THIẾT kế và THI CÔNG mô HÌNH hệ THỐNG KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH sản XUẤT ANDON

Hệ thống Andon thế hệ tiếp theo được thiết kế dựa trên công nghệ Vi xử lý, giao tiếp trực tuyến với máy tính thông qua một hệ thống được thiết kế chuyên dụng, gởi thông tin mọi sự cố tro

Hệ thống Andon theo quan niệm cũ là nhân viên quản lý phải ghi chép bằng tay

và thống kê các sự cố xảy ra Hệ thống Andon thế hệ tiếp theo được thiết kế dựa trên công nghệ Vi xử lý, giao tiếp trực tuyến với máy tính thông qua một hệ thống được thiết kế chuyên dụng, gởi thông tin mọi sự cố trong suốt quá trình sản xuất Các thông tin về sự cố sẽ được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu sản xuất chung

Hệ thống được thiết kế để ghi nhận chi tiết các sự kiện ở từng công đoạn quan trọng, trong quá trình sản xuất Hệ thống làm việc theo thời gian thực (Realtime) có khả năng cảnh báo tức thời những sự cố gián đoạn quá trình như: thiết bị có sự cố, thiếu nguyên vật liệu, bán thành phẩm, phát hiện lỗi trên sản phẩm bởi nhân viên – công nhân tham gia sản xuất

Nhờ xử lý và truyền số liệu trên mạng và bởi khả năng kết nối trực tuyến, người quản lý dễ dàng kiểm soát mọi sự cố xảy ra trong sản xuất ngay trên màn hình máy tính ngoài bảng hiển thị và cảnh báo ngay tại xưởng Hệ thống có thể cho ra những báo cáo chi tiết hoặc tổng kết về các sự cố xảy ra

Thiết kế và thi công mô hình mô hình hệ thống kiểm soát quá trình sản xuất Andon

Báo sự cố tại nơi xảy ra sự cố thông qua nút nhấn hoặc remote

Hiển thị, cảnh báo lỗi trong quá trình sản xuất theo thời gian thực

 NỘI DUNG 1: Nghiên cứu về lý thuyết Andon

 NỘI DUNG 2: Tìm hiểu cách để hệ thống Andon có thể truyền dữ liệu qua mạng

 NỘI DUNG 3: Thiết kế, tính toán và lắp đặt mô hình với chi phí phù hợp

2

 NỘI DUNG 4: Thiết kế Web

 NỘI DUNG 5: Đánh giá kết quả thực hiện

- Hệ thống phải đảm bảo luôn được kết nối với mạng WiFi để tối ưu trong việc điều khiển, gởi – nhận dữ liệu từ hệ thống tới trang Web

- Mạng WiFi của hệ thống cần được cố định và tránh thay đổi sau khi thiết lập

- Mô hình kiểm soát trong các công đoạn lắp ráp, may,… đơn giản

- Mô hình áp dụng cho ít hơn 3 công đoạn

1.5 BỐ CỤC

 Chương 1: Tổng Quan

Chương này trình bày về vấn đề chọn đề tài, các giới hạn của đề tài, mục tiêu của đề tài, nội dung nghiên cứu cũng như bố cục của quyển báo cáo

 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Chương này trình bày về vấn đề nền tảng lý thuyết có liên quan tới đề tài

 Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán

Chương này trình bày về vấn đề thiết kế, lựa chọn các phương án sao cho phù hợp nhất với mục tiêu đề tài đưa ra dựa vào sơ đồ khối và chức năng của từng khối

 Chương 4: Thi Công

Chương này nói về vấn đề thi công hệ thống từ phần cứng tới phần mềm dựa trên các tiêu chí lựa chọn đã được tính toán và thiết kế ở chương trước

 Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá

Chương này trình bày về kết quả đã thực hiện được qua đó đánh giá, khắc phục những mặt còn hạn chế

 Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển

Chương này trình bày về kết luận chung của hệ thống sau khi khắc phục lỗi và hướng phát triển trong tương lai của hệ thống

3

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.1 Khái niệm

Andon là một thuật ngữ sản xuất đề cập đến một hệ thống để thông báo cho quản

lý, bảo trì và các công nhân khác về vấn đề chất lượng hoặc quy trình Cảnh báo có thể được kích hoạt bằng tay bởi một công nhân sử dụng dây kéo hoặc nút hoặc có thể được kích hoạt tự động bởi chính thiết bị sản xuất Hệ thống có thể bao gồm một phương tiện để ngừng sản xuất để vấn đề có thể được khắc phục Một số hệ thống cảnh báo hiện đại kết hợp báo động âm thanh, văn bản hoặc màn hình khác

Hình 2.1 Minh họa hệ thống Andon

Trong quản lý, ANDON trước tiên cho phép nhóm vận hành sản xuất tiêu tốn ít thời gian và ít công sức hơn để ngồi trực bên cạnh máy móc theo dõi tình hình Thay vào đó, họ có nhiều thời gian hơn để xử lý sự cố Tiếp theo, hệ thống cảnh báo sản xuất chỉ ra những chỗ bất hợp lý trong dây chuyền sản xuất hiện tại Khắc phục những

sự bất thường xảy ra là cơ hội để giảm sai sót thể hiện qua tần suất dừng lại khắc phục

sự cố Nhờ cập nhật quá trình sử dụng thiết bị và quá trình sửa chữa, bảo trì, nhóm vận hành có thể theo dõi thiết bị và nhân viên sửa chữa chính xác Cuối cùng, hệ thống cảnh báo sản xuất như là một chương trình giao tiếp hai chiều: khi đèn báo chuyển về màu xanh, có nghĩa là hệ thống hoạt động bình thường

