Thu thập dữ liệu dùng Rasperry PI thông qua mạng Internet

  • Số trang: 78 |
  • Loại file: DOC |
  • Lượt xem: 624 |
  • Lượt tải: 4
tailieuonline

Đã đăng 27429 tài liệu

Mô tả:

TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp. HCM, ngày 11 tháng 7 năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: Văn Ngọc Khánh Nguyễn Văn Linh Kỹ thuật Điện - Điện tử Đại học chính quy 2010 MSSV: 10101063 MSSV: 10101073 Mã ngành: 01 Mã hệ: 1 Lớp: 101011C I. TÊN ĐỀ TÀI: THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI THÔNG QUA MẠNG INTERNET II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... 2. Nội dung thực hiện: ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... ................................................................................................................................... III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/03/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 11/07/2014 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: THS. LÊ MINH THÀNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP THS. LÊ MINH THÀNH TS. NGUYỄN THANH HẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM Khoa Điện - Điện Tử Bộ Môn Điện Tử Viễn Thông CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày.....tháng...... năm 2014 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: .......................................................................................................... Lớp:..............................................................................MSSV: ………………………... Họ tên sinh viên 2: .......................................................................................................... Lớp:..............................................................................MSSV: ………………………... Tên đề tài: ………………………………………………………………………………. ......................................................................................................................................... Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) LỜI MỞ ĐẦU Xã hội ngày càng phát triển với những công nghệ hiện đại và gần gũi với con người. Với mức sống và nhu cầu của con người ngày càng cao, đòi hỏi nền kỹ thuật phải luôn thay đổi, hoàn thiện để đáp ứng và nâng cao chất lượng cuộc sống. Trong đó ngành Điện tử góp phần lớn và quan trọng mang lại những thành tựu to lớn đó. Với đặc thù của ngành là luôn đón đầu công nghệ, ngành Điện tử luôn cho ra các sản phẩm mới để phục vụ con người, không chỉ trong cuộc sống mà còn trong khoa học, quân sự, y tế,…. Điều đó không chỉ góp phần thúc đẩy chất lượng cuộc sống ngày càng tốt hơn, mà còn mở ra nhiều hướng đi mới hỗ trợ con người nhiều hơn trong tương lai. Kỹ thuật Điện tử kết hợp với sự phát triển của Công nghệ thông tin đã, đang và sẽ tiếp tục cho ra những sản phẩm công nghệ mới, không những đa chức năng, đa ứng dụng mà kích thước cũng ngày càng nhỏ hơn, tiện lợi hơn. Một trong những sản phẩm ấy chính là sự ra đời và phát triển của dòng sản phẩm Raspberry Pi. Kích thước nhỏ gọn cộng với những tính năng như một máy tính tí hon, Raspberry Pi là một công cụ tuyệt vời giúp con người dễ dàng tiếp cận thế giới công nghệ hơn với những ứng dụng, sáng tạo gần gũi với cuộc sống. Là một nước đang phát triển và trong giai đoạn “Công nghiệp hóa, hiện đại hóa”, Việt Nam rất cần tiếp cận với những thiết bị khoa học kỹ thuật để đáp ứng và hoàn thành chiến lược đặt ra. Vì thế, Việt Nam đã và đang đầu tư nhiều vào nguồn nhân lực để có thể nắm bắt và dần làm chủ được công nghệ. Với sự ra đời và phát triển của Raspberry Pi cộng với việc sản phẩm đã du nhập về Việt Nam, đây là cơ hội để đội ngũ kỹ thuật vừa có cơ hội tiếp cận với nền kỹ thuật tiên tiến của thế giới, vừa góp phần sáng tạo thêm những ứng dụng mới để đưa vào đời sống, nhằm cải thiện và nâng cao chất lượng cuộc sống ngày càng tốt đẹp hơn. Việc nghiên cứu và ứng dụng Raspberry Pi vào thực tế cuộc sống là một điều rất mới mẻ và cũng rất cần thiết cho những người đam mê ngành kỹ thuật nói chung và ngành điện tử nói riêng trong vai trò làm chủ công nghệ hiện nay. Để góp phần tạo nên nền tảng ban đầu vững chắc cho việc học tập, tìm hiểu kỹ thuật vi xử lý, vi điều khiển và quen với lập trình bằng ngôn ngữ cấp cao, nhóm thực hiện đề tài đã tập trung nghiên cứu đề tài: “Thu thập dữ liệu dùng Raspberry Pi thông qua mạng Internet”. 