Báo cáo môn học công nghệ phần mềm nhúng đề tài bảng led hiển thị chữ

Từ yêu cầu của môn học kĩ thuật Công nghệ phần mềm nhúng, chúng em quyết định chọn đề tài cho bài tập lớn của môn học làThiết kế bảng LED hiển thị chữ Khi đề tài được mở rộng thì sẽ có k

BÁO CÁO MÔN HỌC

CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM NHÚNG

Đề tài:

BẢNG LED HIỂN THỊ CHỮ

Giảng viên hướng dẫn: Th.s Lê Đức Thuận

Nhóm sinh viên thực hiện: Bùi Quốc Việt Anh – CT040103

Lê Gia Lực – CT040130

Phạm Trung Hiếu – CT040119 Nhóm 2

Hà Nội, 2022

Từ yêu cầu của môn học kĩ thuật Công nghệ phần mềm nhúng, chúng em quyết định chọn đề tài cho bài tập lớn của môn học là

Thiết kế bảng LED hiển thị chữ

Khi đề tài được mở rộng thì sẽ có khả năng ứng dụng thực tiễn rất lớn Nói tóm lại, trong thời đại bùng nổ thông tin hiện nay, khả năng ứng dụng và tiền lực phát triển của hệ thống này rất lớn, đặc biệt

ở Việt Nam, các hệ thống như vậy còn rất ít, hầu hết đều được nhập từ nước ngoài với giá thành cao.

Trong quá trình thực hiện đề tài chúng em đã nhận sự chỉ bảo, hướng dẫn của thầy giáo Lê Đức Thuận Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy và mong nhận lời góp ý đề tài ngày càng hoàn thiện hơn.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

THIẾT KẾ BẢNG LED HIỂN THỊ CHỮ 2

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

DANH MỤC BẢNG 6

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 7

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

1.1 Tổng quan về đề tài 8

1.1.1 Đặt vấn đề 8

1.1.2 Mục tiêu - Giải pháp 8

1.1.3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi đề tài 8

1.1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 8

1.1.3.2 Phạm vi đề tài 8

1.2 Giới thiệu về Node MCU 8

1.2.1 Giới thiệu chung 9

1.2.2 Thông số kỹ thuật 9

1.3 Module Hiển Thị 4 Led Ma Trận MAX7219 1*4 hình chữ nhật 9

1.3.1 Giới thiệu chung 10

1.3.2 Thông số kỹ thuật 10

1.4 Giới thiệu về nguồn Micro USB 11

1.4.1 Giới thiệu chung 11

1.4.2 Thông số kỹ thuật 12

1.4.3 Nguyên lý hoạt động 12

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 13

2.1 Khảo sát đề tài 13

2.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống 13

2.1.2 Khảo sát về sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến cây trồng 13

2.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của độ ẩm đất đến cây trồng 13

2.2 Phân tích hệ thống 13

2.2.1 Tổng quát về một hệ thống tưới cây 13

2.4 Phân tích kiến trúc 13

2.4.1 Sơ đồ mạch điện tử 13

2.4.2 Cấu tạo và phân tích 13

2.5 Phân tích ca sử dụng 14

2.5.1 Biểu đồ ca sử dụng mức tổng quát 14

2.5.2 Biểu đồ ca sử dụng mức chi tiết 15

2.5.3 Đặc tả ca sử dụng 15

2.5.3.1 Đặc tả ca sử dụng kích hoạt hệ thống 15

2.5.3.2 Đặc tả ca cập nhật độ sáng 16

2.5.3.3 Đặc tả ca sử dụng cập nhật tốc độ chữ 17

2.5.3.4 Đặc tả ca sử dụng cập nhật hiệu ứng chữ 18

2.5.3.5 Đặc tả ca sử dụng cập nhật căn chữ 19

2.5.3.6 Đặc tả ca sử dụng cập nhật nội dung 20

2.5.3.7 Đặc tả ca sử dụng tiếp nhận dữ liệu và xử lý 21

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM 21

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

IoT Internet of Thing Internet vạn vật

MQTT Message Queuing Telemetry

Transport

Là một giao thức gởi dạng publish/subscribe

MCU Micro Controller Unit Hệ thống vi điều khiển

ARM Advanced RISC Machine Một loại cấu trúc vi xử lý 32 bit và

64 bit kiểu RISC được sử dụng rộng rãi trong các thiết kế nhúng CPU Central Processing Unit Bộ xử lí trung tâm