Ngược lại, có một số hiểu nhầm về khả năng của hệ thống ANDON Thứ nhất,

hệ thống cảnh báo sản xuất ANDON có thể thông báo lỗi phát sinh nhưng không thể

tự giải quyết lỗi phát sinh đó Thứ hai, hệ thống cảnh báo sản xuất không thể tự loại các khiếm khuyết hiện có trên dây chuyền cũng như trên sản phẩm mà phải được con người loại bỏ Nếu không trong những lần vận hành tiếp theo, hệ thống cảnh báo sản xuất tiếp tục báo lỗi và cho dừng dây chuyền Thứ ba, mặc dù có thể thông báo tình trạng lỗi hay bình thường của dây chuyền, hệ thống cảnh báo sản xuất ANDON không nên được coi là công cụ giao tiếp giữa con người với con người Nếu công nhân và người giám sát cần trao đổi với nhau, họ vẫn cần liên lạc với nhau Cuối cùng, hệ thống ANDON không thể đảm bảo hàng hóa sản xuất ra đáp ứng nhu cầu khách hàng

5

2.2 GIỚI THIỆU DÂY CHUYỀN MAY ÁO SƠ MI

Dây chuyền may còn gọi là hệ thống sản xuất Dây chuyền may là một tổ chức sản xuất bao gồm người và máy có nhiệm vụ may và lắp ráp các chi tiết thành sản phẩm may theo một quy trình và phương pháp sản xuất nhất định

Dây chuyền nhiều hàng áp dụng cho sản phẩm có các chi tiết đối xứng, quy trình may trung bình như quần âu, áo sơ mi

Dây chuyền may nhiều hàng tập hợp nhiều hàng dọc Gồm nhiều hàng riêng biệt may cụm chi tiết dẫn tới vị trí tập trung kiểm tra sau đó chuyển đến hàng láp ráp Mỗi hàng dọc may một cụm chi tiết hay cụm láp ráp sản phẩm như hàng may cụm thân trước, cụm thân sau, cụm bâu, cụm lắp ráp áo…

Nhóm áp dụng đề tài cho dây chuyền nhiều hàng may áo sơ mi, ít hơn ba công đoạn: hàng may bâu; hàng may thân sau, tay; hàng may thân trước

Hình 2.2: Dây chuyền nhiều hàng may áo sơ mi

 Một số lỗi thường gặp trong sản xuất áo sơ mi:

 Máy may không hoạt động

 Hết nguyên liệu

 Bỏ mũi

 Gãy kim

 May nhăn, co rút

6

 Đứt chỉ

 May không đều

2.3.1 Khái niệm

WiFi là phương thức kết nối không dây sử dụng sóng vô tuyến, được triển khai trên hầu hết các thiết bị điện tử thông minh hiện nay để có thể kết nối với nhau và kết nối Internet WiFi được triển khai với mục đích truyền dữ liệu không dây tốc độ cao, không cần đấu nối dây hay cáp mạng, triển khai hạ tầng mạng một cách nhanh chóng

WiFi hiện tại đang sử dụng chuẩn kết nối IEEE 802.11

2.3.2 Nguyên lý họa động

Mạng Internet sẽ được các ISP (Internet Services Provider – nhà cung cấp dịch

vụ internet) truyền đến bộ giải mã tín hiệu số (Modem), thông qua bộ định tuyến (Router) hay chúng ta thường gọi là “bộ phát Wifi” chuyển tín hiệu hữu tuyến thành kết nối vô tuyến và đưa đến các thiết bị di động không dây thông qua chuẩn kết nối WiFi

Các thiết bị không dây tiếp nhận sóng WiFi thông qua một thiết bị chuyển đổi tín hiệu gọi là Adapter (card WiFi) được cài đặt trực tiếp trên các thiết bị Tín hiệu vô tuyến sẽ được giải mã ngay trên thiết bị, từ đây người dùng có thể trực tiếp truy cập Internet như bình thường

Hình 2.3: Nguyên lý hoạt động của WiFi

7

2.3.3 Một số chuẩn kết nối Wifi phổ biến

Các chuẩn mạng Wi-Fi mà chúng ta sử dụng hiện nay đều thuộc bộ tiêu chuẩn IEEE 802.11 đi kèm một hoặc nhiều chữ cái phía sau IEEE là chữ viết tắt cho Institute of Electrical and Electronics Engineers, tạm dịch là Hiệp hội các kĩ sư Điện

và Điện Tử, cơ quan có trách nhiệm phê chuẩn cấu hình cũng như thúc đẩy sự phát triển của Wi-Fi Từ năm 1999 đến nay, các chuẩn mạng Wi-Fi được sử dụng rộng rãi bao gồm:

 802.11: Wi-Fi thế hệ thứ nhất, có thể mang lại tốc độ 1Mb/s và 2Mb/s, sử dụng băng tần 2,4GHz của sóng radio hoặc hồng ngoại

 802.11b: Wi-Fi thế hệ thứ hai, có khả năng mang lại tốc độ 11Mb/s ở băng tần 2.4 GHz trên sóng radio

 802.11A: Wi-Fi thế hệ thứ ba, tuy nhiên nó lại ra mắt cùng thời điểm với 802.11b Chuẩn A mang lại tốc độ truyền tải nhanh hơn, lên đến 54Mb/s vì sử dụng băng tần 5GHz nhưng lại bị hạn chế về tầm phủ sóng so với 802.11b

 802.11g: Wi-Fi thế hệ thứ ba, tốc độ truyền tải 54Mb/s và sử dụng băng tần 2,4GHz Đây là chuẩn mạng vẫn còn xuất hiện ở nhiều thiết bị đến tận ngày hôm nay

 802.11n: Wi-Fi thế hệ thứ tư, tốc độ tối đa 600Mb/s (trên thị trường phổ biến

có các thiết bị 150Mb/s, 300Mb/s và 450Mb/s) Chuẩn này có thể hoạt động trên cả hai băng tần 2,4GHz lẫn 5GHz và nếu router hỗ trợ thì hai băng tần này có thể cùng được phát sóng song song nhau

 802.11ac: tốc độ tối đa hiện là 1730Mb/s (sẽ còn tăng tiếp) và chỉ chạy ở băng tần 5GHz Một số mức tốc độ thấp hơn (ứng với số luồng truyền dữ liệu thấp hơn) bao gồm 450Mb/s và 900Mb/s