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 nhóm thực hiện đề tài cố gắng tận dụng những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tòi, nghiên cứu, 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 nhóm thực hiện đề tài đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ của đề tài đặt 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. Nhóm 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! LỜI CẢM ƠN Nhóm thực hiện xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Thầy Ths. Lê Minh Thành – Giảng viên Bộ môn Điện tử Viễn Thông đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện để nhóm thực hiện hoàn thành tốt đề tài. Bên cạnh đó, nhóm thực hiện cũng xin chân thành cảm ơn đến các quý Thầy Cô trong trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh nói chung và khoa Điện – Điện tử nói riêng đã truyền đạt những kiến thức quý báu, tạo dựng nền móng đầu tiên cho nhóm thực hiện có cơ sở cũng như nền tảng kiến thức cần thiết để nhóm em hoàn thành tốt Đề tài Đồ Án Tốt Nghiệp cũng như định hướng nghề nghiệp tương lai sau này. Nhóm thực hiện cũng xin chân thành gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn sinh viên cùng lớp 101011 đã chia sẻ, trao đổi những kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu của mình để góp phần giúp nhóm thực hiện hoàn thành Đề tài tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn! NHÓM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI SV: Văn Ngọc Khánh SV: Nguyễn Văn Linh MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG Chương 1: DẪN NHẬP......................................................................................... 1.1. Đặt vấn đề......................................................................................................... 1.2. Lý do chọn đề tài. ............................................................................................. 1.3. Đối tượng nghiên cứu......................................................................................11 1.4. Mục tiêu đề tài.................................................................................................11 1.5. Giới hạn đề tài.................................................................................................11 1.6. Dàn ý nghiên cứu............................................................................................12 1.7.Ý nghĩa thực tiển..............................................................................................13 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ THU THẬP DỮ LIỆU.....................................14 2.1. Tổng quan.......................................................................................................14 2.2. Các phương pháp thu thập dữ liệu..................................................................14 2.3. Ứng dụng trong thực tiễn................................................................................16 Chương 3: THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI..........................17 3.1. Thu thập dữ liệu dùng Raspberry Pi thông qua Internet..................................17 3.1.1. Sơ đồ khối....................................................................................................17 3.1.2. Nguyên lý hoạt động....................................................................................18 3.2. Raspberry Pi....................................................................................................18 3.2.1. Giới thiệu về Raspberry Pi...........................................................................18 3.2.2. Cấu tạo của Raspberry