Đồ án Hệ thống ðiều khiển giám sát và thu thập dữ liệu chất lượng nước ứng dụng công nghệ IoTs (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Hệ thống ðiều khiển giám sát và thu thập dữ liệu chất lượng nước ứng dụng công nghệ IoTs (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH HỆ THỐNG ÐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU CHẤT LƯỢNG NƯỚC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoTs GVHD: ThS. NGUYỄN NGÔ LÂM SVTH : MAI QUỐC THÁI MSSV : 13119137 SVTH : VŨ ÐÌNH TOÀN MSSV : 13119151 S K L 0 0 4 8 8 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2017
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU CHẤT LƢỢNG NƢỚC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoTs SVTH : MAI QUỐC THÁI MSSV : 13119137 SVTH : VŨ ĐÌNH TOÀN MSSV : 13119151 Khóa : 2013 Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH GVHD: ThS. NGUYỄN NGÔ LÂM Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU CHẤT LƢỢNG NƢỚC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoTs SVTH : MAI QUỐC THÁI MSSV : 13119137 SVTH : VŨ ĐÌNH TOÀN MSSV : 13119151 Khóa : 2013 Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH GVHD: ThS. NGUYỄN NGÔ LÂM Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017
4. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – T do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Mai Quốc Thái MSSV: 13119137 Vũ Đình Toàn MSSV: 13119151 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Lớp : 13119CL2 Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Nguyễn Ngô Lâm ĐT: 0908434763 Ngày nhận ề tài: / /2017 Ngày nộp ề tài: 11/7/2017 Tên ề tài: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU CHẤT LƢỢNG NƢỚC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoTs 1. Các số liệu, tài liệu ban ầu: 2. Nội dung th c hiện ề tài: Thiết kế và xây d ng hệ thống quan trắc môi trƣờng nƣớc sử dụng nguồn năng lƣợng mặt trời. Giám sát các thông số giá trị của cảm biến thông qua mạng Internet và mạng di ộng, iều khiển thiết bị ngoại vi nhƣ èn, motor qua web server và tr c tiếp trên phần cứng. 3. Sản phẩm: Mô hình hệ thống năng lƣợng mặt trời ƣợc giám sát qua mạng Internet và mạng di ộng. TRƢỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN
5. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – T do – Hạnh phúc PHI U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: Mai Quốc Thái MSSV: 13119137 Vũ Đình Toàn MSSV: 13119151 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Tên ề tài: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU CHẤT LƢỢNG NƢỚC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoTs Họ và tên Giáo viên hƣớng dẫn: ThS. Nguyễn Ngô Lâm NHẬN XÉT 1. Về nội dung ề tài & khối lƣợng th c hiện: 2. Ƣu iểm: 3. Khuyết iểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên hƣớng dẫn
6. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – T do – Hạnh phúc PHI U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: Mai Quốc Thái MSSV: 13119137 Vũ Đình Toàn MSSV: 13119151 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Tên ề tài: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU CHẤT LƢỢNG NƢỚC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoTs Họ và tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT 1. Về nội dung ề tài & khối lƣợng th c hiện: 2. Ƣu iểm: 3. Khuyết iểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên phản biện
7. LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành ề tài này, chúng em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Đào tạo chất lƣợng cao, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh ã tận tình truyền ạt kiến thức trong những năm chúng em học tập. Đặc biệt, chúng em xin ch n thành cảm ơn Thầy Nguyễn Ngô L m ã tận tình hƣớng dẫn và tạo iều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt thời gian th c hiện ồ án môn học. Bên cạnh , chúng em cũng xin cảm ơn các anh, chị kh a trƣớc ã nhiệt tình ng g p ý kiến và chia sẻ kinh nghiệm ể giúp chúng em hoàn thành ề tài này. Cuối cùng, do kiến thức còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những sai sót Chúng em rất mong nhận ƣợc s ng g p ý kiến của quý thầy cô và các bạn ể có thể hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! i
8. TÓM TẮT Hiện tƣợng nóng lên của Trái Đất ang là một vấn ề ầy thử thách cho toàn thế giới, hệ quả kéo theo là làm cho môi trƣờng nƣớc biển bị ảnh hƣởng nƣớc ta cũng không ngoại lệ, s xâm nhập mặn ang là mối lo ngại cho ngƣời nông dân, lẫn cả cơ quan chức năng và nhà khoa học. Xâm nhập mặn ã và ang g y ra hậu quả nặng nề trên các tỉnh miền Tây Việt Nam, nên s ra ời của sản phẩm là rất cần thiết ngƣời dùng cần theo dõi thông số môi trƣờng nƣớc ể ƣa ra các quyết ịnh về việc nuôi trồng hoặc tƣới tiêu. Hệ thống giám sát dữ liệu môi trƣờng nƣớc có các chức năng nhƣ thu thập nhiệt ộ nƣớc, ộ mặn, ộ ục, ộ pH, ể ngƣời dùng có thể theo dõi liên tục môi trƣờng nƣớc, áp dụng vào nuôi trồng thủy sản. Hệ thống hƣớng ến môi trƣờng nƣớc biển ƣa ra cảnh báo kịp thời thông qua chuông báo tại chỗ, tin nhắn và thông qua mạng, ngƣời dùng sẽ tra cứu thông số môi trƣờng thông qua mạng ể kịp thời xử lý. Thông số sẽ ƣợc lƣu trữ lại ể ngƣời dùng tham khảo và có biện pháp theo dõi lâu dài nhằm ƣa ra phƣơng án nuôi trồng thủy sản thích hợp trong năm. ii
9. Trang phụ bìa Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHI U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ii PHI U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii DANH MỤC CÁC TỪ VI T TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH vii Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1 1.1. GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY 1 1.1.1. Đặt vấn ề 1 1.1.2. Tính cấp thiết của ề tài 1 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2 1.3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2 1.