Hình 2.4: Một số chuẩn WiFi phổ biến

8

2.4 GIAO TIẾP GIỮA HAI ESP8266 THÔNG QUA SOCKET

2.4.1 Giới thiệu về socket

sử dụng Internet cùng một lúc

b Các chế độ giao tiếp

TCP (Transmission Control Protocol): có nối kết

UDP (User Datagram Protocol): không nối kết

c Cơ chế giao tiếp

Một trong hai quá trình phải công bố số hiệu cổng của socket mà mình sử dụng

2.4.2 Khái niệm về địa chỉ và cổng (Address, Port)

9

Khi cần trao đổi dữ liệu cho nhau thì 2 ứng dụng cần phải biết thông tin tối thiểu

là IP và sô hiểu cổng của ứng dụng kia

 Hai ứng dụng có thể nằm cùng trên một máy

 Hai ứng dụng cùng nằm trên một máy không được cùng số hiệu cổng

2.5 LẬP TRÌNH PHP VÀ MYSQL

2.5.1 Giới thiệu ngôn ngữ PHP

Hiện nay có rất nhiều ngôn ngữ lập trình web, trong đó có thể kể đến các ngôn ngữ nổi tiếng như PHP, Perl, Ruby, Python, ASP.net… Các ngôn ngữ lập trình kể trên đều có vị thế riêng trong lĩnh vực thiết kế web, nổi bật trong số đó, PHP là một ngôn ngữ lập trình mã nguồn mở, với cộng đồng hỗ trợ mạnh mẽ ở khắp mọi nơi trên thế giới Việc tìm hiểu ngôn ngữ lập trình này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí một cách đáng kể, kèm theo đó đây là ngôn ngữ lập trình web mạnh mẽ và thông dụng nhất hiện nay

PHP - viết tắt hồi quy của "Hypertext Preprocessor", là một ngôn ngữ lập trình kịch bản được chạy ở phía server nhằm sinh ra mã HTML trên client PHP đã trải qua rất nhiều phiên bản và được tối ưu hóa cho các ứng dụng web Do được tối ưu hóa cho các ứng dụng web, tốc độ nhanh, nhỏ gọn, cú pháp giống C và Java, dễ học và thời gian xây dựng sản phẩm tương đối ngắn hơn so với các ngôn ngữ khác nên PHP

đã nhanh chóng trở thành một ngôn ngữ lập trình web phổ biến nhất thế giới

PHP chạy trên môi trường Webserver và lưu trữ dữ liệu thông qua hệ quản trị cơ sở

dữ liệu nên PHP thường đi kèm với Apache, MySQL và hệ điều hành Linux (LAMP)

 Apache là một phần mềm web server có nhiệm vụ tiếp nhận request từ trình duyệt người dùng sau đó chuyển giao cho PHP xử lý và gửi trả lại cho trình duyệt

 MySQL cũng tương tự như các hệ quản trị cơ sở dữ liệu khác (Postgress, Oracle, SQL server ) đóng vai trò là nơi lưu trữ và truy vấn dữ liệu

Linux: Hệ điều hành mã nguồn mở được sử dụng rất rộng rãi cho các webserver Thông thường các phiên bản được sử dụng nhiều nhất là RedHat Enterprise Linux, Ubuntu

10

2.5.2 Cú pháp của PHP

PHP chỉ phân tích các đoạn mã nằm trong những dấu giới hạn của nó Bất cứ mã nào nằm ngoài những dấu giới hạn đều được xuất ra trực tiếp không thông qua xử lý bởi PHP Các dấu giới hạn thường dùng nhất là <?php và ?> , tương ứngvới dấu giới hạn mở và đóng

Các dấu giới hạn <script language="php"> và </script> cũng đôi khi được sử dụng Cách viết dấu giới hạn dạng thẻ ngắn cũng có thể được dùng để thông báo bắt đầu đoạn mã PHP, là <? hay <?= (dấu này được sử dụng để in ra (echo) các xâu ký tự hay biến) với thẻ thông báo kết thúc đoạn mã PHP là ?> Những thẻ này thường xuyên được sử dụng, tuy nhiên giống với những thẻ kiểu ASP ( <% hay <%= và %> ), chúng không có tính di động cao bởi có thể bị vô hiệu khi cấu hình PHP Bởi vậy, việc dùng các thẻ dạng ngăn hay các thẻ kiểu ASP không được khuyến khích Mục đích của những dấu giới hạn này là ngăn cách mã PHP với những đoạn mã thuộc ngôn ngữ khác, gồm cả HTML Mọi đoạn mã bên ngoài các dấu này đều bị hệ thống phân tích bỏ qua và được xuất ra một cách trực tiếp

Các biến được xác định bằng cách thêm vào trước một dấu đô la ($) và không

cần xác định trước kiểu dữ liệu Không giống với tên hàm và lớp, tên biến là trường hợp nhạy cảm Cả dấu ngoặc kép ( "" ) và ký hiệu đánh dấu văn bản ( <<<EOF EOF;) đều có thể dùng để truyền xâu và giá trị biến PHP coi xuống dòng như

một khoảng trắng theo kiểu như một ngôn ngữ dạng tự do (free-form language) (trừ

khi nó nằm trong trích dẫn xâu), và các phát biểu được kết thúc bởi một dấu chấm phẩy PHP có ba kiểu cú pháp chú thích: /* */ cho phép một đoạn chú thích tùy ý, trong khi đó // và # cho phép chú thích trong phạm vi một dòng Phát biểu echo là một trong những lệnh của PHP cho phép xuất văn bản (vd ra một trình duyệt web)

