Đồ án Ứng dụng kit Raspberry Pi điều khiển thiết bị qua mạng internet (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Ứng dụng kit Raspberry Pi điều khiển thiết bị qua mạng internet (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ÐIỆN – ÐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG KIT RASPBERRY PI ÐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG INTERNET GVHD:THS. NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH: NGUYỄN VĂN THOẠI MSSV12341110 SVTH: NGUYỄN QUỐC THÁI MSSV: 12341103 SKL003061 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG KIT RASPBERRY PI ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG INTERNET GVHD:Th.S NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH:NGUYỄN VĂN THOẠI MSSV: 12341110 NGUYỄN QUỐC THÁI MSSV: 12341103 Tp. Hồ Chí Minh - 7/2014
3. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG KIT RASPBERRY PI ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG INTERNET GVHD:Th.S NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH:NGUYỄN QUỐC THÁI MSSV: 12341103 Tp. Hồ Chí Minh - 7/2014
4. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG KIT RASPBERRY PI ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG INTERNET GVHD:Th.S NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH:NGUYỄN VĂN THOẠI MSSV: 12341110 Tp. Hồ Chí Minh - 7/2014
5. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG KIT RASPBERRY PI ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG INTERNET. GVHD: Th.S NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH : NGUYỄN VĂN THOẠI MSSV: 12341110 NGUYỄN QUỐC THÁI MSSV: 12341103 Tp. Hồ Chí Minh - 7/2014
6. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG KIT RASPBERRY PI ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG INTERNET. GVHD: Th.S NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH : NGUYỄN QUỐC THÁI MSSV: 12341103 Tp. Hồ Chí Minh - 7/2014
7. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG KIT RASPBERRY PI ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG INTERNET. GVHD: Th.S NGUYỄN ĐÌNH PHÚ SVTH : NGUYỄN VĂN THOẠI MSSV: 12341110 Tp. Hồ Chí Minh - 7/2014
8. PHẦN A GIỚI THIỆU
9. TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp. HCM, ngày 15 tháng 07 năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Thoại MSSV: 12341110 Nguyễn Quốc Thái MSSV: 12341103 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2012 Lớp: 123412c I. TÊNĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG KIT RASPBERRY PI ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ THÔNG QUA MẠNG INTERNET. II. NHIỆM VỤ 1. Các yêu cầu thực hiện, thông số của đề tài: - Thiết kế mô hình mô phỏng để điều khiển thiết bị qua giao diện web trên internet. - Xây dựng kit Rasoberry thành một máy chủ. Từ đó người dung sẽ truy cập vào máy chủ này thông qua internet trên một giao diện web. Ở giao diện này ta sẽ xây dựng hệ thống điều khiển các thiết bị thông qua cơ sở dữ liệu trên máy chủ ( kit Raspberry Pi ). 2. Các vấn đề tồn tại của ĐATN có liên quan đã thực hiện ở các khóa trước: - Đã thực hiện được nhiều đồ vấn đề liển quan tới kit Raspberry Pi như : đèn giao thông, điều khiển nhà, làm mô hình xe, nhưng tất cả hầu như điều khiển trực tiếp qua internet nhưng chỉ ở mạng lan. - Khả năng điều khiển chỉ xung quanh trong mạng nội bộ. 3. ĐATN giải quyết được vấn đề gì, tính mới, tính cải tiến, tính tối ưu: - Thiết lập được web sever trên kit Raspberry PI. - Mở port trên kit, tạo một mã nguồn mở để điều khiển các thiết bị do người thiết lập sử dụng và cài đặt ở mọi nơi. - Bất cứ thiết bị nào có kết nối mạng có thể điều khiển được. ii
10. - Khả năng bảo mật cao, giao diện đơn giản dễ sử dụng. 4. Kết quả đạt được của ĐATN sau khi thực hiện: - Hoàn thành mô hình mô phỏng để điều khiển các thiết bị. - Khả năng đáp ứng và thực thi của kít ổn định. - Web sever được điều khiển trên những thiết bị có kết nối mạng. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 03/03/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/07/2014 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Ths. Nguyễn Đình Phú CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Ths. Nguyễn Đình Phú TS.GV. NGUYỄN THANH HẢI iii
11. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Bộ Môn Điện Tử Viễn Thông Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Văn Thoại Lớp: 123412c MSSV: 12341110 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Quốc Thái Lớp: 123412c MSSV: 12341103 Tên đề tài: Điều khiển va giám sát thiết bị từ kit Raspberry qua internet Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) Ths. Nguyễn Đình Phú iv
12. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa Điện – Điện Tử (Dành cho cán bộ hướng dẫn) BM Điện Tử Công Nghiệp Ngàytháng năm 2014 1. Tên đề tài tốt nghiệp: ỨNG DỤNG KIT RASPBERRY PI ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ THÔNG QUA MẠNG INTERNET. 2. Cán bộ hướng dẫn: Th.SNGUYỄN ĐÌNH PHÚ 3. Nhận xét: 4. Đề nghị : Được bảo vệ: Bổ sung để được bảo vệ: Không được bảo vệ: 5. Các câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng : (dành cho cán bộ phản biện) Câu 1:. Câu 2:. 6. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB, yếu): Điểm: /10. 7. Xin mời GV hướng dẫn và GV phản biện tham gia hội đồng bảo vệ của thư mời đính kèm. Cán bộ hướng dẫn v
13. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa Điện – Điện Tử (Dành cho cán bộ phản biện) BM Điện Tử Công Nghiệp Ngàytháng năm 2014 1. Tên đề tài tốt nghiệp: ỨNG DỤNG KIT RASPBERRY PI ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ THÔNG QUA MẠNG INTERNET. 2. Cán bộ phản biện: Th.S NGUYỄN HUY HÙNG 3. Nhận xét: 4. Đề nghị : Được bảo vệ: Bổ sung để được bảo vệ: Không được bảo vệ: 5. Các câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng : (dành cho cán bộ phản biện) Câu 1:. Câu 2:. 6. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB, yếu): Điểm: /10. Cán bộ phản biện vi
14. LỜI MỞ ĐẦU Raspberry Pi là một chiếc máy tính tí hon giá chỉ 25$ chạy hệ điều hành Linux ra mắt vào tháng 2 năm 2012. Ban đầu Raspberry Pi được phát triển dựa trên ý tưởng tiến sĩ Eben Upton tại đại học Cambridge muốn tạo ra một chiếc máy tính giá rẻ để học sinh có thể dễ dàng tiếp cận và khám phá thế giới tin học. Dự định khiêm tốn của ông đến cuối đời là có thể bán được tổng cộng 1000 bo mạch cho các trường học. Vậy thì điều gì đã làm nên thành công ngoài sức tưởng tượng của Raspberry Pi khi đã bán được hơn một triệu bo mạch chỉ trong vòng chưa đầy một năm. Tuy nhiên Raspberry Pi trên thế giới đang rất phát triển thì tại Việt Nam chưa nhiều người thực sự quan tâm đến sản phẩm công nghệ mang tính đột phá này. Vậy nên đề tài “Điều khiển và giám sát thiết bị từ Raspberry Pi qua internet” sẽ là một trong những bước đi tiên phong giúp gây dựng nên cộng đồng Raspberry Pi Việt Nam từ đó hướng đến mục tiêu nâng cao tình yêu và trình độ của giới trẻ Việt Nam với công nghệ. Những kiến thức, năng lực đạt được trong quá trình học tập ở trường sẽ được đánh giá qua đợt bảo vệ đồ án cuối khóa. Vì vậy người thực hiện đề tài cố gắng tận dụng những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tòi, nghiên cứu cùng với sự hướng dẫn tận tình của Giáo viên hướng dẫn cùng Thầy/Cô thuộc Khoa Điện-Điện Tử để có thể hoàn thành tốt đồ án này. Mặc dù người thực hiện đề tài đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tàiđặt ra và đúng thời hạn nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên thông cảm. Người thực hiện đề tài mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Nguyễn Văn ThoạiNguyễn Quốc Thái vii
