Đang tải... (xem toàn văn)
Đây là hệ thống nôi thông minh tích hợp các cảm biến thông báo cho người mẹ biết bằng ứng dụng kết nối qua bluetooth nhằm giúp các bà mẹ chăm con tốt hơn Hệ thống có 2 chế độ : tự động và bằng tay.Hệ thống bao gồm : • Cảm biến độ ẩm phát hiện sự gia tăng độ ẩm bất thường trong nôi để phát hiện khi nào em bé đi vệ sinh. • Cảm biến nhiệt độ đo nhiệt độ phòng, nếu nhiệt độ phòng quá cao sẽ tự động bật quạt giúp em bé không bị nóng và khi nhiệt độ thấp sẽ tự động tắt quạt.Ngoài ra còn có chế độ điều khiển bằng tay để người mẹ linh hoạt hơn trong việc đảm bảo nhiệt độ cho em bé. • Cảm biến âm thanh nhằm phát hiện ra tiếng khóc của em bé và thông báo qua ứng dụng để người mẹ có hướng xử lý. 4. Hệ thống động cơ giúp đung đưa nôi khi ru ngủ em bé. 5.Hệ thống loa phát nhạc theo yêu cầu để ru bé ngủ.
Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển GVHD: TS Trần Đức Vũ BÁO CÁO ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN ĐỀ TÀI: Nôi thông minh điều khiển từ xa qua bluetooth GVHD : Ninh Khánh Duy SVTH: Lê Hồng Vân 14T2 Cao Thị Anh Đào Phùng Tiến Đạt SV: Ngô T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo 14T2 14T2 Page Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển GVHD: TS Trần Đức Vũ Mục lục I Mục tiêu đồ án II Phân công công việc III Mô tả hệ thống IV Giải pháp thực Phần cứng 1.1 Nguyên lý hoạt động phần cứng 1.2 Cách mắc mạch điện 1.3 Sơ đồ mạch điện 10 Nguyên lý hoạt động phần mềm 11 2.1 Nguyên lý hoạt động 11 2.2 Các thư viện/framework sử dụng .15 V Kê khai linh kiện chi phí 15 VI Đánh giá hệ thống .16 Độ xác,tính xác 16 Tốc độ thực thi 16 Ưu điểm 17 Nhược điểm 17 Tính thực tế 17 Hướng cải tiến 17 VII Kết luận 17 Những việc làm .17 Những việc chưa làm 17 Hình ảnh app điện thoại .18 SV: Ngô T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo Page Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển GVHD: TS Trần Đức Vũ LỜI CẢM ƠN Để chúng em hồn thành đồ án mơn học Vi điều khiển với đề tài gậy thông minh cho người khiếm thị, ngồi nỗ lực thân có giúp đỡ tận tình khơng thể thiếu q thầy cô giáo, quý anh chị, bạn bè gia đình Đó thực nguồn động lực, động viên to lớn ý nghĩa Trước hết em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô giáo trường Đại Học Bách Khoa Đại Học Đà Nẵng đặc biệt thầy cô Khoa Công Nghệ Thông Tin tận tình dạy dỗ truyền đặt kiến thức cho chúng em ghế giảng đường đại học Đó kiến thức vô quý giá để em hồn thành tốt đồ án mơn học này hành trang mang theo nghiệp sau Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Trần Đức Vũ tận tình hướng dẫn vào giúp đỡ em suốt thời gian thực đồ án môn học Vi điều khiển Với vốn kiến thức hạn hẹp thời gian tìm hiểu có hạn nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy (cơ) Đó động lực q giá để chúng em tiếp tục hoàn thiện vốn kiến thức Một lần chúng em xin chân thành cám ơn ! Đà Nẵng, tháng 12 năm 2017 SV: Ngô T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo Page Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển GVHD: TS Trần Đức Vũ I Mục tiêu đồ án Đề tài : Xây dựng nôi thông minh điều khiển qua Bluetooth Mơ tả chi tiết : Có thể tự động điều khiển nôi thiết bị khác qua tình trạng thực tế mơi trường em bé Có thể điều khiển tay qua app di động kết nối bluetooth II Phân công công việc Bảng 1.Phân công công việc