Đồ án thiết kế và thi công hộp thông minh Smart Cube tại HCMUTE

Đồ án nghiên cứu hcmute thiết kế thi và thi công hộp thông minh smart cube, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

đồ án tốt nghiệp

2018

98
1
0

Phí lưu trữ

35 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

1.3. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

1.4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.6. NỘI DUNG ĐỀ TÀI

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. INTERNET OF THINGS

2.2. Mô hình hệ thống IoTs

2.3. VI ĐIỀU KHIỂN

2.3.1. Kit STM32F4 Discovery

2.3.2. Kit Arduino Nano

2.4. MẠCH GMS GPRS GPS A7

2.4.1. Giới thiệu chung

2.4.2. Thông số kỹ thuật

2.5. MÀN HÌNH GLCD 3.2-INCH TFT - ILI9325

2.5.1. Giới thiệu chung

2.5.2. Thông số kỹ thuật

2.6. ỨNG DỤNG WEB SERVICE

2.6.1. Tổng quan về web service

2.6.2. Đặc điểm của Dịch vụ Web

2.7. PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN DỮ LIỆU

2.8. THIẾT BỊ PHẦN CỨNG

2.8.1. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11

2.8.2. Cảm biến khí gas MQ2

3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ THIẾT KẾ

3.2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG

3.3. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

3.3.1. Sơ đồ khối phần cứng toàn hệ thống

3.3.2. Trạm cảm biến trung tâm

3.3.3. Trạm cảm biến A, B

3.3.4. Khối điều khiển và hiển thị toàn hệ thống

3.3.5. Khối lưu trữ dữ liệu và website hiển thị

3.3.6. Robot xe “Smart Car”

3.3.7. Thiết kế khung hộp, mạch in các trạm

3.4. THIẾT KẾ PHẦN MỀM

3.4.1. Chức năng hoạt động của phần mềm

4. CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

4.1. MẠCH THI CÔNG

4.2. KẾT QUẢ HỆ THỐNG ĐẠT ĐƯỢC

5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.1. KẾT LUẬN

5.2. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

5.3. HƯỚNG PHÁT TRIỂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Thiết kế Hộp Thông Minh Smart Cube

Phần này tập trung vào khía cạnh thiết kế hộp thông minh Smart Cube. Đề tài nghiên cứu thiết kế hộp thông minh nhằm mục đích quản lý và điều khiển các thiết bị điện trong nhà. Thiết kế Smart Cube bao gồm việc lựa chọn các linh kiện điện tử phù hợp, xây dựng mạch điện, và lập trình vi điều khiển để thực hiện các chức năng mong muốn. Thiết kế phần cứng của Smart Cube tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Thiết kế phần mềm bao gồm việc phát triển giao diện người dùng thân thiện, dễ sử dụng trên cả ứng dụng Android và web service "www.ga". Thiết kế hộp thông minh tại HCMUTE tận dụng những kiến thức chuyên môn và công nghệ hiện đại. Việc thiết kế Smart Cube cho phép tích hợp nhiều tính năng thông minh. Thiết kế hộp thông minh giárẻ là một trong những mục tiêu quan trọng, giảm chi phí lắp đặt và vận hành.

1.1. Lựa chọn linh kiện và thiết kế mạch điện

Việc lựa chọn linh kiện phù hợp cho thiết kế hộp thông minh là rất quan trọng. Đề tài sử dụng các cảm biến như DHT11 (đo nhiệt độ, độ ẩm), MQ2 (khí gas), kết hợp với vi điều khiển STM32F407 và Arduino Nano. Thiết kế mạch điện đảm bảo sự hoạt động ổn định và chính xác của các cảm biến. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11cảm biến khí gas MQ2 được lựa chọn dựa trên độ chính xác, độ tin cậy và chi phí hợp lý. Mạch GMS GPRS GPS A7 được sử dụng cho khả năng kết nối và định vị. Thiết kế mạch in đảm bảo độ bền và tính thẩm mỹ cho sản phẩm. Thiết kế hộp thông minh chất lượng cao đòi hỏi sự tỉ mỉ trong từng chi tiết. Giải pháp hộp thông minh được tối ưu về hiệu suất, tiết kiệm năng lượng. Công nghệ hộp thông minh được ứng dụng triệt để. Thiết kế Smart Cube chú trọng đến khả năng mở rộng và tích hợp các chức năng mới trong tương lai. Lập đặt hộp thông minh đơn giản, dễ dàng.

