TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN NGUYỄN TRẦN NGỌC HIẾU * THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MỘT SỐ HỆ THỐNG HỖ TRỢ GIÁM SÁT XE ĐIỆN THÔNG MINH * NĂM 2023 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ A NGUYỄN TRẦN NGỌC HIẾU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MỘT SỐ HỆ THỐNG HỖ TRỢ GIÁM SÁT XE ĐIỆN THÔNG MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH HỆ THỐNG NHÚNG Đà Nẵng, 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MỘT SỐ HỆ THỐNG HỖ TRỢ GIÁM SÁT XE ĐIỆN THÔNG MINH Chuyên ngành: HỆ THỐNG NHÚNG GVHD: TH.S VÕ MINH THÔNG SVTH : NGUYỄN TRẦN NGỌC HIẾU MSSV : 25211608658 LỚP : K25 - EHT Đà Nẵng, 2023 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin gởi lời cảm ơn chân thành tới quý Thầy, Cô Trường Đại Học Duy Tân đã giảng dạy và truyền đạt những kiến thức bổ ích và kinh nghiệm cho em hơn 4 năm học tập tại trường Những kiến thức quý báu đó rất giúp ích trong cuộc sống và công việc sau này của em Em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Võ Minh Thông đã hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình Em xin cảm ơn thầy Phạm Quyền Anh đã cho em mượn và sử dụng phòng lab để hoàn thành đồ án này Qua đây, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu Nhà trường đã tạo điều kiện về mọi mặt, cung cấp các tài liệu cần thiết để em hoàn thành đồ án này Do kiến thức còn hạn hẹp và đề tài được thực hiện trong thời gian ngắn nên không tránh khỏi những thiếu sót Em xin nhận những ý kiến đóng góp chân thành! Một lần nữa em xin gửi lời chúc sức khỏe, hạnh phúc, thành đạt đến quý Thầy Cô Trường Đại Học Duy Tân! Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Nguyễn Trần Ngọc Hiếu 3 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan với Ban giám hiệu nhà trường đây là công trình nghiên cứu của em, do nỗ lực học hỏi và cố gắng của bản thân để hoàn thành được đồ án này Các số liệu và kết quả trong báo cáo là trung thực và không trùng lặp với bất kỳ công trình nào khác đã được công bố Đây là lần đầu tiên em thực hiện đồ án về đề tài này nên sẽ có nhiều thiếu sót vì vậy kính mong các thầy cô cho lời khuyên, nhận xét và chỉ bảo cho em để đề tài này được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Nguyễn Trần Ngọc Hiếu MỤC LỤC 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 10 1.1 Tính cấp thiết đề tài 10 1.2 Mục tiêu đề tài 10 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .10 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 10 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 11 1.4 Cách tiếp cận – Phương pháp nghiên cứu 11 1.4.1 Cách tiếp cận 11 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu 11 1.5 Cấu trúc của báo cáo 12 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 2.1 Khái quát về GPS .13 2.1.1 Khái niệm .13 2.1.2 Cấu trúc của hệ thống GPS 14 2.1.3 Nguyên lí hoạt động của GPS .16 2.1.4 Ứng dụng hệ thống GPS 17 2.2 Arduino Nano .18 2.2.1 Giới