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2 1.5. BỐ CỤC ĐỒ ÁN 2 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUY T 4 2.1. KIT INTEL GALILEO 4 2.1.1. Giới thiệu về kit galileo 4 2.1.2. Cấu trúc của KIT Galileo 6 2.1.3. Các tính năng hỗ trợ 7 2.1.4 Phƣơng thức lập trình trên Kit Galileo 8 2.2. PIN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI 9 2.2.1. Giới thiệu về pin năng lƣợng mặt trời 9 2.2.2. Cấu tạo của pin năng lƣợng mặt trời 10 2.2.3. Nguyên lý hoạt ộng của pin năng lƣợng mặt trời 11 2.3. PIN LI-ION 18650 12 2.4. LCD HIỂN THỊ 13 2.4.1. Giới thiệu về LCD 13 2.4.2. Module IC2 giao tiếp với LCD 17 2.4. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH NODEJS 18 2.4.1. Giới thiệu về Nodejs 18 2.4.2. Một số lệnh cơ bản và thƣ viện trong Nodejs 20 iii
10. 2.4.3. Nguyên lý xử lý yêu cầu của máy chủ 23 2.5. MODULE SIM900A 23 2.5.1. Giới thiệu về module SIM900A 23 2.5.2. Đặc iểm kỹ thuật của GSM/GPRS SIM900A 24 2.6. NGÔN NGỮ HTML 25 2.6.1. Giới thiệu sơ lƣợc về HTML 25 2.6.2. Cấu trúc cơ bản của HTML 25 Chƣơng 3: THI T K VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 27 3.1. YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 27 3.2. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 28 3.3. THIẾT KẾ PHẦN MỀM 41 3.3.1 Lƣu ồ giải thuật 41 3.3.2. Thiết kế giao diện web và giải thích hoạt ộng 47 Chƣơng 4: K T QUẢ PHẦN CỨNG 54 4.1. KẾT QUẢ PHẦN CỨNG 54 4.2. KẾT QUẢ PHẦN MỀM 56 4.2.1. Điều khiển qua mạng di ộng 56 4.2.2. Điều khiển ƣợc thiết bị qua Web 58 4.2.3. Hiển thị kết quả với biểu ồ 58 4.2.4. Hiển thị kết quả với biểu ồ chart 59 4.2.5. Thiết lập giá trị sẵn cho ngƣời dùng 60 4.2.5. Thiết lập giá trị sẵn cho ngƣời dùng 61 Chƣơng 5: K T QUẢ VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG 62 5.1. KẾT LUẬN 62 5.2. CÁC PHẠM VI ỨNG DỤNG 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 iv
11. DANH MỤC CÁC TỪ VI T TẮT PV Photovoltaic Pin năng lƣợng mặt trời Hệ thống tạo năng lƣợng từ Concentrating Solar thermal CSP nhiệt năng của năng lƣợng Power mặt trời SIPV Smart Intergrated Photovoltaic Điện mặt trời nối lƣới Hệ thống tích hợp trên một SoC System On Chip vi mạch MCU Microprocessor Control Unit Khối vi iều khiển IC Integrated Circuit Mạch tích hợp I/O Input/Output Ngõ vào/ngõ ra PWM Pulse Width Modulation Điều chế ộ rộng xung Universal Asynchronous Truyền dữ liệu nối tiếp bất UART Receiver – Transmitter ồng bộ LDR Light-Dependent Resistor Quang trở PPM Pulse Position Modulation Điều chế vị trí xung Dò tìm iểm công suất c c MPPT Maximum Power Point Tracker ại P&O Perturbation and Observation Nhiễu loạn và quan sát Metal Oxide Semiconductor MOSFET Transistor hiệu ứng trƣờng Field Effect Transistor LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng Vi mạch tích hợp truyền I2C Inter-Integrated Circuit thông nối tiếp TWI Two Wire Interface Giao tiếp hai dây SDA Serial Data Line Dây truyền dữ liệu SCL Serial Clock Line Dây truyền xung clock Negative Temperature NTC Hệ số nhiệt ộ âm Coefficient Ngôn ngữ ánh dấu siêu HTML Hyper Text Markup Language văn bản v
