Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công khung ảnh điện tử

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 – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
KHUNG ẢNH ĐIỆN TỬ

GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC SƠN
SVTH: VÕ VĂN TÀI
15141274
TRẦN VÕ PHƯỚC ĐẠT
15141128

Tp. Hồ Chí Minh - 07/2019


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 – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
KHUNG ẢNH ĐIỆN TỬ
GVHD: TS TRƯƠNG NGỌC SƠN
SVTH: VÕ VĂN TÀI
15141274
TRẦN VÕ PHƯỚC ĐẠT
15141128

Tp. Hồ Chí Minh - 07/2019


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
----o0o---Tp. HCM, ngày 10 tháng 06 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:
I. TÊN ĐỀ TÀI:

Võ Văn Tài
Trần Võ Phước Đạt
Điện tử công nghiệp

Đại học chính quy
2015

MSSV: 15141274
MSSV: 15141128
Mã ngành:
Mã hệ:
Lớp:

41
1
15141DT1A

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG KHUNG ẢNH ĐIỆN TỬ

II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
• Phan Văn Hồn, “Giáo trình vi xử lý - ARM STM32”, Đại học Sư Phạm Kỹ
Thuật Tp.HCM 2015.
• Nguyễn Đình Phú, “Thực hành vi điều khiển - ARM STM32”, Đại học Sư
Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM 2014.
2. Nội dung thực hiện:
• Tìm hiểu và tham khảo các tài liệu, giáo trình, nghiên cứu các chủ đề,
các nội dung liên quan đến đề tài.
• Giao tiếp STM32F407VET6 với màn hình LCD 7inch TFT và thẻ nhớ micro SD để
hiển thị hình ảnh.
• Giao tiếp STM32F407VET6 với ESP8266 qua chuẩn giao tiếp truyền thơng UART
để lấy dữ liệu từ internet.
• Thiết kế ứng dụng C# bằng Víual Studio để nạp ảnh vào thẻ nhớ ngồi.
• Thiết kế mơ hình và lắp ráp các khối điều khiển.

• Chạy thử nghiệm mơ hình, cân chỉnh hệ thống.
• Đánh giá kết quả thực hiện.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
18/02/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/06/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Trương Ngọc Sơn
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
ii


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
----o0o---Tp. HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2019

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Võ Văn Tài
Lớp: 1514DT1A ............................................................ MSSV: 15141274
Họ tên sinh viên 2: Trần Võ Phước Đạt
Lớp: 1514DT1A ............................................................ MSSV: 15141128
Tên đề tài:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG KHUNG ẢNH ĐIỆN TỬ
Tuần/ngày

Xác nhận
GVHD

Nội dung

Tuần 1
(18-24/02/2019)
Tuần 2
(25-03/03/2019)

Nhận đồ án, tìm hiểu đề tài.

Tuần 3
(04-10/03/2019)
Tuần 4
(11-17/03/2019)

Tiến hành viết đề cương tóm tắt nội dung đồ án.

Tìm hiểu hướng làm đề tài, chọn vi xử lý điều
khiển, ngơn ngữ lập trình.

Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng
các khối.
Lựa chọn linh kiện cho từng khối.
Tuần 5
Tìm hiểu cách giao tiếp giữa vi điều khiển với màn
(18-24/03/2019) hình LCD TFT 7inch cảm ứng điện dung.
Tuần 6, 7, 8
Tìm hiểu ESP 8266, lấy dữ liệu thời tiết từ internet,
(25-14/04/2019) truyền dữ liệu đến vi điều khiển trung tâm.
Tuần 9, 10, 11, Lập trình và tổng hợp các module còn lại trong hệ

12
thống.
(15-12/05/2019) Viết ứng dụng trên máy tính bằng Visual Studio.
Tuần 13, 14, 15 Tiến hành thiết kế mạch, lắp ráp hệ thống và chạy
(13-02/06/2019) thử nghiệm.
Thiết kế vỏ hộp cho sản phẩm.
03/06/2019
Hoàn thành nhiệm vụ đồ án
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

iii


LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi cam đoan ĐATN này là công trình nghiên cứu của bản thân chúng tơi dưới
sự hướng dẫn của Tiến sĩ Trương Ngọc Sơn.
Các kết quả công bố trong đề tài “Thiết kế và thi công khung ảnh điện tử” là trung thực
và khơng sao chép hồn tồn từ cơng trình nào khác.

