Đang tải... (xem toàn văn)
Hệ thống điều khiển camera bằng sóng wifi thực hiện Đọc được dữ liệu hình ảnh từ cameraXử lý hình ảnh và hiển thị ra màn hìnhĐiều khiển góc quay camera bằng động cơSử dụng ứng dụng trên điện thoại để điều khiển động cơ thông qua wifiCÓ đính kèm code trên KIT và code trên ESP
THƠNG TIN ĐỒ ÁN Thơng tin sinh viên Họ tên sinh viên: LÊ QUANG PHÚC MSSV: 15141245 Email: lequangphuc97@gmail.com Họ tên sinh viên: TRẦN THANH DUY MSSV: 15141120 Email: 15141120@student.hcmute.edu.vn Thông tin đề tài - Tên đề tài: Điều khiển camera sóng wifi - Đơn vị quản lý: Bộ môn Kỹ Thuật Máy Tính - Viễn Thơng, Khoa Điện Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 15 tuần Lời cam đoan sinh viên Chúng – Lê Quang Phúc Trần Thanh Duy cam đoan đồ án công trình nghiên cứu thân chúng tơi hướng dẫn tiến sĩ Phan Văn Ca Kết công bố báo cáo trung thực khơng chép từ cơng trình khác Tp.HCM, ngày tháng 11 năm 2018 SV thực đồ án Xác nhận Bộ Môn Tp.HCM, ngày … tháng … năm 20… Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đồ án này, nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình quý thầy cô bạn bè Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS PHAN VĂN CA, người hướng dẫn tận tình, giúp đỡ chúng tơi suốt q trình thực đồ án Tơi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật nói chung, thầy khoa Điện – Điện tử nói riêng cung cấp cho kiến thức đại cương chun ngành bổ ích, giúp chúng tơi có sở lý thuyết vững vàng để vận dụng vào đồ án Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình bạn bè tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ động viên suốt trình học tập hồn thành đồ án TP.HCM, ngày 05 tháng 01 năm 2019 Sinh viên thực DANH MỤC HÌ Hình 1: Giao thức TCP/IP Hình 2: Kit STM32F407 Discovery[1] Hình Camera OV7670 .8 Hình Sơ đồ khối chức camera[3] Hình 5: Màn hình LCD TFT 10 Hình 6: Động bước 10 Hình 7: Module wifi ESP8266 11 Hình 8: Sơ đồ chân module wifi ESP8266[4] .11 Hình Driver DRV8825[5] 12 Hình 10: Lưu đồ điều khiển động 12 Hình 11: Lưu đồ điều khiển camera 13 Hình 12: Sơ đồ khối hệ thống .13 Hình 13: Sơ đồ kết nối camera với vi điều khiển .14 Hình 14: Sơ đồ khối xử lí động .15 Hình 15: Sơ đồ kết nối động với driver DRV8266 15 Hình 16: Giao diện ứng dụng .16 Hình 17: Mơ hình 3D hệ thống 17 Y Hình 1: PCB mạch điều khiển động 18 Hình 2: PCB mạch điều khiển camera 18 Hình 3: PCB mạch điều khiển hình 19 Hình 4: Mạch điều khiển động 19 Hình 5: Mạch điều khiển camera 20 Hình 6: Mạch điều khiển hình 20 Hình 7: Giá đỡ camera .20 Hình 8: Hệ thống hoàn chỉnh 20 MỤC LỤC THÔNG TIN ĐỒ ÁN i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN .ii LỜI CẢM ƠN .iii DANH MỤC HÌNH .iv MỤC LỤC v CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài .1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Giới hạn đề tài CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Đặc tả hệ thống 2.2 Cơ sở lý thuyết 2.3.1 Chuẩn giao tiếp camera DCMI (Digital Camera Interface) 2.3.2 Chuẩn giao tiếp hình FSMC (Flexible Static Memory Controller).4 2.3.3 Giao thức TCP/IP 2.3 Tiền thiết kế .5 2.3.4 Kit STM32F407 Discovery 2.3.5 Camera OV7670 2.3.6 LCD TFT 2.3.7 Động bước .10 2.3.8 Module Wifi ESP8266 11 2.3.9 Mạch điều khiển động DRV8225 12 2.4 Thiết kế hệ thống .12 2.4.1 Lưu đồ hệ thống 12 2.4.2 Sơ đồ khối hệ thống 13 2.4.3 Giao diện ứng dụng điều khiển điện thoại 15 2.4.4 Mơ hình 3D 17 CHƯƠNG 18 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .18 3.1 Thực thiết kế mẫu thử 18 3.1.1 Thiết kế board mạch in PCB 18 3.1.2 Kiểm tra PCB với mẫu thử 19 3.1.3 Hệ thống hoàn chỉnh 20 CHƯƠNG 21 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 21 4.1 Kết thực 21 4.1.1 Kết đạt 21 4.1.2 Hạn chế 21 4.1.3 Hướng phát triển 21 4.2 Kết luận 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài Internet of Things (IoT) - Mạng lưới vạn vật kết nối Internet kịch giới, mà đồ vật, người cung cấp định danh riêng mình, tất có khả truyền tải, trao đổi thông tin, liệu qua mạng mà không cần đến tương tác trực tiếp người với người, hay người với máy tính Những ứng dụng IoT vào lĩnh vực đời sống vô phong phú đa dạng Chúng ta điểm qua số ứng dụng điển hình IoT: - Smart Home - Smart Home nhà với nhiều tính tự động bật máy điều khơng khí bạn tới nhà, tắt đèn bạn rời khỏi nhà, mở khóa người thân gia đình cửa nhà, mở garage bạn lái xe làm … nhiều tính giúp nâng - cao chất lượng sống sử dụng smart home Vật dụng mang theo người - Có thể kể đến số thiết bị Dashbon Mask, smart headphone giúp bạn vừa nghe nhạc với âm có độ trung thực cao vừa xem phim HD với máy chiếu ảo , AMPL SmartBag ba lô có pin dự phòng sạc điện cho - thiết bị di động, kể máy tính Connected cars - Giúp nâng cao trải nghiệm cho người dùng xe ơtơ, Connecten car tối ưu hoạt động thơng báo hết nhiên liệu, đưa cảnh báo có vật tới gần xe điện tự lái hãng Tesla… Qua trình tìm hiểu tổng quan IoT, định lựa chọn nghiên cứu lĩnh vực Smart Home, cụ thể thiết kế thi công hệ thống giám sát điều khiển camera thơng qua sóng wifi Cùng với phát triển đời sống, tệ nạn xã hội ngày phổ biến phức tạp, đáng báo động nạn trộm cắp tài sản Hệ thống camera giúp chủ động quan sát để đưa phương án nhằm bảo vệ thân gia đình lưu trữ lại hình ảnh nhằm hổ trợ cho việc tìm đối tượng trộm cắp Ngồi ra, việc giám sát hình ảnh quen thuộc giám sát nhà ở, trẻ em nhà, cơng nhân làm việc phân xưởng, văn phòng, nhà xe,…Những cơng việc đòi hỏi phải đáp ứng nhanh phù hợp với thời gian thực để đạt kết tốt cho người sử dụng Vì vậy, chúng tơi chọn đề tài “ĐIỀU KHIỂN CAMERA BẰNG SĨNG WIFI” để nghiên cứu thực 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Chúng nghiên cứu đề tài với mục đích vận dụng cơng nghệ khoa học kỹ thuật tiên tiến kiến thức học vào thực tiễn nhằm cải thiện nâng cao chất lượng sống Mặt khác, thông qua việc thực đề tài chúng tơi củng cố lại kiến thức vận dụng kiến thức lý thuyết học vào thực tế, phát triển khả tư nhằm nâng cao lực thân để đóng góp nhiều cho cơng nghiệp nước nhà 1.3 Giới hạn đề tài Vì giới hạn thời gian kiến thức nên thực đề tài mức