STT HỌ VÀ TÊN Cao Thị Anh Đào PHÂN CƠNG CƠNG VIỆC - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động cảm biến độ ẩm đất - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động cảm biến nhiệt độ DS18B20 - Xử lý code phần đo độ ẩm nhiệt độ - Hiển thị thông tin lên LCD Lê Hồng Vân - Làm power point - Đề xuất giải pháp phần cứng - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động DFRobot Player Mini - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động module relay - Kết nối arduino - Xử lý code phần giao tiếp arduino - Xử lý giải thuật chương trình Phùng Tiến Đạt - Xây dựng app - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động cảm biến âm cn07 - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động động sơ servo - Xử lý code phần cảm biến âm động SV: Ngô T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo Page Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển GVHD: TS Trần Đức Vũ servo - Biên tập viên báo cáo III Mô tả hệ thống Đây hệ thống nôi thông minh tích hợp cảm biến thơng báo cho người mẹ biết ứng dụng kết nối qua bluetooth nhằm giúp bà m ẹ chăm t ốt Hệ thống có chế độ : tự động tay.Hệ thống bao gồm : Cảm biến độ ẩm phát gia tăng độ ẩm bất thường nôi để phát em bé vệ sinh Cảm biến nhiệt độ đo nhiệt độ phòng, nhiệt độ phòng cao tự động bật quạt giúp em bé khơng bị nóng nhiệt độ th ấp tự đ ộng t quạt.Ngoài có chế độ điều khiển tay đ ể người mẹ linh ho ạt h ơn việc đảm bảo nhiệt độ cho em bé Cảm biến âm nhằm phát tiếng khóc em bé thông báo qua ứng dụng để người mẹ có hướng xử lý Hệ thống động giúp đung đưa nôi ru ngủ em bé 5.Hệ thống loa phát nhạc theo yêu cầu để ru bé ngủ IV.Giải pháp thực Phần cứng 1.1.Nguyên lý hoạt động phần cứng Bảng 2.Nguyên lý hoạt động phần cứng Tên cảm biến Hình ảnh Nguyên lý hoạt động Cảm biến âm sử dụng micro có tác dụng Cảm biến âm màng nhĩ ,cảm nhận rung động sóng âm SV: Ngơ T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo Page Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển GVHD: TS Trần Đức Vũ ứng dụng cảm ứng điện từ chuyển hóa thành tín hiệu điện Tín hiệu điện sau lọc xử lý nhiễu khuếch đại chuyển thành tín hiệu 0,1.Cảm biến có chân OUT Digital Analog,ở ta dùng chân Analog để xuất xác âm lượng âm phát Dựa nguyên lý hấp thụ độ ẩm nước làm biến Cảm biến độ ẩm đổi tính chất thành phần cảm nhận cảm biến từ xác định độ ẩm Nguyên lý hoạt động cảm biến nhiệt độ dựa mối quan hệ vật liệu kim Cảm biến loại nhiệt độ Khi nhiệt nhiệt độ độ độ C điện trở 100Ω, điện trở kim loại tăng nhiệt độ tăng lên ngược lại Động quay Servo sử dụng motor để hoạt động Động servo Các chân cắm bao gồm chân 5V GND DATA Chân DATA nhận tín SV: Ngơ T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo Page Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển GVHD: TS Trần Đức Vũ hiệu từ Arduino để quay theo góc quay xác theo u cầu Module phát Đây mạch điện tử nhạc qua thẻ đơn giản giúp phát nhạc có nhớ định dạng wav sử dụng mạch điện tử Arduino Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện chạy qua cuộn dây bên Relay tạo từ trường hút Từ trường hút tác động lên đòn bẩy bên làm đóng mở tiếp điểm điện làm thay đổi trạng thái rơ le Số tiếp điểm điện bị thay đổi nhiều, tùy vào thiết kế Là board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng ứng dụng tương tác với Arduino