Người thực hiện đề tài
Võ Văn Tài
Trần Võ Phước Đạt

iv


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được rất nhiều sự ủng hộ,
giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cơ, gia đình và bạn bè.

Nhóm chúng em xin chân thành cám ơn thầy Trương Ngọc Sơn đã tận tình hướng dẫn
và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hồn thành tốt đồ án này.
Nhóm cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật
TP.HCM nói chung, các thầy cơ trong Bộ mơn Điện tử Cơng nghiệp nói riêng đã giảng dạy
và cung cấp những kiến thức bổ ích tạo tiền đề quan trọng cho nhóm thực hiện đồ án này.
Chúng em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 15141DT1A đã chia sẽ trao
đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài.
Cảm ơn đến cha mẹ đã tạo điều kiện thuận lợi, nguồn kinh phí trợ giúp chúng em
thực hiện tốt đề tài.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài
Võ Văn Tài
Trần Võ Phước Đạt

v


Mục lục
Trang
TRANG BÌA ....................................................................................................................... i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................... ii
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................ iii
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................. iv
MỤC LỤC .......................................................................................................................... vi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................................1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................................... 1
1.2 MỤC TIÊU ................................................................................................................ 1
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...................................................................................... 2
1.4 GIỚI HẠN ................................................................................................................. 2

1.5 BỐ CỤC..................................................................................................................... 2
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................................4
2.1 VI ĐIỀU KHIỂN ARM ............................................................................................. 4
2.1.1 Tổng quan về ARM ............................................................................................. 4
2.1.2 Vi điều khiển STM32F407VET6 ........................................................................ 5
2.2 MODULE LCD TFT 7 INCH CẢM ỨNG ĐIỆN DUNG ........................................ 7
2.3 CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG PIR .......................................................................... 9
2.4 ESP8266 NODE MCU ............................................................................................ 12
2.5 TỔNG QUAN VỀ INTERNET ............................................................................... 13
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ..........................................................................20
3.1 GIỚI THIỆU ............................................................................................................ 20
3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG............................................................. 20
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ............................................................................. 20
3.2.2 Tính tốn thiết kế mạch ..................................................................................... 22
vi


3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ............................................................................... 32
CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .........................................................................34
4.1 GIỚI THIỆU ............................................................................................................ 34
4.2 THI CƠNG HỆ THỐNG ......................................................................................... 34
4.2.1 Thi cơng board mạch ......................................................................................... 34
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra............................................................................................ 37
4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH ................................................................ 39
4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ....................................................................................... 39
4.4.1 Lưu đồ giải thuật STM32F4 .............................................................................. 39
4.4.2 Lưu đồ giải thuật Node MCU ........................................................................... 47
4.4.3 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ............................................................... 48
4.4.3 Phần mềm lập trình ứng dụng trên máy tính ..................................................... 56
4.5 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC .............................................. 60

4.5.1 Tài liệu hướng dẫn sử dụng ............................................................................... 60
4.5.2 Quy trình thao tác .............................................................................................. 62
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ .................................................66
5.1 TỔNG QUAN KẾT QUẢ ....................................................................................... 66
5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .......................................................................................... 66
5.3 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ.................................................................................. 70
5.3.1 Nhận xét kết quả đạt được ................................................................................. 70
5.3.2 Đánh giá kết quả ................................................................................................ 70
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...............................................71
6.1 KẾT LUẬN ............................................................................................................. 71
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................................................................... 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................73
PHỤ LỤC ..........................................................................................................................74
vii


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Trang
Hình 2.1 Chip STM32F407VET6 ........................................................................................5
Hình 2.2 Các lớp màn hình LCD TFT .................................................................................7
Hình 2.3 Các lớp màn hình cảm ứng điện dung ..................................................................8
Hình 2.4 Màn hình LCD TFT 7inch Waveshare .................................................................9
Hình 2.5 Mơ tả cảm biến chuyển động PIR .......................................................................10
Hình 2.6 Hoạt động cảm biến chuyển động PIR................................................................11
Hình 2.7 Cảm biến chuyển động PIR mini ........................................................................11
Hình 2.8 ESP8266 Node MCU ..........................................................................................13
Hình 2.9 Cách hoạt động của giao thức http. .....................................................................15
Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống ......................................................................................21
Hình 3.2 Thạch anh ngồi nối với vi điều khiển ................................................................22
Hình 3.3 Sơ đồ mạch nguyên lý của khối điều khiển trung tâm ........................................23