15. LỜI CẢM ƠN Em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Nguyễn Đình Phúđã trực tiếp hướng dẫn tận tình, hỗ trợ cả về kiến thức lẫn tinh thần, tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành tốt đề tài. Đồng thời cũng chúng em xin cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện - Điện Tử đã tạo điều kiện, cung cấp cho nhóm những kiến thức cơ bản, cần thiết để chúng em có điều kiện và đủ kiến thức để thực hiện quá trình nghiên cứu. Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 12341đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài. Ngoài ra, nhóm cũng đã nhận được sự chỉ bảo,giúp đỡ của các anh, chị đi trướccũng đã hướng dẫn và giới thiệu tài liệu tham khảo thêm trong việc thực hiện nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Nguyễn Văn ThoạiNguyễn Quốc Thái viii
16. MỤC LỤC PHẦN A GIỚI THIỆU PHẦN B NỘI DUNG CHƢƠNG I: DẪN NHẬP - 1 - 1.1 Tính cấp thiết của đề tài: - 1 - 1.2 Ý nghĩa đề tài: - 1 - 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: - 1 - 1.4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: - 1 - 1.4.1 Đối tƣợng nghiên cứu: - 1 - 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu: - 1 - 1.4.3 Giới hạn đề tài - 2 - 1.4.4Ý nghĩa thực tiễn - 2 - CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT - 3 - 2.1 Rasberry Pi là gì - 3 - 2.1.1 Khái niệm: - 3 - 2.1.2 Thông số cơ bản: - 4 - 2.2 Web server: - 5 - 2.2.1 Sever: - 7 - 2.2.2 Khái niệm MySQL: - 8 - 2.2.3 Phần mềm phpMyAdmin: - 9 - 2.2.4 Phần mềm Apache - 9 - 2.3Lý thuyết về mạng - 11 - 2.3.1 Kiến thức cơ bản 2.3.2Mạng toàn cầu internet - 18 - 2.3.3Bộ giao thức TCP/IP - 20 - 2.3.4Cập nhật địa chỉ IP khi kết nối qua ADSL - 26 - 2.3.5Công nghệ Ethernet - 28 - 2.4 Phần mềm lập trình Python - 34 - 2.4.1 Khái niệm: - 35 - 2.4.2 Đặc điểm lệnh và cấu trúc điều khiển: - 35 -
17. 2.4.3 Hệ thống kiểu dữ liệu: - 35 - 2.4.4 Tập lệnh Python: - 36 - 2.4.5 Sử dụng Python trên Raspberry Pi: - 38 - CHƢƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH - 40 - 3.1 Cài đặt và sử dụng Raspberry Pi: - 42 - 3.2 Thiết kế giao diện web: - 46 - 3.3 Mở port cho modem Tp-link: - 49 - CHƢƠNG IV: LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT - 50 - 4.1. Raspberry Pi - 50 - 4.2 Lƣu đồ điều khiển GPIO - 51 - CHƢƠNG V: KẾT QUẢ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI. 52 5.1 Kết quả: 52 5.2 Hƣớng phát triển đề tài: 53 PHẦN C 22 PHỤ LỤC 22 PHỤ LỤC 55 Code đồ án: 55 Code giao diện web : 55 Code giao diện điều khiển : 59 Tài liệu tham khảo đính kèm (CD) 68
18. MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Raspberry Pi model B 3 Hình 2.2: Mô hình board Rasberry pi model B. 4 Hình 2.3: sơ đồ chân GPIO 5 Hình 2.4: Mô hình Web server 5 Hình 2.5: Cấu hình mạng webserver 6 Hình 2.6: Truy xuất các thiết bị đến webserver 7 Hình 2.7: Mô tả hoạt động của MySQL 9 Hình 2.8: Sơ đồ khối hoạt động của 1 web server 9 Hình 2.9: Mô hình mạng cơ bản 11 Hình 2.10: Mạng chuyển mạch kênh 15 Hình 2.11: Mạng chuyển mạch thông báo 16 Hình 2.12: Mạng chuyển mạch gói 17 Hình 2.13: Mô hình OSI bảy tầng 19 Hình 2.14: Kiến trúc TCP/IP 20 Hình 2.15: Quá trình đóng/mở gói dữ liệu trong TCP/IP 22 Hình 2.16: Cấu trúc dữ liệu trong TCP/IP 23 Hình 2.17: Khuôn dạng dữ liệu trong IP 24 Hình 2.18: Khuôn dạng UDP datagram 25 Hình 2.19: Khuôn dạng TCP segment 26 Hình 2.20: Mô tả cách cấp địa chỉ IP 27 Hình 2.21: Cấu trúc khung tin Ethernet 28 Hình 2.22: Mô tả địa chỉ MAC 30 Hình 2.23: Hai trạm hai phía xa nhất trong mạng Ethernet10Mb/s 32
19. Hình 3.1: Mô hình hệ thống. 40 Hình 3.2: Hình ảnh chƣơng trình nạp. 43 Hình 3.3: Hộp thoại Raspi-config. 44 Hình 3.4 : Hộp thoại expand_rootfs 44 Hình 3.5: Hộp thoại change_timezone 45 Hình 3.6: Hộp thoại Boot behaviour. 45 Hình 3.7: Trang đăng nhập 46 Hình 3.8: Giao diện liên kết qua phần điều khiển 47 Hình 3.9: Giao diện đăng nhập điều khiển 47 Hình 3.10: Giao diện điều khiển 48 Hình 4.1: Lƣu đồ điều khiển qua mạng 50 Hình 4.2: Lƣu đồ điều khiển GPIO 51 Hình 4.1: Mô hình điều khiển các thiết bị 52 Hình 4.2: Mạch và kết nối 52
20. PHẦN B NỘI DUNG
21. S K L 0 0 2 1 5 4