với môi trường thuận lợi hơn, trang bị gồm cổng giao tiếp USB, chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác SV: Ngơ T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo Page Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển GVHD: TS Trần Đức Vũ 1.2.Cách mắc mạch điện 1.2.1 Cảm biến âm Bảng 3.Cách nối mạch CN07 Arduino 1.2.2 CN07 Arduino GND GND 5V 5V A0 A2 Cảm biến nhiệt độ Bảng 4.Cách nối mạch cảm biến nhiệt độ Arduino 1.2.3 Cảm biến nhiệt Arduino độ GND GND 5V 5V DATA A0 Cảm biến độ ẩm Bảng 5.Cách nối mạch cảm biến độ ẩm Arduino Driver Arduino GND GND 5V 5V A0 A1 SV: Ngô T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo Page Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển GVHD: TS Trần Đức Vũ D0 1.2.4 D2 Thiết bị kết nối bluetooth Bảng 6.Cách nối mạch bluetooth Arduino 1.2.5 Bluetooth Arduino GND GND 5V 5V TX RX 10 Relay Bảng 7.Cách nối mạch relay Arduino 1.2.6 Relay Arduino GND GND 5V 5V IN1 D8 Relay Quạt GND GND 5V 5V Phát nhạc qua thẻ nhớ SD Bảng 8.Cách nối mạch phát nhạc qua thẻ nhớ Arduino DFPlayer Arduino GND GND SV: Ngô T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo Page Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển 1.2.7 GVHD: TS Trần Đức Vũ 5V 5V RX 12 TX 11 Động quay Servo Bảng 9.Cách nối Servo Arduino 1.2.8 Servo Arduino GND GND 5V 5V Tín hiệu servo1 Tín hiệu servo2 10 Arduino điều khiển Bảng 10.Cách nối mạch Arduino Arduino server Arduino client GND GND RX TX TX RX 1.3.Sơ đồ mạch điện SV: Ngô T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo Page 10 Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển GVHD: TS Trần Đức Vũ Hình 1.Sơ đồ mạch điện Nguyên lý hoạt động phần mềm 2.1.Nguyên lý hoạt động 1/Khi khởi động nôi,công việc thực đọc thơng s ố từ cảm biến : Nhiệt độ từ cảm biến nhiệt độ DS18B20 Độ ẩm từ cảm biến độ ẩm đất Cường độ âm từ cảm biến âm Cn07 Các công việc thực qua lời gọi hàm input() 2/ Xác định ngưỡng âm môi trường từ cảm biến âm cn07 Để xác định, ta thực bước sau: - Liên tục đo lấy giá trị cường độ âm môi trường thời điểm Lấy giá trị trung bình cộng (TBC) giá trị Ngưỡng âm môi trường TBC ± 10 Nếu có thời điểm gần đo âm ngưỡng => xác định em bé khóc → THDK=1 - Nếu có thời điểm gần đo âm ngưỡng => xác định em bé khơng khóc → THDK=0 - Ngưỡng âm tồn thời gian 25 giây xác định lại sau lần xác nhận em bé khóc ngừng khóc Các cơng việc thực qua lời gọi hàm AT() SV: Ngô T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo Page 11 Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển GVHD: TS Trần Đức Vũ 3/ Kiểm tra xem có tín hiệu gửi từ Bluetooth khơng - Nếu có gọi hàm dựa giá trị Bluetooth gửi về: Nếu giá trị 10 (tương ứng với nhấn nút phần nhạc) thực chức điều khiển nhạc tay, bật nhạc nhạc tắt tắt nh ạc nhạc bật -> tương ứng với việc gọi hàm handNh() Nếu giá trị 11 (tương ứng với nhấn nút phần nhạc) gọi lại chức tự động cho nhạc dựa cảm biến âm thanh, em bé khóc nhạc bật, ngược lại tắt -> tương ứng với việc gọi hàm autoNh() Nếu giá trị 14 (tương ứng với nhấn nút phần quạt) thực chức điều khiển quạt tay, bật quạt quạt tắt tắt quạt quạt bật -> tương ứng với việc gọi hàm handQ() Nếu giá trị 15 (tương ứng với nhấn nút phần quạt) gọi lại chức tự động cho quạt dựa cảm biến nhiệt độ, nhiệt độ lớn 30 quạt bật, ngược lại tắt -> tương ứng với việc gọi hàm autoQ() Nếu