Hình 3.4 Sơ đồ mạch nguyên lý của khối hiển thị .............................................................27
Hình 3.5 Sơ đồ mạch nguyên lý của khối cảm biến ..........................................................27
Hình 3.8 Sơ đồ chân thẻ nhớ micro SD .............................................................................28
Hình 3.9 Sơ đồ mạch nguyên lý của khối micro SD ..........................................................29
Hình 3.10 Sơ đồ mạch nguyên lý của khối ESP 8266 .......................................................30
Hình 3.11 Sơ đồ chân của IC LM1117 ..............................................................................31
Hình 3.12 Sơ đồ mạch nguyên lý của khối nguồn .............................................................32
Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý tồn mạch ...............................................................................33
Hình 4.1 Sơ đồ bố trí linh kiện trong mạch........................................................................35
Hình 4.2 Mạch in lớp dưới .................................................................................................35
Hình 4.2 Mạch in lớp trên ..................................................................................................36
Hình 4.4 Hình 3D của mạch ...............................................................................................36
viii


Hình 4.5 Mạch sau khi lắp ráp hồn chỉnh ........................................................................38
Hình 4.6 Mặt trước sản phẩm sau khi đóng gói .................................................................39
Hình 4.7 Lưu đồ chương trình chính..................................................................................40
Hình 4.8 Lưu đồ chương trình con cảm biến PIR ..............................................................41
Hình 4.9 Lưu đồ chương trình con Scan cảm ứng .............................................................42
Hình 4.10 Lưu đồ chương trình con trình chiếu hình ảnh .................................................43
Hình 4.11 Chương trình con hiển thị thời gian ..................................................................44
Hình 4.12 Chương trình con hiển thị thời tiết ....................................................................45
Hình 4.13 Lưu đồ chương trình con hiển thị thời tiết ........................................................46
Hình 4.13 Lưu đồ chương trình chính cho Node MCU .....................................................47
Hình 4.15 Lưu đồ chương trình con UART ESP ...............................................................48
Hình 4.13 Biểu tượng phần mềm STM32CubeMX ...........................................................49
Hình 4.14 Biểu tượng phần mềm Keil ...............................................................................49
Hình 4.15 Tạo project mới trên STM32CubeMx ..............................................................50
Hình 4.16 Cấu hình chip trên STM32CubeMx ..................................................................50

Hình 4.17 Cấu hình xung nhịp trên STM32CubeMX ........................................................51
Hình 4.18 Cấu hình ngoại vi trên STM32CubeMX ...........................................................51
Hình 4.19 Tạo code trên STM32CubeMX.........................................................................52
Hình 4.20 Giao diện phần mềm lập trình Keil C ...............................................................52
Hình 4.20 Thiết lập cấu hình cho Keil C ...........................................................................53
Hình 4.21 Thiết lập cấu hình cho Keil C ...........................................................................53
Hình 4.22 Buid và nạp code lên chip .................................................................................54
Hình 4.23 Biểu tượng phần mềm lập trình IDE Arduino ..................................................54
Hình 4.24 Giao diện phần mềm lập trình IDE Arduino sau khi khởi động .......................55
Hình 4.25 Chọn Board trên IDE Arduino ..........................................................................55
Hình 4.26 Chọn Port trên IDE Arduino .............................................................................56
ix


Hình 4.27 Biên dịch và nạp code .......................................................................................56
Hình 4.28 Biểu tượng phần mềm Visual Studio ................................................................57
Hình 4.29 Ứng dụng sau Visual Studio khi khởi động ......................................................58
Hình 4.30 Tạo dự án mới với Visual Studio ......................................................................58
Hình 4.31 Cấu hình cho dự án ...........................................................................................59
Hình 4.32 Giao diện thiết kế của Visual Studio .................................................................59
Hình 4.33 Giao diện lập trình của Visual Studio ...............................................................60
Hình 4.34 Ứng dụng sau khi được khởi động ....................................................................61
Hình 4.35 Chọn ảnh từ máy tính ........................................................................................61
Hình 4.36 Lưu ảnh vào thẻ nhớ ngồi ................................................................................62
Hình 4.37 Quy trình thao tác của sản phẩm .......................................................................62
Hình 4.38 Màn hình hiển thị báo hiệu sản phẩm đã hoạt động .........................................63
Hình 4.39 Chế độ trình chiếu hình ảnh ..............................................................................63
Hình 4.40 Chế độ hiển thị thời gian thực ...........................................................................64
Hình 4.41 Chế độ hiển thị thời tiết .....................................................................................64
Hình 4.42 Chọn khu vực hiển thị thời tiết .........................................................................65

Hình 5.1 Sản phẩm hoạt động ở chế độ hiển thị hình ảnh .................................................67
Hình 5.2 Sản phẩm hoạt động ở chế độ hiển thị thời gian .................................................67
Hình 5.3 Sản phẩm hoạt động ở chế độ hiển thị thời tiết ...................................................68
Hình 5.4 Chọn khu vực thời tiết .........................................................................................68
Hình 5.5 Kết quả ứng dụng trên máy tính ..........................................................................69
Hình 5.6 Hình ảnh mới được đưa vào qua ứng dụng máy tính ..........................................69

x


LIỆT KÊ BẢNG
Trang
Bảng 2.1 Danh sách icon tương ứng với dữ liệu nhận về từ website openweathermap.org
............................................................................................................................................18
Bảng 3.1 Chức năng các chân của màn hình LCD TFT 7inch WaveShare .......................25
Bảng 3.2 Chức năng các chân thẻ nhớ micro SD ..............................................................28
Bảng 3.3 Danh sách nguồn và dòng sử dụng của các linh kiện, module. ..........................30
Bảng 4.1 Danh sách các linh kiện sử dụng ........................................................................37

xi



DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
MCU: Microcontroller Unit
LCD: Liquid crystal Display
SD: Secure Digital
IC: Integrated Circuit
GPIO: General-purpose input/output
I2C: Inter-integrated Circuit

SPI: Serial Peripheral Interface
ADC: Analog-to-Digital Converter
USB: Universal Serial Bus
RTC: Real Time Clock
DMA: Direct Memory Access
UART: Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
CAN: Controller Area Network
TFT: Thin-Film Transistor
PIR: Passive Infrared Sensor
TCP/IP: Transmission Control Protocol/ Internet Protocol
IDE: Integrated Development Environment
FSMC: Flexible Static Memory Controller
PCB: Printed Circuit Board
3D: 3-Dimensional
VOM: Volt-Ohm-Milliammeter
CMD: Command
HTTP: HyperText Transfer Protocol


TĨM TẮT
Tranh ảnh là vật trang trí thường được vận dụng trong các thủ pháp trang trí tường
nhà nội thất, đặc biệt là tường phòng khách, phòng ngủ, phòng làm việc. Sự xuất hiện
của những bức hình làm giảm bớt sự đơn điệu trong kiến trúc, tăng thêm chiều sâu
cho khơng gian và làm nổi bật cá tính cũng như gu thẩm mỹ của chủ nhà. Hơn nữa
nó cịn được trang trí ở những sự kiện đặc biệt như sinh nhật, đám cưới, lễ kỉ
niệm …hoặc là hình ảnh quảng cáo sản phẩm cho một cửa hàng, quán ăn, shop thời
trang … khi có sản phẩm mới hoặc có chương trình khuyến mãi nào đó.
Từ những nhu cầu thực tế đó chúng em đã thực hiện đề tài: “Thiết kế và thi cơng
khung ảnh điện tử” để những hình ảnh mà người sử dụng muốn hiển thị sẽ được trình
chiếu trên màn hình 7 inch. Ứng dụng trên máy tính sẽ giúp người dùng thêm ảnh mà

người dùng muốn thêm vào hệ thống, ngồi chức năng trình chiếu hình ảnh sản phẩm
cịn có chức năng xem thời gian và thời tiết tại một số khu vực.


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Trước đây sau khi những bức ảnh chụp được sau một chuyến du lịch, một kỳ nghỉ
hay một lễ kỷ niệm nào đó ta thường in ảnh ra để nhìn lại, trưng bày tại phịng khách,
phịng ngủ, góc học tập, góc làm việc… Việc đó rất tốn kém nếu số lượng ảnh nhiều
và số lượng bức ảnh trưng bày cũng có hạn.
Ngày nay chúng ta đang sống ở một thời đại rất phát triển đặc biệt là công nghệ,
máy ảnh kỹ thuật số ngày càng phổ biến, smartphone ngày càng rẻ và tiện dụng để
lưu lại những khoảnh khắc nên nhu cầu chụp ảnh ngày càng nhiều. Việc trưng bày
ảnh mà có thể thay đổi một cách liên tục những bức ảnh yêu thích là một sự cần thiết.
Trên thị trường hiện nay cũng có nhà sản xuất làm một thiết bi có thể trình chiếu
những bức ảnh, ví dụ như “Khung Ảnh Điện Tử Thông Minh W-M3” của WeChat, …
và cũng có một dự án nhỏ mang tên “Tự làm "khung tranh thơng minh" với Raspberry
Pi” trên diễn đàn tinhte.vn.
Chính vì thế với mong muốn góp phần vào ý tưởng đó nhóm đã nghĩ ra ý tưởng
một thiết bị có thể trình chiếu tự động các bức ảnh mà ta muốn lên màn hình thay vì
phải in ảnh ra, đề tài mang tên “Thiết kế và thi công khung ảnh điện tử”.
Khung ảnh điện tử sẽ là món quà mang ý nghĩa tinh thần cho gia đình (lưu giữ
những khoảnh khắc của các thành viên trong gia đình, gắn kết mọi người trong nhà
với nhau). Cũng được sử dụng trong cơ quan, công ty, nơi để trưng bày những cột
mốc phát triển của doanh nghiệp, sản phẩm nổi bật giúp khách hàng và đối tác tin
tưởng giúp gắn bó các thành viên trong cơng ty với nét văn hóa đặc trưng được thể
hiện trong từng tấm ảnh, hiển thị các ghi chú việc cần làm trong ngày…

1.2 MỤC TIÊU
• Trình chiếu hình ảnh được lưu trong thẻ nhớ micro SD lên màn hình 7 inch
TFT đầy đủ kích thước, trực quan và chính xác.
• Hiển thị được thời gian thực tế, các yếu tố thời tiết như: nhiệt độ, độ ẩm, áp
xuất, tốc độ gió từ internet.
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
• Xây dựng ứng dụng trên máy tính để thêm ảnh mới vào khung ảnh.
• Phát hiện người xung quanh khu vực để cho phép hoặc không cho phép màn
hình hiển thị.

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp với đề tài Thiết kế và thi cơng khung
ảnh điện tử, nhóm chúng em đã hồn thành được những nội dung sau:
• Tìm hiểu và tham khảo các tài liệu, giáo trình, nghiên cứu các chủ đề,
các nội dung liên quan đến đề tài.
• Giao tiếp STM32F407VET6 với màn hình LCD 7 inch TFT và thẻ nhớ micro
SD để hiển thị hình ảnh.
• Giao tiếp STM32F407VET6 với ESP8266 qua chuẩn giao tiếp truyền thơng
UART để lấy dữ liệu từ internet.
• Thiết kế ứng dụng chạy trên máy tính bằng phần mềm Visua Studio để nạp ảnh
vào thẻ nhớ.
• Thiết kế mơ hình và lắp ráp các khối điều khiển.
• Chạy thử nghiệm mơ hình, cân chỉnh hệ thống.
• Đánh giá kết quả thực hiện.
• Viết báo cáo

• Đánh giá kết quả thực hiện.
• Báo cáo đề tài tốt nghiệp.

1.4 GIỚI HẠN
• Sử dụng màn hình LCD kích thước 7inch để hiển thị hình ảnh và các thơng tin
cần thiết.
• Dữ liệu thời tiết được lấy từ internet thơng qua module ESP8266 Node MCU.
• Ứng dụng trên máy tính bằng phần mềm Visua Studio để nạp ảnh vào thẻ nhớ.

1.5 BỐ CỤC
• Chương 1: Tổng Quan
Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung
nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
• Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Chương này giới thiệu các lý thuyết liên quan, các linh kiện, phần cứng sử dụng
trong thiết kế.
• Chương 3: Thiết Kế và Tính Tốn
Chương này tính tốn thiết kế hệ thống, thiết kế sơ đồ khối, chức năng từng khối
và ngun lý hoạt động từng khối.
• Chương 4: Thi cơng hệ thống
Chương này trình bày lưu đồ giải thuật chính, lưu đồ giải thuật con và giải thích,
thi cơng mạch, sơ đồ mạch layout, lắp ráp, kiểm tra đóng gói sản phẩm, thi cơng
mơ hình, lập trình code hệ thống.
• Chương 5: Kết quả, Nhận xét, Đánh giá

Chương này trình bày kết quả mơ hình, ứng dụng máy tính từ đó đưa ra đánh giá,
nhận xét.
• Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Chương này nêu lên kết luận chung về những gì đã thực hiện, đồng thời đưa ra ưu
khuyết điểm để đưa ra hướng phát triển cho đề tài.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 VI ĐIỀU KHIỂN ARM
2.1.1 Tổng quan về ARM
Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc là Acorn RISC Machine) là một loại cấu trúc vi
xử lý 32bit kiểu RISC (thuộc kiến trúc Hardvard, có tập lệnh rút gọn) được sử dụng
rộng rãi trong các thiết kế nhúng. Do có đặc điểm tiết kiệm năng lượng, các bộ CPU
ARM chiếm ưu thế trong các sản phẩm điện tử di động mà với các sản phẩm này việc
tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế quan trọng hàng đầu.
Việc thiết kế ARM được bắt đầu từ năm 1983 trong một dự án phát triển của cơng ty
máy tính Acorn. Nhóm thiết kế hồn thành việc phát triển mẫu gọi là ARM1 vào năm
1985, và vào năm sau nhóm hoàn thành sản phẩm “thực’’ gọi là ARM2 với thiết kế
đơn giản chỉ gồm 30.000 transistor. ARM2 có tuyến dữ liệu 32 bit, không gian địa
chỉ 26bit tức cho phép quản lý đến 64 Mbyte địa chỉ và 16 thanh ghi 32 bit. Thế hệ
sau, ARM3, được tạo ra với 4KB cache và có chức năng được cải thiện tốt hơn nữa.
Trải qua nhiều thế hệ nhưng lõi ARM gần như khơng thay đổi kích thước. ARM2 có
30.000 transistors trong khi ARM6 chỉ tăng lên đến 35.000. Ý tưởng của nhà sản xuất
lõi ARM là sao cho người sử dụng có thể ghép lõi ARM với một số bộ phận tùy chọn

nào đó để tạo ra một CPU hồn chỉnh, một loại CPU mà có thể tạo ra trên những nhà
máy sản xuất bán dẫn cũ và vẫn tiếp tục tạo ra được sản phẩm với nhiều tính năng
mà giá thành vẫn thấp. Ngày nay ARM được ứng dụng rộng rãi trên mọi lĩnh vưc của
đời sống: Robot, máy tính, điện thoại, xe hơi, máy giặt…
ARM Cortex được chia làm 3 dịng:
• Cortex-A: Bộ xử lý dành cho hệ điều hành và các ứng dụng phức tạp.
Hỗ trợ tập lệnh ARM, thumb, và thumb-2.
• Cortex-R: Bộ xử lý dành cho hệ thống đòi hỏi khắc khe về đáp ứng thời
gian thực. Hỗ trợ tập lệnh ARM, thumb và thumb-2.
• Cortex-M: Bộ xử lý dành cho dòng vi điều khiển, được thiết kế để tối
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
ưu về giá thành. Hỗ trợ tập lệnh Thumb-2.
Giá trị số nằm cuối tên của 1 dòng ARM cho biết về mưc độ hiệu suất tương đối của
dịng đó. Theo đó dịng ARM mang số 0 sẽ có hiệu suất thấp nhất. Tập đồn ST
Microelectronic đã cho ra mắt dòng STM32, vi điều khiển đầu tiên dựa trên nền lõi
ARM Cortex-M3 thế hệ mới do hãng ARM thiết kế, lõi ARM Cortex-M3 là sự cải
tiến của lõi ARMv7-M 32bit truyền thống, từng mang lại sự thành cơng vang dội cho
cơng ty ARM. Dịng STM32 thiết lập các tiêu chuẩn mới về hiệu suất, chi phí, cũng
như khả năng đáp ứng các ứng dụng tiêu thụ năng lượng thấp và tính điều khiển thời
gian thực khắt khe.