độ: - Đọc liệu từ camera Hiển thị hình ảnh lên hình - Điều khiển góc quay camera qua sóng wifi CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Đặc tả hệ thống Hệ thống điều khiển camera giám sát thông qua sóng wifi sử dụng để giám sát an ninh địa điểm đông người khu chung cư Hệ thống thay người quan sát điều kiện cao nơi có địa hình phức tạp mà người khơng thể trực tiếp quan sát Góc quay camera điều khiển từ xa thơng qua sóng wifi Hệ thống ứng dụng nhà ngồi trời Hệ thống điều khiển camera sóng wifi cần đạt yêu cầu sau: - Đọc liệu hình ảnh từ camera - Xử lý hình ảnh hiển thị hình - Điều khiển góc quay camera động - Sử dụng ứng dụng điện thoại để điều khiển động thông qua wifi 2.2 Cơ sở lý thuyết Từ yêu cầu đưa ra, bắt đầu xem xét đến chuẩn giao tiếp giao thức liên quan đến dự án 2.3.1 Chuẩn giao tiếp camera DCMI (Digital Camera Interface) DCMI bus liệu song song đồng Nó cho phép dễ dàng tích hợp thích ứng với yêu cầu cụ thể ứng dụng Giao tiếp camera trì tốc độ truyền liệu lên tới 54 Mbyte/s 54 MHz Nó có tính năng: - Phân cực lập trình cho xung pixel đầu vào tín hiệu đồng - Giao tiếp liệu song song 8-, 10-, 12- 14 bit - Hỗ trợ định dạng video đơn sắc bit định dạng thô, YCbCr 4:2:2, RGB565 - Hỗ trợ chế độ chụp liên tục chế độ chụp nhanh (một khung hình) - Khả tự động cắt ảnh 2.3.2 Chuẩn giao tiếp hình FSMC (Flexible Static Memory Controller) FSMC có bốn Chip Chọn đầu hỗ trợ chế độ sau: PCCard / Compact Flash, SRAM, PSRAM, Flash Flash NAND Flash Tổng quan chức năng: • Viết FIFO • Tần số FSMC_CLK tối đa cho truy cập đồng 60 MHz Giao tiếp song song LCD: FSMC cấu hình để giao tiếp với hầu hết điều khiển LCD Nó hỗ trợ chế độ Intel 8080 Motorola 6800 đủ linh hoạt để thích ứng với giao diện LCD cụ thể Khả giao tiếp song song LCD giúp dễ dàng xây dựng ứng dụng đồ họa không tốn cách sử dụng mơ-đun LCD có điều khiển nhúng giải pháp hiệu suất cao sử dụng điều khiển bên với gia tốc chuyên dụng 2.3.3 Giao thức TCP/IP TCP/IP viết tắt cụm từ Transmission Control Protocol/Internet Protocol TCP/IP tập hợp giao thức (protocol) điều khiển truyền thông tất máy tính Internet Cụ thể hơn, TCP/IP rõ cách thức đóng gói thơng tin (hay gọi gói tin ), gửi nhận máy tính có kết nối với TCP/IP phát triển vào năm 1978 Bob Kahn Vint Cerf Hình 1: Giao thức TCP/IP Nguyên lý hoạt động: TCP/IP kết hợp hai giao thức riêng biệt: Giao thức kiểm soát truyền tin (TCP) giao thức Internet (IP) Giao thức Internet cho phép gói gửi qua mạng Nó cho biết gói tin gửi đâu làm để đến IP có phương thức cho phép máy tính Internet chuyển tiếp gói tin tới máy tính khác thơng qua nhiều khoảng (chuyển tiếp) gần với người nhận gói tin Hình 5: Màn hình LCD TFT 2.3.7 Động bước Hình 6: Động bước Động bước thiết bị điện không chổi than, chúng tạo chuyển động quay có dòng điện chạy qua motor Kích thước động bước lớn hay nhỏ tùy vào công suất chúng Khác với động DC thông thường, động bước chạy theo bước, trục động quay góc cố định cho xung rời rạc Số xung đầu vào cho động định góc bước vị trí trục động