giá trị 18 (tương ứng với nhấn nút phần nôi) thực chức điều khiển nôi tay, quay nôi nôi tắt tắt nôi nôi quay -> tương ứng với việc gọi hàm handN() Nếu giá trị 19 (tương ứng với nhấn nút phần nôi) gọi lại chức tự động cho nôi dựa cảm biến âm thanh, em bé khóc nơi quay, ngược lại tắt -> tương ứng với việc gọi hàm autoN() Nếu giá trị 20 (tương ứng với nhấn nút ) hiển thị trạng thái em bé lên LCD, bao gồm nhiệt độ phòng, có khóc khơng, có vệ sinh khơng -> tương ứng với việc gọi hàm dieuKhienLCD() - Nếu không gọi hàm chạy thiết bị tự động dựa giá trị đo từ cảm biến 4/ Về xử lý bật / tắt thiết bị 4.1/ Nhạc: SV: Ngô T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo Page 12 Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển - GVHD: TS Trần Đức Vũ Hình 2.Hàm handNh() Hình 3.Hàm autoNh() Nhạc điều khiển thơng qua module DFPlayer Mini Ở đáng lưu ý có trường hợp tắt nhạc: Trong chế độ tự động sau 20 giây em bé ngừng khóc tắt Trong chế độ tay tắt 4.2/ Quạt: Hình Hàm handQ() Hình Hàm autoQ() Quạt điều khiển thơng qua module relay Nếu bật quạt ta ngắt module relay cho dòng điện từ nguồn 12V vào quạt để quạt chạy Nếu tắt quạt ta bật module relay để ngắt dòng điện từ nguồn 12V vào quạt 4.3/ Nôi: SV: Ngô T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo Page 13 Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển GVHD: TS Trần Đức Vũ Hình Hàm handN() Hình Hàm autoN() Nôi quay điều khiển thông qua arduino client Nếu bật nơi Arduino server gửi lệnh “Bat_Dong_Co” Arduino client Nếu tắt nơi Arduino server gửi lệnh “Tat_Dong_Co” Arduino client Hình Giải thuật Arduino client Thư viện SerialCommand dùng để xây dựng "câu lệnh" (command) Server có lệnh để điều khiển Client: • Bat_Dong_Co: dùng để gọi hàm bat() Client thỏa mãn điều ki ện quay nơi • Tat_Dong_Co: dùng để gọi hàm tat() Client thỏa mãn điều kiện tắt nôi Các lệnh thực chất chuỗi kết thúc ký tự xuống dòng (\n) Vậy nên Server gửi lệnh cho Cilent thơng qua câu lệnh Serial.println(tên_câu_l ệnh); Client đọc lệnh thông qua hàm readSerial() thư viện SerialCommand Mục đích hàm addCommand(“tên_câu_lệnh”, tên_hàm) thêm câu lệnh vào buffer Khi nhận lệnh từ Server, Client so sánh lệnh với câu lệnh buffer để tìm đến địa hàm tương ứng để thực SV: Ngô T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo Page 14 Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển GVHD: TS Trần Đức Vũ Lưu ý: Khi điều khiển thiết bị tay (qua app) chế đ ộ tự đ ộng thiết bị bị vơ hiệu hóa Nếu muốn thiết bị hoạt động lại theo chế độ tự động cần phải bấm nút SV: Ngô T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo thiết bị Page 15 Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển GVHD: TS Trần Đức Vũ Hình Sơ đồ khối giải thuật 2.2.Các thư viện/framework sử dụng - Thư viện SoftwareSerial.h dùng để giả lập chân RX, TX cho arduino - Thư viện OneWire.h thư viện DallasTemperature.h dùng cho cảm bi ến nhi ệt độ DS18B20 - Thư viện DFRobotDFPlayerMini.h dùng cho module DFPlayer - Thư viện SerialCommand.h dùng cho việc chuyển lệnh từ arduino server sang arduino client - Thư viện Servo.h dùng để điều khiển động servo V Kê khai linh kiện chi phí Stt 10 Tên thiết bị Arduino Uno R3 Module Bluetooth HC06 Cảm biến âm cn07 Cảm biến độ ẩm đất Cảm biến nhệt độ DS18B20 DFPlayer Mini Động servo Loa Relay Quạt mini SV: Ngô T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo SL 1 1 1 Đơn giá 105 82 19 29 20 90 30 24 25 Thành tiền 210k 82k 19k 29k 20k 90k 60k 5k 24k 25k Page 16 Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển 11 12 VI GVHD: TS Trần Đức Vũ Bộ nguồn 12V 32 Màn hình LCD 16x2 32 Tổng tiền: Bảng Kê khai linh kiện 32k 32k 628 Đánh giá hệ thống Độ ổn định xác - Tùy thuộc vào nhiều yếu tố để định độ ổn định, tính xác c h ệ thống mà yếu tố tác động lớn xác c ảm bi ến chế độ tự động dựa hoạt đọng cảm biến này: Cảm biến nhiệt độ DS18B20 có độ xác ± 0.5˚C Cảm biến độ ẩm đất độ xác cao Cảm biến âm cn07 phụ thuộc nhiều vào môi trường xung quanh loại giá rẻ nên chất lượng không tốt, dễ h - hỏng Yếu tố lớn thứ hai để định độ ổn định, tính xác hệ th ống cài đặt thuật tốn Vì cảm biến âm cn07 khơng có ch ức nh ận diện giọng nói, đo cường độ âm nên thuật toán phát hi ện âm em bé khóc dựa ngưỡng âm Vậy nên mơi tr ường có nhiều tạp âm khiến cho ngưỡng âm khơng xác Tốc độ thực thi - Sau khoảng 15ms Servo delay để set góc quay tương ứng - Hệ thống sau thực công việc bị delay 1s đ ể quay b đ ầu lại vòng lặp Ưu điểm - Mạch nhỏ gọn phù hợp với việc học tập nghiên cứu vi điều khiển - ứng dụng vào đời sống ngày Linh kiện phổ biến ,dễ dàng thực việc mô Tiết kiệm nguồn điện cách sử dụng nguồn máy tính,nguồn chuẩn 5V cho mạch hoạt động Nhược điểm SV: Ngô T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo Page 17 Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển - GVHD: TS Trần Đức Vũ Mạch đồ án thực sử dụng cách phát tín hiệu Bluetooth ,do khoảng cách thu-nhận tín hiệu ngắn khơng phù hợp với gia đình có nhà r ộng rãi Tính thực tế - Thích hợp cho gia đình đại thành phố ,người mẹ muốn làm việc - khác nhà giữ Tự động hóa giúp chia sẻ bớt việc nặng nhọc nuôi nhỏ bà mẹ Hướng cải tiến - Cải tiến thêm thiết bị thu phát wifi có khoảng cách xa Thay cảm biến nhiệt độ cảm biến khác nhằm khắc phục thiếu ổn - định đo nhiệt độ phòng Thay cảm biến âm cảm biến khác nhằm khắc phục thiếu ổn định việc phát tiếng khóc em bé VII Kết luận Những việc làm - Đã tính thông số để xác định trạng thái em bé để đưa cách xử lý phù hợp Những việc chưa làm - Hiển thị liệu lên điện thoại (bao gồm in trạng thái em bé trạng thái thiết bị) - Nhận diện tiếng khóc Hình ảnh app điện thoại SV: Ngơ T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo Page 18 Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển GVHD: TS Trần Đức Vũ Hình 11 Hình ảnh app điện thoại SV: Ngô T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo Page 19 Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển GVHD: TS Trần Đức Vũ Hình 12 Hình ảnh sản phẩm SV: Ngô T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo Page 20 ... Ngô T.Diệu Hằng_Trịnh Minh An_Bùi Văn Thảo Page Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển GVHD: TS Trần Đức Vũ I Mục tiêu đồ án Đề tài : Xây dựng nôi thông minh điều khiển qua Bluetooth Mô tả chi... Minh An_Bùi Văn Thảo Page Đồ án lập trình hệ thống vi điều khiển GVHD: TS Trần Đức Vũ LỜI CẢM ƠN Để chúng em hồn thành đồ án môn học Vi điều khiển với đề tài gậy thơng minh cho người khiếm thị,... tắt -> tương ứng với vi c gọi hàm autoQ() Nếu giá trị 18 (tương ứng với nhấn nút phần nôi) thực chức điều khiển nôi tay, quay nôi nôi tắt tắt nôi nôi quay -> tương ứng với vi c gọi hàm handN()