TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thiết kế giám sát đèn chiếu
sáng sử dụng mạng cảm biến
công nghệ LoRa
NGUYỄN ĐỨC MẠNH
Manh.nd162655@sis.hust.edu.vn
Ngành Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa
Chuyên ngành Tự động hóa Công nghiệp
Giảng viên hướng dẫn: TS. Đỗ Trọng Hiếu
Bộ môn: Tự động hóa Công nghiệp
Viện: Điện
i
Chữ ký của GVHD
Hà Nội, 7/2021
ii
ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Thiết kế giám sát đèn chiếu sáng sử dụng mạng cảm biến công nghệ LoRa.
Giáo viên hướng dẫn
Ký và ghi rõ họ tên
iii
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN
CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ.........................................................................................1
1.1 Sự cần thiết của các hệ thống đèn chiếu sáng công cộng......................1
1.2 Yêu cầu chung đối với hệ thống chiếu sáng đô thị................................2
1.3 Hệ thống chiếu sáng tại Việt Nam hiện nay...........................................2
1.3.1 Những hệ thống cũ............................................................................2
1.3.2 Những hệ thống và giải pháp chiếu sáng hiện nay.............................3
1.4 Đề xuất giải pháp thiết kế một hệ thống chiếu sáng tại Việt Nam.......8
1.4.1 Định hướng xây dựng hệ thống.........................................................8
1.4.2 Tổng quan về hệ thống chiếu sáng vừa được đề xuất........................9
1.5 Kết luận..................................................................................................10
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY...11
2.1 Mạng truyền thông không dây là gì?...................................................11
2.2 Nguyên lý hoạt động của truyền thông không dây.............................11
2.3 Đặc điểm của mạng truyền thông không dây......................................12
2.3.1 Hoạt động tin cậy............................................................................12
2.3.2 Phạm vi triển khai mạng truyền thông không dây rộng...................12
2.3.3 Vấn đề tiết kiệm năng lượng cho mạng truyền thông không dây.....12
2.4 Các ứng dụng của mạng truyền thông không dây..............................12
2.5 Các loại mạng truyền thông không dây thường được sử dụng hiện
nay 13
2.5.1 Công nghệ Bluetooth.......................................................................13
2.5.2 Công nghệ Wifi...............................................................................14
2.5.3 Công nghệ Zigbee...........................................................................14
2.5.4 Công nghệ LoRa..............................................................................15
2.6 Mạng không dây LoRa..........................................................................16
2.6.1 LoRa là gì?......................................................................................16
2.6.2 Các thông số của LoRa....................................................................16
2.6.3 Các tần số của LoRa........................................................................17
2.6.4 Các loại module LoRa hiện nay.......................................................18
2.7 Kiến trúc mạng truyền thông không dây trong hệ thống chiếu sáng......19
2.7.1 Kiến trúc mạng một đường..............................................................19
2.7.2 Kiến trúc hai đường.........................................................................19
2.7.3 Kiến trúc mạng ngã tư.....................................................................20
2.8 Kết luận..................................................................................................20
iv
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG HỆ MÔ HÌNH MẠNG CẢM BIẾN...................21
3.1 Mô hình hệ thống chiếu sáng và điều khiển chiếu sáng đề xuất........21
3.2 Mục tiêu thiết kế....................................................................................22
3.3 Kiến trúc hệ thống giám sát và chiếu sáng tự động............................22
3.4 Thiết kế nút cảm biến gắn trên cột đèn...............................................23
3.4.1 Mục tiêu thiết kế và cấu trúc phần cứng..........................................23
3.4.2 Tính toán thiết kế các phần tử..........................................................23
3.4.3 Lập trình cho nút mạng....................................................................30
3.5 Thiết kế mạch Gateway.........................................................................34
3.5.1 Tổng quan về Gateway....................................................................34
3.5.2 Yêu cầu bài toán, giải pháp xử lý và các chức năng của Gateway.....34
3.5.3 Module Raspberry Pi.......................................................................35
3.5.4 Raspberry Pi 3.................................................................................37
3.5.5 Module Lora Ra-02.........................................................................40
3.5.6 Thiết kế Gateway từ Module Raspberry và LoRa Ra-02.................40
3.5.7 Thiết kế phần mềm cho Gateway....................................................42
3.6 Hệ thống giám sát và điều khiển..........................................................45
3.7 Kết luận..................................................................................................47
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM....................................................48
4.1 Kết quả đạt được...................................................................................48
4.1.1 Hình ảnh sản phẩm thực tế..............................................................48
4.1.2 Khoảng cách truyền thực tế.............................................................49
4.2 Kịch bản thử nghiệm.............................................................................51
4.2.1 Điều khiển từng đèn riêng biệt........................................................51
4.2.2 Điều khiển toàn bộ 4 đèn.................................................................52
4.2.3 Sự cố đèn lỗi không sáng được........................................................53
4.2.4 Sự cố mất điện.................................................................................54
4.3 Kết luận..................................................................................................55
4.4 Hướng phát triển...................................................................................55
KẾT LUẬN…………………………………………………………………. 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................58
PHỤ
LỤC…………………………………………………………………….59
v