Luận Văn Thiết kế hộp điều khiển thiết bị bằng sóng hồng ngoại

Phan Vân Hoàn... Error!. Bookmark not defined... Tuy nhiên, h th ng ngôi nhà thông minh này không có kh n ng đi u khi n các... ây là khái ni m dùng ch tr ng thái c a chân SCK tr ng thái

B MÔN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH o0o

Tp HCM, ngày 02 tháng 07 n m 2018

 N i dung 2: Gi i mã h ng ngo i nh n t đi u khi n t xa h ng ngo i

 N i dung 3: Xu t tín hi u h ng ngo i đi u khi n m t thi t b

 N i dung 4: Thi t k và l p trình ng d ng trên Android

 N i dung 5: Thi t k và thi công m ch đi u khi n

 N i dung 6: Thi t k mô hình s n ph m

 N i dung 7: ánh giá k t qu th c hi n

III NGÀY GIAO NHI M V : 02/04/2018

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 02/07/2018

V H VÀ TÊN CÁN B H NG D N: ThS Phan Vân Hoàn

tài này là do chúng tôi t th c hi n d i s h ng d n c a th y ThS Phan Vân Hoàn d a vào m t s tài li u và không sao chép t tài li u hay công trình đư có tr c đó

N u có b t k s gian l n nào chúng tôi xin ch u trách nhi m v n i dung đ án c a mình

Sinh viên th c hi n đ án

Tr n Quang Toàn Nguy n Minh V

L I C M N



L i đ u tiên em xin chân thành c m n các th y cô giáo trong Tr ng i H c S

Ph m K Thu t TP.HCM nói chung, các th y cô trong khoa i n – i n T nói riêng đư

d y d cho em ki n th c v các môn đ i c ng c ng nh các môn chuyên ngành, giúp em

có đ c c s lý thuy t v ng vàng và t o đi u ki n giúp đ em trong su t quá trình h c

t p

Em c ng xin g i l i tri ân và bi t n sâu s c đ n th y ThS Phan Vân Hoàn ng i

đư t n tình h ng d n, ch b o em trong su t quá trình làm khoá lu n

Cu i cùng, em xin chân thành c m n gia đình và b n bè, đư luôn t o đi u ki n, quan tâm, giúp đ , đ ng viên em trong su t quá trình h c t p và hoàn thành khoá lu n t t nghi p