Về cú pháp các từ khóa và ngôn ngữ, PHP tương tự hầu hết các ngôn ngữ lập

trình bậc cao có cú pháp kiểu C Các phát biểu điều kiện If , vòng

11

lặp for và while , các hàm trả về đều tương tự cú pháp của các ngôn ngữ

như C, C++, Java và Perl

Hình 2.6: Một đoạn code PHP

2.5.3 Giới thiệu JSON

JSON là một dạng dữ liệu tuân theo một quy luật nhất định mà hầu hết các ngôn ngữ lập trình hiện nay đều có thể đọc được, dữ liệu có thể sử dụng lưu nó vào một file, một record trong CSDL rất dễ dàng JSON có định dạng đơn giản, dễ dàng sử dụng và truy vấn hơn XML rất nhiều nên tính ứng dụng của nó hiện nay rất là phổ biến

Cú pháp của JSON rất đơn giản là mỗi thông tin dữ liệu sẽ có 2 phần đó là key

và value, điều này tương ứng trong CSDL là tên field và giá trị của nó ở một record

nào đó Chính vì sự thuận tiện này, khi truyền tải dữ liệu từ web server xuống ứng dụng trên điện thoại, có thể dễ dàng lấy được dữ liệu và lưu trữ lại vào cơ sở dữ liệu

2.5.4 Giới thiệu MYSQL

MySQL là hệ quản trị cơ sở dữ liệu tự do nguồn mở phổ biến nhất thế giới và được các nhà phát triển rất ưa chuộng trong quá trình phát triển ứng dụng Vì MySQL

là cơ sở dữ liệu tốc độ cao, ổn định và dễ sử dụng, có tính khả chuyển, hoạt động trên nhiều hệ điều hành cung cấp một hệ thống lớn các hàm tiện ích rất mạnh Với tốc độ

và tính bảo mật cao, MySQL rất thích hợp cho các ứng dụng có truy cập CSDL trên internet MySQL miễn phí hoàn toàn cho nên bạn có thể tải về MySQL từ trang chủ

Nó có nhiều phiên bản cho các hệ điều hành khác nhau: phiên bản Win32 cho các hệ điều hành dòng Windows, Linux, Mac OS X, Unix, FreeBSD, NetBSD, Novell NetWare, SGI Irix, Solaris, SunOS,

12

MySQL là một trong những ví dụ rất cơ bản về Hệ Quản trị Cơ sở dữ liệu quan

hệ sử dụng Ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc (SQL)

MySQL được sử dụng cho việc bổ trợ PHP, Perl, và nhiều ngôn ngữ khác, nó làm nơi lưu trữ những thông tin trên các trang web viết bằng PHP hay Perl,

 Ưu điểm của MySQL:

Tốc độ: MySQL rất nhanh Những nhà phát triển cho rằng MySQL là cơ sở dữ liệu nhanh nhất mà bạn có thể có

Dễ sử dụng: MySQL tuy có tính năng cao nhưng thực sự là một hệ thống cơ sở

dữ liệu rất đơn giản và ít phức tạp khi cài đặt và quản trị hơn các hệ thống lớn Giá thành: MySQL là miễn phí cho hầu hết các việc sử dụng trong một tổ chức

Hỗ trợ ngôn ngữ truy vấn: MySQL hiểu SQL, là ngôn ngữ của sự chọn lựa cho tất cả các hệ thống cơ sở dữ liệu hiện đại Bạn cũng có thể truy cập MySQL bằng cách sử dụng các ứng dụng mà hỗ trợ ODBC (Open Database Connectivity -một giao thức giao tiếp cơ sở dữ liệu được phát triển bởi Microsoft)

Năng lực: Nhiều client có thể truy cập đến server trong cùng một thời gian Các client có thể sử dụng nhiều cơ sở dữ liệu một cách đồng thời Bạn có thể truy cập MySQL tương tác với sử dụng một vài giao diện để bạn có thể đưa vào các truy vấn

và xem các kết quả: các dòng yêu cầu của khách hàng, các trình duyệt Web…

Kết nối và bảo mật: MySQL được nối mạng một cách đầy đủ, các cơ sở dữ liệu

có thể được truy cập từ bất kỳ nơi nào trên Internet do đó bạn có thể chia sẽ dữ liệu của bạn với bất kỳ ai, bất kỳ nơi nào Nhưng MySQL kiểm soát quyền truy cập cho nên người mà không nên nhìn thấy dữ liệu của bạn thì không thể nhìn được

Tính linh động: MySQL chạy trên nhiều hệ thống UNIX cũng như không phải UNIX chẳng hạn như Windows hay OS/2 MySQL chạy được các với mọi phần cứng

từ các máy PC ở nhà cho đến các máy server

Sự phân phối rộng: MySQL rất dễ dàng đạt được, chỉ cần sử dụng trình duyệt web của bạn Nếu bạn không hiểu làm thế nào mà nó làm việc hay tò mò về thuật toán, bạn có thể lấy mã nguồn và tìm tòi nó Nếu bạn không thích một vài cái, bạn có thể thay đổi nó

13

Sự hỗ trợ: Bạn có thể tìm thấy các tài nguyên có sẵn mà MySQL hỗ trợ Cộng đồng MySQL rất có trách nhiệm Họ trả lời các câu hỏi trên mailing list thường chỉ trong vài phút Khi lỗi được phát hiện, các nhà phát triển sẽ đưa ra cách khắc phục trong vài ngày, thậm chí có khi trong vài giờ và cách khắc phục đó sẽ ngay lập tức có sẵn trên Internet

Hình 2.7: Nguyên lý hoạt động của PHP

Thông thường khi học MySQL thì chúng ta sẽ được học những câu truy vấn SQL như select, insert, update, delete Chúng ta hãy xem PHP như là một con người bình thường, nghĩa là nó có thể viết ra các câu truy vấn và thực thi các câu truy vấn

T-đó giống như bạn vậy Nhưng điểm khác biệt ở đây là bạn sẽ bắt PHP thực hiện những câu truy vấn chứ không phải tự nó nghĩ ra