1.2. Phát triển phần mềm và giao diện người dùng

Phần mềm điều khiển hộp thông minh được phát triển trên nền tảng Android và web service. Ứng dụng Android cho phép người dùng theo dõi dữ liệu từ xa, điều khiển các thiết bị điện. Web service "www.ga" cung cấp giao diện trực quan, dễ dàng truy cập từ nhiều thiết bị khác nhau. Chức năng hộp thông minh được thể hiện rõ ràng trên giao diện. Thiết kế giao diện người dùng thân thiện và trực quan, dễ dàng sử dụng cho mọi đối tượng. Ứng dụng Smart Cube trong giáo dụcứng dụng Smart Cube trong công nghiệp đều được nghiên cứu. Hộp thông minh tích hợp IoT cho phép kết nối và tương tác với các thiết bị khác trong mạng lưới. Hộp thông minh điều khiển từ xa mang lại sự tiện lợi cho người dùng. Hộp thông minh tự động giúp tiết kiệm năng lượng. Bảo trì hộp thông minh đơn giản. Dịch vụ thiết kế hộp thông minh được cung cấp nhằm hỗ trợ cho việc phát triển ứng dụng.

II. Thi công và thử nghiệm

Phần này trình bày quá trình thi công hộp thông minh Smart Cube. Quá trình thi công bao gồm việc lắp ráp các linh kiện, kiểm tra mạch điện, và cài đặt phần mềm. Thi công Smart Cube tại HCMUTE tuân thủ các quy trình kỹ thuật nghiêm ngặt. Thi công hộp thông minh đòi hỏi sự chính xác và cẩn thận. Dịch vụ thi công hộp thông minh đảm bảo chất lượng sản phẩm. Mạch thi công được mô tả chi tiết trong báo cáo. Kết quả hệ thống đạt được đáp ứng các yêu cầu đề ra. Hộp thông minh an toàn là ưu tiên hàng đầu trong quá trình thi công. Hộp thông minh thông minh thể hiện qua hiệu quả hoạt động.

2.1. Quá trình lắp ráp và kiểm tra

Quá trình lắp ráp các linh kiện được thực hiện theo đúng sơ đồ mạch điện. Việc kiểm tra mạch điện đảm bảo hộp thông minh hoạt động ổn định. Thi công hộp thông minh chất lượng cao đòi hỏi sự chính xác trong từng bước. Case study hộp thông minh được sử dụng để đánh giá hiệu quả của quá trình thi công. Bài viết về hộp thông minh đưa ra các kinh nghiệm thực tiễn. Video hướng dẫn sử dụng hộp thông minh hỗ trợ người dùng. Hội đáp về hộp thông minh giải đáp các thắc mắc của người dùng. So sánh các loại hộp thông minh giúp người dùng lựa chọn sản phẩm phù hợp. Xu hướng hộp thông minh được cập nhật liên tục. Tương lai của hộp thông minh tiềm năng to lớn. Mua hộp thông minh ở đâu là câu hỏi được nhiều người quan tâm. Nhà cung cấp hộp thông minh uy tín đảm bảo chất lượng sản phẩm. Hộp thông minh giá rẻ ngày càng được nhiều người sử dụng. Hộp thông minh điều khiển từ xa được đánh giá cao về tiện ích.

2.2. Phân tích kết quả và đánh giá

Kết quả thử nghiệm cho thấy hộp thông minh Smart Cube hoạt động hiệu quả. Dữ liệu thu thập được từ các cảm biến chính xác và tin cậy. Hộp thông minh HCMUTE đạt được các mục tiêu đề ra. Smart Cube giá cả hợp lý. Smart Cube chất lượng cao đáp ứng nhu cầu của người dùng. Smart Cube HCMUTE giá cả cạnh tranh trên thị trường. Đặt hàng hộp thông minh dễ dàng thông qua các kênh phân phối. Lợi ích hộp thông minh được thể hiện rõ ràng. Hộp thông minh đơn giản dễ sử dụng. Hộp thông minh đa năng đáp ứng nhiều nhu cầu khác nhau. Dự án tốt nghiệp HCMUTE thành công. Sinh viên HCMUTE đóng góp vào sự phát triển của công nghệ hộp thông minh. Khoa công nghệ thông tin HCMUTE hỗ trợ cho việc nghiên cứu và phát triển hộp thông minh. Trường đại học HCMUTE được ghi nhận về chất lượng đào tạo.

01/02/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang |5 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương này sẽ giới thiệu về các lý thuyết liên qua tới tất cả các vấn đề cần giải quyết trong đề tài (các loại IC, về các chuẩn giao tiếp, về nguyên lý hoạt động và cách điều khiển một số hệ thống phần cứng….1 INTERNET OF THINGS 2.1 Giới thiệu Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là mạng lưới thiết bị kết nối internet viết tắt là IoTs là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính. IoTs đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó. Một vật trong IoTs có thể là một người với một trái tim cấy ghép, một động vật ở trang trại với bộ chip sinh học, một chiếc xe với bộ cảm ứng tích hợp cảnh báo tài xế khi bánh xe xẹp hoặc bất kỳ vật thể tự nhiên hay nhân tạo nào mà có thể gán được một địa chỉ IP và cung cấp khả năng truyền dữ liệu thông qua mạng lưới.

Cho đến nay, IoTs là những liên kết máy-đến-máy trong ngành sản xuất, công nghiệp năng lượng, kỹ nghệ xăng dầu. Khả năng sản phẩm được tích hợp máy đến máy thường được xem như là thông minh.2 Mô hình hệ thống IoTs Bất kỳ một hệ thống IoTs nào cũng được xây dựng lên từ sự kết hợp của 4 lớp sau: - Lớp ứng dụng (Application Layer) - Lớp hỗ trợ dịch vụ và hỗ trợ ứng dụng (Service Support and Application Support Layer) - Lớp mạng (Network Layer) - Lớp thiết bị (Device Layer) Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang |6 Hình 2.1 Mô hình IoTs 2.2 VI ĐIỀU KHIỂN 2.1 Kit STM32F4 Discovery 2.1 Giới thiệu dòng vi điều khiển STM32 STM32 là vi điều khiển do hãng ST Microelectronic sản xuất dựa trên nền tảng lõi vi xử lý ARM Cortex®-M. Là một dòng sản phẩm vi xử điều khiển 32 bit kết hợp các ưu điểm về hiệu suất cao, khả năng xử lý thời gian thực, xử lý tín hiệu số, tiêu thụ ít năng lượng, hoạt động điện áp thấp, trong khi duy trì khả năng tích hợp đầy đủ và dễ dàng phát triển ứng dụng. Vi điều khiển STM32 dựa trên một lõi tiêu chuẩn công nghiệp, có thể sử dụng nhiều công cụ và phần mềm để phát triển ứng dụng.

Điều này làm cho dòng STM32 là sự lựa chọn lý tưởng đối với các dự án nhỏ hoặc cho thiết kế nền tảng. Hiệp tại ngoài thị trường có rất nhiều dòng sản phẩm sử dụng vi điều khiển dòng STM32 như các thế hệ Kit STM32F1, STM32F4. hay có rất nhiều mạch giải mã, nhận dạng giọng nói, xử lý hình ảnh có sử dụng dòng vi điều khiển này có thể kể ra là mạch phần cứng TCP/IP W5500, máy ảnh có ổ đĩa tích hợp vi điều khiển STM32 VS1003 và còn nhiều phần cứng khác nữa. Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang |7 Hình 2.2 Mạch giải mã chứa vi điều khiển STM32 VS1003 - Sự tinh vi Thoạt nhìn thì các ngoại vi của STM32 cũng giống như những vi điều khiển khác, như hai bộ chuyển đổi ADC, FSMC, Timer, I2C, SPI, CAN, USB và RTC.

Tuy nhiên mỗi ngoại vi trên đều có rất nhiều đặc điểm thú vị, ví dụ như bộ ADC 12 bit có tích hợp một cảm biến nhiệt 12oC để tự động hiệu chỉnh khi nhiệt độ thay đổi và hỗ trợ nhiều chế độ chuyển đổi. Mỗi bộ định thời có 4 khối so sánh hình ảnh dùng để bắt sự kiện với tính năng đưa hình ảnh và tạo dạng sóng ở ngõ ra với sô sánh đầu ra, mỗi khối định thời có thể liên kết với các khối định thời khác để tạo ra một mảng các định thời chính xác hơn. Một bộ định thời chuyên hỗ trợ điều khiển động cơ với 6 đầu ra tín hiệu điều biến độ rộng xung PWM với khoảng thời gian được chèn vào giữa hai đầu tín hiệu xuất PWM bù nhau trong điều khiển mạch cầu H lập trình được và một đường ngắt ngõ ra khi phát hiện điều kiện dừng khẩn cấp sẽ buộc tín hiệu PWM sang một trạng thái an toàn đã được cài sẵn. Ngoại vi nối tiếp SPI có một khối kiểm tổng CRC bằng phần cứng cho 8 bit và 16 bit hỗ trợ tích cực cho giao tiếp thẻ nhớ SD hoặc MMC.

STM32 có hỗ trợ thêm tối đa 12 kênh DMA. Mỗi kênh có thể được dùng để truyền dữ liệu đến các thanh ghi ngoại vi hoặc từ các thanh ghi ngoại vi với kích thước từ dữ liệu truyền đi có thể là 8/16 hoặc 32 bit. Mỗi ngoại vi có thể có một bộ điều khiển DMA đi kèm dùng để gửi hoặc truy vấn dữ liệu như yêu cầu. Một bộ phân xử chuỗi nội và ma trận chuỗi tối thiểu hoá sự tranh chấp bus giữa truy cập dữ Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang |8 liệu thông qua CPU và các kênh DMA.

Điều đó cho phép các đơn vị DMA hoạt động linh hoạt, dễ dùng và tự động điều khiển các luồng dữ liệu bên trong vi điều khiển. STM32 là một vi điều khiển tiêu thụ năng lượng thấp và đạt hiệu suất cao. Nó có thể hoạt động ở điện áp 2V, chạy ở tần số 72 MHz và dòng tiêu thụ chỉ có 36mA với tất cả các khối bên trong vi điều khiển đều được hoạt động. Kết hợp với các chế độ tiết kiệm năng lượng của Cortex, STM32 chỉ tiêu thụ 2μA khi ở chế độ Standby.

Một bộ dao động nội RC 8 MHz cho phép chip nhanh chóng thoát khỏi chế độ tiết kiệm năng lượng trong khi bộ dao động ngoài đang khởi động. Khả năng nhanh đi vào và thoát khỏi các chế độ tiết kiệm năng lượng làm giảm nhiều sự tiêu thụ năng lượng tổng thể. - Khả năng an toàn Ngày nay các ứng dụng hiện đại thường phải hoạt động trong môi trường khắt khe, đòi hỏi tính an toàn cao, cũng như đòi hỏi sức mạnh xử lý và càng nhiều thiết bị ngoại vi. Để đáp ứng các yêu cầu 13 khắt khe đó, STM32 cung cấp một số tính năng phần cứng hỗ trợ các ứng dụng một cách tốt nhất.

Chúng bao gồm một bộ phát hiện điện áp thấp, một hệ thống bảo vệ xung Clock và hai bộ Watchdogs. Bộ đầu tiên là một Watchdog cửa sổ. Watchdog này phải được làm tươi trong một khung thời gian xác định. Nếu nhấn nó quá sớm, hoặc quá muộn, thì Watchdog sẽ kích hoạt.

Bộ thứ hai là một Watchdog độc lập, có bộ dao động bên ngoài tách biệt với xung nhịp hệ thống chính. Hệ thống bảo vệ xung nhịp có thể phát hiện lỗi của bộ dao động chính bên ngoài, thường là thạch anh và tự động chuyển sang dùng bộ dao động nội RC 8 MHz. - Tính bảo mật Một trong những yêu cầu khắt khe khác của thiết kế hiện đại là nhu cầu bảo mật mã chương trình để ngăn chặn sao chép trái phép phần mềm. Bộ nhớ Flash của STM32 có thể được khóa để chống truy cập đọc Flash thông qua cổng gỡ lỗi.

Khi tính năng bảo vệ đọc được kích hoạt, bộ nhớ Flash cũng được bảo vệ chống ghi để ngăn chặn mã không tin cậy được chèn vào bảng vector ngắt. Hơn nữa bảo vệ ghi có thể được cho phép trong phần còn lại của bộ nhớ Flash. STM32 cũng có một đồng hồ thời gian thực và một khu vực nhỏ dữ liệu trên SRAM được nuôi nhờ nguồn pin. Khu vực này có một đầu vào chống giả mạo, có thể kích hoạt một sự Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang |9 kiện ngắt khi có sự thay đổi trạng thái ở đầu vào này.

Ngoài ra một sự kiện chống giả mạo sẽ tự động xóa dữ liệu được lưu trữ trên SRAM được nuôi bằng nguồn pin. - Phát triển phần mềm Các công cụ phát triển cho ARM hiện có đã được hỗ trợ tập lệnh Thumb-2 và dòng Cortex. Ngoài ra ST cũng cung cấp một thư viện điều khiển thiết bị ngoại vi, một bộ thư viện phát triển USB như là một thư viện ANSI C và mã nguồn tương thích với các thư viện trước đó được công bố cho vi điều khiển STR7 và STR9. Có rất nhiều hệ điều hành thời gian thực RTOS mã nguồn mở và thương mại và middleware (TCP/IP, hệ thống tập tin, v.) hỗ trợ cho họ Cortex.

Dòng Cortex-M3 cũng đi kèm với một hệ thống gỡ lỗi hoàn toàn mới gọi là CoreSight. Truy cập vào hệ thống CoreSight thông qua cổng truy cập gỡ lỗi, cổng này hỗ trợ kết nối chuẩn JTAG hoặc giao diện 2 dây, cũng như cung cấp trình điều khiển chạy gỡ lỗi, hệ thống CoreSight trên STM32 cung cấp hệ thống điểm truy cập và một công cụ theo dõi. Công cụ này có thể gửi thông tin về ứng dụng được lựa chọn đến công cụ gỡ lỗi. Điều này có thể cung cấp thêm các thông tin gỡ lỗi và cũng có thể được sử dụng trong quá trình thử nghiệm phần mềm.

STM32 có sẵn một bộ thư viện ngoại vi chuẩn và mẫu, ví dụ hỗ trợ lập trình mà không cần kiến thức chuyên sâu hay hiểu rõ datasheet của chip, giúp nhanh chóng tập trung vào việc viết chương trình, tiết kiệm thời gian phát triển sản phẩm.2 Giới thiệu kit STM32F4 Discovery Đồ án sử dụng Kit STM32F407VG Discovery để thu thập dữ liệu từ các cảm biến và điều khiển thiết bị điện. Bộ kit STM32F4-DISCOVERY với vi điều khiển hiệu suất cao STM32F407VGT6, cho phép người dùng dễ dàng phát triển các ứng dụng xử lý tín hiệu số (ADC, Digital…). Nó bao gồm một công cụ ST-LINK tích hợp sẵn trên bảng mạch giúp nạp chương trình, gỡ lỗi nhanh chóng. Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP T r a n g | 10 Hình 2.3 Kit STM32F407VG Discovery Các tính năng chính - Vi điều khiển 32-bit ARM Cortex®-M4 STM32F407VGT6 với lõi FPU hỗ trợ xử lý tính toán dấu phẩy động, 1-MB bộ nhớ Flash, 192 Kbyte RAM.

- On-board ST-LINK/V2 trên STM32F4-DISCOVERY giúp nạp chương trình, gỡ lỗi. - Nguồn điện cung cấp cho bảng mạch: thông qua cổng USB hoặc từ một nguồn cung cấp điện áp 5V bên ngoài. - Từ bảng mạch, có thể cấp nguồn 3,3 V và 5 V cho các ứng dụng.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Bài viết "Thiết kế và thi công hộp thông minh Smart Cube tại HCMUTE" giới thiệu về quy trình thiết kế và thi công một sản phẩm công nghệ hiện đại, mang lại nhiều lợi ích cho người dùng. Smart Cube không chỉ là một sản phẩm thông minh mà còn thể hiện sự sáng tạo và khả năng ứng dụng công nghệ trong đời sống hàng ngày. Bài viết nhấn mạnh các bước thực hiện, từ ý tưởng ban đầu đến sản phẩm hoàn thiện, giúp độc giả hiểu rõ hơn về quy trình phát triển sản phẩm công nghệ.

Nếu bạn quan tâm đến các dự án thiết kế và chế tạo khác tại HCMUTE, hãy khám phá thêm về Hcmute thiết kế và chế tạo cán dao tiện có dao động hỗ trợ, nơi bạn sẽ tìm thấy những ứng dụng thực tiễn trong ngành cơ khí. Ngoài ra, bài viết về Hcmute thiết kế chế tạo máy in 3d theo phương pháp stereolithography sla sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về công nghệ in 3D, một lĩnh vực đang phát triển mạnh mẽ. Cuối cùng, đừng bỏ lỡ Đồ án hcmute thiết kế chế tạo xe điện tiện ích cho người khuyết tật chân, một dự án thể hiện sự quan tâm đến cộng đồng và ứng dụng công nghệ để cải thiện cuộc sống. Những liên kết này sẽ mở ra cho bạn nhiều góc nhìn và kiến thức bổ ích về thiết kế và công nghệ.