Sinh viên th c hi n đ án

Tr n Quang Toàn Nguy n Minh V

M C L C

Trang bìa Error! Bookmark not defined

Nhi m v đ án t t nghi p ii

L ch trình th c hi n đ án t t nghi p iii

L i cam đoan iv

L i c m n v

M c l c vi

Li t kê hình v ix

Li t kê b ng xi

Tóm t t xii

Ch ng 1 T NG QUAN 1

1.1 t v n đ : 1

1.2 M c tiêu đ tài: 2

1.3 N i dung nghiên c u: 2

1.4 Gi i h n: 3

1.5 B c c đ án: 3

Ch ng 2 C S LÝ THUY T 4

2.1 T ng quan v tia h ng ngo i: 4

2.1.1 nh ngh a: 4

2.1.2 Ngu n phát: 4

2.1.3 Tính ch t: 4

2.1.4 Phân lo i: 4

2.1.5 ng d ng: 5

2.1.6 Tín hi u h ng ngo i trên đi u khi n t xa: 5

2.2 Gi i thi u ph n c ng: 6

2.2.1 T ng quan v module ESP8266-12E (NodeMCU V1.0): 6

2.2.2 Led thu h ng ngo i: 10

2.2.3 Module micro SD Card: 11

2.2.4 Module 4 led 7 đo n: 13

2.3.2 Nguyên lý ho t đ ng: 15

2.4 Gi i thi u v giao th c ntp: 16

2.4.1 Khái ni m: 16

2.4.2 c tr ng: 16

2.4.3 Ki n trúc c b n: 16

2.4.4 NTP timestamp: 17

2.5 Gi i thi u vài nét v h đi u hành android: 18

2.5.1 Khái ni m: 18

2.5.2 c tr ng: 18

2.5.3 Ki n trúc c b n: 19

2.5.4 Môi tr ng phát tri n Android: 20

2.6 Gi i thi u vài nét v firebase: 21

2.6.1 Khái ni m: 21

2.6.2 c tr ng c b n: 21

Ch ng 3 TệNH TOÁN VẨ THI T K 22

3.1 T ng quan v yêu c u thi t k h th ng: 22

3.2 Tính toán và thi t k h th ng: 22

3.2.1 Thi t k s đ h th ng: 22

3.2.2 Tính toán và thi t k : 23

Ch ng 4 THI CÔNG H TH NG 28

4.1 Gi i thi u: 28

4.2 Thi công h th ng: 28

4.2.1 Thi công bo m ch: 28

4.2.2 L p ráp, ki m tra và thi công mô hình: 30

4.3 L p trình h th ng: 32

4.3.1 L u đ gi i thu t: 32

4.3.2 Ph n m m l p trình cho vi đi u khi n: 36

4.3.3 Ch ng trình trên Android Studio 40

Ch ng 5 K T QU , NH N XÉT, ÁNH GIÁ 50

5.1 S n ph m sau khi hoàn thành: 50

5.1.1 S n ph m: 50

5.1.2 Ki n th c có đ c trong quá trình thi t k s n ph m: 50

5.2 K t qu ch y h th ng: 51

5.2.1 Quá trình ch y ng d ng trên đi n tho i: 51

5.2.2 Quá trình v n hành trên ph n c ng h th ng: 53

Ch ng 6 K T LU N VẨ H NG PHÁT TRI N 56

6.1 K t lu n: 56

6.2 H ng phát tri n: 56

TÀI LI U THAM KH O 57

PH L C 58

Hình 2.1 Hình nh remote th c t 5

Hình 2.2 S đ chân c a Node MCU 7

Hình 2.3 Hình nh th c t và s đ chân c a ESP8266-12E 8

Hình 2.4 Hình nh th c t và s đ chân c a TL 1838 10

Hình 2.5 S đ góc và kho ng cách nh n đ c sóng 11

Hình 2.6 Hình nh th c t module micro SD card 12

Hình 2.7 Các kích th c SD card 12

Hình 2.8 Hình nh th c t module 4 led 7 đo n 13

Hình 2.9 K t n i SPI gi a hai thi t b 14

Hình 2.10 K t n i SPI gi a nhi u thi t b 14

Hình 2.11 Các ch đ làm vi c c a SPI 15

Hình 2.12 Truy n d li u theo chu n SPI 16

Hình 2.13 C u trúc t ng quát c a Android 20

Hình 3.1 S đ kh i h th ng 22

Hình 3.2 S đ thi t k kh i thu phát h ng ngo i 24

Hình 3.3 S đ thi t k hi n th th i gian 25

Hình 3.4 S đ thi t k kh i l u d li u 25

Hình 3.5 S đ nguyên lý toàn m ch 27

Hình 4.1 M ch in c a m ch đi n 28

Hình 4.2 Hình 3D m t trên s đ b trí linh ki n 29

Hình 4.3 Hình 3D m t d i s đ b trí linh ki n 29

Hình 4.4 M t d i m ch thi công th c t 31

Hình 4.5 L p ráp các linh ki n vào m ch 31

Hình 4.6 Hình nh mô hình 32

Hình 4.7 L u đ ch ng trình trên vi đi u khi n 33

Hình 4.8 L u đ ch ng trình đi u khi n trên Android 34

Hình 4.9 L u đ h n gi trên Android 35

Hình 4.10 Ph n m m l p trình Arduino IDE 36

Hình 4.11 Cách download ph n m m 37

Hình 4.12 Giao đi n thêm board ESP trên Arduino IDE 37

Hình 4.13 T i th vi n cho Esp8266 38

Hình 4.14 Danh m c các th vi n hi n có trên Arduino IDE 38

Hình 4.15 Ch n Board n p 39

Hình 4.16 T i Java 41

B MÔN ĐI N T CÔNG NGHI P x

Hình 4.17 Cài đ t Android Studio 41

Hình 4.18 T o project m i trong Android Studio 42

Hình 4.19 T o project m i trong Android 42

Hình 4.20 Ch n phiên b n Android mu n l p trình 43

Hình 4.21 Ch n màn hình 44

Hình 4.22 t tên cho màn hình 44

Hình 4.23 Ch n thi t b đ ch ng trình 45

Hình 4.24 Giao di n c a project Android m i 45

Hình 4.25 T o m t Project cho Firebase 46

Hình 4.26 Giao di n các h đi u hành Firebase liên k t 46

Hình 4.27 Liên k t Firebase v i Package name c a app Android 47

Hình 4.28 Thêm t p tin google-services.json vào app Android 48

Hình 4.29 Thêm th vi n liên k t Firebase v i app Android 48

Hình 5.1 S n ph m thi công 50

Hình 5.2 Giao di n app 51

Hình 5.3 Giao di n đi u khi n 52

Hình 5.4 Giao di n h n th i gian 52

Hình 5.5 Giao di n trên Firebase 53

Hình 5.6 H c tín hi u t đi u khi n 53

Hình 5.7 i u khi n thi t b 54

Hình 5.8 D li u t ng nút trong th nh 55

Hình 5.9 D li u c a tín hi u c a m t nút trong th nh 55

B ng 2.1 Ch c n ng các chân ESP8266-12E 9

B ng 2.2 Thông s TL1838 11

B ng 4.1 Li t kê linh ki n 30

B ng 4.2 Ch c n ng c a các bi u t ng trên thanh công c : 40

TÓM T T

i u khi n t xa (remote controller) là thành ph n c a m t thi t b đi n t , th ng là tivi, đ u đ a, máy hát, máy đi u hòa, qu t, … và đ c s d ng đ đi u khi n chúng t m t kho ng cách ng n không qua dây d n Nh ng n m g n đây đi u khi n t xa đư liên t c

đ c c i ti n, nâng c p và phát tri n

i u khi n t xa th ng s d ng tia h ng ngo i giúp ng i dùng ra l nh cho thi t b chính thông qua m t s nút nh n đ thay đ i các thi t l p khác nhau Trong th c t , t t c các ch c n ng c a đa s các thi t b đi n t hi n nay đ u có th đ c đi u ch nh thông qua

đi u khi n t xa, trong khi các nút trên thi t b chính ch có m t s ít các nút chính thi t

y u Thông th ng tín hi u t đi u khi n t xa đ c mã hóa và yêu c u thi t b chính ph i cùng thu c m t dòng s n ph m hay th ng hi u c th u phát c a đi u khi n t xa

th ng là m t đèn Led (diode phát quang), khi đi u khi n c n có m t kho ng không không

có v t c n ch n sang gi a nó và thi t b chính, tín hi u có th b ph n x qua g ng Ngày nay công ngh tr nên hi n đ i, xu h ng m i th đi u s đ c k t n i và đi u khi n thông qua m ng không dây wifi V i ý t ng gi i quy t nh ng b t c p c a đi u khi n

t xa, nhóm chúng em xin đ a ra đ tài: ắThi t k h p đi u khi n thi t b b ng sóng

h ng ngo iẰ H th ng có kh n ng h c đ c các tín hi u h ng ngo i, nh n l nh t đi n

tho i thông minh phát ra tín hi u v a h c đ c đi u khi n các thi t b h ng ngo i thông qua app Android