Ví dụ: Mình muốn lấy danh sách tất cả sinh viên trong trường thì sẽ viết câu

truy vấn như sau

Kết quả ta thực thi câu truy vấn này trong PHP MY ADMIN là danh sách các sinh viên

14

Như ta biết MySQL là một hệ quản trị CSDL nên nó có tính an toàn về bảo mật, nghĩa là nó có chức năng quản lý User, phân quyền User Vì vậy trước khi vào PHP

MY ADMIN cần phải đăng nhập

Như vậy với PHP thì cũng phải có bước đăng nhập, sau đó sẽ là bước định nghĩa câu truy vấn và cuối cùng là thực thi và lấy kết quả

Hình 2.8: Câu lệnh tạo đăng nhập trong MySQL

Tóm lại PHP sẽ có nhiệm vục kết nối MySQL và yêu cầu MySQL thực thi các câu truy vấn và trả kết quả về cho PHP để từ đó PHP lấy kết quả để xử lý

2.5.5 Giới thiệu HTTP

Trong toàn bộ quá trình, dữ liệu được client gửi tới web server thông qua HTTP request và được server trả lời lại thông qua các HTTP response Đây là hai loại thông điệp của giao thức HTTP cho phép client và server có thể giao tiếp được với nhau Thông tin trong một HTTP request bao gồm: request url, header, body (phần body có thể rỗng) Các method được hỗ trợ trong một HTTP request bao gồm:

 GET: phương thức hay dùng để lấy tài nguyên từ URL truy vấn Khi truy vấn dùng phương thức này thì các tham số sẽ được nối thẳng vào URL Phương thức GET không có phần thân hay phần thân rỗng Phương thức này có nhiều hạn chế như việc bảo mật thông tin kém vì dữ liệu được hiển thị ngay trong URL, độ dài dữ liệu hạn chế (tối đa là 1024 byte)

 HEAD: lấy phần đầu của truy vấn, tức thông tin về tài nguyên

15

 POST: gửi dữ liệu với độ dài không giới hạn tới web server Khác với phương thức GET, phương thức POST dùng phần thân của câu truy vấn gửi dữ liệu lên web server

 PUT: dùng để chỉ định thay thế hay upload một file…lên web server theo URL cung cấp

 DELETE: xoá tài nguyên ở máy chủ được định vị bởi URL

 OPTIONS: trả về các phương thức mà server cung cấp cho một URL xác định

 TRACE: trả về thông tin truy vấn mà máy chủ nhận được Phương thức này cho phép theo dõi một truy vấn để xem có những thay đổi hay thêm vào nào nếu có

do nhưng máy chủ chung gian (intermidate server) thực hiện

Trong đề tài người thực hiện sử dụng phương thức POST để truyền tải dữ liệu với server, dữ liệu được nhóm lại với nhau kèm theo các tag và một số thông tin như: tên host, kiểu mã hóa, ngôn ngữ, độ dài dữ liệu … Một chuỗi Hearder HTTP request có dạng như sau:

16

hiển thị trang web đó theo các lệnh có trong đó Tất cả các trang web dù xử lý phức tạp đến đâu đều phải trả về dưới dạng mã nguồn HTML để trình duyệt có thể hiểu và hiển thị lên được

Cấu trúc của một tài liệu HTML bao gồm 3 thành phần cơ bản:

 Phần HTML: Mọi tài liệu HTML phải bắt đầu bằng thẻ mở HTML <html> và kết thúc bằng thẻ đóng HTML </html> Thẻ HTML báo cho trình duyệt biết nội dung giữa hai thẻ này là một tài liệu HTML

 Phần tiêu đề: Phần tiêu đề bắt đầu bằng thẻ <head> và kết thúc bởi thẻ </head> Phần này chứa tiêu đề mà được hiển thị trên thanh điều hướng của trang Web Tiêu

đề nằm trong thẻ title, bắt đầu bằng thẻ <title> và kết thúc là thẻ </title> Tiêu đề là phần khá quan trọng Khi người dùng tìm kiếm thông tin, tiêu đề của trang Web cung cấp từ khóa chính yếu cho việc tìm kiếm

 Phần thân: phần này nằm sau phần tiêu đề Phần thân bao gồm văn bản, hình ảnh và các liên kết hiển thị trên trang web Phần thân bắt đầu bằng thẻ <body> và kết thúc bằng thẻ </body>

HTML được tạo thành từ rất nhiều các thẻ khác nhau, các thẻ này ghép nối với nhau

để tạo thành một trang web hoàn chỉnh Một trang web được thiết kế thường bao gồm các loại thẻ thông dụng: thẻ tiêu đề (heading) gồm 6 loại từ thẻ h1 đến h6, thẻ đoạn văn (paragraph) và các loại thẻ định dạng văn bản khác

Trong nội dung đề tài, nhóm thực hiện đã sử dụng kết hợp ngôn ngữ lập trình PHP và HTML để thiết kế Web Application dành cho bác sĩ, cũng như thiết kế Web server cho toàn bộ hệ thống

2.6 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

2.6.1 Khối điều khiển

Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử

Một số loại vi điều khiển có trên thị trường:

- ATMEL: 89Cxx, AT89Cxx5, …

- PIC: 16F887, 17C4, …

17

- Arduino: UNO, Mega, …

Trong mô hình này, những người thực hiện sử dụng Module Wifi ESP8266 NodeMCU Lua V3 CH340 có kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ Bên trong Module ESP8266 có sẵn một vi điều khiển Wifi SoC ESP8266EX được tích hợp sẵn Wifi 2.4GHz nên có thể trực tiếp lập trình mà không cần thêm vi xử lý khác

Hình 2.9: Module Wifi NodeMCU ESP8266

 Một vài đặc điểm của Module ESP8266

 Điện áp hoạt động: 3.3-5VDC, có thể sử dụng nguồn từ cáp USB

 Dòng tiêu thụ: 10-200mA

 Sử dụng giao thức không dây 802.11b/g/n

 Bộ nhớ Flash: 4Mbyte

 Hỗ trợ STA / AP / STA + AP ba chế độ hoạt động

 Tích hợp giao thức TCP / IP để hỗ trợ nhiều kết nối TCP Client (5 MAX)

