NGHIÊN cứu, xây DỰNG mô HÌNH văn PHÒNG làm VIỆC THÔNG MINH (có code)

Trong hệ thốngnày vi điều khiển thực hiện các chức năng là hiển thị như sau: • Hiển thị số thứ tự tại quầy chính và các quầy giao dịch.. đúng bằng 1 giâyPin3V trong chuânt I2C chuẩn giao

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MÔ HÌNH VĂN PHÒNG LÀM VIỆC THÔNG MINH

I2C Inter-integrated Circuit

LCD Liquid Crystal Display

RAM Random Access Memory

UART Universal Asynchronous Receiver-TransmitterI/O Input/Output

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu

Văn phòng làm việc thông minh là một trong những đề tài được nhiều ngườiquan tâm hiện nay, đặc biệt nó cần thiết cho môi trường làm việc văn phòng ngàycàng phát triển ở việc nam Sẽ có rất nhiều dạng văn phòng và mô hình công ty cóthể là mục tiêu của đề tài này, tuy nhiên văn phòng giao dịch của ngân hàng là mụctiêu hướng tới của đồ án này Cụ thể xây dựng và nghiên cứu một hệ thống lấy sốthứ tự thông minh cho khách hàng, với những tính năng có thể áp dụng vào thực tế

là mục tiêu đề tài hướng đến

Hiểu và vận dụng thời gian thực vào hệ thống và biết cách reset lại hệ thốngbằng thời gian thực.

Nghiên cứu và thiết kế hệ thống có thể phát triển và ứng dụng thực tế

Thiết kế và thi công mô hình mô phỏng

1.3 Hướng thực hiện đề tài

Đọc tài liệu tìm hiểu module ESP8266, module DS1307, vi điều khiểnAtmega328p, lấy dữ liệu và thống kê thông qua biểu đồ

Tìm hiểu cách lập trình với ATmega328P, ESP8266, và sự dụng module thờigian thực

Cách làm quen và thao tác trên các linh kiện và module Esp8266, Ds1307

Tìm hiểu hệ thống bốc số tự động tại các ngân hàng ngoài thực tế, tìm hiểunguyên lý hoạt động

Nghiên cứu và thiết kế mô hình mô phỏng trên 60% nội dung nghiên cứu, thicông lắp đặt mô hình bằng những vật liệu đơn giản phù hợp với kinh phí sinh viên.Viết báo cáo theo hướng dễ hiểu, các nội dung có tính thực tế dễ phát triển ởtừng vị trí khác nhau

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ ĐỀ TÀI

1.4 Sơ đồ khối

1.1.1 Sơ đồ khối hệ thống

I/O pinESP8266

có nhiệm vụ truyền các tín hiệu điều kiện để vi điều khiển xử lý theo thiết

kế Ở đây các thiết bị sẽ truyền mức 0 hoặc 1 để vi điều khiển xử lý, lúc này

vi xử lý sẽ điều khiển hiển thị ra LCD theo điều kiện như trên

+ Vi điều khiển:

Xử lý các tín hiệu vào và thực hiện điều kiện theo thiết kế Trong hệ thốngnày vi điều khiển thực hiện các chức năng là hiển thị như sau:

• Hiển thị số thứ tự tại quầy chính và các quầy giao dịch

• Hiển thị thời gian thực cho hệ thống

• Reset hệ thống tự động chính xác bằng thời gian thực

• Mic gọi số tại quầy hoặc gọi số tự động

• Xử lý tín hiệu phím bấm tại quầy chính và quầy giao dịch

• Lưu dữ liệu khách hàng vào ổ cứng

+ Thiết bị hiển thị (LCD sử dụng cho mô phỏng): Bộ phận hiển thị, thực thi vàhiển thị từ vi xử lý

+ Hệ thống âm thanh: thông báo số thứ tự cho khách hàng bằng mic hoặc bằng

1.1.3 Lựa chọn linh kiện

Để đáp ứng các yêu cầu, nhiệm vụ cũng như khả năng thiết kế, lập trình, đề tài

sẽ lựa chọn các linh kiện chính cho hệ thống như sau

-Tốc độ 0-20MHz,32KB flashmemory, 1KBEEPROM, 2KBSRAM

-I2C, SPI, UART

-8 bit, 33 I/O pin,3timer

-Tốc độ 0-20MHz,14KB flashmemory, 2KBEEPROM, 2.8KBRAM

-I2C, SPI, UART

-32 bit, 51 I/O pin,7timer

-Tốc độ 72MHz,64KB flashmemory, 20KBSRAM

-I2C, SPI, UART,CAN, USB

Kiểu dáng, kích

thước

-28 pin, chip cắm,nhỏ

-40 pin, chip cắm,lớn

-64 pin, chíp dán,nhỏ

Đề tài chọn vi điều khiển ATmega328P Vi điều khiển này được sử dụng phổbiến hiện nay, giá thành rẻ, rất dễ lập trình, đủ khả năng đáp ứng các yêu cầu kếtnối, xử lý và có thể lập trình trên Arduino IDE – phần mềm biên dịch được hỗ trợrất nhiều

đúng bằng 1 giây)

Pin3V

trong chuânt I2C

chuẩn giao tiếp I2C

số có thể lập trình được

Module DS1307: sử dụng module này với độ chính xác về thời gian thực cao,sai số tương đối thấp và giá thành hợp lý với sinh viên

Nguồn pin sử dụng pin 5V và có nguồn dự phòng

1.5 Tìm hiểu các thành phần, module chính sử dụng trong hệ thống

1.1.4 Vi điều khiển Atmega328P

Đồ án dùng chíp vi điều khiển Atmega328P 8-bit, nhỏ nhẹ, đủ cung cấp các điềukiện để đọc, xử lý tín hiệu và điều khiển

Hình 2-5 Chíp vi xử lý ATmega328 [2]

Atmega328p là một trong những vi điều khiển họ AVR mới, sản xuất bởi hãngATmel, là 1 trong những dòng vi điều khiển 8 bit nhưng mạnh mẽ, được hỗ trợbootloader và ngôn ngữ lập trình C, C++

Bảng 2-3 Tóm tắt ATmega328 [4]

- Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin 20 mA

1.1.5 Module ESP8266

Chúng ta sẽ bắt đầu bằng việc tìm hiểu tổng quan về hệ thống IoT, tổng quan vềdòng chip ESP8266, rồi đến việc cài đặt công cụ phát triển trên máy tính của bạn.Tiếp đến là việc biên dịch các dự án mẫu, lựa chọn trình thư viện, trình soạn thảo sẽlàm việc Kết thúc chương này chúng ta nên có được cái nhìn tổng quát về hệ thốngIoT, làm thế nào và sử dụng công cụ gì để lập trình ứng dụng với ESP8266 Ngoài

ra còn bổ sung một số kiến thức cực kỳ cơ bản về lập trình C

Với những ai đã từng hiểu rõ ESP8266, đãn từng làm về hệ thống IoT, đã chuyênnghiệp trong lập trình C hoàn toàn có thể bỏ qua

Hình 2-6 Sơ đồ chân Esp8266 [3][5]

1.1.6 Module DS1307

DS1307 là chip đồng hồ thời gian thực (RTC: Real-time clock), thời gian thực ở đâyđược dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà con người đang sử dụng, tình bằnggiây, phút, giờ…DS1307 là chip này có 7 thanh ghi 8-bit chứa thời gian là: giây,phút, giờ, thứ (trong tuần), ngày, tháng, năm Ngoài ra DS1307 còn có 1 thanh ghiđiều khiển ngõ ra phụ và 56 thanh ghi trống có thể dùng như RAM DS1307 đượcđọc và ghi thông qua giao diện nối tiếp I2C (TWI của AVR) nên cấu tạo bên ngoàirất đơn giản DS1307 xuất hiện ở 2 gói SOIC và DIP có 8 chân.