V i đ tài này, nhóm hy v ng s làm c s nghiên c u cho các nhóm sau có th m

r ng, phát tri n n a N u đ c đi u ch nh t t, ý t ng này k t h p v i ngôi nhà thông minh s tr thành m t h th ng l n đáp ng nhu c u đi u khi n, qu n lý t t c các thi t b trong nhà m t cách thông minh, nâng cao đ i s ng ti n ích cho con ng i

Ch ng 1 T NG QUAN

1.1 T V N :

Ngày nay cùng v i s phát tri n m nh m c a các ngành khoa h c k thu t, công ngh k thu t đi n t mà trong đó đ c bi t là k thu t đi u khi n t đ ng đóng vai trò quan tr ng trong m i l nh v c khoa h c k thu t, qu n lí, công nghi p, cung

c p thông tin Do đó, là m t sinh viên chuyên ngành Công Ngh K Thu t i n T

- Truy n Thông chúng ta ph i bi t n m b t xu h ng và v n d ng nh ng ki n th c

đư đ c h c đ phát tri n nó m t cách có hi u qu nh m góp ph n vào s phát tri n

n n khoa h c k thu t th gi i nói chung và trong s phát tri n k thu t đi n t , truy n thông nói riêng Bên c nh đó còn là s thúc đ y s phát tri n c a n n kinh t n c nhà

Nh chúng ta đư bi t, g n nh các thi t b t đ ng trong nhà máy, trong đ i

s ng c a các gia đình ngày nay đ u ho t đ ng đ c l p v i nhau, m i thi t b có m t quy trình s d ng khác nhau tu thu c vào s thi t l p, cài đ t c a nhà s n xu t và

ng i s d ng Chúng ch a có m t s liên k t nào v i nhau v m t d li u đáp

đi u này các đ án tr c đây đư thi t k m t ngôi nhà thông minh hay còn g i là ngôi nhà s là m t gi i pháp đi u khi n tích h p cho các c n h , tích h p các thi t b đi n

t , nghe nhìn, truy n thông thành m t h hoàn ch nh và th ng nh t, có th t v n hành t t c các h th ng m t cách t đ ng theo ch ng trình đư cài đ t ho c theo đi u khi n t xa c a ng i dùng Các h th ng nh chi u sáng, máy l nh, an ninh b o v ,

âm thanh nghe nhìn, chuông hình, c a t đ ng hay c rèm c a s đ c ph i h p v n hành thành m t h th ng đ ng nh t M i ch c n ng c a ngôi nhà thông minh đ u có

kh n ng t v n hành ho c d i s đi u khi n c a ng i dùng thông qua đi n tho i

di đ ng s d ng m ng 3G, 4G hay Internet và cung c p nhi u ch đ s d ng Ng i dùng có th truy c p t xa vào h th ng qu n lý t i nhà đ xem c a ngõ qua video,

t t h th ng đèn n u l quên khi ra kh i nhà, t t b t các h th ng đèn không c n thi t trong các khu v c trong nhà đ ti t ki m đi n n ng

Tuy nhiên, h th ng ngôi nhà thông minh này không có kh n ng đi u khi n các

CH NG 1 T NG QUAN

máy l nh, qu t,…), các thi t b này có nh ng chu n h ng ngo i khác nhau do các hãng s n xu t thi t b quy đ nh (Sony, Samsung, Sharp, LG…) đi u này giúp tránh xung đ t v i các thi t b đi u khi n b ng sóng h ng ngo i khác nh ng c ng gây khó

kh n trong vi c đi u khi n, vì m i khi mu n đi u khi n thi t b ph i s d ng đi u khi n t xa c a đúng thi t b đó, đi u đó gây b t ti n khi trong nhà có nhi u thi t b Chính vì nh ng b t c p trên cùng v i xu h ng công ngh , nhóm chúng em

ch n đ tài ắThi t k h p đi u khi n thi t b b ng sóng h ng ngo i” đ áp ng nhu

c u đi u khi n các thi t b h ng ngo i đ c thu n ti n h n

1.2 M C TIểU TÀI:

án đ c nhóm nghiên c u, kh o sát và th c hi n v i m c đích áp d ng các

ki n th c đư đ c h c tr ng giúp cho nh ng nhu c u đi u khi n thi t b h ng ngo i tr nên ti n l i h n Vì v y nhóm chúng em thi t k ắThi t k h p đi u khi n

thi t b b ng sóng h ng ngo i Ằ v i mong mu n đem nh ng k thu t và công ngh

m i đ làm đ n gi n hóa vi c đi u khi n, không c n ph i c m nh ng chi c đi u khi n

t xa c a t ng thi t b n a Thi t b tích h p module wifi ESP 8266-12, micro SD card, module nh n, phát tín hi u h ng ngo i, và module 4 led 7 đo n Thi t b đ c

đi u khi n thông qua m t ch ng trình trên đi n tho i thông minh s d ng h đi u hành Android đ ng th i có th h n gi đ b t t t thi t b

