Đồ án Thiết kế và thi công hệ thống bảng led matrix điều khiển bằng app android

LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là công trình do bản thân nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và dưới sự hướng dẫn của ThS.Phan Vân Hoàn. Các số liệu trong đề tài được nhóm thu thập và không sao chép từ tài liệu hay công trình nào khác. Người thực hiện đề tài Trần Châu Phong Nguyễn Minh Đức LỜI CẢM ƠN Sau hơn một thời gian thực hiện, nhóm đã may mắn hoàn thành được đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG BẢNG LED MATRIX ĐIỀU KHIỂN BẰNG APP ANDROID”, để có thể đạt được thành quả trên ngoài sự cố gắng của từng thành viên trong nhóm còn có sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè, các thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử. Nhóm thực hiện xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Thầy ThS. Phan Vân Hoàn là người trực tiếp hướng dẫn nhóm trong suốt quá trình thực hiện. Cảm ơn Thầy đã giành thời gian quý báu để hướng dẫn nhóm, hỗ trợ và góp ý đưa ra hướng giải quyết mỗi khi nhóm gặp khó khăn. Bên cạnh đó, nhóm cũng cảm ơn những kiến thức mà thầy cô đã truyền đạt trong suốt những năm học tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM để từ đó nhóm có cơ sở để vận dụng hoàn thiện nên đồ án tốt nghiệp này. Nhóm em cũng chân thành gửi lời cảm ơn đến những người bạn sinh viên khoa Điện - Điện tử đã cùng đồng hành và hổ trợ trong quá trình học tập, đã cùng cố gắng, cùng nhau tạo động lực để nhóm để có thể hoàn thành tốt đề tài này. Xin trân trọng cảm ơn! Người thực hiện đề tài Trần Châu Phong Nguyễn Minh Đức BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 2 MỤC LỤC Trang bìa ........................................................................................................................ i Nhiệm vụ đồ án ............................................................................................................. ii Lịch trình ..................................................................................................................... iii Cam đoan ..................................................................................................................... v Lời cảm ơn ................................................................................................................... vi Mục lục ....................................................................................................................... vii Liệt kê hình vẽ .............................................................................................................. x Liệt kê bảng vẽ ...xii Tóm tắt ...................................................................................................................... xiii CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................ 1 1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu ............................................................................................................. 2 1.3. Giới hạn .............................................................................................................. 2 1.4. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 2 1.5. Bố cục ................................................................................................................ 3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 4 2.1 Các chuẩn giao tiếp ............................................................................................ 4 2.1 Giới thiệu về mạng không dây ........................................................................ 4 2.1.2 Chuẩn giao tiếp UART ................................................................................. 5 2.1.3 Chuẩn giao truyền UDP ............................................................................... 6 2.1.4 Chuẩn giao tiếp 1 dây ................................................................................... 6 A Giới thiệu chuẩn giao tiếp 1 dây .................................................................. 6 B Cách thức hoạt động .................................................................................... 7 2.1.5 Phương pháp quét Module Led Matrix P5 RGB .......................................... 8 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 3 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ. ................................................ 16 3.1 Giới thiệu .......................................................................................................... 16 3.2 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ............................................................................. 16 3.3 Tính toán và thiết kế mạch ................................................................................ 18 3.3.1 Khối xử lý trung tâm .................................................................................. 18 A Chức năng ................................................................................................. 18 B Lựa chọn linh kiện ..................................................................................... 18 C Thông số kỹ thuật ...................................................................................... 19 D Tính toán thiết kế mạch ............................................................................. 22 E Vẽ sơ đồ nguyên lý khối ............................................................................ 22 F Giải thích sơ đồ khối .................................................................................. 23 3.3.2 Khối thu thập và xử lý dữ liệu .................................................................... 23 A Chức năng ................................................................................................. 23 B Lựa chọn linh kiện ..................................................................................... 23 C Thông số kỹ thuật ...................................................................................... 24 D Tính toán thiết kế mạch ............................................................................. 24 E Vẽ sơ đồ nguyên lý khối ............................................................................ 25 F Giải thích sơ đồ khối .................................................................................. 26 3.3.3 Khối nhiệt độ và độ ẩm ................................................................................ 26 A Chức năng ................................................................................................. 26 B Lựa chọn linh kiện ..................................................................................... 