Pi.............................................................................20 3.2.3. Phụ kiện hỗ trợ kèm theo..............................................................................22 3.2.4. Làm việc với Raspberry Pi qua máy tính.....................................................24 3.2.4.1. Giao tiếp Raspberry Pi bằng SSH..............................................................25 3.2.4.1.1. Cài đặt SSH server trên Raspberry Pi.....................................................25 3.2.4.1.2. Cài đặt SSH client trên máy tính Windows............................................25 3.2.4.2. Giao tiếp Raspberry bằng VNC.................................................................27 3.2.4.2.1. Cài đặt VNC server trên Raspberry........................................................27 3.2.4.2.2. Cài đặt VNC client trên Windows..........................................................27 3.2.5. Cấu hình UART và cài đặt thư viện WebIOPi trên Raspberry.....................29 3.3. PIC 16F887.....................................................................................................30 3.3.1. Cấu tạo và sơ đồ chân...................................................................................30 3.3.2. Các khối chức năng được sử dụng................................................................33 3.3.2.1. Các thành phần trong ADC.......................................................................33 3.3.2.2. Timer/Counter...........................................................................................33 3.3.2.3. Giao thức truyền dữ liệu UART................................................................37 3.4. Web server......................................................................................................42 3.4.1. Tổng quan về Internet và web......................................................................42 3.4.2. Thiết lập web server bằng Apache...............................................................42 3.4.3. Bố cục trang web..........................................................................................44 Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI…………………………………………………46 4.1. Các khối chức năng...........................................................................................46 4.1.1. Khối nguồn.....................................................................................................46 4.1.2. Khối kết nối vi điều với các cảm biến............................................................48 4.1.3. Khối hiển thị LCD..........................................................................................53 4.1.4. Khối chuyển đổi điện áp.................................................................................54 4.1.5. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch.............................................................................56 4.2. Lưu đồ và giải thuật...........................................................................................58 4.2.1. Lưu đồ và giải thuật của chương trình trên PIC 16F887.................................58 4.2.1.1. Chương trình con ngắt định thời timer2.......................................................58 4.2.1.2. Chương trình con cấu hình LCD..................................................................59 4.2.1.3. Chương trình con cấu hình truyền dữ liệu UART........................................60 4.2.1.4. Chương trình con hiển thị giá trị lên LCD...................................................60 4.2.1.5. Chương trình con cấu hình timer/counter....................................................61 4.2.1.6. Chương trình con truyền dữ liệu UART......................................................62 4.2.1.7. Chương trình chính......................................................................................63 4.2.2. Lưu đồ và giải thuật của chương trình trên Raspberry Pi...............................64 4.2.2.1. Chương trình nhận dữ liệu UART...............................................................64 