Đồ án: Bảng điện tử hiển thị thông tin thời tiết - Đại học BRVT
Hướng dẫn thực hiện đồ án bảng điện tử hiển thị thời tiết chính xác. Chia sẻ đầy đủ sơ đồ mạch nguyên lý và source code tham khảo.
Trường đại học
Trường Đại học Bà Rịa Vũng TàuChuyên ngành
Công Nghệ Kỹ Thuật Điện - Điện TửNgười đăng
Ẩn danhThể loại
Đồ án tốt nghiệpPhí lưu trữ
30 PointMục lục chi tiết
Tóm tắt
I. Tổng Quan Đồ Án Bảng Điện Tử Hiển Thị Thời Tiết Tuyệt Vời
Ngày nay, nhu cầu thông tin trở nên thiết yếu, đặc biệt là thông tin thời tiết. Các hình thức truyền tải thông tin đa dạng, từ biển quảng cáo đến băng rôn. Tuy nhiên, bảng điện tử hiển thị thời tiết nổi bật với khả năng cập nhật nhanh chóng, dễ dàng thay đổi nội dung, và tính thẩm mỹ cao. Bảng LED ma trận, cụ thể, có thể hiển thị thông tin chi tiết như thời gian chuyến bay, địa điểm tại các sân bay, hay hình ảnh sinh động về món ăn tại các khu ăn uống. Mong muốn giới thiệu ứng dụng thiết yếu của bảng LED hiển thị thông tin thời tiết trong đời sống, đồ án này được thực hiện để thiết kế và thi công mô hình.
1.1. Mục tiêu dự án Thiết kế và thi công bảng LED Matrix
Mục tiêu chính của dự án là thiết kế và thi công mô hình bảng LED Matrix hiển thị thông tin thời tiết quan trọng. Mô hình này sẽ có khả năng hiển thị các thông tin như chỉ số tia UV, chất lượng không khí, giờ hiện tại, tốc độ gió và nhiệt độ. Đặc biệt, khi chỉ số UV cao, bảng sẽ hiển thị cảnh báo để người xem biết và phòng tránh tác động xấu đến da. Ngoài ra, bảng còn có khả năng dự báo thời tiết trong 4 giờ gần nhất bằng hình ảnh trực quan, cũng như cho phép nhập thông báo tùy ý với khả năng điều chỉnh tốc độ và màu sắc hiển thị.
1.2. Phạm vi nghiên cứu và giới hạn của đồ án
Đồ án tập trung nghiên cứu và triển khai bảng điện tử hiển thị thông tin thời tiết với các giới hạn cụ thể để đảm bảo tính khả thi và tập trung. Các giới hạn bao gồm: Sử dụng KIT thu phát WiFi ESP32 để kết nối internet và nhận dữ liệu thời tiết; Kích thước phần LED hiển thị được giới hạn ở 128x64 pixels, tạo ra một không gian hiển thị đủ lớn để trình bày thông tin một cách rõ ràng; Sử dụng 16 Module P10 FULL COLOR ghép lại, tận dụng công nghệ hiển thị màu sắc đầy đủ để mang lại trải nghiệm trực quan và sống động; Sử dụng webserver để cài đặt các thông số hoạt động của bảng điện tử, cung cấp một giao diện điều khiển thân thiện và dễ sử dụng; Nội dung hiển thị bao gồm các ký tự số, chữ có dấu, hiệu ứng, các biểu tượng thời tiết, nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, chất lượng không khí, chỉ số tia UV và giờ hiện tại, đáp ứng đầy đủ nhu cầu cung cấp thông tin thời tiết quan trọng cho người dùng.
II. Phân tích cơ sở lý thuyết về mạch điện tử hiển thị thời tiết
Chương này trình bày tổng quan các kiến thức cơ bản để hoàn thành mô hình bảng điện tử hiển thị thông tin thời tiết. Các chuẩn giao tiếp như Wifi và SPI đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập dữ liệu từ internet và truyền tải lên bảng LED. Quy trình quét LED ma trận giúp hiển thị thông tin một cách hiệu quả. Các công cụ cần thiết cho việc thiết kế và lập trình cũng được đề cập.