 RAM: 32K + 80K

 Số chân GPIOs: 17 (ghép với một số chức năng khác)

 Chân D0 ~ D8, SD1 ~ SD3: sử dụng như GPIO, PWM, I2C

 Chân A0 là kênh ADC với độ phân giải 1024 bước

 Dòng đầu ra tối đa trên mỗi trân IO: 15mA

 Sử dụng module kết nối USB-TTL CH340 cho sự ổn định cao trên tất cả các nền tảng được hỗ trợ, tương thích Arduino IDE

 Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2

18

Hình 2.10: Sơ đồ chân Module ESP8266

 Các chân năng lượng:

 Vin: cấp nguồn ngoài cho Module ESP8266

 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra

 GND (Ground): cực âm của nguồn điện

19

Ma trận phím 4x4 cho phép các bạn nhập các chữ số, chữ cái, ký hiệu vào bộ điều khiển qua đó dùng để điều khiển một thiết bị ngoại vi nào đó Các bạn có thể mắc thêm trở treo (thông thường là 10K) cho các nút bấm để nút bấm hoạt động ổn định hơn

LED 7 đoạn được dùng khá nhiều trong các ứng dụng để hiển thị số, ký tự, chỉ

thị các trạng thái trong các loại thiết bị từ dân dụng đến công nghiệp

Cấu tạo: gồm các bóng LED (8 bóng, trong đó 1 bóng LED được dùng làm dấu chấm) được ghép lại thành các nét của các chữ số và các ký tự Có 2 loại: dương chung (Common Anode) và âm chung (Common Cathode)

20

Hình 2.12: LED 7 đoạn Cathode chung và Anode chung

Nguyên lý hoạt động: muốn LED nào sáng thì LED đó phải được phân cực thuận

Do đó muốn tạo ra chữ số nào ta chỉ cần cho LED ở các vị trí tương ứng sáng lên Bảng mô tả cách tạo ra các chữ số để hiển thị lên LED 7 đoạn duơng chung:

Bảng 2.1 Bảng hiển thị số LED 7 đoạn

7447 là IC giải mã giành riêng cho LED 7 đoạn anode chung IC chuyển đổi từ

mã BCD sang mã LED 7 đoạn anode chung

Ứng dụng khi ta cần hiện thị số trên LED 7 đoạn trong mạch số mà không cần dùng vi điều khiển, hoặc muốn tiết kiệm chân cho vi điều khiển

22

 Sáng bình thường đủ các trạng thái từ 0 ÷ 9 (thường dùng nhất) Chân BI/RBO phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao, chân RBI phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao, chân LT phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao

 Chân BI/RBO nối xuống mức thấp thì tất các các đoạn của LED đều không sáng bất chấp trạng thái của các ngõ vào còn lại

 Bỏ trạng thái số 0 (khi giá trị BCD tại ngõ vào bằng 0 thì tất cả các đoạn của LED 7 đoạn đều tắt) Chân RBI ở mức thấp và chân BI/RBO phải bỏ trống (và

nó đóng vai trò là ngõ ra)

 Chân BI/RBO phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao và chân LT phải nối xuống mức thấp Tất cả các thanh của LED 7 đoạn đều sáng, bất chấp các ngõ vào BCD Dùng để Kiểm tra các đoạn của LED 7 đoạn (còn sáng hay đã chết)

Chân Kí hiệu Giải thích

1 Q1 Ngõ ra dữ liệu song song (bit 1)

2 Q2 Ngõ ra dữ liệu song song (bit 2)

23

3 Q3 Ngõ ra dữ liệu song song (bit 3)

4 Q4 Ngõ ra dữ liệu song song (bit 4)

5 Q5 Ngõ ra dữ liệu song song (bit 5)

6 Q6 Ngõ ra dữ liệu song song (bit 6)

7 Q7 Ngõ ra dữ liệu song song (bit 7)

8 GND Chân nối đất

9 Q7’ Ngõ ra dữ liệu nôí tiếp Khi dùng nhiều 74HC595 mắc nối tiếp

nhau thì chân này đưa vào đầu vào (DS) của IC tiếp theo khi đã dịch đủ 8 bit

10 /MR Master Reset (tích cực mức thấp)

11 SH-CP Ngõ vào xung clock Khi có 1 xung clock tích cực ở sườn dương

(từ 0 lên 1) thì 1 bit được dịch vào IC

12 ST-CP Xung clock chốt dữ liệu Khi có 1 xung clock tích cực ở sườn

dương (từ 0 lên 1) thì cho phép xuất dữ liệu trên các chân output

13 /OE Chân cho phép tích cực ở mức thấp (0) Khi ở mức cao, tất cả

các đầu ra của 74HC595 trở về trạng thái tổng trở cao, không

có ngõ ra nào được cho phép

14 DS Ngõ vào dữ liệu nối tiếp Tại 1 thời điểm xung clock chỉ đưa

vào được 1 bit

15 Q0 Ngõ ra dữ liệu song song (bit 8)

16 VCC Chân cấp nguồn

24

Hình 2.15: Sơ đồ khối IC ghi dịch 74HC595

Ta đặt dữ liệu vào chân DS, và tạo một xung SHCP thì dữ liệu tại chân DS sẽ được dịch vào thanh ghi 8-STAGE SHIFT REGISTER Lần lượt làm như trên 8 lần (dịch bit cao trước), thì ta được 8 bit trong thanh ghi 8-STAGE SHIFT REGISTER Sau đó ta tạo một xung STCP thì 8 bit trong thanh ghi 8-STAGE SHIFT REGISTER sẽ được sao chép sang thanh ghi 8-BIT STORAGE REGISTER Lúc này nếu chân OE ở mức thấp thì ngõ ra sẽ bằng với giá trị thanh ghi 8-BIT STORAGE REGISTER, còn nếu chân OE ở mức cao thì ngõ ra ở trạng thái tổng trở cao (Hi-Z) Khi dịch dữ liệu vào thanh ghi 8-STAGE SHIFT REGISTER, và chưa tạo xung STCP thì thanh ghi 8-BIT STORAGE REGISTER sẽ giữ nguyên trạng thái và ngõ ra cũng giữ nguyên trạng thái

