Khóa luận Hệ thống thu thập dữ liệu qua mạng 3G (Phần 1)

Nội dung text: Khóa luận Hệ thống thu thập dữ liệu qua mạng 3G (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU QUA MẠNG 3G GVHD: ThS. NGUYỄN VĂN HIỆP SVTH: TRẦN QUYẾT LÃM MSSV: 11141291 SVTH: NGÔ TRIỆU VINH MSSV: 11141362 S K L 0 0 3 8 8 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử truyền thông Đề tài: HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU QUA MẠNG 3G GVHD : ThS. NGUYỄN VĂN HIỆP SVTH: TRẦN QUYẾT LÃM- 11141291 NGÔ TRIỆU VINH- 11141362 Khóa : 2011-2015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2015
3. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tư ̣ do – Hạnh phúc Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Trần Quyết Lãm MSSV: 11141291 Ngô Triệu Vinh 11141362 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử truyền thông Lớp: 11141CLDT2 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Hiệp ĐT: Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: 1.Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU QUA MẠNG 3G 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: 3. Nội dung thưc̣ hiện đề tài: 4. Sản phẩm: TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i
4. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tư ̣ do – Hạnh phúc PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: Trần Quyết Lãm MSSV: 11141291 Ngô Triệu Vinh 11141362 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử truyền thông Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU QUA MẠNG 3G Họ và tên Giáo viên hướngdẫn: Th.S Nguyễn Văn Hiệp NHÂṆ XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thưc̣ hiện: 2. Ưu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii
5. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tư ̣ do – Hạnh phúc PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 1 Họ và tên Sinh viên: Trần Quyết Lãm MSSV: 11141291 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử truyền thông Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU QUA MẠNG 3G Họ và tên Giáo viên phản biện: Th.S Nguyễn Phương Quang NHÂṆ XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thưc̣ hiện: 2. Ưu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) iii
6. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tư ̣ do – Hạnh phúc PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 2 Họ và tên Sinh viên: Ngô Triệu Vinh MSSV: 11141362 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử truyền thông Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU QUA MẠNG 3G Họ và tên Giáo viên phản biện: T.S Nguyễn Thanh Hải NHÂṆ XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thưc̣ hiện: 2. Ưu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) iii
7. PHẦN A
8. LỜI CẢM ƠN Trên thực tế không có những thành công nào không gắn liền với sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong đồ án tốt nghiệp của nhóm cũng không ngoại lệ. Nhóm xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Văn Hiệp đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài.Bên cạnh đó nhóm xin gởi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tửđã tạo những điều kiện tốt nhất để nhóm có thể hoàn thành đề tài. Và nhóm cũng gửi lời đồng cảm ơn đến tất cả các bạnđã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Trần Quyết Lãm Ngô Triệu Vinh iv
9. TÓM TẮT TIẾNG VIỆT Ngày nay, kỹ thuật giám sát và điều khiển từ xa đang ngày càng phổ biến. Nó giúp con người có thể giám sát và điều khiển các thiết bị từ xa một cách dễ dàng. Vì vậy việc thiết kế một ứng dụng để thu thập dữ liệu của một vị trí ở xa là rất cần thiết. Chúng ta có thể tạo ra ứng dụng đó bằng cách dựa trên một hệ điều hành. Có rất nhiều hệ điều hành như : Windows, Android, iOS, Black Berry, Palm, Symbian Trong đó hệ điều hành Android là một hệ điều hành rất phổ biến, hệ điều hành này của Google và được hầu hết người dùng trên thế giới sử dụng bởi vì các lợi ích của nó mang lại. Vì vậy nhóm thực hiện đề tài sẽ dùng hệ điều hành Android để tạo một ứng dụng có thể hiển thị các dữ liệu thu thập được và có thể điều khiển các thiết bị thông qua một máy chủ trên mạng internet. Tên đề tài : THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU QUA MẠNG 3G. v
10. TÓM TẮT TIẾNG ANH Now a days, remote monitoring and control technology has got the popularity. It helps people can obsever and control the distance devices easily. So designing an application to collect data of the far position is necessary. We can make it by basing on the operating system. Many operating systems such as Windows, Android, iphone OS, Black Berry OS, Palm OS, Symbian Therein Android OS is the very popular OS, this operating system is designed by Google and most of people around the world are using it because of the advantages. So my group will use Android operating system to create an app that can display the collected data and we can control the devices through a host in the internet. Project’s name of my group is : DESIGN A COLLECT DATA SYSTEM THROUGH 3G NETWORK. Người thực hiện đề tài Trần Quyết Lãm Ngô Triệu Vinh vi
11. MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG PHẦN A: GIỚI THIỆU Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp i Trang phiếu nhận xét của giáo viên hướng dẫn ii Trang phiếu nhận xét của giáo viên phản biện iii Lời cảm ơn iv Tóm tắt Tiếng Việt v Tóm tắt Tiếng Anh vi Mục lục vii Danh sách các từ viết tắt xi Danh sách bảng biểu xii Danh sách hình ảnh xii PHẦN B: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1. Tình hình nghiên cứu hiện nay 2 1.2. Tính cấp thiết đề tài 3 1.3. Mục tiêu nghiên cứu 3 1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu 3 1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4 1.5.1.Đối tượng nghiên cứu 4 1.5.2.Phạm vi nghiên cứu 4 vii
12. 1.6. Phương pháp nghiên cứu 5 1.7. Bố cục đồ án 6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 7 2.1. Lập trình ứng dụng Android 8 2.1.1. Tổng quan 8 2.1.2. Lịch sử phát triển 8 2.1.3. Cơ sở lập trình 10 2.2. Lý thuyết liên quan của vi điều khiển 11 2.2.1. UART – Truyền thông nối tiếp không đồng bộ 11 2.2.2. Giao tiếp I2C 12 2.3. Ngôn ngữ lập trình Web PHP và MySQL 14 2.3.1. PHP là gì? 14 2.3.2. MySQL là gì? 15 2.4. Dịch vụ Web Hosting 16 2.4.1. Cách tạo host 17 2.4.2. Cách tạo CSDL 18 2.5. Kết nối GPRS hoặc 3G 19 2.5.1. Kết nối GPRS 19 2.5.2. Kết nối 3G 20 2.6. SIM900 21 2.6.1. Giới thiệu 21 2.6.2. Thông số 22 2.6.3. Các lệnh cơ bản và GPRS của SIM900 23 2.7. Các phần mềm sử dụng 25 2.7.1. Phần mềm Android Studio 25 viii
13. 2.7.2. Phần mềm truyền lệnh 28 2.7.3. Phần mềm lập trình CCS 29 CHƯƠNG 3:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ. 33 3.1. Yêu cầu chung 34 3.1.1.Bài toán thiết kế 34 3.1.2.Yêu cầu đặt ra trong từng phần 35 3.2.Tính toán thiết kế Module điều khiển 35 3.2.1.Sơ đồ khối 36 3.2.2.Chức năng từng khối 37 3.2.3. Yêu cầu, giải pháp và tính toán thiết kế 38 3.2.4. Sơ đồ nguyên lý Module điều khiển 48 3.3. Tính toán thiết kế cơ sở dữ liệu 54 3.4. Tính toán thiết kế ứng dụng Android 62 3.4.1. Yêu cầu chung của ứng dụng 62 3.4.2. Quá trình đăng nhập 65 3.4.3.Quá trình giám sát và điều khiển 67 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 73 4.1.Kết quả 74 4.1.1. Kết quả nghiên cứu lý thuyết. 74 4.1.2. Kết quả thực tế. 75 4.2. Đánh giá 78 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 79 5.1.Kết luận 80 5.2. Hướng phát triển 80 ix
14. TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC 81 x
15. DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT OS : Operating System – Hệ điều hành. PDA : Personal Digital Assistant – Thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân. PC : Personal Computer – Máy tính cá nhân. PHP : Personal Home Page – Trang chủ cá nhân. SQL :Structured Query Language – Ngôn ngữ truy vấn mang tính cấu trúc. HTTP : Hypertext Transfer Protocol – Giao thức truyền tải siêu văn bản. HD : High Definition – Chất lượng cao. TV : Television– Tivi. UART : Universal Asynchronous Receiver or Transmitter – Truyền nhận nối tiếp không đồng bộ. SPI : Serial Peripheral Interface – Giao diện ngoại vi nối tiếp. I2C : Inter-Integrated Circuit – Bus dùng để giao tiếp ngoại vi chuẩn I2C. SDA : Serial Data – Dữ liệu nối tiếp. SCL : Serial Clock – Xung Clock nối tiếp. GPRS : General Packet Radio Service – Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp. GSM :Global System for Mobile Communications – Hệ thống thông tin di động toàn cầu. 2G,3G :2,3 Generation – Thế hệ thứ 2,3. HSDPA :High Speed Downlink Packet Access – Hệ thống mạng di động truyền tải tốc độ cao. SDK : Software Development Kit – Công cụ phát triển ứng dụng. MT : Mobile Terminal – Thiết bị đầu cuối mạng. TE : Terminal Equipment – Thiết bị đầu cuối. TCP : Transmition Control Protocol – Giao thức điều khiển truyền vận. IP : Internet Protocol – Giao thức dùng cho mạng internet. LAN : Local Area Network – Mạng nội bộ. xi
16. DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Chức năng các chân của SIM900 22 Bảng 2.2: Tên các nhà mạng APN,User, Password 24 Bảng 3.1: Các thông số của LCD 16x2 44 DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình Trang CHƯƠNG 2 Hình 2.1: Biểu tượng các phiên bản của Android 10 Hình 2.2: Chuỗi bit trong truyền UART 11 Hình 2.3: Truyền nhận dữ liệu giữa master và slave 13 Hình 2.4: Điều kiện START và STOP của Bus I2C 13 Hình 2.5: Quá trình hoạt động của PHP 15 Hình 2.6: Kết hợp Apache, PHP và MySQL 16 Hình 2.7:Đăng ký tài khoản để tạo host 17 Hình 2.8:Tạo host sau khi đăng nhập 18 Hình 2.9:Giao diện quản lý file trên host 18 Hình 2.10:Giao diện Database trên host. 19 Hình 2.11: GPRS kết nối Internet 20 Hình 2.12: Các dịch vụ từ 3G 21 Hình 2.13: Các chân SIM900 22 Hình 2.14: Download Android Studio 26 Hình 2.15:Giao diện phần mềm Android Studio 26 Hình 2.16:Giao diện Terminal 28 Hình 2.17: Giao diện Help khi nhấn F1 30 Hình 2.18: Giao diện phần mềm lập trình CCS 31 Hình 2.19: Các công cụ hỗ trợ lập tình CCS 31 xii
17. Hình 2.20: Nơi viết code chương trình 32 Hình 2.21: Thông báo sau khi biên dịch 32 Hình 2.22: Thông báo khi nhấn biên dịch 32 CHƯƠNG 3 Hình 3.1: Yêu cầu chung của hệ thống 34 Hình 3.2: Sơ đồ khối mạch phần cứng 36 Hình 3.3: Sơ đồ khối của khối nguồn 38 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 39 Hình 3.5: IC thời gian thực DS1307 40 Hình 3.6: Module SIM900 đồng tiền 40 Hình 3.7: Sơ đồ kết nối các chân của DS1307 41 Hình 3.8: Sơ đồ kết nối các chân Module SIM900 và mạch nạp 41 Hình 3.9: Module Burn-E 42 Hình 3.10: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 42 Hình 3.11: Kết nối cảm biến DHT11 với MCU 43 Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý kết nối cảm biến DHT11. 43 Hình 3.13: Màn hình LCD 16x2 44 Hình 3.14: Sơ đồ kết nối các chân của LCD để hiển thị 45 Hình 3.15: Relay thực tế 45 Hình 3.16: Sơ đồ kết nối Relay điều khiển thiết bị 220v AC 45 Hình 3.17: Vi xử lý dán PIC 18F2550 46 Hình 3.18: Sơ đồ chân VXL PIC 18F2550 47 Hình 3.19: Kết nối các chân của PIC 18F2550 47 Hình 3.20: Sơ đồ nguyên lý phần cứng 49 Hình 3.21: Lưu đồ quá trình xử lý của PIC 18F2550 50 Hình 3.22: Sơ đồ đường đi của dữ liệu 54 Hình 3.23: Quy trình xử lý dữ liệu từ CSDL 55 xiii
18. Hình 3.24: CSDL chứa nhiệt độ, độ ẩm trên MySQL 56 Hình 3.25: CSDL chứa trạng thái thiết bị trên MySQL 58 Hình 3.26: Giao diện đăng nhập dự kiến 62 Hình 3.27: Giao diện dự kiến sau khi đăng nhập 63 Hình 3.28: Giao diện dự kiến Tab giám sát 63 Hình 3.29: Giao diện dự kiến Tab điều khiển 63 Hình 3.30: Giao diện dự kiến Tab lịch sử 64 Hình 3.31: Lưu đồ giải thuật chính của ứng dụng 64 Hình 3.32: Lưu đồ giải thuật quá trình đăng nhập 65 Hình 3.33: Lưu đồ giám sát và điều khiển trên Android 68 CHƯƠNG 4 Hình 4.1: Đăng nhập và giám sát. 75 Hình 4.2: Điều khiển và xem lịch sử. 76 Hình 4.3: Module điều khiển 77 xiv
19. PHẦN B
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY Ngày nay khoa học kỹ thuật càng ngày càng tiến bộ, đặc biệt là sự phát triển của các thiết bị di động thông minh như Smart Phone, PDA, Table PC bên cạnh đó là những tiến bộ không ngừng của kỹ thuật giám sát và điều khiển. Một trong những hình thức điều khiển phổ biến hiện nay là điều khiển từ xa do nó có khả năng giám sát và điều khiển các thiết bị ở xa mà không cần tới tận nơi để điều khiển trực tiếp. Ngoài ra khoa học kỹ thuật ngày càng tiến bộ nên hệ điều hành cho các thiết bị di động đó cũng liên tục phát triển và nâng cấp không ngừng. Các hệ điều hành của nhiều hãng lần lượt ra đời và liên tục phát triển, cập nhật nhiều phiên bản mới, đem lại sự thuận tiện cho người sử dụng như: Windows Mobile, Android, iphone OS, Black Berry OS, Palm OS, Symbian Đặc biệt trong đó là hệ điều hành Android của Google có những ưu điểm vượt trội sau: Android được người dùng ưa chuộng vì chúng được tạo nên từ nền tảng nguồn mở nên cho phép người dùng có thể tùy biến nhiều trên đó. Mặt khác, với Android thiết bị người dùng không đòi hỏi phải có một cầu hình tối thiểu nào cả, chúng có thể hoạt động trên mọi cấu hình. Hỗ trợ đa nhiệm cho phép bạn chạy nhiều ứng dụng một lúc. Giao diện Android của Google rất thân thiện với người dùng, vì thế chúng tương đối dễ dàng về mặt sử dụng. Kho ứng dụng Android phong phú. Với Android, người dùng sẽ không bị giới hạn tải ứng dụng từ kho ứng dụng cũng như được sử dụng miễn phí. Do tương thích với rất nhiều phần cứng của các hãng sản xuất khác nhau trên thế giới như Samsung, LG, HTC, Sony, Oppo nên người dùng sẽ có nhiều lựa chọn thiết bị phần cứng của nhiều hãng khác nhau với mức giá cũng phong phú. Tất cả những ưu điểm đó đang khiến cho Android trở thành hệ điều hành dành cho điện thoại di động phổ biến nhất hiện nay. Vì vậy nhóm sinh viên sẽ thiết kế một ứng dụng trên Android để giám sát và điều khiển thiết bị từ xa và nhóm đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp : THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU QUA MẠNG 3G. CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 2
22. S K L 0 0 2 1 5 4