Đồ án HCMUTE: Nghiên cứu và ứng dụng board Arduino trong môi trường công nghiệp

Đồ án nghiên cứu hcmute nghiên cứu và ứng dụng broard arduino trong môi trường công nghiệp, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán môi trường.

• Tác giả: Nguyễn Khắc Vũ
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Tấn Cường
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
• Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng Arduino trong môi trường công nghiệp
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM KẾT
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.4. Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài
• 1.4.1. Mục tiêu của đề tài
• 1.4.2. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.6. Giới hạn đề tài
• 1.7. Tính cấp thiết của đề tài
• 2. CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu chung về PLC
• 2.1.1. Khái niệm PLC
• 2.1.2. Cấu tạo và vùng nhớ PLC
• 2.1.3. Ngôn ngữ lập trình
• 2.1.4. Module mở rộng
• 2.1.5. Ứng dụng của PLC
• 2.2. Giới thiệu về Arduino
• 2.2.1. Sức mạnh xử lý
• 2.2.2. Đọc và xuất tín hiệu (OUTPUT/INPUT)
• 2.2.3. Chuẩn giao tiếp
• 2.2.4. Môi trường lập trình
• 2.2.6. Các loại bo mạch Arduino
• 2.2.7. Ứng dụng Arduino
• 2.3. So sánh sơ bộ về các hệ thống điều khiển
• 3. CHƯƠNG III: BỘ ĐIỀU KHIỂN ARDUINO CÔNG NGHIỆP
• 3.1. Phương án thiết kế
• 3.2. Nguyên lý của Arduino Mega2560
• 3.3. Phương thức giao tiếp
• 3.3.1. Phương thức giao tiếp Modbus RTU
• 3.3.2. Phương thức giao tiếp Modbus TCP
• 3.3.3. Phương thức giao tiếp khác
• 3.4. Xây dựng mô hình demo
• 3.4.1. Hệ thống điều khiển
• 3.4.2. Cơ cấu chấp hành và cảm biến
• 3.4.3. Giao tiếp sử dụng RS485
• 3.4.3.1. Giới thiệu RS485
• 3.4.3.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
• 3.4.4. Giao tiếp sử dụng Ethernet Shield
• 4. CHƯƠNG IV: MÀN HÌNH HMI
• 4.1. Giới thiệu màn hình HMI
• 4.2. Các thành phần cơ bản của HMI
• 4.3. Thiết kế màn hình HMI
• 4.4. Hướng dẫn sử dụng màn hình
• 4.4.1. Thư viện sử dụng
• 4.4.2. Thư viện ảnh
• 4.4.3. Thư viện Font
• 5. CHƯƠNG V: THIẾT KẾ MODULE MỞ RỘNG
• 5.1. Thiết kế Base I/O board cho Mega2560
• 5.2. Thiết kế module OUTPUT Relay
• 5.3. Thiết kế module INPUT cách ly
• 5.4. Thiết kế board nguồn
• 6. CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Kết luận
• 6.2. Hướng phát triển đề tài
• PHỤ LỤC 1: TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 2: NGUYÊN LÝ CÁC BOARD THIẾT KẾ

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Bài viết phân tích nội dung một đồ án tốt nghiệp tại HCMUTE (Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) với đề tài: "Nghiên cứu và ứng dụng Arduino trong môi trường công nghiệp". Đồ án tập trung vào việc khai thác tiềm năng của board Arduino như một giải pháp thay thế hiệu quả cho PLC truyền thống trong tự động hóa công nghiệp.

Nghiên cứu xuất phát từ thực tế tự động hóa công nghiệp đang là xu hướng tất yếu, nhưng chi phí cao của các hệ thống điều khiển truyền thống là rào cản lớn. Arduino, với tính linh hoạt, chi phí thấp và cộng đồng người dùng rộng lớn, nổi lên như một giải pháp tiềm năng.