1.3 N I DUNG NGHIÊN C U:

 N i dung 1: Tìm hi u v module ESP-12 8266, module 4 led 7 đo n, micro

SD card, led thu và phát h ng ngo i

 N i dung 2: Gi i mã h ng ngo i nh n t đi u khi n t xa h ng ngo i

 N i dung 3: Xu t tín hi u h ng ngo i đi u khi n m t thi t b

 N i dung 4: Thi t k và l p trình ng d ng trên Android

 N i dung 5: Thi t k và thi công m ch đi u khi n

 N i dung 6: Thi t k mô hình s n ph m

 N i dung 7: ánh giá k t qu th c hi n

1.4 GI I H N:

i u khi n các thi t b trong nhà (Tivi, đi u hòa, camera, qu t, …) b ng sóng

h ng ngo i qua giao di n App Android

 Ch ng 3: Tính Toán VƠ Thi t K H Th ng

Tính toán thi t k , đ a ra s đ nguyên lí c a h th ng

 Có th bi n đi u nh sóng đi n t cao t n

 Tia h ng ngo i tuân theo các đ nh lu t: truy n th ng, ph n x , và c ng gây

đ c hi n t ng nhi u x , giao thoa nh ánh sáng thông th ng

2.1.4 Phân lo i:

Tia h ng ngo i đ c phân chia theo b c sóng thành ba vùng chính:

 H ng ngo i g n: có kí hi u là NIR, có b c sóng t 0,78 µm đ n 3 µm

 H ng ngo i trung: có kí hi u là MIR, có b c sóng t 3 µm đ n 50 µm

 H ng ngo i xa: có kí hi u là FIR, có b c sóng t 50 µm đ n 1000 µm

2.1.5 ng d ng:

 Dùng đ truy n tín hi u đi u khi n trong các b đi u khi n t xa

(remote)…

2.1.6 Tín hi u h ng ngo i trên đi u khi n t xa:

Công ngh chính đ c s d ng trong đi u khi n t xa gia d ng là tia h ng ngo i (IR) Nh ng xung ánh sáng h ng ngo i này vô hình v i m t ng i và có th nhìn th y b ng máy nh k thu t s hay máy quay phim u phát c a đi u khi n t

xa th ng là m t đèn LED (diode phát quang)

Vì đi u khi n t xa s d ng tia h ng ngo i, c n có m t kho ng không không

có v t ch n sáng gi a nó và thi t b chính Tuy nhiên, tín hi u có th ph n x

i u khi n t xa là m t thi t b phát sóng h ng ngo i, s d ng trong các m c đích đi u khi n t xa (t m 10m) i u khi n t xa nh n l nh t ng i đi u khi n thông qua các phím b m, sau đó xu t ra m t khung d li u ng v i phím đ c b m

Có r t nhi u lo i đi u khi n đ c s d ng nh : Sony, LG, … m i lo i có 1 cách mư hóa phím b m khác nhau

Hình 2.1 Hình nh remote th c t

CH NG 2 C S LÝ THUY T

S l ng bít d li u đ c truy n đi khác nhau: có lo i 7 bit (sony), lo i 8 bit,

12 bit, 16 bit, 18 bit, 32 bit, 42 bit (AIWA) Cùng 1 hưng đi n t ví d sony thì s bít

c ng có th khác nhau, đi u khi n tivi sony có 7 bit, còn dàn âm thanh sony là 16 bit

M i bít s mư hóa đ c 2 tr ng thái 0 và 1, v y n bit s mư hóa đ c tr ng thái khác nhau , có ngh a là v i giao th c (protocol) 7 bít thì có th có = 128 l nh t ng

ng 128 nút trên đi u khi n, v i giao th c (protocol) 32 bít thì có th có = 4 294

967 296 l nh t ng ng 4 294 967 296 nút trên đi u khi n,v i giao th c (protocol)

16 bít thì có th có = 65 536 l nh t ng ng 65 536 nút trên đi u khi n

T t nhiên n u s d ng giao th c có s l ng bít nhi u thì kh n ng b trùng phím v i đi u khi n khác là r t ítnh ng c ng không c n thi t l m, trong khi đi u này

l i làm gi m tu i th pin đi u khi n

Tùy vào m i nhà s n xu t mà s d ng các cách mã hóa tín hi u h ng ngo i khác nhau nh :

- Lo i đi u ch đ r ng xung th p là lo i đi u khi n t xa có bit 0 và bit 1 khác

nhau đ r ng xung th p, đi n hình là đi u khi n sony

- Lo i đi u ch đ r ng xung cao là lo i đi u khi n t xa có bit 0 và bit 1 khác

nhau đ r ng xung cao, đi n hình là đi u khi n Samsung

- Ngoài ra c ng có giao th c h ng ngo i NEC và nhi u giao th c khác

2.2 GI I THI U PH N C NG:

2.2.1 T ng quan v module ESP8266-12E (NodeMCU V1.0):

 Gi i thi u s l c v module ESP8266 NodeMCU V1.0:

- NodeMCU V1.0 đ c phát tri n d a trên Chip WiFi ESP8266EX bên

trong Module ESP-12E d dàng k t n i WiFi v i m t vài thao tác Board còn tích h p IC CP2102, giúp d dàng giao ti p v i máy tính thông qua Micro USB đ thao tác v i board Và có s n nút nh n, led đ ti n qua quá trình h c, nghiên c u

- V i kích th c nh g n, linh ho t board d dàng liên k t v i các thi t b

ngo i vi đ t o thành project, s n ph m m u m t cách nhanh chóng

 Thông s k thu t:

- Chip: ESP8266EX

- WiFi: 2.4 GHz h tr chu n 802.11 b/g/n

- S chân I/O: 13 (t t c các chân I/O đ u có Interrupt/PWM/I2C/One-wire,

- L p trình trên các ngôn ng : C/C++, Micropython, NodeMCU - Lua

Hình 2.2 S đ chân c a Node MCU ESP8266 là m t chip tích h p cao, đ c thi t k cho nhu c u c a m t th gi i

k t n i m i, th gi i Internet of Thing (IoT) Nó cung c p m t gi i pháp k t n i m ng wifi đ y đ và khép kín, cho phép nó có th l u tr các ng d ng ho c đ gi m t i t t