thiệu 18 2.2.2 Phần cứng 19 2.2.3 Phần mềm 22 2.3 Module và linh kiện 26 2.3.1 Module định vị GPS GY NEO-6M 26 2.3.1.1 Đặc điểm 26 2.3.1.2 Thông số kỹ thuật 27 2.3.2 Module GSM GPRS Sim800A .27 2.3.2.1 Đặc điểm 27 2.3.2.2 Thông số kĩ thuật 28 2.3.2.3 Các tệp lệnh của Module Sim800A .30 5 2.3.3 Module rung SW420 31 2.3.3.1 Đặc điểm 31 2.3.3.2 Thông số kỹ thuật 31 2.3.4 Module LM2596 32 2.3.4.1 Đặc điểm 32 2.3.4.2 Thông số kỹ thuật 32 2.3.5 Module Cảm Biến Điện Áp 33 2.3.5.1 Đặc điểm 33 2.3.5.2 Thông số kỹ thuật 33 2.3.5.3 Cách thức hoạt động .34 2.3.6 Pin xe điện (Lithium) 36 2.3.6.1 Pin Lithium là gì ? 36 2.3.6.2 Cấu tạo của pin Lithium 37 2.3.6.3 Nguyên lí hoạt động của pin Lithium ion 38 2.3.6.4 So sánh pin Lithium với ắc quy chì .39 2.3.7 Màn hình LCD và I2C 40 2.3.7.1 Cấu tạo 40 2.3.7.2 Thông số kĩ thuật 41 2.3.7.3 Thông số kỹ thuật I2C 41 2.3.8.Module Relay 42 2.3.8.1 Đặc điểm 42 2.3.8.2 Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động 42 2.4 Tổng kết chương 43 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 44 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 44 3.1.1 Chức năng từng khối 44 3.1.2 Nguyên lý hoạt động 45 3.2 Thiết kế và thi công mạch 46 3.2.1 Giới thiệu về phầm mềm sử dụng 46 6 3.3 Sơ đồ mạch 47 3.3.1 Khối nguồn 48 3.3.2 Khối điều khiển 48 3.3.3 Khối cảm biến 49 3.3.4 Khối relay .50 3.3.4 Khối hiển thị 51 3.4 Sơ đồ PCB 52 3.5 Sơ đồ mạch in 3D .52 3.6 Lưu đồ thuật toán .53 3.6.1 Lưu đồ thuật toán của chương trình trên vi điều khiển 1 53 3.6.2 Lưu đồ thuật toán của chương trình trên vi điều khiển 2 56 3.7 Tổng kết chương 58 CHƯƠNG 4: KIỂM THỬ, ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .59 4.1 KIỂM THỬ 59 4.1.1 Hệ thống hoạt động trong điều kiện bị che chắn 59 4.1.2 Hệ thống hoạt động trong điều kiện không bị che chắn với điều kiện thời tiết không thuận lợi 60 4.1.3 Hệ thống hoạt động trong điều kiện không bị che chắn với điều kiện thời tiết thuận lợi 60 4.1.4 Hệ thống hoạt động giám sát cảnh báo mức pin về qua điện thoại 61 4.1.5 Hệ thống do dung lượng mức pin còn lại trên xe điện .62 4.2 Đánh giá chung 62 4.3 Một số hình ảnh kết quả hệ thống .64 4.4 Nhận xét 65 4.5 Hướng Phát Triển 66 7 DANH MỤC HÌNH ẢNH Số hiệu Tên hình Trang Hình 2 1: Hệ thống GPS .13 Hình 2.2 Phân loại và số lượng vệ tinh còn hoạt động 14 Hình 2.3 Ba phần chính của GPS 14 Hình 2.4 Chuyển động của các vệ tinh 15 Hình 2.5 Vị trí các trạm điều khiển và giám sát hệ thống GPS .16 Hình 2.6 Nguyên lí hoạt động hệ thống GPS 17 Hình 2.7 Arduino Nano 18 Hình 2.8 Cấu trúc của Arduino Nano 19 Hình 2.9 GPIO của Arduino Nano .20 Hình 2.10 Vùng lệnh phần mềm Arduino .23 Hình 2.11 Chọn board sử dụng .24 Hình 2.12 Chọn cổng kết nối 24 Hình 2.13 Nạp chương trình 25 Hình 2.14 Chạy chương trình .25 Hình 2.15 Chương trình đã nạp thành công 26 Hình 2.16 Module định vị NEO-6M .26 Hình 2.17 Module SIM800A 27 Hình 2.18 Sơ đồ chân Module SIM800A .28 Hình 2.19 Module rung SW420 31 Hình 2.20 Module LM2596 32 