Đồ án Thiết kế và thi công khung ảnh điện tử

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG KHUNG ẢNH ĐIỆN TỬ GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC SƠN SVTH: VÕ VĂN TÀI 15141274 TRẦN VÕ PHƯỚC ĐẠT 15141128 Tp. Hồ Chí Minh - 07/2019 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG KHUNG ẢNH ĐIỆN TỬ GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC SƠN SVTH: VÕ VĂN TÀI 15141274 TRẦN VÕ PHƯỚC ĐẠT 15141128 Tp. Hồ Chí Minh - 07/2019 ii TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày 10 tháng 06 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Võ Văn Tài MSSV: 15141274 Trần Võ Phước Đạt MSSV: 15141128 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2015 Lớp: 15141DT1A I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG KHUNG ẢNH ĐIỆN TỬ II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: • Phan Văn Hoàn, “Giáo trình vi xử lý - ARM STM32”, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM 2015. • Nguyễn Đình Phú, “Thực hành vi điều khiển - ARM STM32”, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM 2014. 2. Nội dung thực hiện: • Tìm hiểu và tham khảo các tài liệu, giáo trình, nghiên cứu các chủ đề, các nội dung liên quan đến đề tài. • Giao tiếp STM32F407VET6 với màn hình LCD 7inch TFT và thẻ nhớ micro SD để hiển thị hình ảnh. • Giao tiếp STM32F407VET6 với ESP8266 qua chuẩn giao tiếp truyền thông UART để lấy dữ liệu từ internet. • Thiết kế ứng dụng C# bằng Víual Studio để nạp ảnh vào thẻ nhớ ngoài. • Thiết kế mô hình và lắp ráp các khối điều khiển. • Chạy thử nghiệm mô hình, cân chỉnh hệ thống. • Đánh giá kết quả thực hiện. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/02/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/06/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Trương Ngọc Sơn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Võ Văn Tài Lớp: 1514DT1A ............................................................ MSSV: 15141274 Họ tên sinh viên 2: Trần Võ Phước Đạt Lớp: 1514DT1A ............................................................ MSSV: 15141128 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG KHUNG ẢNH ĐIỆN TỬ Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 (18-24/02/2019) Nhận đồ án, tìm hiểu đề tài. Tuần 2 (25-03/03/2019) Tìm hiểu hướng làm đề tài, chọn vi xử lý điều khiển, ngôn ngữ lập trình. Tuần 3 (04-10/03/2019) Tiến hành viết đề cương tóm tắt nội dung đồ án. Tuần 4 (11-17/03/2019) Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng các khối. Lựa chọn linh kiện cho từng khối. Tuần 5 (18-24/03/2019) Tìm hiểu cách giao tiếp giữa vi điều khiển với màn hình LCD TFT 7inch cảm ứng điện dung. Tuần 6, 7, 8 (25-14/04/2019) Tìm hiểu ESP 8266, lấy dữ liệu thời tiết từ internet, truyền dữ liệu đến vi điều khiển trung tâm. Tuần 9, 10, 11, 12 (15-12/05/2019) Lập trình và tổng hợp các module còn lại trong hệ thống. Viết ứng dụng trên máy tính bằng Visual Studio. Tuần 13, 14, 15 (13-02/06/2019) Tiến hành thiết kế mạch, lắp ráp hệ thống và chạy thử nghiệm. Thiết kế vỏ hộp cho sản phẩm. 03/06/2019 Hoàn thành nhiệm vụ đồ án GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iv LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi cam đoan ĐATN này là công trình nghiên cứu của bản thân chúng tôi dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Trương Ngọc Sơn. Các kết quả công bố trong đề tài “Thiết kế và thi công khung ảnh điện tử” là trung thực và không sao chép hoàn toàn từ công trình nào khác. Người thực hiện đề tài Võ Văn Tài Trần Võ Phước Đạt v LỜI CẢM ƠN Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được rất nhiều sự ủng hộ, giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè. Nhóm chúng em xin chân thành cám ơn thầy Trương Ngọc Sơn đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành tốt đồ án này. Nhóm cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nói chung, các thầy cô trong Bộ môn Điện tử Công nghiệp nói riêng đã giảng dạy và cung cấp những kiến thức bổ ích tạo tiền đề quan trọng cho nhóm thực hiện đồ án này. Chúng em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 15141DT1A đã chia sẽ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài. Cảm ơn đến cha mẹ đã tạo điều kiện thuận lợi, nguồn kinh phí trợ giúp chúng em thực hiện tốt đề tài. Nhóm em xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Võ Văn Tài Trần Võ Phước Đạt vi Mục lục Trang TRANG BÌA ....................................................................................................................... i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................... ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................ iii LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................. iv MỤC LỤC .......................................................................................................................... vi CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................................ 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................................... 1 1.2 MỤC TIÊU ................................................................................................................ 1 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...................................................................................... 2 1.4 GIỚI HẠN ................................................................................................................. 2 1.5 BỐ CỤC ..................................................................................................................... 2 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................. 4 2.1 VI ĐIỀU KHIỂN ARM ............................................................................................. 4 2.1.1 Tổng quan về ARM ............................................................................................. 4 2.1.2 Vi điều khiển STM32F407VET6 ........................................................................ 5 2.2 MODULE LCD TFT 7 INCH CẢM ỨNG ĐIỆN DUNG ........................................ 7 2.3 CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG PIR .......................................................................... 9 2.4 ESP8266 NODE MCU ............................................................................................ 12 2.5 TỔNG QUAN VỀ INTERNET ............................................................................... 13 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG .......................................................................... 20 3.1 GIỚI THIỆU ............................................................................................................ 20 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ............................................................. 20 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ............................................................................. 20 3.2.2 Tính toán thiết kế mạch ..................................................................................... 22 vii 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ............................................................................... 32 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ......................................................................... 34 4.1 GIỚI THIỆU ............................................................................................................ 34 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG ......................................................................................... 34 4.2.1 Thi công board mạch ......................................................................................... 34 4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra ............................................................................................ 37 4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ................................................................ 39 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ....................................................................................... 39 4.4.1 Lưu đồ giải thuật STM32F4 .............................................................................. 39 4.4.2 Lưu đồ giải thuật Node MCU ........................................................................... 47 4.4.3 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ............................................................... 48 4.4.3 Phần mềm lập trình ứng dụng trên máy tính ..................................................... 56 4.5 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC .............................................. 60 4.5.1 Tài liệu hướng dẫn sử dụng ............................................................................... 60 4.5.2 Quy trình thao tác .............................................................................................. 62 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ ................................................. 66 5.1 TỔNG QUAN KẾT QUẢ ....................................................................................... 66 5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .......................................................................................... 66 5.3 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ.................................................................................. 70 5.3.1 Nhận xét kết quả đạt được ................................................................................. 70 5.3.2 Đánh giá kết quả ................................................................................................ 70 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN............................................... 71 6.1 KẾT LUẬN ............................................................................................................. 71 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................................................................... 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 73 PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 74 viii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Trang Hình 2.1 Chip STM32F407VET6 ........................................................................................ 5 Hình 2.2 Các lớp màn hình LCD TFT ................................................................................. 7 Hình 2.3 Các lớp màn hình cảm ứng điện dung .................................................................. 8 Hình 2.4 Màn hình LCD TFT 7inch Waveshare ................................................................. 9 Hình 2.5 Mô tả cảm biến chuyển động PIR ....................................................................... 10 Hình 2.6 Hoạt động cảm biến chuyển động PIR................................................................ 11 Hình 2.7 Cảm biến chuyển động PIR mini ........................................................................ 11 Hình 2.8 ESP8266 Node MCU .......................................................................................... 13 Hình 2.9 Cách hoạt động của giao thức http. ..................................................................... 15 Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống ...................................................................................... 21 Hình 3.2 Thạch anh ngoài nối với vi điều khiển ................................................................ 22 Hình 3.3 Sơ đồ mạch nguyên lý của khối điều khiển trung tâm ........................................ 23 Hình 3.4 Sơ đồ mạch nguyên lý của khối hiển thị ............................................................. 27 Hình 3.5 Sơ đồ mạch nguyên lý của khối cảm biến .......................................................... 27 Hình 3.8 Sơ đồ chân thẻ nhớ micro SD ............................................................................. 28 Hình 3.9 Sơ đồ mạch nguyên lý của khối micro SD .......................................................... 29 Hình 3.10 Sơ đồ mạch nguyên lý của khối ESP 8266 ....................................................... 30 Hình 3.11 Sơ đồ chân của IC LM1117 .............................................................................. 31 Hình 3.12 Sơ đồ mạch nguyên lý của khối nguồn ............................................................. 32 Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ............................................................................... 33 Hình 4.1 Sơ đồ bố trí linh kiện trong mạch ........................................................................ 