CH NG 2 C S LÝ THUY T

ESP8266 có kh n ng x lý và l u tr m nh m cho phép nó đ c tích h p các

b c m bi n, vi đi u khi n và các thi t b ng d ng c th thông qua GPIO ESP8266

có th k t n i wifi ho c làm m t access point hay c ng có th tr thành webserver

đ n gi n

Hình 2.3 Hình nh th c t và s đ chân c a ESP8266-12E

Các thông s k thu t:

- SDIO 2.0, SPI, UART

- Tích h p RF switch, balun, 24 dBm PA, DCXO và PMU

- Tích h p b x lý RISC, giao di n b nh trong chip và ngoài chip

- Tích h p b vi x lý MAC/baseband

- Giao di n I2S cho các ng d ng âm thanh ch t l ng cao

- B đi u ch nh tuy n tính s t áp trên chip cho t t c ngu n n i

- Tích h p WEP, TKIP, AES và các công c WAPI

- Wifi 802.11 b/g/n

- Wifi Direct (P2P), soft AP

- Công su t đ u ra 19.5 dBm ch đ 802.11b

- Tích h p CPU 32 bit công su t th p có th s d ng nh vi x lý

- ánh th c và truy n gói d li u trong < 2ms

- Ch đ ch tiêu th đi n n ng < 1.0 mW(DTIM3)

 Ch c n ng các chơn c a ESP8266:

B ng 2.1 Ch c n ng các chân ESP8266-12E

B tr ng ho c k t n i bên ngoài MCU

2 ADC/OUT Ngõ vào t ng t ADC 10 bit 0-1V

CH NG 2 C S LÝ THUY T

2.2.2 Led thu h ng ngo i:

Hi n nay, trên th tr ng có r t nhi u ch ng lo i led thu h ng ngo i khác nhau

t led thu 2 chân cho đ n led thu 3 chân.Led thu 3 chân g i là phototransistor là lo i

có 3 chân, nó có đ nh y cao h n i v i led thu 2 chân là photodiode thì c p ngu n

ng c, khi có ánh sáng h ng ngo i nó s d n Còn đ i v i transitor thì nó có 3 chân riêng bi t: V+, GND, out Chân out là tín hi u thu đ c

Hình 2.4 Hình nh th c t và s đ chân c a TL 1838

C m bi n h ng ngo i đ c s d ng là TL1838 M t s thông s chính c a TL1838:

C u t o bên trong c a TL1838 đ c th hi n Hình 2.5 sau:

2.2.3 Module micro SD Card:

Module Micro SD card là module đ c/ghi th nh micro SD dành cho

Arduino s d ng giao ti p SPI, d dàng s d ng v i th vi n SPI.h và SD.h trên Arduino IDE Có th đ c/ghi d li u t micro SD Cho phép th c hi n các d án

l u tr d li u (data logging), phát nh c MP3…

Hình 2.5 S đ góc và kho ng cách nh n đ c sóng

B ng 2.2 Thông s TL1838

- Các ngõ ra c a module: CS, CLK, MOSI, MISO, VCC, GND

2.2.4 Module 4 led 7 đo n:

Module LED 7 đo n 4 s s d ng IC TM1637, ch có hai đ ng tín hi u nh ng

có th giúp cho MCU đi u khi n hi n th 4 led 7 đo n anode

Hình 2.8 Hình nh th c t module 4 led 7 đo n

SPI vi t t t c a Serial Peripheral Interface, SPI bus – Giao di n ngo i vi nói

ti p, bus SPI Chu n SPI đ c phát tri n b i Motorola ây là m t chu n đ ng b

n i ti p đ truy n d li u ch đ song công toàn ph n (full- duplex) t c trong cùng

m t th i đi m có th x y ra đ ng th i quá trình truy n và nh n ôi khi SPI còn đ c

g i là chu n giao ti p 4 dây (Four-wire) SPI là giao di n đ ng b , b t c quá trình truy n nào c ng đ c đ ng b hóa v i tín hi u clock chung Tín hi u này sinh ra b i master

CH NG 2 C S LÝ THUY T

Trong giao di n SPI có b n tín hi u s :

- MOSI hay SI – c ng ra c a bên Master (Master Out Slave IN) ây là chân

dành cho vi c truy n tín hi u t thi t b ch đ ng đ n thi t b b đ ng

- MISO hay SO – c ng ra bên Slave (Master in Slave Out) ây là chân dành

cho vi c truy n d li u t Slave đ n Master

- SCLK hay SCK là tín hi u clock đ ng b (Serial Clock) Xung nh p ch đ c

t o b i Master

- CS hay SS là tín hi u ch n vi m ch (Chip Select ho c Slave Select) SS s

m c cao khi không làm vi c N u Master kéo SS xu ng th p thì s di n ra quá trình giao ti p Ch có m t đ ng SS trên m i Slave nh ng có th có nhi u

đ ng đi u khi n SS trên Master, tùy thu c vào thi t k c a ng i dùng

Hình 2.10 K t n i SPI gi a nhi u thi t b Hình 2.9 K t n i SPI gi a hai thi t b

2.3.2 Nguyên lý ho t đ ng:

b t đ u ho t đ ng thì kéo chân SS xu ng th p và kích ho t clock c Master và Slave M i chip Master hay Slave có m t thanh ghi d li u 8 bits C m i

c a xung nh p do Master t o ra trên đ ng gi nh p SCK, m t bit trong thanh ghi d

li u c a Master đ c truy n qua Slave trên đ ng MOSI, đ ng th i m t bit trong thanh ghi d li u c a chip Slave c ng đ c truy n qua Master trên đ ng MISO