LCD Liquid crystal display Màn hình tinh thể lỏng TCP Transmission Control Protocol Giao thức kiểm soát truyền tải

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan về đề tài

1.1.1 Đặt vấn đề

Ở nước ta, các mô hình trồng cây xanh, trồng hoa… trong nhà kính ngày càng được biết đến nhiều hơn và phát triển rộng rãi hơn Hoặc xét trên một phạm vi nhỏ hơn là cây cảnh hay các khu vườn ở ban công, sân thượng trong nhà Tuy nhiên, khi chúng ta đi công tác hay đi du lịch xa nhà thì những cái cây có thể bị héo, bị chết do thiếu nước Hay khi chúng ta muốn bổ sung một lượng phân bón nhất định thì việc ước lượng bằng tay sẽ không thể chính xác được như máy móc Do đó, dựa trên nhu cầu của con người và sự bùng nổ của công nghệ đã thúc đẩy sự nghiên cứu và tạo ra các mô hình tự động đáp ứng các điều kiện chăm sóc cây trồng

1.1.2 Mục tiêu - Giải pháp

Tạo ra được một hệ thống tự động chăm sóc cây trồng bao gồm tưới tiêu và chiếu sáng Nó có thể tự động tưới nước, đo độ ẩm, nhiệt độ … hoặc đặt lịch tưới nước theo ý muốn của người dùng

- Ưu điểm:

+ Dễ sử dụng, giao diện thân thiện người dùng + Tiết kiệm nước, sử dụng chính xác lượng nước cần tưới.

+ Tiết kiệm sức lao động của con người và nâng cao năng suất.

+ Nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển đến các vị trí khác nhau và phù hợp với từng loại cây.

+ Dễ dàng đặt lịch tưới nước theo ý muốn thông qua trang web.

- Nhược điểm:

+ Thời gian nghiên cứu có hạn nên chưa thể đưa ra nhiều chức năng hơn + Các chức năng có thể có lỗi tiềm ẩn.

+ Chi phí về trang thiết bị còn cao.

1.1.3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi đề tài

1.1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Các loại cây trồng nói chung.

1.2.1 Giới thiệu chung

NodeMCU là một phần mềm nguồn mở dựa trên Lua và bảng phát triển được nhắm mục tiêu đặc biệt cho các Ứng dụng dựa trên IoT Nó bao gồm phần sụn chạy trên ESP8266 Wi-Fi SoC của Espressif Systems và phần cứng dựa trên mô-đun ESP- 12.

Hình 1.1 Mô hình Node MCU

1.2.2 Thông số kỹ thuật

Chip : ESP8266EX WiFi : 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n Điện áp hoạt động : 3.3 V

Điện áp vào : 5V thông qua cổng USB

Số chân I/O : 11

Số chân ADC : 1(điện áp vào tối đa 3.3V)

Bộ nhớ Flash : 4MB Giao tiếp : Cable Micro USB

Hỗ trợ bảo mật : WPA/WPA2 Tích hợp giao thức : TCP/IP

Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của Node MCU

1.3 Module Hiển Thị 4 Led Ma Trận MAX7219 1*4 hình chữ nhật

Mạch hiển thị 4 led ma trận MAX7219 bao gồm 4 led ma trận được điều khiển bởi 4 IC MAX7219 tương tự như 74HC595 nhưng chuyên dùng cho các ứng dụng Led Driver.

Mạch hiển thị 4 led ma trận MAX7219 có ngõ vào tín hiệu nối tiếp, ghi dịch chuyển tín hiệu nên chỉ cần 3 GPIO để điều khiển, ngoài ra IC MAX7219 còn có bộ đệm Static RAM 8x8 giúp cho việc hiển thị trở nên mượt hơn, mạch có khả năng nối tiếp thêm nhiều mạch tiếp sau bằng cổng nối tiếp tín hiệu đầu ra khi cần.

Hình 1.2 Module hiển thị led ma trận MAX7219

1.3.2 Thông số kỹ thuật

Điện áp hoạt động : 5V

1.4.1 Giới thiệu chung

Adapter hay còn được gọi là bộ điều hợp, là một trong những thiết bị giúp chuyển đổi các thuộc tính vốn có của một thiết bị điện tử không được tương thích thành tương thích Đặc biệt, người dùng có thể chuyển đổi giữa các thiết bị điện tử và giữa dòng điện…

- Bộ nguồn Adapter giúp cung cấp nguồn điện thích hợp cho tất cả các thiết bị điện tử được hoạt động ổn định.