điều khiển cách kiểm sốt số xung Tính độc đáo làm cho động bước thích hợp cho hệ thống điều khiển vòng hở, vị trí xác 10 trục trì với số xung xác mà không cần sử dụng cảm biến phản hồi 2.3.8 Module Wifi ESP8266 Sơ lược ESP8266 Node MCU: NodeMCU tảng IoT nguồn mở Nó bao gồm phần mềm chạy ESP8266 Wi-Fi SoC từ Espressif Systems phần cứng dựa mơ-đun ESP-12 Hình 7: Module wifi ESP8266 Sơ đồ chân: Hình 8: Sơ đồ chân module wifi ESP8266[4] 2.3.9 Mạch điều khiển động DRV8225 Sơ lược DRV8225: 11 Hình Driver DRV8825[5] Mạch điều khiển động bước lưỡng cực Driver DRV8825 TI có khả điều chỉnh giới hạn dòng, bảo vệ dòng nhiệt độ phân giải vi bước (đến 1/32 bước) 2.4 Thiết kế hệ thống 2.4.1 Lưu đồ hệ thống Hình 10: Lưu đồ điều khiển động 12 Hình 11: Lưu đồ điều khiển camera 2.4.2 Sơ đồ khối hệ thống Hệ thống tổng thể phân chia cách sử dụng sơ đồ khối minh họa Hình 2.11 Hình 12: Sơ đồ khối hệ thống 13 Từ sơ đồ khối hệ thống, sơ đồ kết nối hình thành hệ thống con: Hình 13: Sơ đồ kết nối camera với vi điều khiển Sơ đồ kết nối vi điều khiển camera: STM32F4 Discovery I2C (không dùng NACK) MCO (ngõ xung clock hệ thống) ~24MHz Chuẩn giao tiếp DCMI Camera OV7670 SCCB Xung đồng XCLK Đường liệu: D[7:0] Xung đồng pixel PCLK, Chuẩn giao tiếp FSMC cho LCD Xung đồng HREF, VSYNC Đường liệu DB[15:0] Tín hiệu điều khiển: CS, RS, RD, WR Mô tả hoạt động: Dữ liệu hình ảnh đọc từ camera thơng qua chuẩn giao tiếp DCMI đưa trực tiếp đến RAM hình LCD cách sử dụng DMA (truy cập nhớ trực tiếp khơng thơng qua MCU) Màn hình LCD lấy liệu RAM để hiển thị 14 Hình 14: Sơ đồ khối xử lí động Sơ đồ kết nối: Hình 15: Sơ đồ kết nối động với driver DRV8266 Mô tả hoạt động: Vi điều khiển ESP8266 giao tiếp với vi điều khiển STM32F4 thông qua UART, đồng thời giao tiếp với driver điều khiển động bước chân GPIO xuất xung điều khiển (STEP) liệu định hướng chiều quay động (DIR) 2.4.3 Giao diện ứng dụng điều khiển điện thoại Giới thiệu sơ lược ứng dụng app inventor: 15 MIT App Inventor mơi trường lập trình trực quan cho phép người, trẻ em - xây dựng ứng dụng đầy đủ chức cho điện thoại thông minh máy tính bảng Những người sử dụng MIT App Inventor có ứng dụng đơn giản chạy chưa đầy 30 phút Và nữa, cho phép bạn tạo ứng dụng Android với công việc kéo thả tạo điều kiện cho việc tạo ứng dụng phức tạp thời gian đáng kể so với mơi trường lập trình truyền thống Thiết kế giao diện điều khiển cho dự án Giao diện điện thoại android bao gồm chức sau: - Kết nối với địa IP giao tiếp với vi điều khiển ESP8266 - Gồm phím chức điều khiển góc quay động ứng với hướng - lên, xuống, trái, phải Chức nhập góc quay từ bàn phím, quay trái (angle 1), quay lên(angle 2) Hình 16: Giao diện ứng dụng 2.4.4 Mơ hình 3D 16 Mơ hình 3D thực để mơ chuyển động hệ thống, minh họa Hình 2.17 Hình 17: Mơ hình 3D hệ thống CHƯƠNG 17 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 3.1 Thực thiết kế mẫu thử 3.1.1 Thiết kế board mạch in PCB Hình 1: PCB mạch điều khiển động Hình 2: PCB mạch điều khiển camera 18 Hình 3: PCB mạch điều khiển hình 3.1.2 