C c c a xung gi nh p, phase và các ch đ ho t đ ng: c c c a xung gi nh p (Clock Polarity) đ c g i t t là CPOL ây là khái ni m dùng ch tr ng thái c a chân SCK tr ng thái ngh tr ng thái ngh (Idle), chân SCK có th đ c gi m c cao (CPOL=1) ho c th p (CPOL=0) Phase (CPHA) dùng đ ch cách mà d li u đ c

l y m u (sample) theo xung gi nh p D li u có th đ c l y m u c nh lên c a SCK (CPHA=0) ho c c nh xu ng (CPHA=1) S k t h p c a CPOL và CPHA làm nên 4 ch đ ho t đ ng c a SPI Nhìn chung vi c ch n 1 trong 4 ch đ này không

nh h ng đ n ch t l ng truy n thông mà ch c t sao cho có s t ng thích gi a Master và Slave Do 2 gói d li u trên 2 chip đ c g i qua l i đ ng th i nên quá trình truy n d li u này đ c g i là “song công”

Hình 2.11 Các ch đ làm vi c c a SPI

CH NG 2 C S LÝ THUY T

Hình 2.12 Truy n d li u theo chu n SPI

2.4 GI I THI U V GIAO TH C NTP:

2.4.1 Khái ni m:

NTP (Network Time Protocol - Giao th c đ ng b th i gian m ng) là m t giao

th c đ đ ng b đ ng h c a các h th ng máy tính thông qua m ng d li u chuy n

m ch gói v i đ tr bi n đ i Giao th c này đ c thi t k đ tránh nh h ng c a đ

NTP s d ng ki n trúc phân c p, phân l p cho các c p ngu n đ ng b , m i

m t c p trong phân c p này đ c g i là m t "statum' và đ c gán m t s c a c p b t

đ u t 0 là c p cao nh t C p stratum ch ra nó đư qua bao nhiêu trung gian đ đ n

đ c c p tham chi u và c p stratum c ng giúp tránh tham chi u vòng trong phân c p Chú ý r ng c p stratum không có ý ngh a ch ch t l ng hay đ n đ nh, d dàng tim

th y m t ngu n đ ng b "stratum 3" có ch t l ng t t h n m t ngu n "stratum 2" khác nh ngh a v statum này c ng khác v i stratum dùng trong đ ng b vi n thông

- Stratum 0: Bao g m nh ng thi t b nh đ ng h nguyên t (atomic clock),

đ ng h GPS hay các đ ng h vô tuy n khác Thi t b Stratum-0 th ng không

đ c k t n i tr c ti p vào m ng mà đ c k t n i v i máy tính (ví d thông qua c ng RS-232 s d ng tín hi u xung)

- Stratum 1: ây là các máy tính k t n i v i thi t b Stratum 0 ây là ngu n

đ ng h tham chi u cho các server Stratum 2 Các máy tính này còn đ c g i

là time server Các server Stratum 1 (v i NTPv3 hay tr c đó) có th không

ho t đ ng v i đ chính xác c a c p Stratum 1

- Stratum 2: Là các máy tính g i các yêu c u NTP đ n cho server Stratum 1

Thông th ng máy tính Stratum 2 s tham chi u t nhi u server Stratum 1 và

s d ng thu t toán NTP đ thu th p thông tin chính xác nh t, và b tham chi u

đ n các server Stratum 1 ho t đ ng không chính xác Các máy tính Stratum 2

s liên l c v i các máy tính Stratum 2 khác đ có đ c th i gian chính xác và

n đ nh h n trong nhóm Máy tính Stratum 2 theo phân c p l i là ngu n tham chi u cho các yêu c u t Stratum 3

- Stratum 3: Các máy tính mày c ng th c hi n các ch c n ng nh Stratum 2,

và t ng t c ng là ngu n tham chi u cho các c p th p h n, có th có t i đa

16 c p Tùy vào phiên b n, NTP có th h tr đ n 256 Stratum.

2.4.4 NTP timestamp:

Nhưn th i gian (timestamp) 64 bit c a NTP bao g m 32 bit ch giây và 32 bit

ch ph n chi ti t trong 1 giây, NTP timestamp có th mô t đ c m t th i gian trong kho ng 232giây (136 n m) và đ chi ti t đ n 2ứ32 (233 pico giây)

NTP timestamp s l p l i m i 232giây (136 n m) NTP l y m c th i gian vào tháng 1, n m 1900, vì th nó s l p l i vào n m 2036, tr c s c UNIX n m 2038

Vì NTP ho t đ ng d a trên chênh l ch gi a các time stamp và không bao gi

d a trên giá tr tuy t đ i, vi c l p l i nhưn s không có nh h ng n u gi a các nhưn sai l nh không quá 68 n m i u này c ng có ngh a vi c l p l i vào n m 2036 s không nh h ng đ n các h th ng đang ho t đ ng vì thông th ng chênh l ch th i

CH NG 2 C S LÝ THUY T

gian là r t nh Tuy nhiên, khi h th ng v a kh i đ ng, c n xác đ nh ngày chính xác trong 68 n m

2.5 GI I THI U VÀI NÉT V H I U HÀNH ANDROID:

Ph n này gi i thi u s l c v h đi u hành Android, các thành ph n c u t o,

c u trúc t ng quát c a Android và các thành ph n c b n c a m t ng d ng đ c xây

d ng trên n n Android N m đ c m t s hi u bi t nh t đ nh v h đi u hành Android

và đ nh hình đ c h ng phát tri n m t ng d ng Android trong quá trình th c hi n khóa lu n

l p trình ng d ng API (Application Programming Interface) c n thi t đ xây d ng

và phát tri n các ng d ng trên n n Android b ng ngôn ng l p trình Java

2.5.2 c tr ng:

