sản phẩm với kích thước nhỏ gọn theo yêu cầu đặt Sản phẩm có khả ứng dụng vào thực tế lắp đặt vùng rộng lớn, giúp ích cho cộng đồng, xã hội Giá thành để trì hệ thống thấp Ứng dụng kiến thức học để thực tốt đề tài hoàn thành yêu cầu đề Nghiên cứu, học hỏi nhiều kinh nghiệm kiến thức bổ ích, trau dồi kỹ hoạt động độc lập giải vấn đề, khám phá thêm vấn đề - 54 ` 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Từ vấn đề hoàn thành hạn chế, nhận thấy cần nhiều cải tiến để vào thực tế Hệ thống xây dựng theo mơ hình IoT nên khả phát triển lớn  Gia tăng xử lí tín hiệu ngõ vào cho dự án lớn  Tối ưu thời gian pin mạch cảm biến từ khoảng vài ngày đến tháng lên tới từ vài tháng đến vài năm  Thêm vào tính cảnh báo gọi điện, thiết kế lại website ứng dụng di động thân thiện với người dùng  Tạo bảo mật cho hệ thống 55 ` Tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1] Phaṃ Quang Huy – Lê Cảnh Trung , “Lập trình điều khiển với Arduino ”, Nhà xuất KHOA HOCp VÀ KỸTHUÂT,p Việt Nam [2] Nguyễn Đình Phú, “Giáo trình Vi xử lý – Vi điều khiển”, 2013, trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Tiếng Anh [1] Brian Evans, “Arduino Programming Notebook”, 2012 Website [1] [2] https://www.arduino.cc/ http://arduino.vn/ https://www.lora-alliance.org/ [4] http://www.semtech.com/wireless-rf/internet-ofthings/what-is-lora/ [5] http://gap4tech.com/ [3] 56 ` Hướng dẫn sử dụng kết nối hệ thống a) Trạm xử lý trung tâm Cấp nguồn cho hệ thống Cắm cáp internet vào trạm xử lý trung tâm qua cổng J45 với máy tính để kết nối internet b) Trạm cảnh báo Kết nối cảm biến theo thứ tự ghi Cấp nguồn cho hệ thống để trạm hoạt động c) Giao diện người dùng WebServer có địa IP 169.254.124.91 Port kết nối 80 IP : http:// 169.254.124.91:80 57 ... THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO LỖI NHÀ MÁY MAY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG LORA NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG SVTH: MSSV:... VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO LỖI NHÀ MÁY MAY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG LORA NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG SVTH: MSSV: NGUYỄN TẤN TRIỀU... Sáng Email: 11141308@student.hcmute.edu.vn Thông tin đề tài - Tên đề tài: THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO LỖI SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ TRUYỀN THƠNG LORA - Mục đích đề tài: XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH