(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế và thi công mô hình công viên 4 0

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 MÔ HÌNH CÔNG VIÊN 4.0 GVHD: Nguyễn Thới SVTH: Lâm Văn Chánh MSSV: 15141106 SVTH: Phạm Huỳnh Phúc MSSV: 15141246 SKL006105 Tp Hồ Chí Minh, tháng 6/2019 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH CÔNG VIÊN 4.0 GVHD : ThS Nguyễn Thới SVTH : Lâm Văn Chánh MSSV : 15141106 SVTH : Phạm Huỳnh Phúc MSSV : 15141246 Tp Hồ Chí Minh - 6/2019 LỜI CAM ĐOAN Đề tài nhóm tự thực dựa vào kiến thức học, nghiên cứu tìm hiểu số đề tài phương án trước, không chép từ bất tài liệu hay cơng trình có trước Tp Hờ Chí Minh, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực Sinh viên thực Lâm Văn Chánh Phạm Huỳnh Phúc vi LỜI CẢM ƠN Được phân công quý thầy cô, môn Điện tử Công nghiệp – Y sinh, khoa Điện – Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, sau gần ba tháng nghiên cứu chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp “Thiết kế và thi cơng mơ hình cơng viên 4.0” Để hồn thành đề tài giao, nỗ lực học hỏi thân cịn có hướng dẫn tận tình thầy bạn bè Vì thế, lời báo cáo đồ án tốt nghiệp này, chúng em muốn dành lời cảm ơn chân thành đến Thầy Th.s Nguyễn Thới cũng thầy cô giáo môn bạn bè trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện để chúng em hoàn thành tốt đề tài Xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực Sinh viên thực Lâm Văn Chánh Phạm Huỳnh Phúc vii MỤC LỤC Nội dung Trang TRANG BÌA i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv LỜI CAM ĐOAN vi LỜI CẢM vii MỤC LỤC viii LIỆT KÊ HÌNH xi LIỆT KÊ BẢNG xii TÓM TẮT xiii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU VỀ LẬP TRÌNH PIC VÀ MỘT SỐ CƠNG CỤ LIÊN QUAN 2.1.1 Ngô n ngư C 2.1.2 Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) 2.1.3 Phần mềm CCS 2.1.4 App Inventor 2.1.5 Phần mềm Arduino IDE 2.2 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP TRUYỀN DỮ LIỆU 2.2.1 Giao tiếp UART (Universal Asynchronous Receive/Transmit) 2.2.2 Chuẩn giao tiếp USB (Universal Serial Bus) 10 2.2.3 Chuẩn giao tiếp Wifi (Wireless Fidelity) 10 2.2.4 Giao thức MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) 11 2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 12 2.3.1 Thiết bị xử lý trung tâm – Vi điều khiển PIC 16F887 12 2.3.2 Cảm biến DHT11 16 2.3.3 Động DC 18 2.3.4 NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module) 19 2.3.5 Module điều khiển động L298N 21 2.3.6 Đèn Relay trung gian đóng cắt 23 2.3.7 Nắng lượng mặt trời ắc quy 24 2.3.8 Camera quan sát 25 2.3.9 Tổng quan module RFID 26 2.3.10 Giới thiệu LCD 16x2 28 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 30 3.1 GIỚI THIỆU 30 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 31 3.2.1 Thiết kế hệ thống chạy chữ LED MATRIX 31 3.2.2 Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ độ ẩm tưới bật đèn sưởi ấm tự động 35 3.2.3 Thiết kế hệ thống quẹt thẻ RFID 38 viii 3.2.4 Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị qua Module Wifi ESP8266 42 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 46 4.1 GIỚI THIỆU 46 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 46 4.2.1 Thi công bo mạch 56 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 50 4.3 ĐĨNG GĨI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 52 4.3.1 Đóng gói điều khiển 52 4.3.2 Thi cơng mơ hình 53 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 55 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 55 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 61 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 75 4.5.1 Tài liệu hướng dẫn 75 4.5.2 Quy trình thao tác 75 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 78 5.1 GIỚI THIỆU 78 5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 78 5.2.1 Lập trình cảm biến 78 5.2.2 Áp dụng công nghệ RFID 78 5.2.3 Tổng hợp cách lập trình PIC 16F887 cách tối ưu 79 5.2.4 Tổng hợp lập trình ESP8266 cách tối ưu 79 5.2.5 Lựa chọn phân tích ngôn ngữ viết ứng dụng điện thọaị Android Web 79 5.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 79 5.4 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 84 5.4.1 Nhận xét 84 5.4.2 Đánh giá 85 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 86 6.1 KẾT LUẬN 86 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC 88 ix LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1 Cấu trúc thẻ RFID hệ thống RFID Hình 2.2 Giao diện phần mềm CCS Hình 2.3 Giao diện App Inventor Hình 2.4 Giao diện phầm mềm Arduino IDE 1.8.5 Hình 2.5 Truyền liệu UART Hình 2.6 Chuẩn giao tiếp Wifi 11 Hình 2.7 Hệ thống vi xử lý 13 Hình 2.8 Sơ đờ chân Vi điều khiển PIC 16F887 15 Hình 2.9 Cảm biến DHT11 17 Hình 2.10 Nguyên lý hoạt động động điện chiều 18 Hình 2.11 Module ESP8266 ESP-12 20 Hình 2.12 Module ESP8266 NodeMCU Lua CP2102 20 Hình 2.13 Sơ đờ chân Module L298N 21 Hình 2.14 Sơ đờ chân Module L298 22 Hình 2.15 Đèn Relay trung gian 23 Hình 2.16 Bình ắc quy Pin lượng mặt trời 25 Hình 2.17 Camera giám sát cơng viên 26 Hình 2.18 Hình ảnh Module RFID 27 Hình 2.19 Sơ đờ chân LCD 16x2 28 Hình 3.1 Sơ đờ tổng quan mơ hình cơng viên 4.0 30 Hình 3.2 Sơ đờ khối hệ thống chạy chữ quảng cáo LED MATRIX 31 Hình 3.3 Giao diện điều khiển Smartphone 32 Hình 3.4 Sơ đờ kết nối Khối vi điều khiển với HC-05 33 Hình 3.5 Sơ đờ kết nối Led báo đèn nguồn 34 Hình 3.6 Sơ đờ mạch chạy chữ LED MATRIX 35 Hình 3.7 Sơ đờ khối hệ thống đo nhiệt độ độ ẩm tưới bặt đèn sưởi tự động 36 Hình 3.8 Sơ đờ kết nối Vi Điều khiển với DHT11 37 Hình 3.9 Sơ đờ kết nối đèn sưởi ấm với VĐK 37 Hình 3.10 Sơ đờ ngun lý mạch đo nhiệt độ độ ẩm dùng để tưới bật đèn sưởi ấm tự động 37 Hình 3.11 Sơ đờ khối hệ thống quẹt thẻ RFID 39 Hình 3.12 Sơ đờ chân động bước dây 40 Hình 3.13 Sơ đồ kết nối động Module L298 40 Hình 3.14 Sơ đồ kết nối Led Buzzer báo động 41 Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm, khối hiển thị giao tiếp Module RFID 41 Hình 3.16 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thiết bị thơng qua Module Wifi ESP8266 42 Hình 3.17 Led đơn màu xanh dương 43 Hình 3.18 Sơ đờ kết nối phận điều khiển 44 Hình 3.19 Sơ đờ ngun lý tồn mạch điều khiển thiết bị thơng qua Module Wifi ESP8266 44 Hình 4.1 Mạch PCB mạch chạy chữ Led Matrix 46 Hình 4.2 Mạch PCB hệ thống đo nhiệt độ độ ẩm tưới bật đèn sưởi tự độ 47 Hình 4.3 Mạch PCB hệ thống thẻ RFID 48 Hình 4.4 Mach PCB hệ thống điều khiển thiết bị 49 x Hình 4.5 Hệ thống chạy chữ Led Matrix 50 Hình 4.6 Hệ thống đo nhiệt độ độ ẩm tưới bật đèn sưởi ấm tự động 51 Hình 4.7 Hệ thống thẻ RFID 51 Hình 4.8 Hệ thống điều khiển thiết bị qua wifi ESP8266 52 Hình 4.9 Tổng quan mơ hình cơng viên 4.0 52 Hình 4.10 Mơ hình cơng viên 4.0 53 Hình 4.11 Cây cổ thụ 53 Hình 4.12 Ghế 54 Hình 4.13 Que đè lưỡi 54 Hình 4.14 Bột cỏ 54 Hình 4.15 Lưu đờ giải thuật hệ thống chạy chữ Led Matrix 55 Hình 4.16 Lưu đờ ngắt UART nhận liệu từ Module Bluetooth 56 Hình 4.17 Lưu đờ hệ thống đo nhiệt độ độ ẩm 57 Hình 4.18 Lưu đờ hệ thống quẹt thẻ RFID 58 Hình 4.19 Lưu đờ đóng cửu mở cửa hệ thống quẹt thẻ RFID 59 Hình 4.20 Lưu đờ chương trình Buzzer đèn báo động 59 Hình 4.21 Lưu đờ hệ thống điều khiển thiết bị qua Wifi 60 Hình 4.22 Lưu đờ chương trính bật tắt thiết bị 61 Hình 4.23 Tạo Project phần mềm CCS 62 Hình 4.24 Lưu Project phần mềm CCS 62 Hình 4.25 Chọn thiết bị thạch anh tương ứng 63 Hình 4.26 Giao diện viết quy trình viết phần mềm CCS 63 Hình 4.27 Giao diện chính phần mềm Arduino 64 Hình 4.28 Giao diện chính MIT App Inventor 64 Hình 4.29 Tạo project MIT App Inventor 65 Hình 4.30 Giao diện tạo trang chủ MIT App Inventor 65 Hình 4.31 Code thiết kế để kết nối từ App điện thoại với trung tâm điều khiển 66 Hình 4.32 Giao diện điều khiển Smartphone 76 Hình 4.33 Giao diện điều khiển thiết bị qua wifi 77 Hình 5.1 cổng vào quẹt thẻ RFID 80 Hình 5.2 Quẹt thẻ đúng mở cửa 80 Hình 5.3 Quẹt thẻ để đóng cửa 81 Hình 5.4 Quẹt thẻ sai 81 Hình 5.5 Giao diện điều khiển Smartphone 82 Hình 5.6 Hiển thị nội lên Led Matrix 82 Hình 5.7 Giao diện điều khiển thiết bị qua wifi 83 Hình 5.8 Đèn quạt mở điều khiển giao diện 83 Hình 5.9 Đo nhiệt độ độ ẩm hiển thị LCD 84 xi LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1 Thành phần NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module) 21 Bảng 3.1 Thông số linh kiện mạch chạy chữ LED MATRIX 35 Bảng 3.2 Thông số linh kiện mạch đo nhiệt độ độ ẩm dùng để tưới bật đèn sưởi ấm tự động 38 Bảng 3.3 Thông số linh kiện mạch quẹt thẻ RFID 42 Bảng 3.4 Thông số linh kiện mạch điều khiển thiết bị thông qua Module Wifi ESP8266 45 Bảng 4.1 Thông số linh kiện mạch chạy chữ LED MATRIX 47 Bảng 4.2 Thông số linh kiện mạch đo nhiệt độ độ ẩm dùng để tưới bật đèn sưởi ấm tự động 47 Bảng 4.3 Thông số linh kiện mạch quẹt thẻ RFID 48 Bảng 4.4 Thông số linh kiện mạch điều khiển thiết bị thông qua Module Wifi ESP8266 49 Bảng 5.1 Kết thử nghiệm vận hành hệ thống 85 xii TÓM TẮT Với xã hội chúng ta ngày phát triển, đời sống nhu cầu người tăng nhu cần nơi tập thể dục, chạy buổi sáng, nơi mà đem lại thoải mái bình n Vấn đề đặt cần phải có cơng viên xanh thống mát đại Hiện nay, khu vực đông dân cư, đặc biệt TP HCM cơng viên xanh ít mà chung cư, nhà hàng, khách sạn, trời nhiều vô số Đáng lưu ý nhiều nơi cơng viên xanh nơi may mắn có được, người dân cũng khơng thể thoải mái tản bộ, thể dục thư giãn vui chơi phần lớn diện tích đất công viên xanh bị hàng quán, bãi giữ xe lấn chiếm, bị cho thuê tổ chức hội chợ, triển lãm, khu vui chơi có thu tiền Thậm chí nhiều cơng viên cịn nơi lý tưởng để tệ nạn xã hội phát triển khơng chế giám sát Điều kéo theo việc phải có chính sách xây dựng nhiều cơng viên mà đáp ứng nhu cầu cần thiết cho xã hội, đặc biệt thành phố lớn diện tích đất ngày hạn hẹp Chính lý mà nhóm định nghiên cứu đề tài “Thiết kế và thi công mô hình cơng viên 4.0” nhằm góp phần để giải thực trạng cũng áp dụng kiến thức học vào thực tiễn Trong đề tài này, nhóm sẽ dùng Vi điều khiển PIC Module Wifi 8266 làm thiết bị xử lý trung tâm, điều khiển tồn hệ thống Ứng dụng cơng nghệ RFID kết hợp với Camera để kiểm soát người vào cổng Với phương pháp hạn chế kiểm soát người vào cũng giám sát hoạt động công viên Sử dụng Led Matrix để hiển thị nội dung quảng cáo công viên Dùng cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm để tự động tưới bật đèn sưởi ấm cho hờ cá trời lạnh Bên cạnh đó, hệ thống cũng trang bị thiết bị đèn quạt khu nhà Các thiết bị điều khiển thông qua Wifi, sử dụng lượng mặt trời để chạy Mơ hình thi cơng thơng qua trình tìm hiểu, chọn lựa linh kiện cách phù hợp nhất, kết hợp giao tiếp với khối cảm biến, động cơ, Relay, RFID, áp dụng giải thuật điều khiển, cũng cân chỉnh thông số với kết mong muốn cuối đạt mơ hình cơng viên 4.0 Có thể phát triển mơ hình cơng viên áp dụng cho cơng viên lớn thành phố Giúp cho người xã hội ngày phát triển xiii PHỤ LỤC PHỤ LỤC Thư Viện DHT11_2.H #define _DHT11_H_ #BIT DHT_DATA_OUT = 0x08.0 #BIT DHT_DATA_IN = 0x08.0 #BIT DHT_DDR_DATA = 0x88.0 #define DHT_ER #define DHT_OK #define DDROUT #define DDRIN unsigned int8 DHT_GetTemHumi (unsigned int8 &tem1,&tem2,unsigned int8 &humi1,&humi2); unsigned int8 DHT_GetTemHumi (unsigned int8 &tem1,&tem2,unsigned int8 &humi1,&humi2) { unsigned int8 buffer[5]={0,0,0,0,0}; unsigned int8 ii,i,checksum; DHT_DDR_DATA=DDROUT; // set la cong DHT_DATA_OUT=1; delay_us(60); DHT_DATA_OUT=0; delay_ms(25); // it nhat 18ms DHT_DATA_OUT=1; DHT_DDR_DATA=DDRIN;//set la cong vao delay_us(60); if(DHT_DATA_IN)return DHT_ER ; else while(!(DHT_DATA_IN)); delay_us(60);//cho 60us if(!DHT_DATA_IN)return DHT_ER; else while((DHT_DATA_IN)); //Doi Data ve //Bat dau doc du lieu for(i=0;i