2.1.2 Vi điều khiển STM32F407VET6
Dòng STM32 tiêu thụ năng lượng cực thấp trong khi đó hiệu suất cực cao và
việc lập trình cũng rất dễ dàng. Với sư đồ sộ về ngoại vi (GPIO, I2C, SPI, ADC,
USB, Ethernet, CAN....).

Hình 2.1 Chip STM32F407VET6

STM32F407VET6 sử dụng dòng ARM Cortex-M4 hoạt động với tần số lên đến
168Mhz với các thông số:
Lõi ARM 32-bit Cortex M4 với clock max là 168Mhz.
Bộ nhớ:
•

512 Kbytes bộ nhớ Flash.

•

192 Kbytes SRAM.

Clock, reset và quản lý nguồn.
• Điện áp hoạt động 1.8V -> 3.6V.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• Power on reset (POR), Power down reset (PDR) và programmable voltage
detector (PVD).
• Sử dụng thạch anh ngồi từ 4Mhz đến 16Mhz.
• Thạch anh nội dùng dao động RC ở mode 8Mhz hoặc 40khz.
• Sử dụng thạch anh ngồi 32.768khz được sử dụng cho RTC.
• Trong trường hợp điện áp thấp:
• Có các mode: ngủ, ngừng hoạt động hoặc hoạt động ở chế độ chờ.

• Cấp nguồn ở chân Vbat bằng pin để hoạt động bộ RTC và sử dụng lưu trữ data
khi mất nguồn cấp chính.
ADC: 2 bộ ADC 12bit với 10 kênh cho mỗi bộ.
•

Khoảng giá trị chuyển đổi từ 0 – 3.6V.

•

Lấy mẫu nhiều kênh hoặc 1 kênh.

•

Có cảm biến nhiệt độ nội.

DMA: bộ chuyển đổi này giúp tăng tốc độ xử lý do khơng có sự can thiệp q sâu
của CPU.
•

7 kênh DMA.

•

Hỗ trợ DMA cho ADC, I2C, SPI, UART.

•

Timer: 7 timer

•

3 Timer 16 bit hỗ trợ các mode IC/OC/PWM.

•

1 timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động cơ với các mode bảo vệ như ngắt input,
dead-time…

•

2 watdog timer dùng để bảo vệ và kiểm tra lỗi.

•

1 sysTick timer 24 bit đếm xuống dùng cho các ứng dụng như hàm Delay….

Hỗ trợ 9 kênh giao tiếp bao gồm:
• 3 bộ I2C(SMBus/PMBus).
• 4 bộ USART, 2UART
• 3 SPIs
• 1 FSMC
• 2 bộ giao tiếp CAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• USB 2.0 full-speed
• 1 bộ giao tiếp SDIO/MMC

2.2 MODULE LCD TFT 7 INCH CẢM ỨNG ĐIỆN DUNG
Màn hình TFT là viết tắt của bóng bán dẫn phim mỏng (Thin Film Transistor), một
phiên bản cao cấp của màn hình LCD sử dụng một ma trận pixel. Ma trận pixel có
nghĩa là mỗi pixel được gắn vào một bóng bán dẫn và tụ điện riêng lẻ. Lợi thế của
màn hình TFT là tỷ lệ tương phản cao và có chi phí sản xuất thấp, do đó phù hợp cho
những thiết bị tầm trung. Tuy nhiên nhược điểm của màn hình TFT này là khơng có
góc nhìn rộng.

