HàC VIÆN CÔNG NGHÆ B¯U CHÍNH VIÄN THÔNG TRÄN ĐÌNH Đ¾T NGHIÊN CĀU PHÁT TRIÂN MÔ-ĐUN IoT GATEWAY VÀ ĀNG DĀNG MÁY NÂU N THÔNG MINH ĐÀ ÁN TÞT NGHIÆP TH¾C S) KỸ THUÀT (Theo định hướng ứng dụng) TP.Hà CHÍ MINH - NM 2023 HàC VIÆN CÔNG NGHÆ B¯U CHÍNH VIÄN THÔNG TRÄN ĐÌNH Đ¾T NGHIÊN CĀU PHÁT TRIÂN MÔ-ĐUN IoT GATEWAY VÀ ĀNG DĀNG MÁY NÂU N THÔNG MINH Chuyên ngành : HÇ thßng thông tin Mã sß : 8.04 ĐÀ ÁN TÞT NGHIÆP TH¾C S) KỸ THUÀT (Theo định hướng ứng dụng) NG¯âI H¯àNG DÀN KHOA HàC TS. CHUNG TÂN LÂM TP.Hà CHÍ MINH - NM 2023 i LâI CAM ĐOAN Tôi cam đoan rằng đề án “Nghiên cāu phát triÃn mô-đun IoT gateway và āng dāng máy nÃu n thông minh= là công trình nghiên cāu cÿa chính tôi. Tôi cam đoan sản ph¿m mô-đun Iot gateway ch°a từng đ°ợc ai công bß trong bất cā công trình nào khác. Các sß liệu, kết quả đ°ợc trình bày là trung thực.
Các sản ph¿m, nghiên cāu đ°ợc trích dÁn đầy đÿ trong danh mục tài liệu tham khảo theo đúng quy đßnh. Há Chí Minh, ngày 16 tháng 10 nm 2023 Hác viên thực hiÇn luÁn vn TrÅn Đình Đ¿t ii LâI CÀM ¡N Trong quá trình thực hiện luận vn, tôi xin kính tỏ lòng biết ¡n chân thành và sự kính tráng sâu sắc đến ThÅy TS. Thầy đã dành rất nhiều thãi gian và công sāc trong để hỗ trợ tôi. Nhã sự h°áng dÁn tận tình, những kiến thāc chuyên môn, tạo mái điều kiện tßt nhất từ Thầy đã giúp ích tôi rất nhiều trong sußt quá trình thực hiện đề án.
Trong sußt quá trình hác và nghiên cāu tại tr°ãng Hác viện Công nghệ B°u chính Viễn thông c¡ så TP Há Chí Minh. Tôi đ°ợc hác tập trong mßt môi tr°ãng chuyên nghiệp, tại đây tôi nhận đ°ợc chỉ dạy tận tình từ các quý Thầy, cô Hác viện. Những kiến thāc mà Thầy cô truyền đạt giúp ích tßi rất nhiều trong hác tập và công việc cÿa tôi sau này. Vái tất cả sự kính tráng, tôi xin gửi lãi cảm ¡n chân thành nhất đến Ban Giám Đßc, Phòng Đào T¿o Sau Đ¿i hác Hác viÇn Công nghÇ B°u chính ViÅn Thông c¢ så TP.
Hß Chính Minh, Quý ThÅy cô giảng dạy đã tạo mái điều kiện thuận lợi và c¡ så vật chất tßt nhất cho tôi trong sußt quá tình hác tập tại tr°ãng. Mặc dù bản thân đã bỏ nhiều thãi gian tìm tòi nghiên cāu và cß gắng thực hiện luận vn này. Tuy nhiên do thãi gian có hạn và kinh nghiệm nghiên cāu còn hạn chế nên không khó tránh đ°ợc sự thiếu sót. Tôi rất mong nhận đ°ợc ý kiến đóng góp cÿa quý Thầy cô cũng nh° phản hái cÿa đáng nghiệp để giúp luận đề án thiện đ°ợc tßt h¡n.
Xin chân thành cảm ¡n! TP. Há Chí Minh, ngày 16 tháng 10 nm 2023 Hác viên thực hiÇn luÁn vn TrÅn Đình Đ¿t iii MĀC LĀC LâI CAM ĐOAN. iii DANH SÁCH BÀNG. v DANH SÁCH HÌNH VẼ.
1 CH¯¡NG 1: GIàI THIÆU TàNG QUAN. Tổng quan về đề tài. Tổng quan về máy nấu n thông minh. Robot nấu ăn cao cấp.
Robot cộng tác trong ngành F&B. Máy nấu ăn tự động. Lý thuyết phần cāng. Bộ điều khiển logic khả trình.
Hệ thống modbus trong công nghiệp .19 Giái thiệu modbus là gì. Lý thuyết phần mềm. Phần mềm Altium Designer. Phần mềm Arduino.
Phần mềm lập trình GX Works2.29 CH¯¡NG 2:NGHIÊN CĀU VÀ THI¾T K¾ MÁY NÂU N THÔNG MINH 31 2. Thiết kế và lắp ráp máy nấu n tự đßng. Nguyên lý vận hành máy nấu ăn thông minh. Quy trình mẫu nấu một món ăn tự động.
Thống kê thiết bị trong bài toán. Thiết kế Mô-đun IoT Gateway. Lập trình truyền thông các tính nng IoT. Kết nối wifi.
Kết nối IoT Gateway với PLC. Lập trình điều khiển trên PLC. Truyền thông MODBUS .59 CH¯¡NG 3: K¾T LUÀN VÀ H¯àNG PHÁT TRIÂN. H°áng phát triển .63 DANH SÁCH CÁC TÀI LIÆU THAM KHÀO.
70 v DANH SÁCH BÀNG Bảng 1.1: Mßt sß °u điểm cobot so vái robot công nghiệp truyền thßng .1: Bảng cấp phát I/O trên PLC và cấp phát Tag trên MX-OPC .40 vi DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Mô-đun IoT ESP32 WROOM .2: Mô-đun IoT Gateway .3: Bß điều khiển khả trình PLC mitsubishi FX3U .4: Phần mềm lập trình GX Works2.1: Robot nấu n cao cấp Moley .2: Cấu trúc c¡ bản cÿa mßt robot cßng tác [10].3: Máy nấu n tự đßng MegCook .4: Trình tự hoạt đßng xử lý cÿa máy nấu n MegCook .5: Board FX3U-24MT.6: S¡ đá kết nßi cấp nguán cho PLC.7: S¡ đá kết nßi cổng vào và cổng ra cho PLC .8: S¡ đá chân cÿa ESP32-WROOM .9: S¡ đá cấu tạo bên trong ESP32 .10: Giao diện thiết kế mạch nguyên lí trên Altium.11: Giao diện thiết kế PCB trên altium .12: Quản lí th° viện trên Altium .13: Phần mềm Arduino.2: Hệ thßng bếp nấu tự đßng [12] .3: Hệ thßng van cấp dầu và n°ác [12] .4: C¡ cấu đóng/må nắp [12] .5: Hệ thßng gia nhiệt dùng Gas [12] .6: Đßng c¡ thực hiện thao tác trßn nguyên liệu [12] .7: C¡ cấu cấp liệu vái 4 hßp nguyên liệu [12] .8: C¡ cấu lật khay nguyên liệu [12] .9: Khßi MCU ESP32 WROOM .10: Khßi nguán DC .11: Ic MC34063AD .13: Khßi tải ch°¡ng trình .14: : Khßi giao tiếp RS485 .15: Ic MAX485ESA+T .16: Khßi kết nßi Ethernet.20: Vß trí các khßi trên mạch PCB.21: : Kích th°ác mạch IoT Gateway .22: Thiết lập khoảng cách an toàn.24: : Quy °ác đß rßng dây dÁn .28: Mạch hoàn thiện sau khi phÿ đáng .29: Kết quả kiểm tra lỗi .30: Hình ảnh 3D mạch IoT GateWay .58 1 PHÄN Mä ĐÄU Tính cÃp thi¿t cÿa đÁ tài Ngày nay, trong xu thế cußc cách mạng công nghiệp lần thā 4 (CMCN 4.0) đang diễn ra sôi đßng trên toàn thế giái, Việt Nam đã và đang tham gia tích cực trên nhiều lĩnh vực khác nhau cÿa xã hßi nh° chính phÿ, truyền thông đại chúng, y hác, khoa hác kỹ thuật, … Trí tuệ nhân tạo cùng vái đô thß thông minh, nhà máy thông minh, cn hß thông minh đang dần đ°ợc xây dựng nền tảng đßnh hình và hoàn thiện. Các công việc không cần thiết sẽ biến mất, con ng°ãi lao đßng tại các khâu sản xuất sẽ dần đ°ợc thay thế båi robot. Và mßt loại robot đặc biệt đ°ợc phát triển trong thãi gian gần đây là robot cßng tác. Robot cßng tác có °u điểm là cấu trúc nhỏ gán, dễ vận hành, có đß tin cậy cao, tiêu thụ điện nng thấp và giá thành rẻ.
Vái những tính nng này khiến Robot rất hiệu quả để áp dụng rßng rãi không chỉ trong công nghiệp mà còn trong dßch vụ và cußc sßng hàng ngày. Khi robot đ°ợc āng dụng trong lĩnh vực nấu n, vấn đề đặt ra là làm cách nào để xây dựng mßt nền tảng có thể quản lý hệ thßng mßt cách hiệu quả. Nền tảng đó cần có các tính nng nh° thu thập dữ liệu từ hệ thßng, kết nßi phần cāng, c¡ så dữ liệu và cài đặt các kết nßi điều hành từ xa. Robot dßch vụ cÿa thể hoạt đßng mßt cách đßc lập thực hiện công việc thay con ng°ãi.Đáp āng nhu cầu khách hàng về cußc sßng tiện ích h¡n.
Xuất phát từ những lý do trên cùng vái sự đáng ý cÿa thầy TS. Chung Tấn Lâm, tôi xin chán đề án: <NGHIÊN CĀU PHÁT TRIÂN MÔ-ĐUN IoT GATEWAY VÀ ĀNG DĀNG MÁY NÂU N THÔNG MINH=, đề án góp phần hiện đại hóa công việc nßi trợ hằng ngày, āng dụng trong các hệ sinh thái nhà thông minh và cußc CMCN 4. 2 Māc đích nghiên cāu Trên thế giái, robot dßch vụ đang đ°ợc nghiên cāu, phát triển và đ°a vào sử dụng ngày càng trå nên phổ biến nh° robot bán hàng tự đßng, robot nấu n, robot chm sóc sāc khỏe cho ng°ãi bệnh, robot hút bụi, robot giữ nhà… Tuy nhiên các kết quả các robot dßch vụ trên xuất hiện d°ái dạng là các sản ph¿m th°¡ng mại vái chi phí khá cao. Việc điều khiển từ xa và thu nhận các dữ liệu từ quá trình xử lý, sử dụng robot hầu nh° không må để có thể truy cập thông tin.
Hệ thßng tích hợp nh° vậy cần đ°ợc nghiên cāu giải mã để xây dựng nền tảng công nghệ nguán phục vụ công cußc chuyển đổi sß trong các lĩnh vực dßch vụ trong mßt đô thß thông minh trong t°¡ng lai sắp tái. Đề án này xây dựng mßt mô hình Robot nấu n thông minh có thể thực hiện các dạng thao tác cß đßnh non-realtime và đ°ợc điều khiển realtime thông qua mô- đun IoT gateway tự thiết kế. Kể từ đó sản ph¿m có thể triển khai thành các mô hình kinh doanh dßch vụ thông minh đem lại hiệu quả cho ng°ãi sử dụng trong các mô hình kinh doanh ¿m thực, nhà thông minh… Đßi t°ÿng và ph¿m vi nghiên cāu Hệ thống máy nấu ăn Tìm hiểu công nghệ hệ thßng thiết bß nấu n tự đßng vái các hoạt đßng giả đßnh vái các c¡ cấu chấp hành nh° sau: - Hệ thßng điều khiển nắp - Hệ thßng trßn - Hệ thßng gia nhiệt - Hệ thßng cấp liệu: Máy nấu n sẽ có 4 khay chāa nguyên liệu đã đ°ợc s¡ chế tr°ác. - Máy nấu n đ°ợc mô phỏng d°ái dạng cái nút nhấn và đèn.
Phần cứng hệ thống Mô-đun IoT Gateway: Mô-đun này đ°ợc thiết kế chuyên dùng: trên c¡ så sử dụng mô-đun IoT ESP32 WROOM ta thiết kế các giao tiếp truyền thông I2C, SPI, RS232, RS485, LAN, WIFI, BLE.1: Mô-đun IoT ESP32 WROOM Mô-đun IoT Gateway là mßt thiết bß hoặc phần mềm trung gian giữa các thiết bß và cảm biến trong mạng Internet of Things (IoT) và các hệ thßng trung tâm nh° máy chÿ, āng dụng đám mây, SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), hoặc các hệ thßng quản lý dữ liệu. Chāc nng chính cÿa mô-đun IoT Gateway là thu thập, xử lý và chuyển tiếp dữ liệu từ các thiết bß IoT đến n¡i xử lý và l°u trữ dữ liệu. • Chāc Nng Chính: - Thu Thập Dữ Liệu: Mô-đun IoT Gateway thu thập dữ liệu từ các thiết bß và cảm biến trong mạng IoT. Dữ liệu này có thể bao gám thông tin về nhiệt đß, đß ¿m, áp suất, vß trí, trạng thái và các dữ liệu cảm biến khác.
- Xử Lý Dữ Liệu: Mô-đun này th°ãng có khả nng xử lý dữ liệu tr°ác khi chuyển tiếp đi. Điều này có thể bao gám việc lác dữ liệu, thực hiện tính toán c¡ bản, tổng hợp thông tin từ nhiều nguán, hay chuyển đổi dữ liệu thành đßnh dạng phù hợp cho hệ thßng đích. - Chuyển Tiếp Dữ Liệu: Dữ liệu sau khi đ°ợc xử lý sẽ đ°ợc chuyển tiếp đến các n¡i nh° máy chÿ, āng dụng đám mây, hệ thßng SCADA, hoặc các hệ thßng quản lý dữ liệu để l°u trữ, phân tích, và hiển thß.