12. Giao thức truyền siêu văn HTTP Hyper Text Transfer Protocol bản Chuyển ổi tín hiệu tƣơng ADC Analog Digital Converter t sang tín hiệu số ĐBSCL Đồng bằng sông cửu long vi
13. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Các chân trong LCD 15 Bảng 2.2: Các lệnh trong LCD 16 Bảng 2.3: Các module trong nodejs 22 Bảng 2.4: Một số lệnh AT cơ bản mô un Sim900A 24 Bảng 3.1: Tiêu chuẩn giảm tiềm năng cho một số giải pháp dung dịch nƣớc 33 Bảng 3.2: Các phản ứng sơ cấp có thể xảy ra ở các iện c c của cảm biến dẫn. 33 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH Hình 2.1: Kit Intel Galileo Gen 1 và Gen 2 5 Hình 2.2: Sơ ồ cấu trúc của kit Intel Galileo 6 Hình 2.3: Pin năng lƣợng mặt trời 9 Hình 2.4: Phân loại pin năng lƣợng mặt trời 10 Hình 2.5: Sơ ồ cấu tạo pin mặt trời 11 Hình 2.6: Nguyên lý hoạt ộng của pin mặt trời 11 Hình 2.7: Board mạch giảm áp 12 Hình 2.8: Pin Li-ion 18650 13 Hình 2.9: LCD 20 x 4 14 Hình 2.10: Module I2C giao tiếp với LCD 17 Hình 2.11: Hình ảnh mô tả luồng xử lý của A web framework nodejs 18 Hình 2.12: Vòng lặp kiểm tra s kiện 19 Hình 2.13: Cách thức xử lý code của nodejs 19 Hình 2.14: Ví dụ thể hiện khác nhau giữa non block code và block code. 20 Hình 2.15: So sánh tốc ộ xử lý của non block code vs block code 20 Hình 2.16: Yêu cầu Modules ể sử dụng trong chƣơng trình 20 Hình 2.17: Cách tạo ra server 21 Hình 2.18: Cách chạy file nodejs 21 Hình 2.19: Tạo Server 23 Hình 2.20: Server ƣợc tạo và ghi data 23 Hình 2.21: Module SIM 900A mini 23 Hình 3.1: Sơ ồ khối. 27 Hình 3. 2: Sơ ồ kết nối LM35 29 Hình 3.3: Cảm biến PH 30 Hình 3.4: Module cảm biện ộ ục 31 Hình 3.5: Hình mô tả sơ ồ cảm biến ộ mặn 31 Hình 3.6: Hydrat h a NaCl trong nƣớc 32 Hình 3.7: Phản ứng xảy ra khi cảm biến ƣợc kích hoạt. 32 Hình 3.8: Phản ứng dòng ể oxy hóa Cl- và làm giảm nƣớc. 33 Hình 3.9: Cấu tạo của led dây 34 vii
14. Hình 3.10: Động cơ mini 35 Hình 3.11: Mô hình máy bơm mini 35 Hình 3.12: Sơ ồ kết nối LCD 36 Hình 3.13: Tấm pin năng lƣợng mặt trời 37 Hình 3.14: Mạch sạc Pin d phòng. 38 Hình 3.15: Sơ ồ kết nối của khối xử lý trung tâm 39 Hình 3.16: Cách tạo s kiện nhấn 40 Hình 3.17: Sơ ồ hệ thống 41 Hình 3.18: Sơ ồ ọc giá trị cảm biến 43 Hình 3.19: Sơ ồ hiển thị thông số lên LCD và Web 44 Hình 3.20: Sơ ồ xử lý tin nhắn 45 Hình 3. 21: Sơ ồ kiểm tra cảnh báo 46 Hình 3.22: Giao diện ăng nhập 47 Hình 3.23: i o i n t ng h 48 Hình 3.24: Giao diện hiển thị thông số môi trƣờng 48 Hình 3.25: Giao diện thiết lập giá trị ngƣ ng 49 Hình 3.26: Giao diện iều khiển thiết bị 49 Hình 3.27: Sơ ồ thuật toán 50 Hình 3.28: Hàm cập nhật biểu ồ 52 Hình 3.29: Lƣu ồ xử lý tín hiệu iều khiển từ web 53 viii
15. Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1. GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY 1.1.1. Đặt vấn đề Hiện tƣợng nóng lên của Trái Đất ang là một vấn ề ầy thử thách cho toàn thế giới, hệ quả kéo theo là làm cho môi trƣờng nƣớc biển bị ảnh hƣởng nƣớc ta cũng không ngoại lệ, s xâm nhập mặn ang là mối lo ngại cho ngƣời nông dân, lẫn cả cơ quan chức năng và nhà khoa học. Xâm nhập mặn ã và ang g y ra hậu quả nặng nề trên các tỉnh miền Tây Việt Nam, nên s ra ời của sản phẩm là rất cần thiết ngƣời dùng cần theo dõi thông số môi trƣờng nƣớc ể ƣa ra các quyết ịnh về việc nuôi trồng hoặc tƣới tiêu. Hệ thống giám sát dữ liệu môi trƣờng nƣớc có các chức năng nhƣ thu thập nhiệt ộ nƣớc, ộ mặn, ộ ục, ộ pH, ể ngƣời dùng có thể theo dõi liên tục môi trƣờng nƣớc, áp dụng vào nuôi trồng thủy sản. Hệ thống hƣớng ến môi trƣờng nƣớc biển ƣa ra cảnh báo kịp thời thông qua chuông báo tại chỗ, tin nhắn và thông qua mạng, ngƣời dùng sẽ tra cứu thông số môi trƣờng thông qua mạng ể kịp thời xử lý. Thông số sẽ ƣợc lƣu trữ lại ể ngƣời dùng tham khảo và có biện pháp theo dõi lâu dài nhằm ƣa ra phƣơng án nuôi trồng thủy sản thích hợp trong năm. 1.1.2. Tính cấp thiết của đề tài Theo báo cáo của Bộ NN&PTNT mùa khô năm 2015-2016, Tổng lƣợng mƣa trên lƣu v c thiếu hụt 20-50% trung bình nhiều năm. M c nƣớc thƣợng nguồn sông Mê Kông tiếp tục xuống nhanh và thấp nhất trong vòng 90 năm qua. Do thiếu nƣớc ngọt, mặn xuất hiện sớm hơn 2 tháng so với cùng kỳ ã x m nhập sâu vào vùng ĐBSCL. Hiện nay trên các hệ thống sông chính ở miền Tây, mặn xâm nhập sâu từ 40-93 km, tăng 10-15 km so với các năm trƣớc. Tỉnh Vĩnh Long nằm rất xa biển nhƣng lần ầu ã bị nƣớc mặn tấn công. Còn Hậu Giang hơn 40 ha lúa bị thiệt hại nặng. Theo Phó chủ tịch tỉnh Kiên Giang, Mai Anh Nhịn thì hiện tại các sông lớn ã bị mặn xâm nhập sâu từ 3 ến 4km. Hiện tỉnh này c ến 34.000ha lúa bị thiệt hại và chƣa dừng lại, ời sống sản xuất của ngƣời dân bị ảnh hƣởng nghiêm trọng. Ở Cà Mau diện tích lúa bị thiệt hại trên 18.000ha, chiếm 56% diện tích trồng lúa trên ất nuôi tôm.[2] Chính vì s ứng dụng rộng rãi và khả năng phát triển trong tƣơng lai, việc phân tích khả năng hoạt ộng của kỹ thuật nâng cao hiệu suất là rất cần thiết. Qua , c thể giúp nh m th c hiện ề tài hiểu hơn về những kiến thức mới cũng nhƣ áp dụng các kiến thức ã học vào th c tế. 1
16. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Thiết kế và thi công mô hình thu thập dữ liệu môi trƣờng nƣớc sạch và sử dụng năng lƣợng mặt trời, ồng thời gửi các thông số qua mạng Internet sau cập nhập thông tin lên web và mạng di ộng ể n ng cao khả năng giám sát và kịp thời iều chỉnh. 1.3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tƣợng nghiên cứu về phần mềm là thu ƣợc dữ liệu từ môi trƣờng và sử dụng nguồn năng lƣợng mặt trời, gửi dữ liệu thông qua mạng Internet và mạng di ộng, cách thức lập trình nodejs và nhúng chƣơng trình vào Board Galileo. Còn về phần cứng là các linh kiện iện tử, các module, pin năng lƣợng mặt trời, và board Intel Galileo gen 2. Phạm vi nghiên cứu trong khuôn khổ mô hình nhỏ có công suất thấp và có thể phát triển lên các mô hình lớn hơn. Ngoài ra, về lập trình Web nhóm th c hiện ƣợc hiển thị giá trị cảm biến, vẽ ƣợc biểu ồ, iều khiển thiết bị bằng nút nhấn trên Web. 1.4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tìm hiểu các lý thuyết về cách thu dữ liệu, truyền qua Board Galileo và cách ẩy dữ liệu lên mạng sử dụng ngôn ngữ nodejs và javacript ể th c hiện lập trình cho kit. Thiết kế và xây d ng mô hình. Qua th c nghiệm từ những sản phẩm của ề tài trƣớc dẫn tới rút kinh nghiệm và tìm hiểu và xây d ng ề tài. 1.5. BỐ CỤC ĐỒ ÁN Chƣơng 1: Tổng quan Giới thiệu sơ lƣợc về tình hình nghiên cứu hiện nay cũng nhƣ tính cấp thiết của ề tài. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết Nêu các lý thuyết cần thiết ể sử dụng trong ề tài. Chƣơng 3: Thiết kế và xây d ng hệ thống Trình bày sơ ồ hệ thống và giải thích hoạt ộng của hệ thống. Đƣa ra các phƣơng pháp l a chọn phần cứng và xác ịnh l a chọn phù hợp với yêu cầu của ề tài. Tính toán ƣa ra giải thuật, thuật toán phần mềm. 2
17. Chƣơng 4: Kết quả th c hiện Trình bày kết quả ã th c hiện về phần cứng và phần mềm, ƣa ra nhận xét. Chƣơng 5: Kết luận và phạm vi ứng dụng Nêu các ƣu iểm và nhƣợc iểm của ề tài, hƣớng khắc phục và phạm vi sử dụng trong th c tế 3
18. Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUY T 2.1. KIT INTEL GALILEO 2.1.1. Giới thiệu về kit galileo Kit Galileo là một board mạch vi iều khiển d a trên bộ xử lí ứng dụng Intel Quark SoC X1000 - một bộ xử lí thuộc dòng Pentium 32-bit system-on-chip (tích hợp tất cả các thành phần hệ thống vào trong 1 chip xử lí duy nhất). Kit Galileo là board mạch tƣơng thích với Arduino ầu tiên d a trên cấu trúc của Intel. Cả phần cứng lẫn phần mềm của Kit Galileo ều tƣơng thích với các Arduino Shield vốn ƣợc thiết kế cho Arduino UNO R3 với chuẩn chân cắm Arduino 1.0 pinout. Kit Galileo có thể chạy ƣợc các shield của Arduino ở cả 2 mức iện áp 3.3V và 5V mặc dù iện áp hệ thống của nó chỉ là 3.3V. Kit Galileo c ƣợc iều này là nhờ các bộ chuyển ổi iện áp ƣợc tích hợp ngay trên Kit Galileo. Mặc ịnh, Kit Galileo chạy shield ở mức 5V và có thể chuyển xuống 3.3V bằng cách thay ổi các chân cắm (jumper) trên mạch. Ngoài các tƣơng thích về phần mềm lẫn phần cứng với nền tảng Arduino, Kit Galileo cũng hỗ trợ các chuẩn giao tiếp trên máy tính cá nhân hiện nay. Vì vậy, Kit Galileo có thể giao tiếp với nhiều thiết bị khác ngoài các shield trong Arduino. Mặc ịnh, trên bo mạch Kit Galileo hỗ trợ: Cổng full sized mini-PCI Express 2.0. Cổng Ethernet 100Mbps. Cổng Serial RS-232. Cổng USB Host và USB Client. RAM DDR3 256MB. Chân cắm chuẩn Arduino Pinout 1.0. Khe cắm thẻ nhớ micro-SD hỗ trợ lên tới 32GB. Bộ nhớ flash 8MB dùng ể chứa firmware hay bootloader. 256KB - 512KB bộ nhớ lƣu trữ chƣơng trình Arduino. 4