4.2.2.2. Chương trình ghi dữ liệu ra file text............................................................66 4.2.2.3. Chương trình chính trên Raspberry Pi.........................................................67 Chương 5: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU..............................................................68 5.1. Kết quả xây dựng web server............................................................................68 5.2. Kết quả phần cứng hệ thống thu thập dữ liệu....................................................69 5.3. Kết quả tổng quát..............................................................................................70 Chương 6: KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN............................................72 6.1. Kết luận............................................................................................................72 6.2. Hướng phát triển...............................................................................................72 PHỤ LỤC ……………………………………………………………………..74 Tài liệu tham khảo...................................................................................................74 Nội dung đính kèm (DVD)......................................................................................75 Đồ án tốt nghiệp Chương 1 DẪN NHẬP 1.1 Đặt vấn đề Xã hội ngày càng tiến bộ, cùng sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật làm tiền đề cho những yêu cầu về sự tiện lợi cũng như độ tin cậy cao trong quá trình sản xuất công nghiệp. Một trong những vấn đề đặt ra là nhu cầu giám sát các thiết bị máy móc, động cơ… có vốn đầu tư cao và ảnh hưởng lớn đến cả quá trình hoạt động của công ty, xí nghiệp. Mong muốn của các nhà quản lý, nhà bảo trì là luôn biết được những thông tin chính xác về môi trường làm việc cùng thông số cơ bản của thiết bị, máy móc, động cơ mà mình quản lý mọi lúc và gần như mọi nơi. Nền kinh tế thị trường luôn đòi hỏi sự cạnh tranh không ngừng giữa các công ty, xí nghiệp. Việc cạnh tranh bao gồm rất nhiều khía cạnh như lĩnh vực kinh doanh, nguồn vốn đầu tư, công nghệ sản xuất, chất lượng sản phẩm… và để đạt được những mục tiêu trên thì cách tổ chức quản lý và vận hành công việc trong nội bộ công ty là chìa khóa duy nhất. Và với riêng khâu quản lý bảo trì thiết bị, máy móc, động cơ… đạt hiệu quả cao sẽ góp phần không nhỏ vào sự phát triển của cả công ty. Vấn đề đặt ra là không thể lúc nào cũng theo dõi giám sát thiết bị, máy móc, động cơ… xuyên suốt mà không mắc sai sót bằng thủ công. Một câu hỏi xuất hiện trong đầu các nhà quản lý bảo trì “liệu có cách nào để giám sát được các thiết bị, máy móc, động cơ… mà không nhất thiết phải có mặt tại đó, và tại bất cứ đâu dù ở nhà, ở nơi công cộng, ở công ty vẫn biết được những thông tin cần thiết về thiết bị, máy móc, động cơ mà mình quản lý?” 1.2 Lý do chọn đề tài Việc thu thập dữ liệu của các thiết bị, máy móc, động cơ… là điều cần thiết để đảm bảo tính hoạt động ổn định, liên tục, giảm sự cố từ đó tối ưu năng suất sản xuất. Vì thế mà khâu quản lý bảo trì rất được chú trọng tại các đơn vị sản xuất, tùy vào từng điều kiện hoàn cảnh sẽ có phương pháp công nghệ khác nhau để thu thập dữ liệu.  Dùng hệ thống cảm biến kết nối thiết bị lập trình PLC: Phương pháp này có ưu điểm là khả năng hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp của thiết bị lập trình PLC, rất ít nhiễu có thể ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển. Cùng với nguồn điện hoạt động đa dạng hầu như tương thích với tất Chương 1: DẪN NHẬP 8 Đồ án tốt nghiệp cả các nguồn điện thông dụng tại các đơn vị sản xuất. Vấn đề là chi phí đầu tư rất lớn, bởi giá của các thiết bị lập trình PLC cùng các cảm biến tương thích là khá cao. Kích thước của các module lớn, nhiều kết nối dây, khả năng kết nối internet vẫn còn hạn chế. Ví dụ như hệ thống PLC Siemens S7-300, có giá gần 55 triệu đồng, không hỗ trợ kết nối internet.  Dùng hệ thống cảm biến kết nối với vi điều khiển: Vi điều khiển có tốc độ xử lý nhanh, kích thước nhỏ gọn, có nhiều I/O. Chi phí đầu tư cho vi điều khiển cùng cảm biến tương thích rẻ, phần cứng đơn giản gọn nhẹ, mạch điều khiển tiêu thụ rất ít điện năng. Có thể kết hợp với các module chuyên dụng để kết nối truyền nhận dữ liệu qua mạng internet. Hạn chế là khả năng hoạt động không ổn định trong môi trường nhiễu công nghiệp, nguồn điện hoạt động không tương thích với nguồn điện tại đơn vị sản xuất. Ví dụ:  Kit FriendlyARM ARM11 Tiny6410, có giá hơn 3 triệu đồng, các thông tin về kit:  CPU/SOC: S3C6410, Samsung  Core/Clock: ARM1176JZF-S. 533 MHz Default. 667 MHz max.  RAM: 256 MBytes DDR2 (32 bit buss)  Flash: 2 GByte NAND Flash1 1024 Byte EEPROM on IIC Interface  LCD: Sharp 4.3" 480x272  Touch screen: Integrated in Sharp LCD panel  Ethernet: RJ45 10/100M with DM9000  Serial: 4 DB9 RS232 COM0, COM1, COM2, COM3  USB: 1 MiniUSB Device USB2.0, 1 USB Host USB1.1  Audio: Stereo out - 3.5mm Jack , Mic input jack  TV: RCA Jack Composite TV output  IR: Infrared Receiver  SD: SD Card standard size. Up to 32 GBytes  SDIO: SDIO header for SDIO Wifi, etc. + SPI and IIC. Chương 1: DẪN NHẬP 9 Đồ án tốt nghiệp  JTAG: 10 Pin JTAG Header 2x5  LCD: 40 pin header, 2x20 41 pin Mini/Micro2550 style for FFC  Camera: CMOS CAM130 or similar. 2x10  RTC: Battery Backed RTC  Kit Raspberry Pi, có giá 1 triệu đồng, thông tin về kit:  CPU/SOC: Broadcom BCM2835 chạy ở tốc độ 700MHz  8 ngõ GPIO  Có 1 ngõ HDMI  Ngõ RCA Video (analog)  Ngõ audio 3.5mm  2 cổng USB  Cổng Ethernet  Khe cắm thẻ SD  Đèn LED  Jack nguồn micro USB 5V, tối thiểu 700mA  Lựa chọn đề tài: Yêu cầu đặt ra của đồ án là thu thập thông số cơ bản của một động cơ như nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ quay rồi đưa lên internet, từ đó cho phép ta theo dõi hoạt động của động cơ ở bất kì đâu trên thiết bị có hỗ trợ kết nối internet, với giá thành hợp lý. Từ yêu cầu đó ta phân tích các phương án để lựa chọn như sau:  Hệ thống dùng PLC Siemens S7-300:  Đáp ứng tốt yêu cầu thu thập thông tin nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ quay.  Không đáp ứng yêu cầu truyền nhận dữ liệu qua internet.  Giá thành quá cao, gần 55 triệu đồng.  Kit FriendlyARM ARM11 Tiny6410:  Đáp ứng tốt yêu cầu thu thập thông tin nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ quay.  Có khả năng kết nối với internet để truyền nhận dữ liệu.  Giá thành vừa phải, hơn 3 triệu đồng.  Kit Raspberry Pi:  Đáp ứng tốt yêu cầu thu thập thông tin nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ quay.  Có khả năng kết nối với internet để truyền nhận dữ liệu.  Giá thành rẻ, chỉ 1 triệu đồng. Chương 1: DẪN NHẬP 10 Đồ án tốt nghiệp Từ các phân tích trên cho thấy hệ thông dùng PLC không đáp ứng được yêu cầu của đồ án. Cả 2 kit FriendlyARM ARM11 Tiny6410 và Raspberry Pi đều đáp ứng tốt yêu cầu, tuy nhiên xét về giá thành kit FriendlyARM ARM11 Tiny6410 có giá cao hơn. Do yêu cầu đặt ra là thực hiện hệ thống thu thập dữ liệu qua mạng internet với giá thành hợp lý nhất nên nhóm chúng em quyết định chọn kit Raspberry Pi để thực hiện đồ án “Thu thập dữ liệu dùng Raspberry Pi thông qua mạng internet”. 1.3 Đối tượng nghiên cứu Với việc nhóm nghiên cứu chọn đề tài trên, đối tượng nghiên cứu là: - Raspberry Pi. Xây dựng web server trên Raspberry Pi. Nhận, xử lý dữ liệu từ cảm biến để đưa lên web server. 1.4 Mục tiêu đề tài - Tìm hiểu Raspberry Pi. Ứng dụng ngôn ngữ C vào lập trình điều khiển. Tìm hiểu và ứng dụng ngôn ngữ Python trên Raspberry Pi. Tìm hiểu và ứng dụng ngôn ngữ HTML, Javascript để tạo giao diện web động thân thiện với người dùng. - Ứng dụng những kiến thức đã học về PIC 16F887 để thu thập dữ liệu từ cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, encoder… - Thiết kế, thi công mô hình thu thập dữ liệu máy móc, thiết bị động cơ qua mạng internet. 