Các chân của DS1307 được mô tả như sau:

- X1 và X2: là 2 ngõ kết nối với 1 thạch anh 32.768KHz làm nguồn tạo daođộng cho chip

- VBAT: cực dương của một nguồn pin 3V nuôi chip

- GND: chân mass chung cho cả pin 3V và Vcc

- Vcc: nguồn cho giao diện I2C, thường là 5V và dùng chung với vi điều khiển.Chú ý là nếu Vcc không được cấp nguồn nhưng VBAT được cấp thì DS1307 vẫnđang hoạt động (nhưng không ghi và đọc được)

- SQW/OUT: một ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver), tần

số của xung được tạo có thể được lập trình Như vậy chân này hầu như không liênquan đến chức năng của DS1307 là đồng hồ thời gian thực, chúng ta sẽ bỏ trốngchân này khi nối mạch

- SCL và SDA là 2 đường giao xung nhịp và dữ liệu của giao diện I2C màchúng ta đã tìm hiểu trong bài TWI của AVR

Gọi A là số thứ tự quầy, T là số tăng dần từ 1 đến cộng vô cùng Như vậy số thứ tự

sẽ là AT++, và theo từng quầy giao dịch số thứ tự độc lập với nhau Ngoài ra bảngbáo tải quầy còn hiển thị số thứ tự đợi, tức là khách hàng tiếp theo Do vậy bảnghiện thị số thứ tự rất phù hợp khi áp dụng ra thực tế

Cụ thể hơn:

Trong hệ thống này số thứ tự sẽ được điều khiển thông qua các nút nhấn đúng vớiyêu cầu giao dịch của khách hàng (như rút tiền, tạo tài khoản, nạp tiền…), cũng nhưtại các quầy giao dịch, giao dịch viên sẽ kết thức giao dịch và báo hiệu giao dịchthông qua nút nhấn tại quầy

STT: 1T++

Đợi: (1T++) + 1

STT: 2T++

Đợi: (2T++) + 1STT: Số khách hàng nhận

Đợi: (nT++) + 1

Hình 2-8 Mô tả cách lập trình số thứ tự

Sử dụng module DS1307 để hiển thị ngày giờ chính xác cho hệ thống Mục tiêu sửdụng thời gian thực là để xác định đúng thời gian làm việc của hệ thống, tuy nhiênquan trọng nhất vẫn là reset hệ thống theo thời gian cái đặt (như ngày, tuần, thánghoặc năm).

1.1.9 Reset tự động theo khoản thời gian tự thiết lập

Hệ thống sử dụng module thời gian thực để thiết lập reset hệ thống lại ban đầu saumột ngày làm việc mới hay có thể là một tuần hay một tháng hệ thống hoạt động

Sử dụng thời gian thực giúp reset chính xác thời gian làm việc, quay lại quá trìnhcài đặt ban đầu

Cách để reset hệ thống theo thời gian thực:

Hình 2-9 Chương trình reset hệ thống

Dùng trực tiếp lệnh reset để tạo chương trình con, chưng trình này sẽ hoạt động tạichương trình chính theo điều kiện biến của thời gian thực

Do vậy hệ thống sẽ reset đúng với thời gian làm việc, phù hợp với điều kiện thực tế

1.1.10 Hệ thống âm thanh báo

Hệ thống có thể sử dụng mic đặt tại các quầy làm việc, để nhân viên gọi số thứ tựcủa khách hàng khi tới lượt giao dịch Ngoài ra chúng ta còn có thể thiết kế hệthống gọi số tự động.

Hình 2-10 Mic gọi số tại quầy

1.1.11 Tạo bàn phím ảo từ module Esp8266

Trong quá trình nghiên cứu hệ thống chúng ta có thể thiết kế hệ thống phím nhưsau:

• Hệ thống phím cơ:

Tại quầy chính, quầy mà khách hàng liên hệ khi xin số thứ tự và số quầy đợi

dịch Tại các quầy giao dịch nơi mà khách hàng trực tiếp liên hệ sẽ có cácnút nhấn gọi số thứ tự kế tiếp.