Khi chân MR ở mức 0 thì dữ liệu trên thanh ghi 8-STAGE SHIFT REGISTER

sẽ bị xóa, còn thanh ghi 8-BIT STORAGE REGISTER sẽ giữ nguyên trạng thái và ngõ ra cũng giữ nguyên trạng thái

2.6.6 Mạch giảm áp DC LM2596 3A

Mạch giảm áp DC LM2596 3A là module giảm áp có khả năng điều chỉnh được dòng ra đến 3A LM2596 là IC nguồn tích hợp đầy đủ bên trong

 Thông số kỹ thuật:

 Module nguồn không sử dụng cách ly

 Nguồn đầu vào từ 4V - 35V

 Nguồn đầu ra: 1V - 30V

 Dòng ra Max: 3A

 Kích thước mạch: 53 (mm) x26 (mm)

25

Hình 2.16: Mạch giảm áp DC LM2596 3A

Hướng dẫn sử dụng: Module có 2 đầu vào IN, OUT, 1 biến trở để chỉnh áp đầu

ra Khi cấp điện cho đầu vào (IN) thì người dùng vặn biến trở và dùng VOM để đo mức áp ở đầu ra (OUT) để đạt mức điện áp mà mình mong muốn Điện áp đầu vào

từ 4-35V, điện áp ra từ 1,25-30V, dòng ra tối đa 3A

2.6.7 Module Hiển Thị RGB WS2812

WS2812 là một đèn LED RGB 5050, đã được tích hợp sẵn con chip Ws2812 ngay bên trong LED RGB WS2812 có thể giao tiếp với Arduino hoặc một số microcontroller khác để điều khiển qua giao tiếp một dây Với khả năng hiển thị 16 triệu màu với 256 mức độ sáng khác nhau, Module phù hợp với rất nhiều ứng dụng trang trí, hiển thị

Hình 2.17: Module Hiển Thị LED RGB WS2812

 DO: Data Out, dùng để nối tiếp tín hiệu đến các khối LED khác

2.5.8 Module 1 relay 5V với Opto cách ly kích H/L:

Module 1 relay 5V với opto cách ly kích H/L với opto cách ly nhỏ gọn, có opto

và transistor cách ly giúp cho việc sử dụng trở nên an toàn với board mạch chính, mạch được sử dụng để đóng ngắt nguồn điện công suất cao AC hoặc DC, có thể chọn đóng khi kích mức cao hoặc mức thấp bằng Jumper Tiếp điểm đóng ngắt gồm 3 tiếp điểm NC (thường đóng), NO (thường mở) và COM (chân chung) được cách ly hoàn toàn với board mạch chính, ở trạng thái bình thường chưa kích NC sẽ nối với COM, khi có trạng thái kích COM sẽ chuyển sang nối với NO và mất kết nối với NC

Hình 2.18: Module 1 relay 5V

27

 Thông số kỹ thuật:

 Sử dụng điện áp nuôi DC 5V

 Relay mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA

 Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A hoặc DC30V ~ 10A

 Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi Relay

 Có thể chọn mức tín hiệu kích 0 hoặc 1 qua jumper

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

Khối hiển thị led 7 đoạn, khối thiết bị

chấp hành

Khối điều khiển trung tâm, khối chức

năng Khối nguồn

12V

5V

Khối điều khiển Khối keypad

Khối hiển thị led RGB Khối wifi

Khối wifi

Khối hiển thị led 7 đoạn

Khối thiết bị cảnh báo

Internet

Khối chức

năng

Khối điều khiển trung tâm

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống

 Khối Keypad: nhận tín hiệu từ nút nhấn, gửi dữ liệu qua khối điều khiển

 Khối hiển thị LED RGB: nhận tín hiệu từ khối điều khiển và hiển thị

 Khối điều khiển trung tâm: nhận dữ liệu từ khối chức năng, xử lý và gửi tín hiệu đến khối hiển thị LED 7 đoạn, khối thiết bị chấp hành và Internet thông qua Router Wifi

 Khối Wifi: Tạo kết nối trung gian giữa các khối điều khiển với Router

 Khối hiển thị LED 7 đoạn: nhận tín hiệu từ khối điều khiển trung tâm và hiển thị

 Khối thiết bị cảnh báo: đèn và còi hú, nhận dữ liệu từ khối điều khiển trung tâm

và phát cảnh báo

 Internet: Bao gồm Web Server

 Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho hệ thống

3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch

a Thiết kế khối điều khiển

 Yêu cầu thiết kế:

 Nhận và xử lý tín hiệu từ khối Keypad

 Gửi dữ liệu ra khối hiển thị LED RGB

 Gửi dữ liệu cho khối điều khiển trung tâm thông qua Wifi

 Tính toán và lựa chọn:

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều dòng vi điều khiển khác như PIC, AVR, ARM Dưới đây là một số IC, module điều khiển:

Đặc điểm thực thi tốc độ cao CPU RISC là: có 35 lệnh đơn, thời gian thực hiện tất cả cấc lệnh là

1 chu kỳ máy, ngoại trừ lệnh rẽ nhánh là 2 chi kì máy

Bộ dao động nội chính xác

Dãy điện áp hoạt động rộng từ 2V đến 5,5V

Có 35 chân I/O cho phép lựa chọn theo hướng độc lập,

Mạch Arduino Nano có kích thước nhỏ gọn, mạch sử dụng chip nạp chương trình và giao tiếp UART CH340 giá rẻ để tiết kiệm chi phí

Kit có thiết kế dễ

sử dụng và đặc biệt là

có thể sử dụng trực tiếp trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code