35 Hình 4.2 Mạch in lớp dưới ................................................................................................. 35 Hình 4.2 Mạch in lớp trên .................................................................................................. 36 Hình 4.4 Hình 3D của mạch ............................................................................................... 36 ix Hình 4.5 Mạch sau khi lắp ráp hoàn chỉnh ........................................................................ 38 Hình 4.6 Mặt trước sản phẩm sau khi đóng gói ................................................................. 39 Hình 4.7 Lưu đồ chương trình chính .................................................................................. 40 Hình 4.8 Lưu đồ chương trình con cảm biến PIR .............................................................. 41 Hình 4.9 Lưu đồ chương trình con Scan cảm ứng ............................................................. 42 Hình 4.10 Lưu đồ chương trình con trình chiếu hình ảnh ................................................. 43 Hình 4.11 Chương trình con hiển thị thời gian .................................................................. 44 Hình 4.12 Chương trình con hiển thị thời tiết .................................................................... 45 Hình 4.13 Lưu đồ chương trình con hiển thị thời tiết ........................................................ 46 Hình 4.13 Lưu đồ chương trình chính cho Node MCU ..................................................... 47 Hình 4.15 Lưu đồ chương trình con UART ESP ............................................................... 48 Hình 4.13 Biểu tượng phần mềm STM32CubeMX ........................................................... 49 Hình 4.14 Biểu tượng phần mềm Keil ............................................................................... 49 Hình 4.15 Tạo project mới trên STM32CubeMx .............................................................. 50 Hình 4.16 Cấu hình chip trên STM32CubeMx .................................................................. 50 Hình 4.17 Cấu hình xung nhịp trên STM32CubeMX ........................................................ 51 Hình 4.18 Cấu hình ngoại vi trên STM32CubeMX ........................................................... 51 Hình 4.19 Tạo code trên STM32CubeMX......................................................................... 52 Hình 4.20 Giao diện phần mềm lập trình Keil C ............................................................... 52 Hình 4.20 Thiết lập cấu hình cho Keil C ........................................................................... 53 Hình 4.21 Thiết lập cấu hình cho Keil C ........................................................................... 53 Hình 4.22 Buid và nạp code lên chip ................................................................................. 54 Hình 4.23 Biểu tượng phần mềm lập trình IDE Arduino .................................................. 54 Hình 4.24 Giao diện phần mềm lập trình IDE Arduino sau khi khởi động ....................... 55 Hình 4.25 Chọn Board trên IDE Arduino .......................................................................... 55 Hình 4.26 Chọn Port trên IDE Arduino ............................................................................. 56 x Hình 4.27 Biên dịch và nạp code ....................................................................................... 56 Hình 4.28 Biểu tượng phần mềm Visual Studio ................................................................ 57 Hình 4.29 Ứng dụng sau Visual Studio khi khởi động ...................................................... 58 Hình 4.30 Tạo dự án mới với Visual Studio ...................................................................... 58 Hình 4.31 Cấu hình cho dự án ........................................................................................... 59 Hình 4.32 Giao diện thiết kế của Visual Studio ................................................................. 59 Hình 4.33 Giao diện lập trình của Visual Studio ............................................................... 60 Hình 4.34 Ứng dụng sau khi được khởi động .................................................................... 61 Hình 4.35 Chọn ảnh từ máy tính ........................................................................................ 61 Hình 4.36 Lưu ảnh vào thẻ nhớ ngoài ................................................................................ 62 Hình 4.37 Quy trình thao tác của sản phẩm ....................................................................... 62 Hình 4.38 Màn hình hiển thị báo hiệu sản phẩm đã hoạt động ......................................... 63 Hình 4.39 Chế độ trình chiếu hình ảnh .............................................................................. 63 Hình 4.40 Chế độ hiển thị thời gian thực ........................................................................... 64 Hình 4.41 Chế độ hiển thị thời tiết ..................................................................................... 64 Hình 4.42 Chọn khu vực hiển thị thời tiết ......................................................................... 65 Hình 5.1 Sản phẩm hoạt động ở chế độ hiển thị hình ảnh ................................................. 67 Hình 5.2 Sản phẩm hoạt động ở chế độ hiển thị thời gian ................................................. 67 Hình 5.3 Sản phẩm hoạt động ở chế độ hiển thị thời tiết ................................................... 68 Hình 5.4 Chọn khu vực thời tiết ......................................................................................... 68 Hình 5.5 Kết quả ứng dụng trên máy tính .......................................................................... 69 Hình 5.6 Hình ảnh mới được đưa vào qua ứng dụng máy tính .......................................... 69 xi LIỆT KÊ BẢNG Trang Bảng 2.1 Danh sách icon tương ứng với dữ liệu nhận về từ website openweathermap.org ............................................................................................................................................ 18 Bảng 3.1 Chức năng các chân của màn hình LCD TFT 7inch WaveShare ....................... 25 Bảng 3.2 Chức năng các chân thẻ nhớ micro SD .............................................................. 28 Bảng 3.3 Danh sách nguồn và dòng sử dụng