1.5 Giới hạn đề tài Trong giới hạn thời gian cho phép để hoàn thành đồ án, kết hợp với những kiến thức tích lũy được trong quá trình học tập, do đó nhóm chúng em chỉ tập trung nghiên cứu về: - Tạo một giao diện web hiển thị dữ liệu bằng ngôn ngữ HTML, Javascript, - Jquery cơ bản. Thiết lập web server trên Raspberry Pi.Sử dụng ngôn ngữ Python để lập trình nhận và xử lý dữ liệu trên Raspberry Pi. Sử dụng ngôn ngữ C dùng phần mềm mikroC để lập trình cho PIC16F887  Đo nhiệt độ  Đo độ ẩm  Đo tốc độ quay của động cơ Chương 1: DẪN NHẬP 11 Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế, thi công mô hình mạch thu thập dữ liệu về nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ quay của động cơ dùng Raspberry Pi thông qua mạng internet. Hoạt động của hệ thống:  Thu thập dữ liệu 3 kênh.  Vẽ đồ thị nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ quay của động cơ trong trang hiển thị dữ liệu.  Thời gian cập nhật dữ liệu là mỗi 30 giây.  Lưu lại dữ liệu dưới dạng file text để người thu thập có thể download.  Kết nối mạng wifi ở chế độ online và offline dùng mạng LAN nội bộ. 1.6 Dàn ý nghiên cứu Với yêu cầu đề ra và xác định hướng giải quyết, nhóm nghiên cứu xây dựng luận văn gồm các nội dung chính như sau:  Chương 2. Tổng quan về thu thập dữ liệu Giới thiệu tổng quan về thu thập dữ liệu, các phương pháp thu thập dữ liệu và ứng dụng của thu thập dữ liệu trong thực tiễn.  Chương 3. Thu thập dữ liệu dùng Raspberry Pi  Trình bày cấu tạo Raspberry Pi, cách thức điều khiển Raspberry bằng máy tính.  Cấu tạo và sơ đồ chân của PIC16F887, chức năng và hoạt động của khối ADC, bộ đếm xung nội và xung ngoại timer và counter, và khối truyền dữ liệu UART của PIC16F887.  Giới thiệu tổng quan về web server, cách cài đặt web server trên Raspberry Pi, cách thiết lập 1 web server và bố cục của trang web sử dụng trong đồ án.  Trình bày sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của hệ thống thu thập dữ liệu dùng Raspberry Pi.  Chương 4. Thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu dùng Raspberry Pi  Trình bày chi tiết về sơ đồ nguyên lý và hoạt động của các khối chức năng trong hệ thống thu thập dữ liệu.  Lưu đồ và giải thuật của các chương trình sử dụng trên Raspberry Pi và vi điều khiển PIC 16F887.  Chương 5. Kết quả nghiên cứu  Trình bày kết quả xây dựng web server và phần cứng thu thập dữ liệu.  Chương 6. Kết luận, hướng phát triển  Rút ra kết luận và hướng phát triển của đồ án. 1.7 Ý nghĩa thực tiễn Chương 1: DẪN NHẬP 12 Đồ án tốt nghiệp Việc thu thập dữ liệu qua mạng Internet tuy không phải là một ứng dụng quá mới nhưng tính phổ biến chưa cao, hiện nay chỉ được áp dụng chủ yếu trong các công ty lớn với chi phí khá cao. Việc nghiên cứu thành công đề tài “Thu thập dữ liệu dùng Raspberry Pi thông qua mạng internet” sẽ giúp ứng dụng thông minh này trở nên tiện dụng hơn với mọi người, đồng thời giúp giảm giá thành sản phẩm, nâng cao độ tin cậy cũng như tiết kiệm thời gian công sức cho các nhà quản lý bảo trì. Chương 1: DẪN NHẬP 13 Đồ án tốt nghiệp Chương 1: DẪN NHẬP 14 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ THU THẬP DỮ LIỆU 2.1 Tổng quan Thu thập dữ liệu là quá trình thu thập và xử lý thông tin cần quan tâm một cách có hệ thống nhằm kiểm tra, nắm bắt tình trạng,phân tích để đưa ra kết quả của vấn đề nghiên cứu. Từ đó cho phép xây dựng một hệ thống thu thập dữ liệu hoàn chỉnh và đáng tin cậy phù hợp với yêu cầu thay đổi cho từng mục đích cụ thể được đặt ra. Thu thập dữ liệu là công việc quan trọng và cần thiết trong nhiều lĩnh vực bao gồm khoa học tự nhiên và xã hội, sản xuất và kinh doanh… Quá trình thu thập dữ liệu đòi hỏi sự chính xác và mang tính đáp ứng linh hoạt, đồng thời phải bao quát tất cả các khả năng xảy ra sự thay đổi của thông tin cần nghiên cứu. Bởi vì thông tin sai sót sẽ dẫn đến lãng phí nguồn nhân lực, gây nhầm lẫn cho các nhà nghiên cứu, gây thiệt hại trong sản xuất kinh doanh… 2.2 Các phương pháp thu thập dữ liệu Trong quá trình thu thập dữ liệu thường sử dụng các phương pháp cơ bản sau để thu thập thông tin:  Phương pháp nghiên cứu tài liệu: là phương pháp thu thập thông tin hoàn toàn gián tiếp, không tiếp xúc với đối tượng khảo sát. Ví dụ: Khi cần biết thông tin cấu tạo, lịch sử hoạt động và bảo trì của 1 chiếc máy bay, người nghiên cứu sẽ rất khó có điều kiện quan sát, tiếp xúc với đối tượng mà thường phải thu thập thông tin qua các tài liệu chuyên ngành, các ghi chép của người trực tiếp vận hành, bảo trì. Ưu điểm: không cần phải tiếp xúc trực tiếp với đối tượng. Nhược điểm: khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu, không cập nhật được tình trạng tức thời của đối tượng.  