• Hệ thống phím cảm ứng:

Thay tất cả các các phím cơ bằng màng hình với các nút nhấn cảm ứng.Trong đề tài mô phỏng này chúng ta sẽ tạo các phím áo trên Blynk kết nốithông qua ESP8266 để mô phỏng đề tài này

Hình 2-11 Bàn phím ảo trên Blynk

1.1.12 Lưu dữ liệu

Dữ liệu trong hệ thống chúng ta muốn lưu đó là số lượng khách hàng giao dịchhàng ngày (hàng tuần, hàng tháng, hàng năm…) mà phòng giao dịch đã thực hiện

Ngoài ra chúng ta còn lưa số lượng khách hàng theo từng nghiệp vụ giao dịch (rúttiền, mở tài khoản, chuyển khoản…) tài từng quầy Biết được số lượng giao dịchnhư vậy sẽ giúp chúng ta xem xét nghiệp vụ nào hay xảy ra tại phòng giao dịch để

ưu tiên số lượng quầy nhiều hơn

Hình 2-12 Lưu dữ liệu hệ thống

Data

CHƯƠNG 3 LẬP TRÌNH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

1.7 Mô hình đề tài

Yêu cầu: Hệ thống đảm nhận nhiệm vụ hiển thị chính xác và ổn định số thứ tựcủa khách hàng, các button thực hiện ổn định Thiết kế mạch vẫn ổn định khi hệthống dùng nhiều LCD

Mục đích: Hiển rõ được các thông số kĩ thuật của hệ thống, nắm được các bướclập trình, hiển thị đúng mục tiêu của đề tài

Thiết kế mô hình gần giống với thực tế, mô phỏng trên 60% nội dung nghiêmcứu Mô hình dễ làm với các vật liệu dễ tìm và tiết kiệm

1.8 Nguyên lí hoạt động

1.1.13 Sơ đồ nguyên lí

+ Kết nối với chip vi xử lý thông qua i2c, hiển thị và đưa ra điều kiện về thờigian thực

• I2C

+ Kết nối với LCD thực hiện lệnh hiển thị LCD, giúp việc lập trình và hiểnthị LCD đơn giản hơn

Bắt đầu

Tín hiệu ESP8266 (Blynk)

DS1307

Vi Điều Khiển

Xác nhận điều kiện on/off của button

Button on, Reset

LCD

Button off

S

Đ

1.1.14 Lưu đồ giải thuật

Khi hệ thống đã kết nối hoàn thiện chúng ta bắt đầu cấp nguồn cho hệ thống Khi hệ

Hình 3-14 Lưu đồ giải thuật

LOOP

cả các trạng thái mức 0 của chân tín hiệu thì vi xử lý ở trạng thái chờ tín hiệu, khitín hiệu ở mức một vi xử thực hiện các câu lệnh và hiển thị LCD Mặc khác có tínhiểu thời gian thực từ Ds1307 gửi tới vi xử lý, lúc này vi xử lý sẽ reset theo thờigian đã được cài đặt trong chương trình Chương trình sẽ được lập đi lặp lại nhưvậy.

1.9 Mô hình thực tế

Hình 3-15 Mô hình thực tế

Hình 3-16 Quầy chính

Hình 3-17 Bàn phím ảo và hiển thị quầy chính

CHƯƠNG 4 HƯỚNG PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG

1.10 Ưu nhược điểm của hệ thống mô phỏng

• Hệ thống hoạt động ổn định với thời gian dài Trong hệ thống này các bộ(Blynk, Esp8266, Ds1307, …) hoạt động độc lập với nhau và gửi lệnh đến vi

xử lý Trong khi các LCD hoạt động với từng địa chỉ khác nhau không trunglập các câu lệnh, do vậy đây là hệ thống cực kỳ ổn định

• Hệ thống sử dụng các linh kiện thông dụng hiện nay, dễ dàng thay thế và sửachữa