M t s đ c tr ng c a Android SDK:

- H tr Wifi, EDGE, 3G, Bluetooth (ph thu c thi t b ph n c ng)

- Công ngh GSM – GSM Telephony (ph thu c n n t ng ph n c ng)

- Tích h p trình duy t web, cung c p mã ngu n m b phát tri n trình duy t web

- H tr đa ph ng ti n: h tr ph n l n các đ nh d ng âm thanh, hình nh, video

- T ng Application: bao g m t t c các ng d ng có trong thi t b ch y Android

nh : phone, contact, game, browser, …và m t s ng d ng ch y ng m Ng i dùng có quy n g b hay cài đ t các ng d ng tùy thích t ng này

- T ng Application Framework: Là ph n th hi n các kh n ng khác nhau c a

Android (k t n i, thông báo, truy xu t d li u) cho nhà phát tri n ng d ng, chúng

có th đ c t o ra đ s d ng trong các ng d ng c a h

- T ng Libraries: bao g m m t s các th vi n C/C++ đ c s d ng b i các thành

ph n khác nhau c a h th ng Android, m t s th vi n c b n nh : System C Library, SQLite, Media Libraries, 3D Libraries, …

- T ng Runtime: Là t ng cùng v i l p th vi n Android runtime cung c p m t t p

các th vi n c t l i đ cho phép các l p trình viên phát tri n vi t ng d ng b ng

vi c s d ng ngôn ng l p trình Java M i ng d ng Android ch y trên m t ti n trình riêng c a máy o Dalvik (vitural machine) Dalvik đ c vi t đ ch y nhi u máy o cùng lúc m t cách hi u qu trên thi t b di đ ng Ngoài ra máy o còn giúp t i u n ng l ng pin c ng nh CPU c a thi t b Android

- T ng Linux Kernel: ây là nhân n n t ng mà h đi u hành Android d a vào nó

đ phát tri n âu là l p ch a t t c các thi t b giao ti p m c th p dùng đ đi u khi n các ph n c ng khác trên thi t b Android

CH NG 2 C S LÝ THUY T

Hình 2.13 C u trúc t ng quát c a Android

2.5.4 Môi tr ng phát tri n Android:

Android g m có:

- JDK (Java Development Kit): Là m t môi tr ng phát tri n dùng đ vi t các

ng d ng Java JDK g m m t môi tr ng th c thi các ng d ng Java (JRE), các công c h tr nh : trình biên d ch, trình g l i và các th vi n ti n ích giúp

ng i l p trình xây d ng ng d ng d dàng

- Android Studio: là m t IDE (Intergrated Development Environment) đ c

google xây d ng và cung c p mi n phí cho các nhà phát tri n Android Android studio d a vào IntelliJ IDEA, là m t IDE t t cho nh t Java hi n nay Do đó Android Studio s là môi tr ng phát tri n ng d ng t t nh t cho Android

- Android SDK: SDK là ch vi t t t c a Software Development Kit, là b công

c phát tri n ph n m m, mà c th là phát tri n ng d ng cho h đi u hành Android S n ph m này do chính Google xây d ng và phát hành mi n phí cho

t t c nh ng ng i mu n tìm hi u và vi t ng d ng trên n n t ng này

- ADT Plugin: ADT là ch vi t t t c a Android Development Tools ây là m t

thành ph n m r ng c a Eclipse ch a nh ng thành ph n trong Android SDK và

đ c thêm vào Eclipse đ t o m t môi tr ng tích h p xây d ng ng d ng

Android

2.6 GI I THI U VÀI NÉT V FIREBASE:

2.6.1 Khái ni m:

Firebase là m t n n t ng ng d ng di đ ng và web v i các công c và h t ng

đ c thi t k đ giúp các l p trình viên xây d ng các ng d ng ch t l ng cao

2.6.2 c tr ng c b n:

Firebase Realtime Database: D li u trong c s d li u Firebase c a b n đ c

l u tr d i d ng JSON và đ ng b realtime đ n m i k t n i client Khi b n xây d ng

nh ng ng d ng đa n n t ng nh Android, IOS và JavaScrip SDKs, t t c các client

c a b n s chia s trên m t c s d li u Firebase và t đ ng c p nh t v i d li u m i

nh t

Xác th c ng i dùng: V i Firebase, b n có th d dàng xác th c ng i dùng

t ng d ng c a b n trên Android, iOS và JavaScript SDKs ch v i m t vài đo n mư Firebase đư xây d ng ch c n ng cho vi c xác th c ng i dùng v i Email, Facebook, Twitter, GitHub, Google, và xác th c n c danh Các ng d ng s d ng ch c n ng xác

th c c a FireBase có th gi i quy t đ c v n đ khi ng i dùng đ ng nh p, nó s ti t

ki n th i gian và r t nhi u các v n đ ph c t p v ph n backend H n n a b n có th tích h p xác th c ng i dùng v i các ch c n ng backend đư có s n s d ng custom auth tokens

Firebase Hosting: Phát tri n ng d ng web c a b n trong th i gian ng n v i các hosting t nh đư đ c cung c p s n T t c các k t n i đ c phân ph i qua SSL t CDN trên toàn th gi i c a Firebase