Hình 2.2 Các lớp màn hình LCD TFT

Cảm ứng điện dung là công nghệ cảm ứng dựa trên những thay đổi của điện tích
trên màn hình khi tay người, hoặc các vật có tích điện chạm nhẹ vào.
Màn hình cảm ứng điện dung sử dụng một tấm kiếng được phủ ion kim loại giúp
cho ánh sáng đi qua nhiều hơn đến 90%. Nhờ đó mà hình ảnh hiển thị rõ ràng hơn.
Lớp ion kim loại trên bề mặt kính sẽ tạo ra mạng lưới các tụ điện trên màn hình. Các
tụ điện này sẽ bị mất điện tích khi tay người hay các vật có điện chạm vào, nhờ đó hệ
thống chứa màn hình sẽ xác định được sự thay đổi này diễn ra ở đâu và tiến hành
cách thao tác theo ý người sử dụng. Nhờ vậy, màn hình cảm ứng dạng này có thể
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
được điều khiển bởi những "cái chạm" rất nhẹ từ ngón tay, tuy nhiên thường thì bạn
khơng thể sử dụng được với đồ cứng hay đeo găng tay.

Hình 2.3 Các lớp màn hình cảm ứng điện dung

Màn hình cảm ứng điện dung có độ chính xác và tin cậy cao nên được dùng rộng
rãi trong loại điện thoại và máy tính bảng hiện nay. Cảm ứng điện dung là không cần
lực tác động lên lớp cảm ứng nên rất nhạy và cảm nhận được nhiều điểm cùng tại một
thời điểm.
Về bản chất, cảm ứng điện dung có thể chia thành 2 loại: Một là cảm ứng đơn điểm,
chỉ nhận được tối đa 1 chạm trong quá trình thao tác. Và hai là đa điểm (multi-touch).
Với việc hiển thị hình ảnh thì màn hình là yếu tố vơ cùng quan trọng quyết định đến
chất lượng hình ảnh, trên thị trường có rất nhiều loại màn hình với kích thước và độ
phân giải khác nhau. Để hình ảnh hiển thị rõ rang, sắc nét và kích thước gọn gàng
vừa phải thì màn hình 7 inch là sự lựa chọn đúng đắn.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.4 Màn hình LCD TFT 7inch Waveshare

Module sử dụng là màn hình LCD TFT kích thước 7inch của hãng WaveShare,
màn hình được trang bị cảm ứng điện dung, độ phân giải màn hình 800x480, drive
điều khiển màn hình là IC RA8875 và tấm nền màn hình TFT mang lại hình ảnh sắc
nét và góc nhìn rộng.
Module hỗ trợ chuẩn giao tiếp song song 8080 8 bit /9 bit/16 bit/18 bit/24bit có lợi
thế về mặt tốc độ truyền dữ liệu giữ MCU với màn màn hình một cách nhanh chóng.
Tấm cảm ứng được điều khiển bởi IC GT811, là loại IC nhận biết cảm ứng điện
dung. Có thể nhận biết được tối đa 5 điểm.
Hoạt động sử dụng nguồn áp thấp từ 3V đến 3.6V và công suất tiêu thụ nhỏ (1W).

2.3 CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG PIR
PIR là chữ viết tắt của Passive InfraRed sensor (PIR sensor), tức là bộ cảm biến
thụ động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại (IR) chính là các
tia nhiệt phát ra từ các vật thể nóng. Trong các cơ thể sống, trong chúng ta ln có
thân nhiệt (thơng thường là ở 37 độ C), và từ cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia
nhiệt, hay còn gọi là các tia hồng ngoại, người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các
vật thể nóng đang chuyển động. Cảm biến này gọi là thụ động vì nó khơng dùng
nguồn nhiệt tự phát (làm nguồn tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các
nguồn phát nhiệt, đó là thân nhiệt của các thực thể khác, như con người con vật…

Hình 2.5 Mơ tả cảm biến chuyển động PIR

Đầu cảm biến là đầu dò PIR, loại bên trong gắn 2 cảm biến tia nhiệt, nó có 3 chân
ra, một chân nối masse, một chân nối với nguồn DC, mức áp làm việc có thể từ 3 đến
15V. Góc dị lớn. Để tăng độ nhậy cho đầu dị, Bạn dùng kính Fresnel, nó được thiết
kế cho loại đầu có 2 cảm biến, góc dị lớn, có tác dụng ngăn tia tử ngoại.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

10