Hình 2.21 Module cảm biến điện áp .33 Hình 2.22 Cấu tạo của cảm biến điện áp 34 Hình 2.23 Sơ đồ mạch phân chia áp .35 Hình 2.24 Pin Lithium 36 Hình 2.25 Nguyên lý hoạt động của pin Lithium 38 Hình 2.26 So sánh pin Lithium với ắc quy chì .39 Hình 2.27 Màn hình LCD .40 Hình 2.28 I2C .41 Hình 2.29 Module Relay .42 Hình 2.30 Nguyên lý hoạt động của Module Relay 43 Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 44 Hình 3.2 Altium Desiger 46 8 Hình 3.3 Sơ đồ mạch 47 Hình 3.4 Khối nguồn 48 Hình 3.5.Khối điều khiển 48 Hình 3.6 Khối cảm biến 49 Hình 3.7 Khối relay 50 Hình 3.8 Khối hiển thị 51 Hình 3.9 Sơ đồ PCB 2D .52 Hình 4 1 Kết quả thực nghiệm trong nơi bị che chắn 59 Hình 4 2 Kết quả thực nghiệm trong nơi bị che chắn 59 Hình 4.3 Kết quả thực nghiệm trong nơi điều kiện không thuận lợi .60 Hình 4.4 kết quả thực nghiệm trong nơi điều kiện thuận lợi 61 Hình 4.5 Kết quả thực nghiệm trong hệ thông giám sát mức pin 61 Hình 4.6 Kết quả đo Pin .62 Hình 4.7 Hình ảnh sản phẩm thực tế 64 Hình 4.8 Tin nhắn bật tắt chế độ chống trộm và cung cấp tọa độ của xe khi phát hiện xe bị trộm đồng thời cảnh báo dung lượng pin thấp 64 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết đề tài Với sự phát triển không ngừng của khoa học hiện đại, con người đã ngày càng nâng cao hơn đời sống của mình để trở nên hiện đại và tiện nghi hơn Chính từ lý do đó, con người đã có rất nhiều sáng tạo để giúp cải thiện cuộc sống cho bản thân họ và cho toàn xã hội Và xu hướng hàng đầu hiện nay đó chính là XE ĐIỆN, xe điện ngày càng được phổ thông và thương mại hóa Vì vậy, nhu cầu theo dõi và giám sát những chiếc xe của các cá nhân cũng rất được chú trọng Hiện nay, các quốc gia trên thế giới đang khởi động các cuộc chạy đua về xe điện, những khoản trợ cấp của chính phủ vào việc xây dựng cơ sở hạ tầng, trợ cấp chỗ đậu xe miễn phí , đã tạo điều kiện rất lớn cho các công ty xe điện phát triển và các công ty xe chạy bằng xăng dầu cũng đã chuyển sang sản xuất các dòng xe điện Tuy nhiên, việc sử dụng xe điện cho thuê hay cho con cái sử dụng thì việc giám sát rất quan trọng Bao gồm các công việc cụ thể như: theo dõi vị trí, tính quảng đường đi, chống trộm, mức phần trăm Pin của xe để biết được khi nào xe cần phải sạc Pin lại hoặc có thể theo dõi mức Pin trong quá trình sạc Vì vậy, em quyết định thực hiện một hệ thống đơn giản để áp dụng lý thuyết đã học vào đề tài thực hiện là: “Hệ thống giám sát xe Điện thông minh” 1.2 Mục tiêu đề tài Ứng dụng IoT, thiết kế và chế tạo thiết bị “Hệ thống giám sát xe Điện thông minh” Cụ thể gồm các chức năng: - Giám sát chống trộm, báo động tại chỗ hoặc gửi thông tin cảnh báo qua App điện thoại cho người chủ sở hữu - Giám sát mức pin, hiển thị mức pin hiện tại, gửi các thông số này và cảnh báo cho người dùng - Giám sát vị trí giúp người chủ theo dõi - Cảm biến chống trộm, báo động 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu - Tìm hiểu về cách thức hoạt động, nguyên lý làm việc của Arduino Nano 10