Phương pháp phi thực nghiệm: là phương pháp thu thập thông tin trực tiếp trên đối tượng khảo sát nhưng không tác động lên đối tượng khảo sát. Ví dụ: Muốn biết các thông số vận hành của 1 thiết bị máy móc, động cơ thì người thu thập có thể trực tiếp quan sát, tiếp xúc với đối tượng hoặc thông qua các thiết bị đo để thu thập thông tin chỉ cho phép lấy được thông tin tại nơi đặt thiết bị đo. Đặc biệt người thu thập có thể lấy thông tin từ thiết bị đo mà không cần có mặt tại nơi đặt thiết bị và máy đo. Thông tin từ thiết bị và máy đo thông qua môi trường GPRS truyền đến điện thoại hoặc thông qua môi trường internet truyền đến một web server để người thu thập truy cập vào lấy thông tin. Ưu điểm: dữ liệu được cập nhật liên tục, độ chính xác tương đối cao. Nhược điểm: chi phí đầu tư cao.  Phương pháp thực nghiệm: là phương pháp thu thập thông tin trực tiếp, có tác động gây biến đổi đối tượng khảo sát và môi trường xung quanh đối tượng khảo sát. Ví dụ: Khi cần thu thập dữ liệu địa chất thì người khảo sát địa chất phải thực hiện công việc đào, lấy mẫu, đo đạc. Từ đó phân tích, thống kê các dữ liệu có được. Ưu điểm: độ chính xác cao, nắm bắt cặn kẽ thông tin. Nhược điểm: tốn nhiều thời gian và công sức.  Phương pháp trắc nghiệm: trong nghiên cứu công nghệ gọi là thử nghiệm. Là phương pháp thu thập thông tin có tác động gây biến đổi các biến của môi trường khảo sát. Không gây tác động nào làm biến đổi các thông số trạng thái của bản thân đối tượng khảo sát. Ví dụ: Trong cuộc điều tra ý kiến của người dân để kiểm tra phản ứng của dư luận về quy định đi xe chính chủ, người thu thập thông tin sẽ lập ra một bảng liệt kê các câu hỏi để lấy ý kiến của người dân. Sau đó sẽ xử lý và thống kê các ý kiến để có được thông tin cần thiết. Ưu điểm: ít tốn chi phí nhất trong tất cả các phương pháp. Nhược điểm: mức độ phức tạp của thông tin gây khó khăn trong việc phân tích và đưa ra kết luận.  Ở đồ án này sử dụng phương pháp thu thập dữ liệu phi thực nghiệm, thông qua thiết bị đo, gửi thông tin qua môi trường truyền dữ liệu, có 2 môi trường truyền thông dụng là GPRS và internet. GPRS là dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp dành cho những người dùng hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM và điện thoại di động IS-136. Nó cung cấp dữ liệu ở tốc độ từ 56 đến 114 Kb/s. Hạn chế của GPRS là tốc độ và băng thông thấp. Internet là một hệ thống thông tin toàn cầu có thể được truy nhập công cộng gồm các máy tính được liên kết với nhau, có tốc độ truyền nhận dữ liệu cao (Mb/s), ứng dụng rộng rãi. => Vì nhu cầu truyền nhận dữ liệu lớn và tính tiện lợi cho người sử dụng nên đồ án này sử dụng môi trường truyền internet. 2.3 Ứng dụng trong thực tiễn Thu thập dữ liệu là công việc cần thiết và quan trọng, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ngành nghề. - Trong khoa học tự nhiên: thu thập các số liệu, mẫu vật trong nghiên cứu khoa học. - Trong xã hội: điều tra dân số, khảo sát chất lượng cuộc sống, thu thập số liệu trên hiện trường, vụ án để phục vụ cho quá trình điều tra tìm kiếm nguyên nhân và tội phạm… - Trong sản xuất: thu thập các số liệu của máy móc, sản phẩm trong dây chuyền sản xuất, giám sát tình trạng hoạt động của thiết bị máy móc… - Trong kinh doanh: khảo sát nhu cầu tiêu dùng của khách hàng, điều tra hoạt động các đối thủ cạnh tranh để có phương án cạnh tranh thích hợp… Một ứng dụng thực tiễn là trong kinh doanh của công ty sản xuất thiết bị điện công nghiệp ABB, các nhân viên quản lý sẽ cập nhật thông tin về số lượng, chủng loại, giá thành, các thông số kỹ thuật