- Ngoài việc cung cấp nguồn điện thì Adapter còn có thể sạc pin cho các thiết bị điển hình nhất có lẽ là pin cho laptop.

- Tùy vào các thiết bị khác nhau mà Adapter sẽ cho ra công suất nhất định, ví dụ như với các laptop có màn hình lớn khoảng 14 inch thì sẽ tiêu thụ một nguồn điện lớn hơn là 5A, 7A hay 12A Còn với các thiết bị nhỏ hơn ví dụ như smartphone hay camera quan sát thì các adapter sẽ có công suất 1,5A, 3,5A là đủ.

Hình 1.4 Adapter

1.4.2 Thông số kỹ thuật

Nguồn điện : 220VAC Điện áp ra : 5VDC-2A Kích thước chân cắm : 5.5 mm x 2.1mm Chiều dài dây : 1.5M

Bảng 1.4 Thông số kỹ thuật Adapter

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Khảo sát đề tài

2.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống 2.1.2 Khảo sát về sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến cây trồng 2.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của độ ẩm đất đến cây trồng

2.2 Phân tích hệ thống

2.2.1 Tổng quát về một hệ thống tưới cây 2.2.2 Nắm bắt yêu cầu thiết kế hệ thống tưới

2.3 Các chức năng cần có của hệ thống 2.4 Phân tích kiến trúc

Node MCU (ESP8266) 1 chiếc Led Ma Trận MAX7219 4 chiếc

2.5.2 Biểu đồ ca sử dụng mức chi tiết 2.5.3 Đặc tả ca sử dụng

Luồng sự kiện chính 1, Actor nhấn nút on/off để bật tắt trên app

2, Esp8266 kích hoạt bảng led

Luồng sự kiện thay thế Không Kết quả Kích hoạt bảng led thành công Yêu cầu đặc biệt Không

Bảng 2.2 Đặc tả ca sử dụng kích hoạt hệ thống

đổi độ sáng

Luồng sự kiện thay thế Không Kết quả Thay đổi độ sáng thành công Yêu cầu đặc biệt Không

Bảng 2.3 Đặc tả ca sử dụng cập nhật độ sáng

Luồng sự kiện chính Người dùng nhấn thay đổi thanh tốc độ chữ trên app, mạch

led thay đổi tốc độ hiển thị chữ Luồng sự kiện thay thế Không

Kết quả Tốc độ chữ thay đổi thành công Yêu cầu đặc biệt Không

Bảng 2.4 Đặc tả ca sử dụng cập nhật tốc độ chữ

Luồng sự kiện chính Người dùng chọn trạng thái chữ trên app, sau đó hiệu ứng

led được thay đổi

Luồng sự kiện thay thế Không Kết quả Hiệu ứng led thay đổi thành công Yêu cầu đặc biệt Không

Bảng 2.5 Đặc tả ca sử dụng cập nhật hiệu ứng chữ

Luồng sự kiện chính Người dùng chọn căn chữ trên app, sau đó căn chữ trên led

được thay đổi

Luồng sự kiện thay thế Không Kết quả Căn chữ trên mạch led thành công Yêu cầu đặc biệt Không

Bảng 2.6 Đặc tả ca sử dụng cập nhật căn chữ

trên mạch led thay đổi

Luồng sự kiện thay thế Không Kết quả Nội dung mạch led được thay đổi Yêu cầu đặc biệt Không

Bảng 2.7 Đặc tả ca sử dụng cập nhật nội dung

2.5.3.6 Đặc tả ca sử dụng tiếp nhận dữ liệu và xử lý

Use case Tiếp nhận dữ liệu và xử lý

Tác nhân App Blynk

Mô tả App tiếp nhận dữ liệu và xử lý Tiền điều kiện App tiếp nhận được dữ liệu Luồng sự kiện chính Người dùng chọn các button thay đổi hiệu ứng mạch và

sau đó app tiếp nhận và xử lý dữ liệu

Luồng sự kiện thay thế Không Kết quả Mạch led cập nhật theo yêu cầu của người dùng Yêu cầu đặc biệt Không

Bảng 2.7 Đặc tả ca sử dụng tiếp nhận và xử lý

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM