T Ổ NG QUAN
ĐẶ T V ẤN ĐỀ
Ngày nay, sự phát triển của khoa học kỹ thuật và tiến bộ xã hội đã làm cho nhu cầu thông tin trở nên thiết yếu trong hoạt động kinh doanh và sản xuất Việc truyền tải thông tin đến mọi người trở nên dễ dàng và nhanh chóng hơn bao giờ hết Doanh nghiệp, hộ kinh doanh nhỏ lẻ và các địa điểm công cộng có thể sử dụng nhiều hình thức khác nhau để giới thiệu sản phẩm, thông tin hàng hóa và giá cả đến tay người tiêu dùng.
Hiện nay, bảng LED đang trở thành lựa chọn ưu việt cho quảng cáo so với các loại biển quảng cáo truyền thống như sắt, gỗ, vải hay phướn Với khả năng hiển thị thông tin linh hoạt, bảng LED dễ dàng sửa chữa, lắp đặt và thay thế, mang lại hiệu quả cao trong việc truyền tải thông điệp đến khách hàng.
Trong thực tế, chúng ta thường thấy nhiều bảng thông tin hữu ích, chẳng hạn như tại sân bay, nơi cung cấp thông tin về thời gian, địa điểm và số hiệu chuyến bay Ngoài ra, trong khu vực ẩm thực, bảng LED hiển thị hình ảnh hấp dẫn của món ăn và logo với nhiều kiểu biến hóa sinh động.
Với mục đích giới thiệu ứng dụng và tầm quan trọng của bảng LED trong đời sống, tôi đã nghiên cứu và thiết kế một mô hình bảng thông báo.
MỤC TIÊU
Mục tiêu của em sẽ tiến hành thiết kế và thi công mô hình bảng LED MATRIX
Mô hình này sẽ hiển thị thông tin thời tiết như chỉ số tia UV, chất lượng không khí, giờ hiện tại, tốc độ gió và nhiệt độ Khi chỉ số tia UV cao, nó sẽ cảnh báo người dùng không nên ra ngoài Bảng cũng sẽ cung cấp dự báo thời tiết trong 4 giờ tới qua hình ảnh trực quan Ngoài ra, người dùng có thể nhập thông báo tùy ý, điều chỉnh tốc độ và màu sắc hiển thị trên bảng LED.
N Ộ I DUNG NGHIÊN C Ứ U
Em đã nghiên cứu các nội dung sau:
- Nội dung 1: Nghiên cứu Module LED p10 full color dùng cho bảng thông báo
- Nội dung 2: Nghiên cứu KIT ESP32
- Nội dung 3: Lập trình cho ESP32 trên arduino IDE
- Nội dung 4: Thiết kế tính toán nguồn cho thiết bị
- Nội dung 5: Thi công phần cứng, khung, thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống
- Nội dung 6: Cài đặt và điều chỉnh hệ thống đểđặt được tối ưu.
- Nội dung 7: Viết báo cáo
- Nội dung 8: Bảo vệ luận văn.
GI Ớ I H Ạ N
Các thông số giới hạn của đề tài bao gồm:
- Sử dụng KIT thu phát wifi ESP32
- Kích thước phần led hiển thị 128x64
- Sử dụng 16 Module P10 FULL COLOR ghép lại
- Sử dụng webserver để cài đặt thông số
Nội dung hiển thị bao gồm các yếu tố quan trọng như ký tự số, chữ có dấu, hiệu ứng trực quan, cùng với các biểu tượng thời tiết Thông tin cung cấp nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, chất lượng không khí, chỉ số tia UV và giờ hiện tại, giúp người dùng nắm bắt tình hình thời tiết một cách nhanh chóng và chính xác.
B Ố C Ụ C
Đềtài “Thiết kế bảng điện tử hiện thị thông tin thời tiết” được trình bày như sau:
Chương này em sẽ đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án
➢ Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Trong chương này, tôi sẽ trình bày tổng quan về các kiến thức cơ bản cần thiết để hoàn thành mô hình Nội dung bao gồm chuẩn giao tiếp để thu thập và truyền tải dữ liệu lên bảng LED, quy trình quét LED, cùng với các công cụ cần thiết cho việc thực hiện.
➢ Chương 3: Tính toán và thiết kế
Chương này em sẽ trình bày sơ đồ khối, tính toán và chọn linh kiện
➢ Chương 4: Thi công và kết quả thực hiện
Chương này em trình bày các bước thi công mạch, lắp ráp, kiểm tra và thi công mô hình
➢ Chương 5: Kết quả - nhận xét - đánh giá
Chương này em sẽ nêu lên kết quả đạt được, nhận xét và đánh giá mô hình.
➢ Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Chương này nêu lên kết luận về những gì đã thực hiện đồng thời đưa ra hướng phát triển cho mô hình
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Các chuẩn giao tiếp
Wifi, viết tắt của Wireless Fidelity, là mạng kết nối Internet không dây sử dụng sóng vô tuyến để truyền tín hiệu, tương tự như sóng điện thoại, truyền hình và radio Hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại như máy tính, laptop, điện thoại và máy tính bảng đều có khả năng kết nối với Wifi.
Wifi kết nối dựa trên chuẩn IEEE 802.11, chủ yếu hoạt động ở băng tần 54 Mbps với tín hiệu mạnh nhất trong khoảng cách 100 feet (khoảng 31 mét) Tuy nhiên, trong thực tế, nhiều vật cản trong nhà có thể làm yếu tín hiệu, khiến bạn chỉ nhận được sóng tốt ở tầng 4 hoặc 5 Để có sóng Wifi, cần có bộ phát Wifi như modem và router, nhận tín hiệu Internet từ các nhà cung cấp như FPT, Viettel, VNPT, CMC Modem và router chuyển đổi tín hiệu Internet qua kết nối hữu tuyến thành tín hiệu vô tuyến, gửi đến các thiết bị như smartphone, tablet, laptop Quá trình này cũng có thể diễn ra ngược lại, khi router và modem nhận tín hiệu vô tuyến từ adapter và chuyển đổi thành tín hiệu Internet.
Tín hiệu Wifi hoạt động ở tần số từ 2.5GHz đến 5GHz, cho phép truyền tải lượng dữ liệu lớn hơn so với các thiết bị như điện thoại di động và radio Tuy nhiên, phạm vi truyền của tín hiệu Wifi lại bị hạn chế, ảnh hưởng đến khả năng kết nối ở khoảng cách xa.
13 cách Còn các loại sóng khác tuy tần số thấp nhưng lại có thể truyền đi ở khoảng cách rất xa như LORA, FM,
Sóng Wifi sử dụng chuẩn kết nối 802.11 trong thư viện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), chuẩn này bao gồm 4 chuẩn nhỏ hơn là a/b/g/n/ac
SPI (Serial Peripheral Bus) là chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do Motorola phát triển, hoạt động theo mô hình Master-Slave với một chip Master điều phối và các chip Slave được điều khiển bởi Master Đặc điểm nổi bật của SPI là khả năng truyền thông song công (full duplex), cho phép truyền và nhận dữ liệu đồng thời Chuẩn này thường được gọi là "4 dây" vì sử dụng bốn đường giao tiếp: SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Output Slave Input) và SS (Slave Select).
Hình II-1 Giao ti ế p k ế t n ố i wifi
Ouput Slave Input) và SS (Slave Select) Hình 1 thể hiện một kết SPI giữa một chip
Master và 3 chip Slave thông qua 4 đường
SCK đóng vai trò quan trọng trong giao tiếp SPI, cung cấp xung nhịp cần thiết cho truyền đồng bộ Mỗi xung trên chân SCK tương ứng với một bit dữ liệu được truyền đi hoặc nhận về, khác biệt với giao tiếp không đồng bộ như chuẩn UART Sự hiện diện của chân SCK giúp giảm thiểu lỗi trong quá trình truyền, cho phép SPI đạt tốc độ truyền cao Xung nhịp này chỉ được tạo ra bởi chip Master.
MISO, which stands for Master Input/Slave Output, functions differently depending on the chip type; for a Master chip, it serves as the Input, while for a Slave chip, it acts as the Output The MISO connections of the Master and Slave chips are directly linked together, facilitating seamless communication between them.
MOSI (Master Output / Slave Input) là đường truyền dữ liệu trong giao tiếp SPI, trong đó chip Master sử dụng MOSI như là đường Output, trong khi chip Slave sử dụng MOSI như là đường Input MOSI của chip Master và các chip Slave được kết nối trực tiếp với nhau để truyền tải dữ liệu.
SS –Slave Select: SS là đường chọn Slave cần giap tiếp, trên các chip Slave đường
Trong hệ thống giao tiếp, mức SS sẽ duy trì ở trạng thái cao khi không có hoạt động Khi chip Master hạ mức SS của một Slave xuống thấp, sự giao tiếp giữa Master và Slave sẽ được kích hoạt Mỗi Slave chỉ cần một đường SS, nhưng Master có thể có nhiều đường điều khiển SS, tùy thuộc vào thiết kế của người dùng.
IOT
Internet Vạn Vật (IoT) là một mạng lưới kết nối các thiết bị và phương tiện vận tải, cho phép chúng giao tiếp và tương tác qua Internet Các thiết bị kết nối này tạo ra một hệ sinh thái thông minh, giúp tối ưu hóa quy trình và cải thiện chất lượng cuộc sống IoT đang ngày càng trở nên phổ biến, đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như nhà thông minh, y tế, và giao thông.
Thiết bị thông minh bao gồm phòng ốc và các trang thiết bị khác được tích hợp với bộ phận điện tử, phần mềm, cảm biến và cơ cấu chấp hành Nhờ khả năng kết nối mạng máy tính, những thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu một cách hiệu quả.
The Global Standards Initiative on Internet of Things (IoT-GSI) defines the Internet of Things (IoT) as a global infrastructure that supports the information society and facilitates advanced computing services.
Hình II-2Sơ đồ xung SPI
Internet Vạn Vật (IoT) kết nối các vật thể thực và ảo thông qua công nghệ thông tin và truyền thông, cho phép nhận dạng và tích hợp chúng vào mạng lưới truyền thông Hệ thống IoT giúp cảm nhận và điều khiển vật từ xa, làm cho thế giới thực gắn kết hơn với hệ thống điện toán, từ đó nâng cao hiệu suất, độ tin cậy và lợi ích kinh tế, đồng thời giảm thiểu sự can thiệp của con người Khi IoT kết hợp với cảm biến và cơ cấu chấp hành, nó trở thành một hệ thống ảo-thực phức tạp, bao gồm các công nghệ như điện lưới thông minh, nhà máy điện ảo, nhà thông minh, vận tải thông minh và thành phố thông minh Mỗi vật trong hệ thống được nhận dạng riêng biệt và có khả năng tương tác trong hạ tầng Internet hiện có, với dự báo rằng sẽ có khoảng 30 tỷ vật được kết nối trước năm 2020.
Internet Vạn Vật (IoT) cung cấp kết nối sâu rộng cho các thiết bị, hệ thống và dịch vụ, mang lại hiệu quả vượt trội so với truyền tải máy-máy (M2M) IoT hỗ trợ nhiều giao thức, miền và ứng dụng, kết nối các thiết bị nhúng và vật dụng thông minh, hứa hẹn mở ra kỷ nguyên tự động hóa cho nhiều ngành nghề Từ các ứng dụng chuyên sâu như điện lưới thông minh đến các lĩnh vực khác như thành phố thông minh, IoT đang định hình tương lai công nghệ.
IoT là một hệ sinh thái trong đó mỗi đồ vật và con người được gán một định danh riêng, cho phép chúng truyền tải và trao đổi thông tin qua một mạng duy nhất mà không cần tương tác trực tiếp Sự phát triển của IoT bắt nguồn từ sự kết hợp giữa công nghệ không dây, vi cơ điện tử và Internet Nói một cách đơn giản, IoT là tập hợp các thiết bị kết nối với nhau, với Internet và thế giới bên ngoài để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.
Internet of Things (IoT) bao gồm nhiều đối tượng, từ con người với trái tim cấy ghép, động vật trang trại gắn chip sinh học, đến xe cộ với cảm biến cảnh báo IoT chủ yếu hoạt động qua các kết nối máy-đến-máy (M2M) trong các lĩnh vực như sản xuất, năng lượng và công nghiệp xăng dầu Các thiết bị thông minh này thu thập và truyền dữ liệu tự động, mang lại tính năng tiện ích cho người dùng Ví dụ, nhà thông minh hiện nay có thể tự động điều khiển đèn, hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí, cùng với các thiết bị gia dụng như máy giặt, máy hút bụi và tủ lạnh, tất cả đều sử dụng Wi-Fi để theo dõi và điều khiển từ xa.
Webserver
Máy chủ web có chức năng cơ bản là lưu trữ, xử lý và phân phối nội dung các trang web đến máy tính người dùng (client) thông qua giao thức HTTP Nội dung chính được phân phối từ máy chủ web bao gồm các tệp HTML, hình ảnh, style sheets và mã script hỗ trợ cho nội dung văn bản.
Nhiều máy chủ web có khả năng phục vụ lưu lượng truy cập cao, trong đó máy chủ Dell đang được sử dụng cho các dự án Wikimedia.
Người dùng, thường là thông qua trình duyệt web hoặc trình thu thập dữ liệu, khởi tạo giao tiếp bằng cách gửi yêu cầu HTTP cho một tài nguyên cụ thể Máy chủ sẽ đáp ứng bằng cách cung cấp nội dung của tài nguyên hoặc thông báo lỗi nếu không thể thực hiện yêu cầu Tài nguyên này thường là một tệp lưu trữ trên bộ nhớ thứ cấp của máy chủ.
18 không nhất thiết phải là trường hợp và phụ thuộc vào cách máy chủ web được triển khai
Mặc dù chức năng chính của HTTP là phân phát nội dung, nhưng việc triển khai đầy đủ còn bao gồm khả năng nhận nội dung từ phía khách hàng Tính năng này cho phép gửi các biểu mẫu web, bao gồm cả việc tải lên tệp.
Nhiều máy chủ web chung hỗ trợ kịch bản lệnh phía máy chủ qua các trang Active Server Pages (ASP), PHP và các ngôn ngữ khác, cho phép hành vi của máy chủ được viết trong các tệp riêng biệt mà không cần thay đổi phần mềm máy chủ Chức năng này thường được sử dụng để tạo ra tài liệu HTML động "on-the-fly", thay vì các tài liệu tĩnh Trước đây, nó chủ yếu phục vụ việc lấy hoặc sửa đổi thông tin từ cơ sở dữ liệu, trong khi tài liệu tĩnh nhanh hơn và dễ lưu trữ nhưng không cung cấp nội dung động.
Máy chủ web không chỉ phục vụ cho World Wide Web mà còn được tích hợp trong các thiết bị như máy in, thiết bị định tuyến và webcam, nhằm phục vụ cho mạng nội bộ Chúng có thể được sử dụng để theo dõi hoặc quản lý các thiết bị này mà không cần cài đặt phần mềm bổ sung trên máy khách, chỉ cần một trình duyệt web, vốn đã có sẵn trong hầu hết các hệ điều hành hiện nay.
ESP32
ESP32-WROOM-32 là một mô đun MCU mạnh mẽ và đa dụng, được sử dụng phổ biến trong thiết kế mạch PCB với khả năng kết nối Wifi, Bluetooth và BLE Mô đun này được ứng dụng rộng rãi trong các dự án IoT, từ mạng cảm biến tiết kiệm năng lượng đến các ứng dụng phức tạp như mã hóa âm thanh và phát nhạc trực tuyến, bao gồm cả giải mã MP3.
Lõi của module ESP32-D0WDQ6 là chip nhúng với khả năng mở rộng và tùy biến cao, sở hữu 2 lõi CPU độc lập và tần số clock điều chỉnh từ 80MHz đến 240MHz Người lập trình có thể tắt CPU để sử dụng bộ đồng xử lý công suất thấp nhằm theo dõi sự thay đổi hoặc vượt ngưỡng của các ngoại vi ESP32 tích hợp nhiều bộ ngoại vi phong phú như cảm biến điện dung, cảm biến Hall, SD card, Ethernet, SPI tốc độ cao, UART, I2S và I2C.
Việc tích hợp Bluetooth, BLE và Wi-Fi trong module này mang lại khả năng ứng dụng đa dạng, cho phép kết nối rộng rãi qua Wi-Fi router và dễ dàng kết nối với smartphone hoặc thiết bị beacon nhờ Bluetooth tiết kiệm điện Với mức tiêu thụ chỉ dưới 5 µA trong chế độ ngủ, module này rất phù hợp cho thiết kế mạch sử dụng pin hoặc thiết bị đeo Tốc độ truyền thông lên đến 150 Mbps và công suất tín hiệu khoảng 20 dBm đảm bảo phạm vi tín hiệu xa Nhờ vào những thông số kỹ thuật vượt trội, module này cung cấp hiệu suất và độ tin cậy tốt nhất cho các ứng dụng điện tử, tự động hóa, yêu cầu tiết kiệm năng lượng và khả năng kết nối đa dạng.
Hệ điều hành FreeRTOS với LwIP và TLS 1.2 có khả năng hoạt động trên ESP32, hỗ trợ cập nhật firmware qua OTA được mã hóa Tính năng này giúp các nhà phát triển nâng cấp phần mềm sản phẩm một cách tiết kiệm chi phí và nhân lực, ngay cả khi thiết bị đang hoạt động.
Phương pháp quét module led matrix p10 full color
Cấu tạo của module bao gồm
- 1 connector đầu vào, 1 connector đầu ra
Hình II-4Mặt trước led p10 full color
Khoảng cách hai điểm ảnh (Pitch) 10mm Độ phân giải 10000 điểm ảnh/m
Hình II-3Mặt sau led p10 full color
Kích thước module cơ bản/Pixel (W x
Khoảng cách nhìn tốt nhất 12÷200 m
Số màu hiển thị 281000 Tỷ màu
Thời gian sử dụng của LED >50,000 giờ (khoảng 15 năm - ngày dùng 8 giờ)
Công suất tiêu thụ Lớn nhất: 550w/m2;
Phương thức truyền dữ liệu HUB 75 Độ ẩm hoạt động 0÷90%
R1: Chân data cho màu đỏ của 8 hàng led bên trên
R2: Chân data cho màu đỏ của 8 hàng led phía dưới
G1: Chân data cho màu xanh lá của 8 hàng led bên trên
G2: Chân data cho màu xanh lá của 8 hàng led phía dưới
B1: Chân data cho màu xanh dương của 8 hàng led bên trên
Bảng 1: Thông số của led p10 full color
B2: Chân data cho màu xanh dương của 8 hàng led phía dưới
CLK: Chân đẩy data vào ic ghi dịch
LAT: Chân chốt data ( đẩy data lưu trong ic ghi dịch ra ngoài led)
OE: Chân cho phép bảng led sáng ( OE=0 thì bảng led được phép sáng, OE=1 thì bảng led auto tắt)
A,B,C: 3 chân của ic vào 3 ra 8, tức 3 chân dùng để quét led, cho phép hàng nào sáng Với 3 chân ABC ta điều khiển đc 8 hàng độc lập, nhưng module P10 có tới 16 hàng thì trong 1 thời điểm có 2 hàng cùng sáng
Trong 1 thời điểm số led RGB ta có thể điều khiển là 512 x 1/8 = 64 LED RGB
Hình II-5 Sơ đồ chân kết nối của module led p10 full color
P10 FULL COLOR, data đi theo đường thẳng
Hình II-6Chiều đi của data module led p10 full color
Module này được chia thành hai nửa theo chiều ngang, trong đó 8 hàng trên được điều khiển bởi RGB1 và 8 hàng dưới do RGB2 Chân ABC sẽ xác định hàng nào trong tổng số 16 hàng của cả hai nửa được chiếu sáng.
Phương pháp quét LED MATRIX P10 FULL COLOR
➢ Quét theo tỉ lê 1/8 mỗi lần quét được 2 hàng
➢ Tất cả module có 16 dòng, 32 cột Tại mỗi thời điểm nhất định sẽ có 2 dòng được chọn
Chân A Chân B Chân C Hàng được chọn
0 0 0 Không hàng nào được chọn
Bảng 2 Bảng lụa chọn hàng của module led p10
Xung CLK trong dữ liệu cho phép xuất dữ liệu 1 bit cho mỗi hàng Hiện tại, chúng tôi sử dụng module LED MATRIX P10 FULL COLOR 32x16 và bảng LED 4x4, với mỗi hàng chứa 512 LED, dẫn đến việc mỗi hàng cần 512 xung clock Dữ liệu được truyền theo thứ tự từ màu xanh dương, tiếp theo là màu xanh lá và cuối cùng là màu đỏ.
Kéo chân LAT và chân OE lên mức cao cho phép xuất dữ liệu và hiển thị đồng thời, đồng thời cũng vô hiệu hóa dữ liệu ra để thuận tiện cho việc chuyển hàng.
Chuyển hàng bằng cách chọn hàng đã đề cập ở trên túc là thay đổi các trạng thái để có thể chọn hàng
Kéo chân LAT xuống mức thấp và lên mức cao cho phép đóng chốt để chúng ta có thể ra dữ liệu tiếp theo
Mắt chúng ta có khảnăng lưu ảnh 20ms 1 lần vậy thì 1 hàng led chúng ta sẽ xử lý trong 20/16 là khoảng 1,25ms
Tạo Font chữ dùng phần mêm LCD Font Maker
Hình II-7Giao di ệ n c ủ a ph ầ n m ề m LCD font maker
Bước 1: Chọn kiểu font chữ
Hình II-8 Ch ọ n font ch ữ cho mã led
Bước 2: Chọn chiều dữ liệu font chữ:
Hình II-9Giao di ệ n c ủ a ph ầ n m ề m LCD font maker
Bước 3: xuất dữ liệu font chữ:
Hình II-10Xuât mã font led
Dữ liệu font chữ ở đây ữ ệ ữ ở đây
Để tạo ra các loại font chữ đa dạng, việc hiển thị đầy đủ bộ font tiếng Việt là một yếu tố quan trọng không thể bỏ qua Không chỉ cần đảm bảo khả năng hiển thị, mà việc nhập liệu tiếng Việt cũng là một vấn đề cần được chú trọng.
Chuẩn UTF-8 hiện nay rất phổ biến và được hầu hết các trình dịch cũng như phần mềm biên tập hỗ trợ Do đó, tôi sẽ thiết kế bộ font tiếng Việt theo tiêu chuẩn UTF-8.
UTF-8 là một kiểu mã hóa có độ dài byte không cố định, cho phép sử dụng từ 1 đến 4 byte để mã hóa ký tự, giúp tiết kiệm không gian lưu trữ hơn so với Unicode Hơn nữa, UTF-8 hoàn toàn tương thích với bộ mã ASCII.
Khi trình biên dịch xử lý ký tự, chữ À có giá trị 0x0000C380 và được lưu trữ dưới dạng 2 byte 0xC380 trong bộ nhớ Trong khi đó, chữ ắ có giá trị 0x00E1BAAF và sẽ được lưu 3 byte 0xE1BAAF vào bộ nhớ.
Byte đầu tiên (cao nhất) chính là cơ sởđểta xác định độ dài của chữ cần giải mã
➢ Nếu byte đầu tiên có dạng 0xxx xxxx thì chữ này chiếm 1 byte thôi
➢ Nếu byte đầu tiên có dạng 110x xxxx thì chữ này chiếm 2 byte
➢ Nếu byte đầu tiên có dạng 1110 xxxx thì chữ này đang chiếm 3 byte
➢ Nếu byte đầu tiên có dạng 1111 0xxx thì chữ này đang chiếm 4 byte
Theo bộ mã ASCII, các ký tự từ 0 đến 127 được phân chia thành hai nhóm: nhóm từ 0 đến 32 là các mã hệ thống không thể hiển thị, trong khi nhóm từ 33 đến 126 là các ký tự có thể hiển thị Do đó, tôi sẽ tận dụng các ký tự từ 0 đến 32 trong quá trình sử dụng mã này.
Bố cục thứ tự em thiết kế như sau:
Vị trí 0 trong bảng mã là NULL và không được sử dụng; bắt đầu từ vị trí 1, chữ cái đầu tiên là À, tiếp theo là Á, và cứ như vậy cho đến vị trí 31 là chữ Í Từ vị trí 32 đến 127, hệ thống sử dụng mã ASCII, sau đó từ 127 đến 229 là các ký tự tiếng Việt còn lại Cuối cùng, từ vị trí 229 trở đi, các ký tự đặc biệt và icon được lưu trữ.
TÍNH TOÁN VÀ THI Ế T K Ế
GI Ớ I THI Ệ U
Đề tài của bài viết là thiết kế hệ thống bảng điện tử hiển thị thông tin thời tiết, kết nối internet để thu thập dữ liệu và xuất ra bảng LED Trong chương này, tôi sẽ trình bày sơ đồ khối, thực hiện các tính toán cần thiết, lựa chọn linh kiện phù hợp và thiết lập giao diện trên webserver.
TÍNH TOÁN VÀ THI Ế T K Ế
3.2.1 VI XỬ LÝ TRUNG TÂM
Chức năng xử lý, lấy dữ liệu từ mạng internet, chạy webserver, điều khiển thông tin hiện thịđưa lên bảng led
Vi xử lý trung tâm ESP32-WROOM được chọn vì khả năng chạy webserver và truy cập internet hiệu quả, nhanh chóng và liên tục Đây là một giải pháp kinh tế phù hợp với các yêu cầu cần thiết.
Hình III-2KIT ESP32 PINOUT
Nguồn phải đảm bảo cung cấp vừa nguồn cho vi điều khiển vừa cấp nguồn cho 16 module led ma trận
Sử dụng 16 module LED ma trận, mỗi module tiêu thụ 30W khi hoạt động 100%, tổng công suất sẽ là 480W Tuy nhiên, do thông tin hiển thị chỉ chiếm một phần diện tích của bảng LED, công suất thực tế cần thiết chỉ khoảng 240W.
Vậy em sẽ sử dụng bộ nguồn 5V 70A tương ứng với 350W hoàn toàn hợp với mô hình
THI CÔNG HỆ THỐNG
Thi công mô hình
Khung cho đèn LED có vai trò quan trọng trong việc định hình bảng LED và cố định bộ nguồn, yêu cầu phải đảm bảo sự chắc chắn nhưng vẫn nhẹ nhàng để thuận tiện cho việc di chuyển và lắp đặt Kích thước của khung cho mô hình được quy định như sau:
Hình IV-1Kích thước khung led
Bộ khung phía trước được thiết kế để định hình 16 tấm LED, trong khi mặt sau chứa mạch điều khiển và nguồn điện, được bảo vệ bằng nhựa carbonate Nguồn và mạch được cố định chắc chắn lên khung, đảm bảo tính ổn định và an toàn cho thiết bị.
Lưu đồ thu ậ t toán
Bắt Đầu ắt Đầ Khởi Tạo ở ạ
Kiểm tra kết nối wifi ể ế ố
Sai Đọc dữ liệu và hiển thị lên bảng led Đọ ữ ệ ể ị ả
Chạy ở chế độ access point để có thể truy cập và cài đặt
Chạy ở chếđộaccess point để ể ập và cài đặ Đúng Đúng
K ế t n ố i
Kết nối 2 port vào ra của bảng led như sau:
GPIO 32 nối vào chân OE
GPIO 33 nối vào chân LAT
D5 nối vào công tắc dùng chọn chếđộ Station hoặc Access Point.
L ấ y d ữ li ệu để hi ệ n th ị lên b ả ng led
Lấy dữ liệu trên trang openweathermap
Hình IV-2trang chủ openweathermap
Hình IV-3Các gói d ữ li ệ u c ủ a openweather map
Hình IV-4API KEY đã lấy được trên trang openweathermap
Lấy dữ liệu trên airvisual
Hình IV-6Các gói dữ liệu Airvisual
Hình IV-5Trang Chủ Airvisual
Hình IV-7API key Airvisual
Lấy dữ liệu trên openuv
Hình IV-8Trang Ch ủ openuv
Hình IV-9API key openuv
Phần mềm lập trình esp32
Môi trường phát triển tích hợp (IDE) của Arduino là ứng dụng cross-platform được viết bằng Java, hỗ trợ Ngôn ngữ lập trình xử lý và project Wiring, nhằm phục vụ cho những người mới bắt đầu trong lĩnh vực phát triển phần mềm IDE bao gồm trình soạn thảo mã với các tính năng như đánh dấu cú pháp, tự động khớp dấu ngoặc và tự động canh lề, cùng với khả năng biên dịch và tải chương trình lên board chỉ bằng một cú nhấp chuột Chương trình viết cho Arduino được gọi là sketch.
Các chương trình Arduino được phát triển bằng ngôn ngữ C hoặc C++, sử dụng thư viện phần mềm "Wiring" đi kèm với Arduino IDE, giúp đơn giản hóa các thao tác đầu vào/đầu ra Người dùng chỉ cần định nghĩa hai hàm để tạo ra một chương trình vòng thực thi (cyclic executive) có khả năng hoạt động hiệu quả.
Hàm setup() được thực thi mỗi khi khởi động chương trình, có nhiệm vụ thiết lập các cài đặt cần thiết Trong khi đó, hàm loop() được gọi liên tục cho đến khi nguồn điện của board mạch bị tắt.
To begin, visit the official Arduino website at https://www.arduino.cc/, where you can access and download the latest versions of the Arduino IDE Select the "WINDOWS ZIP file for non admin install" option as shown in the provided illustration.
Hình IV-10Giao di ệ n web arduino.cc
Bạn sẽ được chuyển đến một trang mời quyền góp tiền để phát triển phần mềm cho Arduino, tiếp tục bấm JUST DOWNLOAD để bắt đầu tải
Hình IV-11Giao di ệ n t ả i arduino IDE
Hình IV-12 Đã tả i xong arduino IDE
Bước 2: Sau khi download xong, bấm chuột phải vào file vừa download arduino-1.6.4- windows.zip và chọn “Extract here” để giải nén
Hình IV-13Gi ả i nén arduino IDE
Bước 3: Copy thư mục arduino-1.6.4 vừa giải nén đến nơi lưu trữ
Bước 4: Chạy file trong thư mục arduino-1.6.4\ để khởi động Arduino IDE
Hình IV-14Giao di ệ n l ậ p trình arduino IDE
L ậ p trình esp32 b ằ ng arduino IDE
Bước 1: Vào File→ Preferences, tại ô Additional Board Manager URLs thêm đường link sau vào: https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json
Hình IV-15Giao diện nhập link để tải thư viện arduino
Bước 2: Vào Tool→Board→Boards Manager, nhập vào ô tìm kiếm từ khóa esp32, chọn ESP32 by Espressif Systems và nhấn install
Hình IV-16Giao di ệ n t ải thư việ n arduino IDE
Bước 3: Để nạp code cho ESP32 các bạn vào Tools → Board → DOIT ESP32 DEVKIT V1
Hình IV-17Ch ọn KIT arduino để biên d ị ch và n ạ p code
Vào Tools → Port và chọn đúng cổng COM mà ESP32 kết nối vào máy tính, sau đó thựchiệnnạp code
Hình IV-18Chọn cổng để nạp code
Sau khi cài đặt hoàn tất, bạn có thể truy cập vào File → Example để tìm thấy các ví dụ mẫu về những chức năng phổ biến của ESP32 Đây sẽ là nguồn tài liệu mã nguồn hữu ích cho việc nghiên cứu và tìm hiểu về ESP32.
Hình IV-19Giao diện các ví dụ để tham khảo trong arduino IDE
Kết quả - nhận xét - đánh giá
C ấ u hình cho h ệ th ố ng k ế t n ố i internet
Chuyển chế độ hệ thống thành access point
Bước 1: Đăng nhập vào giao diện chính của hệ thống
Hình V-1Giao di ệ n chính trên webserver c ủ a h ệ th ố ng
Bước 2: Cài đặt kết nối wifi
Hình V-2 Cài đặt wifi để k ế t n ố i internet
Bước 3: Cài đặt API để lấy dữ liệu thời tiết, chất lượng không khí, tia uv
Hình V-3Giao diện nhập API để lấy thông tin từ mạng internet
Hệ thống còn được thiết kế để hỗ trợ thông báo tùy chỉnh, chẳng hạn như thông báo về hội thảo hoặc thông tin liên quan đến việc đánh rơi đồ.
Hình V-4Giao di ệ n nh ập để ch ạ y thông báo
Giao diện đã được thiết kế 5 thông báo có thể chỉnh được 7 màu chữ và 5 cấp tốc độ
Hình V-5Ch ỉ nh màu và t ốc độ c ủ a ch ữ ch ạ y thông báo
Hình V-6Giao di ện cài đặ t m ậ t kh ẩ u
Hệ thống cung cấp mật khẩu cho nhiều vị trí sử dụng, cho phép các phòng như phòng công tác sinh viên có thể đăng tải thông tin và hiển thị qua bảng LED.
Hình V-7Giao diện cài đặt thời gian bật tắt
Hệ thống được trang bị chương trình cài đặt thời gian bật tắt, giúp tiết kiệm điện năng và kéo dài tuổi thọ cho thiết bị, đồng thời tránh tình trạng hoạt động liên tục.
Mô hình ch ạ y th ự c t ế
Hình V-8Ch ạ y h ệ th ố ng th ự c t ế
Hình V-9Chạy hệ thống thực tế
Nh ận xét & đánh giá
Sau khi thực hiện xong đềtài thì em đã biết:
- Lập trình esp32 bằng Arduino IDE
- Gửi dữ liệu từ webserver xuống esp32
- Tạo được font tiếng việt
- Thi công được bảng led
- Hiểu được cách vận hành của module led
Củng cố được kiến thức lập trình vi điều khiển ESP32, tiếp cận được công nghệ mới theo xu hướng IOT 4.0
Để phát triển kỹ năng trong lĩnh vực IoT, cần tích lũy kiến thức từ thầy cô, anh chị sinh viên và doanh nghiệp Việc thường xuyên cập nhật thông tin mới nhất sẽ giúp bạn theo kịp xu hướng công nghệ hiện đại.
K ế t lu ận và hướ ng phát tri ể n
K ế t lu ậ n
Sau quá trình nghiên cứu và tìm hiểu, nhóm đã hoàn thành đề tài “Bảng điện tử hiển thị thông tin thời tiết trực tuyến”, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đề ra.
- Đã giới thiệu sơ lược về các phần cứng sử dụng trong mô hình
- Giới thiệu phần mềm lập trình
- Có thểthay đổi thông báo tùy ý
- Thi công và lắp đặt được bảng led kích thước 128x64 bằng 16 module led p10 full color
Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi đã gặp phải nhiều khó khăn, đặc biệt là trong việc nghiên cứu tài liệu bằng cả tiếng Việt và tiếng Anh, dẫn đến một số nhầm lẫn Ngoài ra, trong quá trình lập trình, tôi cũng đối mặt với nhiều lỗi phát sinh khó giải quyết Mặc dù gặp nhiều thách thức trong quá trình thi công, tôi đã nỗ lực khắc phục các vấn đề và hoàn thiện đề tài một cách tốt nhất.
Lần đầu thực hiện đồ án tốt nghiệp, em gặp không ít bỡ ngỡ do kiến thức còn hạn chế và nhiều thiếu sót Em hy vọng nhận được sự hỗ trợ từ các thầy cô giáo để đề tài được hoàn thiện hơn, có nhiều cải tiến đáng kể và ứng dụng hiệu quả vào thực tiễn.
Hướ ng phát tri ể n
Sản phẩm tương lai sẽ phát triển trên module led p5 hoặc p3 để có mật độ điểm ảnh dày hơn, để có thể hiển thị hình ảnh và video
Trong tương lai, chúng tôi sẽ sử dụng ThingSpeak để gửi dữ liệu lên đám mây Người dùng có thể nhận dữ liệu qua Gmail để theo dõi hoặc sử dụng ứng dụng Android để gửi dữ liệu xuống ESP32.