của các mặt hàng kinh doanh từ các giấy tờ nhập hàng và cập nhật dữ liệu đo đếm từ các thiết bị đo trong quá trình sản xuất lên trang chủ của công ty. Chương 3 THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI 3.1 Thu thập dữ liệu dùng Raspberry Pi thông qua internet 3.1.1 Sơ đồ khối CẢM BIẾN NHIỆT, ĐỘ ẨM, TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ RASPBERRY PI MÁY TÍNH (Trình duyệt) Internet UART Webserver PIC 16F887 BCM2835 Hình 3.1: Sơ đồ khối hoạt động của hệ thống ĐỘNG CƠ TÍCH HỢP ENCODER CẢM BIẾN RASPBERRY PI CHUYỂN ĐỔI ĐIỆN ÁP PIC 16F887 CÔNG TẮC KHỐI NGUỒN Hình 3.2: Sơ đồ khối chi tiết Chương 3: THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI 18 Phân tích các khối:  Khối Raspberry Pi: là khối trung tâm quan trọng nhất trong hệ thống thu thập dữ liệu qua mạng internet, có chức năng kết nối với mạng internet, thiết lập, điều khiển web server và nhận dữ liệu từ vi điều khiển thông qua chuẩn UART.  Khối vi điều khiển PIC 16F887: là khối có chức năng lấy dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ quay động cơ và gữi đến Raspberry Pi thông qua chuẩn UART.  Khối chuyển đổi điện áp: có chức năng chuyển điện áp 5V thành 3V3 để tương thích với Raspberry Pi trong giao tiếp UART.  Khối cảm biến: Cảm biến cập nhập nhiệt độ, độ ẩm môi trường gửi tới vi điều khiển.  Khối động cơ tích hợp encoder: động cơ DC có tích hợp sẵn encoder để đo tốc độ quay và đưa tín hiệu vào vi điều khiển.  Khối nguồn cung cấp: có chức năng cung cấp nguồn một chiều 5V cho toàn hệ thống.  Khối công tắc: đóng mở nguồn cung cấp cho động cơ và encoder. 3.1.2 Nguyên lý hoạt động Sau khi cấp nguồn phù hợp cho tất cả các khối, vi điều khiển PIC 16F887 sẽ lấy dữ liệu từ các cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ quay động cơ sau đó xử lý rồi truyền dữ liệu sang chip SOC BCM2835 của Raspberry thông qua chuẩn truyền dữ liệu nối tiếp UART, thời gian truyền của vi điều khiển cách nhau mỗi 3 giây. Raspberry sẽ xử lý dữ liệu nhận được rồi đưa đến web server liên tục sau mỗi 30 giây. Khi dùng trình duyệt web truy cập vào trang web theo địa chỉ đã xây dựng trên Raspberry Pi sẽ hiện ra trang hiển thị dữ liệu, dữ liệu sẽ được cập nhật sau mỗi 30 giây. Do web server được xây dựng trên Raspberry nên hệ thống web vẫn hoạt động tốt trong mạng LAN khi không có kết nối internet. 3.2 Raspberry Pi 3.2.1 Giới thiệu về Raspberry Pi Raspberry Pi là một chiếc máy tính tí hon giá chỉ 35$ 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 Chương 3: THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI 19 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? Hình 3.3: Hình ảnh thực tế của Raspberry Pi - Raspberry Pi có mức giá hấp dẫn: 35$ cho một chiếc bo mạch có thể làm được hầu như mọi ứng dụng hằng ngày như lướt web, học lập trình, xem phim HD đến những ý tưởng không ngờ đến như điều khiển robot, nhà thông minh… - Raspberry Pi chạy hệ điều hành Linux: 99% những thứ làm trên máy tính Windows đều có thể thực hiện được trên Linux và quan trọng là: tất cả đều miễn phí. - Raspberry Pi có 8 ngõ GPIO: có thể kết nối và điều khiển các thiết bị trong cuộc sống thực tế như đèn, động cơ, GPS… Rất nhiều ứng dụng nhà thông minh đã sử dụng Raspberry Pi làm bộ điều khiển trung tâm. - Raspberry Pi có kích thước tí hon: chỉ tương đương một chiếc thẻ ATM và nặng khoảng 50 gram. Gắn với chiếc tivi, Raspberry có thể biến thành một thiết bị giải trí thông minh trong phòng khách. Gắn với màn hình và bàn phím, chuột, Raspberry có thể biến thành một chiếc máy tính đúng nghĩa. Nhỏ gọn và tiện lợi. - Cộng đồng Raspberry Pi phát triển rất nhanh trên thế giới: hầu hết những thắc mắc của người dùng đều được giải đáp rất nhanh và còn hơn thế nữa: người dùng có thể tìm thấy hàng ngàn dự án đã thực hiện và vô số ý tưởng độc đáo. Với nhưng ưu điểm độc đáo trên, Raspberry Pi đã vượt ra khỏi biên giới của trường học và trở thành thiết bị ưa thích của rất nhiều người đam mê điện tử và lập Chương 3: THU THẬP DỮ LIỆU DÙNG RASPBERRY PI 20
- Xem thêm -