Điện vào là 7 - 12 VDC

Có 14 chân Digital, trong đó có 6 chân PWM

Có 8 chân Analog Dòng điện mỗi I/O là 40 mA

Là phiên bản NodeMCU sử dụng

IC nạp giá rẻ CH340

từ Lolin với bộ xử lý trung tâm là module Wifi SoC ESP8266 Kit có thiết kế dễ

sử dụng và đặc biệt

là có thể sử dụng trực tiếp trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code Tích hợp sẵn Wifi 2.4GHz chuẩn 802.11 b/g/n

Điện áp hoạt động là 3,3 VDC, điện áp vào là 5 VDC

Dòng điện mỗi I/O là 15 mA

Bộ nhớ flash là 4Mb

31

có dòng khoảng 25mA

Bộ nhớ flash là 32Kb

Tính tiện lợi Rất phổ biến, dễ

Phải sử dụng mạch nạp để nạp chương trình cho PIC

Phải gắn thêm Module ESP8266 để kết nối Wifi

Nguồn cung cấp

Keypad Khối hiển

thị LED RGB

Hình 3.2 Sơ đồ kết nối khối điều khiển

b Thiết kế khối điều khiển trung tâm:

 Yêu cầu thiết kế:

 Nhận dữ liệu từ khối chức năng

 Xử lý và gửi tín hiệu đến khối hiển thị LED 7 đoạn, khối thiết bị chấp hành và Internet thông qua Router Wifi

 Tính toán và lựa chọn:

34

 Sơ đồ nguyên lí:

Hình 3.3 Sơ đồ kết nối khối điều khiển trung tâm

c Thiết kế khối hiển thị LED RGB:

 Yêu cầu thiết kế: nhận tín hiệu từ khối điều khiển và hiển thị

 Tính toán và lựa chon:

Bảng 3.4 Bảng so sánh giữa LED RGB WS2812 và LED RGB 4 chân

LED RGB WS2812 LED RGB 4 chân

Tính năng

Dùng để phát sáng, dùng trong các mạch điện tử

Có 4 I/O, dùng một chân để điều khiển, tương thích với nhiều vi điều khiển

Có 4 I/O trong đó có 1 chân dương chung và 3 chân âm riêng cho từng màu (R - red - đỏ, G - Green - Xanh lá, B - Blue - Xanh dương)

35

Nguồn hoạt động: 5VDC

Để thay màu sắc của LED RGB, ta chỉ việc thay đổi độ sáng của từng con diode (LED) bằng cách điều chỉnh xung PWM

Tính tiện lợi Rất phổ biến, dễ mua, dễ sử

dụng

Rất phổ biến, dễ mua, dễ sử dụng

Hình 3.4 Module hiển thị LED RGB WS2812 và LED RGB 4 chân

Để hiển thị cảnh báo nhóm sử dụng Module đèn LED RGB WS2812 với ưu điểm là:

 Có giá thành rẻ

 Thiết kế nhỏ gọn, đẹp

 Có độ sáng cao, có thể lập trình màu theo ý muốn

 Điều khiển bằng một chân data

 Sử dụng nguồn 5VDC

d Thiết kế khối hiển thị LED 7 đoạn:

Nhằm làm giảm chân kết nối giữ ba LED 7 đoạn và Module ESP8266, nhóm

74HC595 thứ hai sẽ điều khiển một LED, nguyên lí dịch cũng giống như trên nhưng thay vì dịch cả 8 bit, ta chỉ cần dịch 4 bit vào rồi chốt dữ liệu xuất ra IC giải

mã

Để có thể hiển thị từ mã nhị phân ra LED 7 đoạn, ta cần sử dụng IC giải mã

7447

37

 Sơ đồ nguyên lí:

Hình 3.5 Sơ đồ kết nối khối hiển thị LED 7 đoạn

e Thiết kế khối thiết bị cảnh báo:

Có nhiệm vụ cảnh báo ở khối trung tâm khi có lỗi phát sinh Để thực hiện nhiệm

vụ của khối này, nhóm chọn thiết bị đèn và còi báo được thiết kế sẵn với ưu điểm là đẹp, độ bền cao Thiết bị sử dụng điện 12VDC, sẽ chớp đèn và hú lớn khi được cấp nguồn

Để điều khiển thiết bị này, cần phải sử dụng 1 relay 5V

f Thiết kế khối Keypad:

 Yêu cầu thiết kế: nhận tín hiệu từ nút nhấn, gửi dữ liệu qua khối điều khiển

 Tính toán và lựa chọn:

Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại Module Keypad được thiết kế sẵn Với nhiều ưu điểm như:

38

 Thiết kế đẹp, gọn gàng

 Giá thành rẻ

 Độ bền cao

 Dễ thay thế khi hỏng và dễ thiết lập, chỉnh sửa chức năng bằng phần mềm

Hình 3.6 Module Keypad mềm 4x4 và Keypad cứng 4x4

Bảng 3.5 Bảng so sánh giữa Keypad mềm 4x4và Keypad cứng 4x4

Keypad mềm 4x4 Keypad cứng 4x4

Tính năng

Bàn phím ma trân 4x4 loại phím mềm

Có 8 chân kết nối

Kháng Cách điện: 100M Omh, 100V

Điện áp max: 24VDC, 30mA

Nhiệt độ hoạt động: 0-70 độ

C

Bàn phím ma trân 4x4 loại phím cứng

Có 8 chân kết nối

Kháng Cách điện: 200M Omh, 100V

Điện áp max: 24VDC, 20mA

➪ Với yêu cầu đặt ra nhóm quyết định sử dụng module Keypad mềm 4x4

39

Bảng 3.6 Kết nối Module Keypad với ESP8266

Hình 3.7 Sơ đồ kết nối khối keypad

g Thiết kế khối nguồn:

 Yêu cầu thiết kế: cung cấp nguồn 12VDC cho toàn hệ thống

 Tính toán và lựa chọn:

40