27 C Thông số kỹ thuật ...................................................................................... 27 D Tính toán thiết kế mạch ............................................................................. 27 E Vẽ sơ đồ nguyên lý khối ............................................................................ 27 F Giải thích sơ đồ khối .................................................................................. 27 3.3.4 Khối hiển thị................................................................................................. 28 A Chức năng ................................................................................................. 28 B Lựa chọn linh kiện ..................................................................................... 28 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 4 C Thông số kỹ thuật ...................................................................................... 30 D Tính toán thiết kế mạch ............................................................................. 31 E Vẽ sơ đồ nguyên lý khối ............................................................................ 32 F Giải thích sơ đồ khối .................................................................................. 33 3.3.5 Khối nguồn ................................................................................................... 33 A Chức năng ................................................................................................. 33 B Lựa chọn linh kiện ..................................................................................... 33 C Thông số kỹ thuật ...................................................................................... 35 D Tính toán thiết kế mạch ............................................................................. 35 3.5 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ............................................................................... 35 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ...................................................... 37 4.1 Giới thiệu. .......................................................................................................... 37 4.2 Thi công hệ thống ............................................................................................... 37 4.2.1 Thi công bo mạch ............................................................................................ 37 4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra .......................................................................................... 38 4.3 Thi công mô hình ................................................................................................ 39 4.4 Lập trình hệ thống ............................................................................................... 40 4.4.1 Lưu đồ và giải thuật ....................................................................................... 40 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ........................................................... 54 4.4.3 Phần mềm lập trình trên điện thoại ................................................................ 59 4.4.4 Phần mềm lập trình trên ESP8266 ................................................................. 62 4.5 Tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác ................................................................. 65 4.5.1 Hướng dẫn sử dụng phần cứng ...................................................................... 65 4.5.2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm ...................................................................... 65 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................. 72 5.1 Kết quả ............................................................................................................... 72 5.1.1 Giao diện App Android và trên hệ thống ........................................................ 72 5.1.2 Mạch chạy thực tế ............................................................................................ 81 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 5 5.2 Nhận xét .............................................................................................................. 82 5.3 Đánh giá .............................................................................................................. 82 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. ........................... 84 6.1 Kết luận. .............................................................................................................. 84 6.2 Hướng phát triển ................................................................................................. 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHU LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 6 LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Kiến trúc một mô hình IOT điển hình .......................................................... 4 Hình 2.2: Mô hình hệ thống Wifi trong nhà ................................................................. 5 Hình 2.3: Hệ thống truyền dữ liệu bất đồng bộ............................................................. 6 Hình 2.4: Khung truyền dữ liệu của chuẩn giao tiếp UART ........................................ 6 Hình 2.5: Hình ảnh thực tế của STM32H7 ................................................................... 8 Hình 2.6: Sơ đồ khối của vi điều khiển STM32H743................................................... 10 Hình 2.7 Ảnh thực tế của NodeMCU ESP8266 ............................................................ 11 Hình 2.8: Sơ đồ chân của NodeMCU ESP8266 ........................................................... 11 Hình 2.9: Giao tiếp giữa ESP8266 với STM32H743 ................................................... 12 Hình 2.10: Hình ảnh thực tế của DHT11 ...................................................................... 12 Hình 2.11: Ứng dụng bảng LED MATRIX full color trong quảng cáo ....................... 13 Hình 2.12: Hình ảnh thực tế của Module P5 ................................................................. 14 Hình 2.13: Sơ đồ chân của Module LED MATRIX P5 ................................................ 15 Hình 2.14: Sơ đồ chân DATA-OUT của Module LED MATRIX P5 .......................... 16 Hình 3.1: Sơ đồ khối toàn hệ thống .............................................................................. 19 Hình 3.2: Sơ đồ chân của AMS1117 ............................................................................ 20 Hình 3.3: Nguồn tổ ong 5VDC - 40A ........................................................................... 