CH NG 3 TệNH TOÁN VẨ THI T K

Ch ng 3 TÍNH TOÁN VÀ THI T K

3.1 T NG QUAN V YÊU C U THI T K H TH NG:

Mô hình mà nhóm th c hi n c ng chính là mô hình th c nghi m, v y nên mô hình thi t k và thi công ph i đáp ng đ c các yêu c u sau:

Kh i ngu n: S d ng ngu n 5V đ c p cho toàn b h th ng

Kh i x lý: S d ng Node MCU đ x lý và truy n nh n các d li u t kh i thu phát h ng ngo i và kh i l u tr d li u

Kh i x lỦ

Kh i ngu n

Kh i đi u khi n

Kh i thu phát h ng ngo i: Có ch c n ng thu nh n các tín hi u h ng ngo i bên ngoài ho c phát ra tín hi u h ng ngo i đ đi u khi n các thi t b khi có yêu c u t

kh i đi u khi n

Kh i hi n th th i gian: Có ch c n ng giao ti p v i kh i x lý đ thu d li u t

kh i đi u khi n c p nh t th i gian th c và hi n th trên 4 led 7 đo n

Kh i l u tr d li u: S d ng th nh micro SD có kh n ng l u tr d li u nh n

t kh i thu phát h ng ngo i khi có yêu c u t kh i x lý c ng nh xu t l i d li u cho kh i x lý

Kh i đi u khi n: Là đi n tho i thông minh s d ng h đi u hành Android cung

c p giao di n cho ng i s d ng có th đi u khi n các thi t b b ng cách g i các d

li u thông qua m ng Wifi đ n kh i x lý

3.2.2 Tính toán và thi t k :

a Thi t k kh i thu phát h ng ngo i:

 Tính toán giá tr cho tr s d ng cho phát h ng ngo i:

Yêu c u cho m i led phát h ng ngo i là 15 mA nên không th c p dòng tr c ti p

thông qua vi đi u khi n mà ph i s d ng transistor 2N2222 đ kích d n Công th c

tính đi n tr cho m i led h ng ngo i là:

transistor ho t đ ng ch đ d n bão hòa :

CH NG 3 TệNH TOÁN VẨ THI T K

Hình 3.2 S đ thi t k kh i thu phát h ng ngo i Tín hi u h ng ngo i nh n đ c t remote th c t thông qua Led thu h ng ngo i TL1838, tín hi u đó s đ c xu t ra đ đi u khi n các thi t b thông qua 7 con led

phát

b Thi t k kh i hi n th th i gian:

quan sát đ c th i gian th c c a h th ng, ta s d ng led 7 đo n đ hi n

th đ n gi n và chi phí th p ta s d ng module led 7 đo n 4 s Module s d ng ngu n 5 Vdc

giao ti p v i module 4 led 7 đo n, ta quan tâm ch y u đ n 2 chân là CLK

và DIO s đ c n i v i các chân I/O trên vi đi u khi n:

- Chân CLK: đ c k t n i v i chân D2 c a vi đi u khi n

- Chân DIO: k t n i v i chân D3 c a vi đi u khi n

Hình 3.3 S đ thi t k kh i hi n th th i gian

c Thi t k kh i l u tr d li u:

l u tr d li u tín hi u nh n t led thu h ng ngo i ta s d ng SD card

đ n gi n ta s d ng module micro SD card tích h p s n Vì d li u l u tr không quá

l n ta s d ng th SD có dung l ng là 2 GB

Hình 3.4 S đ thi t k kh i l u d li u

CH NG 3 TệNH TOÁN VẨ THI T K

giao ti p v i micro SD ta s d ng chu n truy n SPI Ta quan tâm ch y u

đ n 4 chân là CS, MOSI, MISO và SCK s đ c n i v i các chân I/O trên vi đi u khi n:

- Chân CS: đ c k t n i v i chân D8 c a vi đi u khi n

- Chân MOSI: k t n i v i chân D7 c a vi đi u khi n

- Chân MISO: k t n i v i chân D6 c a vi đi u khi n

- Chân SCK: k t n i v i chân D5 c a vi đi u khi n

Ngu n c p cho kh i thu phát h ng ngo i g m 1 led thu h ng ngo i TL1838

và 7 led phát h ng ngo i Dòng c p cho led thu kho ng 1,4mA, m i con led phát c n dòng t i đa là 20mA nên t ng dòng c p cho kh i thu phát là: I = 7 x 20 + 1,4 141

mA

Module 4 led 7 đo n c n dòng cho m i led 7 đo n là 20 mA nên c n dòng là: I= 4x20= 80 mA

ESP8266 khi ho t đ ng có th s d ng dòng lên đ n h n 550 mA

V y ngu n c p cho toàn b m ch ho t đ ng c n kho ng I = 141 + 80 + 550

= 771 mA Nên ta c n ch n ngu n có dòng ra 1A đ m ch ho t đ ng n đ nh

Nh v y ngu n cho h th ng ta ch n Adapter 5V, 1A đ cung c p ngu n cho

h th ng

f Thi t k kh i đi u khi n:

đi u khi n các thi t b b ng sóng h ng ngo i ta có th s d ng nút nh n

c , đi u khi n qua giao di n Wed, đi u khi n qua app Android trên đi n tho i, … đây kh i đi u khi n nhóm s d ng đi n tho i thông minh (smartphone) thông qua

m t ng d ng đ đi u khi n, ng d ng đ c vi t b ng ngôn ng chính là java d a trên h tr c a ph n m m Android Studio Giao di n c b n c a ng d ng g m m t

màn hình giao di n app, m t màng hình đi u khi n và các màn hình giao di n h n

gi đi u khi n.

3.2.3 S đ nguyên lý c a toàn m ch:

Hình 3.5 S đ nguyên lý toàn m ch