19. Khả năng chạy các hệ iều hành Linux Yocto, Linux Debian, Windows 8, Windows 10, ƣợc tuỳ biến ặc biệt. Đ y là Kit Galileo mạch ầu tiên trong họ hàng của Arduino có khe cắm mini-PCI Express half-sized lẫn full-sized. Intel Galileo hiện có 2 phiên bản là Gen 1 và Gen 2 nhƣ hình 2.1 Hình 2.1: Kit Intel Galileo Gen 1 và Gen 2 Nguồn cung cấp cho Intel Galileo Gen 1 là 5V, 2A. Trong khi , nguồn cung cấp cho Gen 2 ƣợc kéo dãn lên từ 7V - 12V. Ngoài ra, tốc ộ làm việc của các chân giao tiếp cũng ƣợc tăng lên áng kể. 5
20. 2.1.2. Cấu trúc của KIT Galileo Hình 2.2: Sơ ồ cấu trúc của kit Intel Galileo Giống nhƣ Arduino UNO phiên bản 3, Kit Galileo có: • 14 ch n Digital I/O, trong 6 ch n c thể phát xung PWM. • Chúng có thể ƣợc sử dụng ở cả 2 chế ộ INPUT và OUTPUT, sử dụng ƣợc với các hàm pinMode(), digitalWrite() và digitalRead() nhƣ trên các mạch Arduino. • Các chân giao tiếp có thể hoạt ộng ở 2 mức iện áp 3.3V và 5V. Dòng cấp tối a là 10mA, dòng ỉnh là 25mA. • Mỗi ch n ều có một iện trở kéo lên trong có trị số khoảng 5.6k ến 10k ohms. Mặc ịnh, các iện trở này bị ngắt. • 6 chân Analog từ A0 ến A5 giao tiếp qua chip AD7298 (chuyển ổi Analog-to-Digital). • Mỗi chân Analog có thể cung cấp ộ phân giải 12bit với 4096 giá trị khác nhau. Mặc ịnh tính từ GND ến 5V. • I2C bus, TWI với 2 chân SDA và SCL nằm cạnh chân AREF. • TWI: gồm 2 chân SDA (A4) và SCL (A5). Hỗ trợ giao tiếp TWI thông qua thƣ viện Wire tƣơng t nhƣ trên Arduino. 6
21. • UART (cổng Serial): là một cổng UART với tốc ộ có thể lập trình ƣợc, 2 chân giao tiếp là 0 (RX) và chân 1 (TX). • Chân 5V output: chân này cấp nguồn ra 5V từ nguồn ngoài cấp cho Kit Galileo hay từ nguồn USB. Dòng ra tối a ở chân này cho các shield là 800mA. • Chân 3.3V output: cấp iện áp ra 3.3V ƣợc iều chế từ các mạch iều áp trên Kit Galileo. Dòng ra tối a ở chân này cho các shield là 800mA. • GND: chân nối c c âm của nguồn iện. • RESET: chân/nút nhấn RESET. Kéo chân này xuống GND ể reset chƣơng trình Arduino ang chạy trên Kit Galileo. Thƣờng ch n này ƣợc dùng ể reset các shield. 2.1.3. Các tính năng hỗ trợ Các bộ xử lí của Intel và các tƣơng thích I/O của SoC i kèm cung cấp hầu nhƣ tất cả các tính năng cần thiết: Bộ xử lí 400Mhz Intel Pentium 32bit tƣơng thích với kiến trúc tập lệnh ISA (ISA-compatible). 16KB bộ nhớ ệm L1. 512KB bộ nhớ SRAM tích hợp trên mạch. Dễ dàng lập trình: ơn luồng, ơn nh n, xung nhịp cố ịnh. Mạch thời gian th c tích hợp (RTC intergrated) với 1 pin nút áo 3V. Cổng kết nối 10/100 Ethernet. Cổng kết nối USB Client dùng ể lập trình. Ngoài chức năng là một cổng lập trình, n cũng c thể ng vai trò nhƣ một USB Host chuẩn 2.0. 10 ch n header chuẩn JTAG hỗ trợ việc dò lỗi hệ thống. Nút Reboot dùng ể reboot vi xử lí trung t m. Nút Reset dùng ể reset chƣơng trình Arduino ang chạy hay bất kì shield nào ang kết nối. Tùy chọn lƣu trữ: 8MB Legacy SPI Flash dùng ể lƣu trữ firmware hay bootloader cũng nhƣ chƣơng trình Arduino. Khoảng 256KB ến 512KB ƣợc tách ra từ 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4