2.1. Giao tiếp WIFI Kết nối không dây và truyền tải dữ liệu
Wifi, viết tắt của Wireless Fidelity, là mạng kết nối Internet không dây sử dụng sóng vô tuyến để truyền tín hiệu. Tín hiệu này tương tự như sóng điện thoại, truyền hình và radio. Hầu hết các thiết bị điện tử ngày nay đều có thể kết nối Wifi. Kết nối Wifi dựa trên các chuẩn kết nối IEEE 802.11. Wifi hoạt động trên băng tần 54 Mbps và có tín hiệu mạnh nhất trong khoảng cách 100 feet (gần 31 mét). Để có được sóng Wifi, chúng ta cần bộ phát Wifi như modem, router. Thiết bị modem, router lấy tín hiệu Internet qua kết nối hữu tuyến rồi chuyển thành tín hiệu vô tuyến và gửi đến các thiết bị sử dụng. Về bản chất kỹ thuật, tín hiệu Wifi hoạt động gửi và nhận dữ liệu ở tần số 2.5GHz đến 5GHz. Sóng Wifi sử dụng chuẩn kết nối 802.11 trong thư viện IEEE, chuẩn này bao gồm 4 chuẩn nhỏ hơn là a/b/g/n/ac.
2.2. Chuẩn SPI Serial Peripheral Interface và ứng dụng
SPI (Serial Peripheral Interface) là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do Motorola đề xuất. Đây là kiểu truyền thông Master-Slave, trong đó có 1 chip Master điều phối quá trình truyền thông và các chip Slaves được điều khiển bởi Master. SPI là một cách truyền song công (full duplex) nghĩa là tại cùng một thời điểm quá trình truyền và nhận có thể xảy ra đồng thời. SPI đôi khi được gọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có 4 đường giao tiếp trong chuẩn này đó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Ouput Slave Input) và SS (Slave Select). SCK là xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI. MISO là đường Input của chip Master và Output của chip Slave. MOSI là đường Output của chip Master và Input của chip Slave. SS là đường chọn Slave cần giao tiếp.
2.3. Webserver Lưu trữ và phân phối nội dung trang web
Chức năng cơ bản nhất của máy chủ web là lưu trữ, xử lí và phân phối nội dung các trang web đến khách hàng, cụ thể ở đây là máy tính người dùng, hay còn gọi là client trong mô hình server-client. Giao tiếp giữa của máy tính người dùng và máy chủ thực hiện thông qua giao thức h t t p . Nội dung phân phối chính từ máy chủ web là các nội dung định dạng HTML, bao gồm hình ảnh, style sheets, các đoạn mã script hỗ trợ các nội dung văn bản thô. Nhiều máy chủ web có thể được sử dụng cho một cao lưu lượng truy cập trang web ở đây. Tác nhân người dùng, thường là trình duyệt web hoặc trình thu thập dữ liệu web, khởi tạo giao tiếp bằng cách yêu cầu một tài nguyên cụ thể bằng HTTP và máy chủ phản hồi với nội dung của tài nguyên đó hoặc thông báo lỗi nếu không thể thực hiện.
III. Thiết kế mạch và lựa chọn linh kiện cho bảng điện tử thời tiết
Chương này trình bày sơ đồ khối của bảng điện tử hiển thị thông tin thời tiết, cùng với việc tính toán và lựa chọn linh kiện phù hợp. Giao diện cài đặt trên webserver cũng được mô tả chi tiết.
3.1. Vi xử lý trung tâm ESP32 WROOM Xử lý và điều khiển
Chức năng của vi xử lý trung tâm là xử lý dữ liệu từ mạng internet, chạy webserver, điều khiển thông tin hiển thị trên bảng LED. Vi xử lý trung tâm vừa có thể chạy webserver vừa có thể truy cập internet để lấy dữ liệu về nhanh, liên tục, hiệu quả thông dụng và có giá cả phải chăng. Vì vậy, board DevKit ESP32-WROOM được chọn. ESP32-WROOM-32 là mô đun MCU đa dụng, mạnh mẽ và được sử dụng rộng rãi trong thiết kế mạch PCB Wifi- Bluetooth, BLE được ứng dụng rất phổ biến cho nhiều ứng dụng về IoT hiện nay. Lõi của module là họ chip ESP32-D0WDQ6, chip nhúng được thiết kế cho khả năng mở rộng và tùy biến cao.
3.2. Tính toán nguồn điện cho bảng LED ma trận và vi điều khiển
Nguồn điện phải đảm bảo cung cấp vừa nguồn cho vi điều khiển vừa cấp nguồn cho 16 module LED ma trận. Sử dụng 16 module LED ma trận mà mỗi module nếu sáng hoàn toàn 100% thì dòng điện sẽ là 6A tương ứng với 30W vậy 16 module là 16x30 là 480W. Nhưng những thông tin hiển thị lên bảng LED độ phủ chỉ chiếm 1/2 bảng LED nên ta chỉ cần khoảng 240W. Vậy em sẽ sử dụng bộ nguồn 5V 70A tương ứng với 350W hoàn toàn hợp với mô hình.
IV. Phương pháp thi công và lập trình cho bảng điện tử hiển thị
Chương này trình bày các bước thi công mạch, lắp ráp, kiểm tra và thi công mô hình bảng điện tử hiển thị thông tin thời tiết.
4.1. Thiết kế và thi công khung cho bảng LED
Bộ khung cho LED có tác dụng định hình cho cả bảng LED, cố định bộ nguồn mà mạch nên yêu cầu là đảm bảo sự chắc chắn nhẹ nhàng để dễ di chuyển và lắp đặt. Mặt trước bộ khung dùng để định hình 16 tấm LED. Mặt sau là mạch điều khiển và nguồn, được bảo vệ bằng nhựa nhựa carbonate. Nguồn và mạch được cố định lên khung.
4.2. Cài đặt và sử dụng Arduino IDE cho ESP32
Môi trường phát triển tích hợp (IDE) của Arduino là một ứng dụng cross-platform (đa nền tảng) được viết bằng Java, và từ IDE này sẽ được sử dụng cho Ngôn ngữ lập trình xử lý (Processing programming language) và project Wiring. Nó được thiết kế để dành cho những người mới tập làm quen với lĩnh vực phát triển phần mềm. Nó bao gồm một chương trình code editor với các chức năng như đánh dấu cú pháp, tự động brace matching, và tự động canh lề, cũng như compile(biên dịch) và upload chương trình lên board chỉ với 1 cú nhấp chuột. Một chương trình hoặc code viết cho Arduino được gọi là một sketch.
4.3. Lập trình hiển thị thông tin thời tiết và thông báo
Chương trình hiển thị thông tin thời tiết và thông báo được lập trình bằng ngôn ngữ C++ trên Arduino IDE. Chương trình này bao gồm các hàm để kết nối với mạng Wifi, lấy dữ liệu thời tiết từ API, hiển thị thông tin thời tiết lên bảng LED, và hiển thị thông báo tùy chỉnh. Hàm loop trong chương trình chính được sử dụng để lặp lại các bước này liên tục.
V. Đánh giá kết quả và nhận xét về hiệu quả hoạt động
Chương này nêu lên kết quả đạt được, nhận xét và đánh giá mô hình bảng điện tử hiển thị thông tin thời tiết.
5.1. Cấu hình kết nối Internet cho hệ thống
Hệ thống được cấu hình để kết nối với Internet thông qua Wifi. Việc cấu hình này bao gồm việc thiết lập chế độ hoạt động của hệ thống là Access Point hoặc Station, nhập thông tin kết nối Wifi, và cài đặt API để lấy dữ liệu thời tiết, chất lượng không khí, tia UV.
5.2. Giao diện web và điều khiển thông báo tùy chỉnh
Hệ thống được thiết kế với giao diện web để người dùng có thể điều khiển và tùy chỉnh các thông báo hiển thị trên bảng LED. Giao diện này cho phép người dùng nhập thông báo, chọn màu sắc chữ, và chọn tốc độ hiển thị. Giao diện đã được thiết kế 5 thông báo có thể chỉnh được 7 màu chữ và 5 cấp tốc độ.
5.3. Thử nghiệm và đánh giá hiệu năng thực tế của hệ thống
Hệ thống đã được thử nghiệm và đánh giá hiệu năng thực tế trong môi trường thực tế. Kết quả cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, hiển thị thông tin thời tiết chính xác, và có khả năng kết nối với Internet một cách đáng tin cậy. Hiệu năng thực tế đáp ứng được yêu cầu của đồ án.
VI. Kết luận và hướng phát triển cho bảng điện tử thời tiết
Chương này nêu lên kết luận về những gì đã thực hiện đồng thời đưa ra hướng phát triển cho mô hình bảng điện tử hiển thị thông tin thời tiết.
6.1. Tóm tắt thành công và hạn chế của đồ án
Đồ án đã thành công trong việc thiết kế và thi công mô hình bảng điện tử hiển thị thông tin thời tiết. Tuy nhiên, đồ án vẫn còn một số hạn chế, chẳng hạn như kích thước của bảng LED còn nhỏ, khả năng hiển thị thông tin còn hạn chế, và giao diện web còn đơn giản.
6.2. Đề xuất các hướng phát triển tiềm năng cho tương lai
Để phát triển mô hình bảng điện tử hiển thị thông tin thời tiết trong tương lai, có thể thực hiện các hướng sau: Tăng kích thước của bảng LED để hiển thị nhiều thông tin hơn; Tích hợp thêm các cảm biến để thu thập thông tin thời tiết trực tiếp từ môi trường; Phát triển giao diện web trực quan và thân thiện hơn; Tích hợp thêm các tính năng mới như cảnh báo thời tiết nguy hiểm, dự báo thời tiết dài hạn, và hiển thị thông tin quảng cáo.
22/09/2025