II. Tổng quan về Arduino và ứng dụng trong công nghiệp

Arduino là một nền tảng phần cứng và phần mềm mã nguồn mở, dễ tiếp cận và sử dụng. Board Arduino có thể đọc tín hiệu từ nhiều loại cảm biến, điều khiển đèn, động cơ và các thiết bị khác, từ đó tạo nên nhiều ứng dụng IoT (Internet of Things) đa dạng.

Trong công nghiệp, ứng dụng Arduino đang được chú ý phát triển từ những dự án tự động hóa quy mô nhỏ đến các hệ thống phức tạp hơn.

III. Nội dung chính của đồ án

Đồ án tập trung vào việc thiết kế và xây dựng một hệ thống điều khiển dựa trên board Arduino, mô phỏng một số chức năng cơ bản của PLC. Các nội dung chính bao gồm:

• Thiết kế Module mở rộng cho board Arduino Mega2560, bao gồm module input, output và giao tiếp.
• Xây dựng hệ thống demo minh họa khả năng điều khiển của Arduino với các thiết bị ngoại vi trong môi trường công nghiệp.
• Lập trình giao diện điều khiển và chương trình điều khiển cho hệ thống.
• Chạy thử nghiệm và đánh giá hiệu năng hoạt động.

IV. Kết quả và đánh giá

Đồ án đã thành công trong việc xây dựng một hệ thống điều khiển đơn giản dựa trên Arduino, chứng minh tiềm năng ứng dụng của Arduino trong công nghiệp. Hệ thống có thể thu thập dữ liệu từ các cảm biến, xử lý thông tin và điều khiển các thiết bị ngoại vi thông qua các Module mở rộng.

Tuy nhiên, đồ án cũng chỉ ra một số hạn chế của Arduino khi so sánh với PLC chuyên dụng, ví dụ như khả năng xử lý, độ ổn định trong môi trường công nghiệp, khả năng mở rộng hệ thống...

V. Kết luận

Nghiên cứu ứng dụng board Arduino trong công nghiệp tại HCMUTE là một hướng đi mới mẻ và tiềm năng. Đồ án đã góp phần khẳng định khả năng ứng dụng của Arduino trong tự động hóa công nghiệp, đồng thời cũng chỉ ra những hạn chế cần được khắc phục.

Trong tương lai, Arduino có thể được ứng dụng rộng rãi hơn trong công nghiệp 4.0, đặc biệt là trong các hệ thống IoT, hệ thống nhúng, giám sát và thu thập dữ liệu. Việc nghiên cứu và phát triển các Module mở rộng, giải pháp kết nối và phát triển sản phẩm dựa trên Arduino sẽ là chìa khóa để đưa công nghệ này vào ứng dụng thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ARDUINO TRONG MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHIỆP GVHD: ThS. LÊ TẤN CƯỜNG SVTH: NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 CHÂU HOÀNG NAM MSSV: 12146114 VŨ ÐỨC HUY MSSV: 12146266 S KL 0 0 4 5 1 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016 do an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO T G ĐẠI C Ạ T T TP C I O ĐÀO TẠO C T GC O Đ Á TỐT G IỆ G IÊ CỨ VÀ Ứ G DỤ G D I OT O G ÔI T G CÔ G G IỆ SVTH : G YỄ ẮC VŨ MSSV: 12146234 CHÂU HOÀNG NAM MSSV: 12146114 VŨ ĐỨC Y MSSV: 12146266 Khoá : 2012 : CÔ G G Ệ T T CƠ ĐIỆ TỬ GVHD: TH.S Ế T C G do an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc --------------------------- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: TH.S LÊ TẤN CƢỜNG Họ và tên sinh viên: NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 VŨ ĐỨC HUY MSSV: 12146266 CHÂU HOÀNG NAM MSSV: 12146114 Lớp: 12146CLC 1.

Tên đề tài: - Nghiên cứu và ứng dụng Arduino trong môi trƣờng công nghiệp. Các số liệu, tài liệu ban đầu. - Tài liệu tổng quan PLC và Wikipedia về PLC 3. Nội dung chính của đồ án.