• Khi áp dụng vào thực tế sẽ có nhiều thay đổi cho phù hợp với điều kiện thực

tế, do vậy hệ thống sẽ được kiểm tra và ổn định hơn

Trong các ưu điểm trên, hệ thống mang lại lợi ích cao khi chúng ta lắp đặt vào thực

tế, hệ thống có thể thay đổi linh hoạt và phát triển từng vào phòng giao dịch đó là

ưu điểm lớn nhất

• Khi một bộ phận trong hệ thống có vấn đề không làm việc, hệ thống có thểgặp vấn đề về tính ổn định.

• Khi ta hiển thị LCD sẽ hạn chế về số lượng quầy hiển thị, thích hợp cho quátrình mô phỏng và làm đồ án

• Đối với viết chương trình cho hệ thống, sử dụng vòng lập và các lệnh đơngiản có thể sẽ khiến hệ thống mắc lỗi khi vi xử lý có thêm đối tượng làmviệc

• Cần cải tiến nhiều khi áp dụng ra thực tế

1.11 Hướng phát triển cho từng bộ phận của hệ thống

Để có thể áp dụng hệ thống này ra thực tế, chúng ta cần nhiều cải tiến và sử dụngnhững linh kiện cho phù hợp:

• Đối với hệ thống hiển thị chúng ta có thể thay đổi hiển thị màng hình ledthay cho LCD khi mô phòng, màng hình to hơn và hiển thị rõ hơn, dễ dàngcho khách hàng của ngân hàng quan sát

• Trong cách viết chương trình cần sử dụng cách viết khác, thay vì sử dụngvòng lập chúng ta có thể sử dụng ngắt để giản tải quá trình làm việc của vi

xử lý

• Đối với lưu dữ liệu của hệ thống, chúng ta có thể tiến hàng lưa vào ổ cứng.Như vậy dữ liệu có thể lưu ở nhiều móc thời gian khác nhau và dữ liệu lưu sẽ

• Khi mô phỏng chúng ta tạo nhưng bàn phím ảo để mô phỏng đề tài nhưngkhi áp dụng thực tế chúng ta có thể tạo các bàn phím cơ hoặc cảm ứng chophù hợp.

• Cải tiến vi xử lý là cải tiến hệ thống với hiệu xuất làm việc tốt hơn, chúng ta

có thể sử dụng PIC16F877A hoặc STM32F103R8T6 Tuy nhiên giá thành sẽcao hơn

• Ngoài ra chúng ta có thể thêm bớt một số tính năng cho phù hợp với từngphòng giao dịch nhỏ hay lớn với kinh phí cho phù hợp

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN

Trong bài nghiên cứu có thể đây chỉ là đồ án tại trường đại học, tuy nhiên những nộidung nghiên cứu mong muốn có thể áp dụng được vào thực tế Trong qua trình làmviệc, sinh viên đẽ tìm tòi và tham khảo nhiều kiến thức khác nhau từ nhiều nguồnthông tin Đề tài chưa thật sự hoàn thiện, không tối ưu hóa nhưng đã mang lại nhiều

kiến thức về vi xử lý, wifi, thời gian thực…, hiểu thế nào là thiết kế hệ thống Qua

đề tài nghiên cứu này giúp bản thân cải thiện trong cách lập trình và viết báo cáo,trình bài báo cáo Qua đây cũng cám ơn người hướng dẫn là PSG-TS Lê Thế Vinh

đã giúp đỡ rất nhiều để có thể hoàn thành tốt đồ án

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt:

[1] PSG TS Trương Đình Nhơn (2010), Vi Điều Khiển Và Ứng DụngHướng Dẫn Sử Dụng Arduino, Nhà xuất bản Thanh Niên

[3] Marco SchwartZ (2010), Internet of Things with ESP8266 [4] Datasheet ATmega328P.

}

else

{

sprintf(buff,"T%d %02d:%02d:%02d",thu,gio,phut,giay); lcd0.setCursor(8,2);