21 Hình 3.4: Bố trí các Module LED P5 ............................................................................ 22 Hình 3.5: Sơ đồ kết nối Module P5 với STM32H743 .................................................. 23 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ........................................................................... 23 Hình 4.1: Mạch in sau khi vẽ ........................................................................................ 25 Hình 4.2: Kích thước khung sắt .................................................................................... 26 Hình 4.3: Lưu đồ khối toàn hệ thống ............................................................................ 27 Hình 4.4: Lưu đồ khối của ESP8266 ............................................................................ 28 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 7 Hình 4.5: Lưu đồ khối của vi điều khiển STM32H743 ................................................ 29 Hình 4.6: Biểu tượng phần mềm KeilC ........................................................................ 30 Hình 4.7: Tạo project mới trên STM32CubeMx .......................................................... 30 Hình 4.8: Cấu hình chip trên STM32CubeMx .............................................................. 31 Hình 4.9: Cấu hình xung nhịp trên STM32CubeMx .................................................... 31 Hình 4.10: Cấu hình ngoại vi trên STM32CubeMx...................................................... 32 Hình 4.11: Tạo code trên STM32CubeMx ................................................................... 32 Hình 4.12: Giao diện phần mềm KeilC ......................................................................... 33 Hình 4.13: Thiết lập cấu hình cho KeilC ...................................................................... 33 Hình 4.14: Buil và nạp code lên chip ............................................................................ 34 Hình 4.15: Logo hệ điều hành Android ........................................................................ 34 Hình 4.16: Logo phần mềm Android Studio ................................................................. 35 Hình 4.17: Giao diện phần mềm Android Studio ......................................................... 35 Hình 4.18: Logo phần mềm Arduino ............................................................................ 36 Hình 4.19: Giao diện phần mềm Arduino ..................................................................... 37 Hình 4.20: Bước nhập thư viện cho Arduino ................................................................ 37 Hình 4.21: Bước nhập thư viện cho Arduino ................................................................ 38 Hình 4.22: Bước nhập thư viện cho Arduino ................................................................ 38 Hình 4.23: Wifi ............................................................................................................. 39 Hình 4.24: App đồ án .................................................................................................... 39 Hình 4.25: Giao diện màn hình chính ........................................................................... 40 Hình 4.26: Giao diện của Text ...................................................................................... 40 Hình 5.1: Giao diện màn hình chính của App ............................................................... 41 Hình 5.2: Giao diện của Paint và giao diện nút điều khiển trò chơi ............................ 42 Hình 5.3: Giao diện đồng hồ và giao diện nhiệt độ ...................................................... 42 Hình 5.4: Giao diện thay đổi độ sáng và giao diện hình ảnh ........................................ 43 Hình 5.5: Giao diện Text và giao diện Effect ............................................................... 43 Hình 5.6: Giao diện Video ............................................................................................ 44 Hình 5.7: Kết quả mặt trước của hệ thống .................................................................... 44 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 8 Hình 5.8: Kết quả mặt sau của hệ thống ....................................................................... 45 LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Thông tin ngoại vi của vi điều khiển STM32H743.8 Bảng 2.2: Kết nối giữa STM32H743 với ESP8266.12 Bảng 2.3: Các thông số kỹ thuật của Module LED P5 14 Bảng 2.4: Các thông số của các chân A, B, C, D quét hàng17 Bảng 3.1: Kết nối giữa STM32H743 với Module LED P5 22 Bảng 4.1: Danh sách linh kiện sử dụng trong mạch .. 25 Bảng 4.2: Cấu tạo một project trong Android Studio... .. 36 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 9 TÓM TẮT Ngày nay với sự phát triển của xã hội cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, cho nên nhu cầu về thông tin trở nên thiết yếu đối với con người trong cuộc sống cũng như trong hoạt động sản xuất kinh doanh. Việc đưa thông tin quảng cáo đến với người tiêu dùng,đến với xã hội trở nên dễ dàng và nhanh chóng. Thông qua nhiều hình thức quảng cáo khác nhau mà các doanh nghiệp giới thiệu sản phẩm của mình đến mọi người. Trong nhiều hình thức đa dạng của thông tin quảng cáo như báo, đài, tivi,tờ rơi, áp phích thì việc dùng bảng thông tin điện tử là một cách đơn giản và hiệu quả để quảng cáo. Chúng ta bắt gặp rất nhiều bảng thông tin như vậy trong thực tế. Khi đi vào một hiệu sách, bạn có thể biết được hiệu sách đó bán loại sách gì, giá cả ra sao là nhờ vào bảng đèn quang báo rất bắt mắt trước cửa hiệu. Hoặc khi vào sân bay, bạn biết được giờ giấc các chuyến bay, các thông báo ngắn của phi trường, cũng là nhờ vào quang báo. Và khi đi trên đường phố lúc về đêm, bạn sẽ bắt gặp cùng với ánh đèn màu là rất nhiều các bảng quang báo lớn với các hình ảnh sinh động như ly bia Tiger đang trào bọt, hay các hình ảnh, logo hiện lên với đủ kiểu (từ trên xuống, từ trái sang..). Với mong muốn giới thiệu những ứng dụng cơ bản và thiết yếu trong đời sống hiện đại và để mọi người biết đến một vài ứng dụng cụ thể cũng như tầm quan trọng của các hệ đèn quảng cáo, nhóm chúng em đã tìm hiểu và đưa ra mô hình "THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG BẢNG LED MATRIXĐIỀU KHIỂN BẰNG APP ANDROID". Mô hình gồm có chức năng chính bao gồm: ⚫ Điều khiển hiển thị hình ảnh, chữ có dấu, hiệu ứng, thời gian, video, trò chơi, nhiệt độ và độ ẩm. ⚫ Thiết bị sử dụng module STM32H743 làm vi điều khiển trung tâm để điều khiển các module mở rộng như module NodeMCU ESP8266, DHT11 và Module Led hiển thị như Module P5. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 1 Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