- Thiết kế Module mở rộng. - Thiết kế hệ thống demo. - Lập trình giao diện điều khiển. - Lập trình cho hệ thống.

- Chạy thử nghiệm. Các sản phẩm dự kiến. TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) □ Đƣợc phép bảo vệ……………………………………………………………… ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i do an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc --------------------------- PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 VŨ ĐỨC HUY MSSV: 12146266 CHÂU HOÀNG NAM MSSV: 12146114 Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ARDUINO TRONG MÔI TRƢỜNG CÔNG NGHIỆP.” Ngành đào tạo: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử. Giảng viên hƣớng dẫn: Th.S LÊ TẤN CƢỜNG Ý KIẾN NHẬN XÉT 1.

Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên:. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN: 2.1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii do an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao 2.3 Kết quả đạt đƣợc: .4 Những tồn tại (nếu có). TT Mục đánh giá Điểm tối Điểm đạt đa đƣợc Hình thức và kết cấu ĐATN.0 1 Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung 1.

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài.0 Tính cấp thiết của đề tài.0 Nội dung ĐATN.0 Kỹ năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và 0.5 kỹ thuật, khoa học xã hội,… Khả năng thực hiện/ phân tích/ tổng hợp/ đánh giá.0 2 Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần 1.5 hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế. Khả năng cải tiến và phát triển.5 Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm 0. 3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài.0 4 Sản phẩm cụ thể của ĐATN. □ Đƣợc phép bảo vệ.

□ Không đƣợc phép bảo vệ.HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2016. Giảng viên hƣớng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii do an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ------------------------------- --------------------------- BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 VŨ ĐỨC HUY MSSV: 12146266 CHÂU HOÀNG NAM MSSV:12146114 Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ARDUINO TRONG MÔI TRƢỜNG CÔNG NGHIỆP.” Ngành đào tạo: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử. Giảng viên phản biện: Th.S BÙI HÀ ĐỨC. Ý KIẾN NHẬN XÉT 1.

Kết cấu, cách thức trình bày đồ án tốt nghiệp. 3 Kết quả đạt đƣợc:. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv do an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao 4 Những thiếu xót và tồn tại của ĐATN. TT Mục đánh giá Điểm tối Điểm đạt đa đƣợc Hình thức và kết cấu ĐATN.0 1 Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung 1.

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài.0 Tính cấp thiết của đề tài.0 Nội dung ĐATN.0 Kỹ năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và 0.5 kỹ thuật, khoa học xã hội,… Khả năng thực hiện/ phân tích/ tổng hợp/ đánh giá.0 2 Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần 1.5 hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế. Khả năng cải tiến và phát triển.5 Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm 0. 3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài.0 4 Sản phẩm cụ thể của ĐATN. □ Đƣợc phép bảo vệ.

□ Không đƣợc phép bảo vệ.HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2016. Giảng viên phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP v do an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc --------------------------- PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: “Nghiên cứu và ứng dụng Arduino trong môi trƣờng công nghiệp.” Họ và tên sinh viên: NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 VŨ ĐỨC HUY MSSV: 12146266 CHÂU HOÀNG NAM MSSV: 12146114 A. TT Mục đánh giá Điểm tối Điểm đạt đa đƣợc Hình thức và kết cấu ĐATN.0 1 Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung 0. Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài.0 Tính cấp thiết của đề tài.5 Nội dung ĐATN.0 Kỹ năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và 0.5 kỹ thuật, khoa học xã hội,… Khả năng thực hiện/ phân tích/ tổng hợp/ đánh giá.0 2 Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần 2.0 hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.

Khả năng cải tiến và phát triển.0 Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm 0. 3 Kỹ năng thuyết trình.0 Thuyết trình hiệu quả, tự tin, trình bày rõ ràng, 1.0 mạch lạc, truyền cảm hứng cho người nghe, có khả năng làm việc nhóm. Trả lời câu hỏi phản biện với kiến thức về các vấn 1.5 đề liên quan, hiểu được ảnh hưởng của các giải pháp của mình. Hiểu được trách nhiệm nghề nghiệp và đạo đức 0.