Kiểm tra PCB với mẫu thử Từ mạch PCB trên, tiến hành lắp ráp thử nghiệm với mẫu thử mạch riêng lẻ để đảm bảo chúng hoạt động ổn định xác trước kết nối thành hệ thống hồn chỉnh Hình 4: Mạch điều khiển động 19 Hình 5: Mạch điều khiển camera Hình 6: Mạch điều khiển hình 20 Hình 7: Giá đỡ camera Hình 8: Hệ thống hoàn chỉnh 3.1.3 Hệ thống hoàn chỉnh Sau kiểm tra đảm bảo tính đắn mạch điều khiển, tiến hành lắp ráp để tạo sản phẩm hoàn chỉnh Hình 3.8 21 Chúng tơi tiến hành kiểm tra mơ hình nhiều điều kiện khác nhận thấy mơ hình hoạt động ban đau đề 22 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết thực 4.1.1 Kết đạt Sau trình nghiên cứu thực hiện, hệ thống điều khiển camera sóng wifi đạt kết sau: - Camera ghi hình ảnh với màu sắc tương đối - Màn hình hiển thị hình ảnh ghi từ camera - Động điều khiển ứng dụng điện thoại thơng qua sóng - 4.1.2 wifi Mạch lắp ráp theo yêu cầu Đảm bảo tính kỹ thuật tính thẩm mỹ Hạn chế Trong q trình thiết kế thi cơng, chúng tơi nhận thấy mơ hình tồn số hạn chế sau: - Camera hoạt động không ổn định - Hình ảnh thu từ camera khơng sắc nét camera có độ phân giải - 4.1.3 thấp Dễ bị nhiễu đường dây dẫn tín hiệu chưa tối ưu Chưa lưu trữ hình ảnh video Hướng phát triển Từ hạn chế trên, xin đưa số hướng phát triển cho đề tài sau: - Thay camera OV7670 camera có độ phân giải cao để thu - hình ảnh chân thực Hình ảnh đọc từ camera xuất trực tiếp lên điện thoại để người dùng - kiểm tra lúc Lưu trữ liệu hình ảnh video để sử dụng cho trình nhận dạng đối tượng có nhu cầu 4.2 Kết luận Mơ hình “Điều khiển camera sóng wifi” kết hợp khối chức riêng lẻ với để tạo thành hệ thống hồn chỉnh Qua đó, tiến hành kiểm tra sửa chữa cách thuận tiện Trong trình thực hiện, chúng tơi nổ lực tìm kiếm học hỏi để hồn thiện mơ hình cách tốt mắc phải nhiều khó khăn 23 hạn chế, song hướng dẫn tận tình thầy Phan Văn Ca, thầy cô khoa Điện-Điện tử bạn sinh viên trường giải đáp thắc mắc giúp đỡ chúng tơi hồn thành đồ án Chúng mong nhận ủng hộ, động viên góp ý quý thầy cô bạn bè để đồ án chúng tơi hồn thiện Chúng tơi xin chân thành cảm ơn ! TÀI LIỆU THAM KHẢO Discovery kit with STM32F407VG MCU, , xem 27/12/2018 0.3M Pixels CMOS OV7670 CAMERA MODULE, , xem 27/12/2018 0.3M Pixels CMOS OV7670 CAMERA MODULE, , xem 27/12/2018 ESP8266 NodeMCU WiFi Devkit, , xem 27/12/2018 DRV8825 Stepper Motor Driver Carrier, High Current, , xem 27/12/2018 24 ... thống điều khiển camera qua wifi bao gồm: camera ghi ảnh màu ảnh xám, điều khiển vi điều khiển có hỗ trợ chuẩn giao tiếp với camera; hai động động quay camera theo hướng lên xuống, động lại quay camera. .. quan sát điều kiện cao nơi có địa hình phức tạp mà người trực tiếp quan sát Góc quay camera điều khiển từ xa thơng qua sóng wifi Hệ thống ứng dụng nhà trời Hệ thống điều khiển camera sóng wifi cần... Đọc liệu từ camera Hiển thị hình ảnh lên hình - Điều khiển góc quay camera qua sóng wifi CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Đặc tả hệ thống Hệ thống điều khiển camera giám sát thơng qua sóng wifi sử dụng