Trang phục chỉnh tề và nghiêm túc.2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP vi do an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao TỔNG ĐIỂM 10. CÁC Ý KIẾN NHẬN XÉT KHÁC.HCM, ngày tháng năm 2016 Ngƣời nhận xét (Ký, ghi rõ họ tên) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP vii do an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao LỜI CAM KẾT Tên đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng Arduino trong môi trƣờng công nghiệp.S Lê Tấn Cƣờng Họ tên sinh viên: Nguyễn Khắc Vũ MSSV: 12146234 Lớp: 12146CLC Địa chỉ sinh viên: Tân Thuận Bình, Chợ Gạo, Tiền Giang. Số điện thoại liên lạc: 0984181929 Email: [e-mail] Họ tên sinh viên: Vũ Đức Huy MSSV: 12146266 Lớp: 12146CLC Địa chỉ sinh viên: Khu Văn Hải, TT Long Thành, Đồng Nai. Số điện thoại liên lạc: 01286592922 Email: [e-mail] Họ tên sinh viên: Châu Hoàng Nam MSSV: 12146114 Lớp: 12146CLC Địa chỉ sinh viên: Tân Thông Hội, Củ Chi, TP.

Số điện thoại liên lạc: 0973511673 Email: [e-mail] Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 26/07/2016 Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện. Chúng tôi không sao chép bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích rõ nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. HCM, ngày 12 tháng 07 năm 2016 ( Ký tên) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP viii do an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập và nghiên cứu nhóm thực hiện đề tài đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp đƣợc giao.

Nhóm em xin chân thành gửi lời cám ơn đến: Ban Giám Hiệu, Các cán bộ công nhân viên nhà trƣờng đã giúp đỡ nhóm em trong suốt thời gian học tập tại trƣờng. Ban Chủ Nhiệm Khoa và các Thầy Cô trong Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao đã dạy nhóm em các kiến thức cơ bản và chuyên ngành. Các bạn cùng đồng hành với em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Đặc biệt xin gửi lời tri ân đến Thầy LÊ TẤN CƢỜNG, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn đề tài đã hỗ trợ cho nhóm em rất nhiều về kiến thức, tài liệu và cơ sở vật chất để nhóm em có thể hoàn thành tốt đề tài.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ix do an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao TÓM TẮT LUẬN VĂN Hiện nay, tự động hóa là một xu hƣớng tất yếu và là xu hƣớng có triển vọng rất lớn. Nhƣng với đặc trƣng là một hệ thống tích hợp nhiều công nghệ hiện đại nên giá thành rất cao gây ra nhiều khó khăn trong việc tiếp cận cũng nhƣ thực hiện trong thực tế. Với mong muốn ứng dụng những gì đã học vào thực tế cũng nhƣ bắt kịp xu thế của thế giới nên nhóm đã chọn đề tài “ Nghiên cứu và ứng dụng Arduino trong môi trƣờng công nghiệp “. Với hi vọng ứng dụng những công nghệ mới, vừa có giá thành phù hợp chúng tôi hi vọng đề tài của nhóm sẽ tạo ra một hệ thống điều khiển thông minh với độ tin cậy cao và giá thành phù hợp với yêu cầu thực tế.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP x do an Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lƣợng Cao MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN. Error! Bookmark not defined. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN. Error! Bookmark not defined.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN. iii NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN PHẢN BIỆN. iiii LỜI CAM KẾT. viii LỜI CẢM ƠN.

viiix TÓM TẮT LUẬN VĂN .xi DANH MỤC BẢN BIỂU .xiv DANH MỤC HÌNH VẼ .xiv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. xvii CHƢƠNG I: TỔNG QUAN .1 Lý do chọn đề tài .2 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu .3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới .2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc .