YOMEDIA
ADSENSE
Thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm bằng mạng không dây
52
lượt xem 8
download
lượt xem 8
download
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
Bài viết Thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm bằng mạng không dây nghiên cứu giải pháp thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm sử dụng mạng không dây. Cảm biến được đặt tại các điểm cần đo. Dữ liệu sẽ được đưa về điểm trung tâm, sau đó đưa lên server. Người dùng có thể quan sát giá trị nhiệt độ, độ ẩm thông qua web được thiết kế trên server hoặc ứng dụng điện thoại.
AMBIENT/
Chủ đề:
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: Thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm bằng mạng không dây
- THU THẬP DỮ LIỆU NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM BẰNG MẠNG KHÔNG DÂY Nguyễn Quốc Vàng* *Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Lê Tấn Sang TÓM TẮT Môi trường sống đóng vai trò quan trọng đến sự phát triển cùa mọi cá thể, từ động vật đến con người. Con người cần môi trường làm việc, sinh hoạt, học tập, có nhiệt độ, độ ẩm dễ chịu, thoải mái. Rau, cải, tôm, cá đặc biệt cần một môi trường với nhiệt độ và độ ẩm phù hợp cho từng giai đoạn để tồn tại và phát triển tốt nhất. Do đó, việc theo dõi các thông số nhiệt độ, độ ẩm là cần thiết để kịp thời phát hiện và đưa ra các giải pháp xử lý. Khi mà các điểm cần đo nhiệt độ đạt số lượng lớn, các giải pháp sử dụng dây dẫn truyền tín hiệu trở nên khó thực hiện. Từ đó, nhóm chọn nghiên cứu giải pháp thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm sử dụng mạng không dây. Cảm biến được đặt tại các điểm cần đo. Dữ liệu sẽ được đưa về điểm trung tâm, sau đó đưa lên server. Người dùng có thể quan sát giá trị nhiệt độ, độ ẩm thông qua web được thiết kế trên server hoặc ứng dụng điện thoại. Từ khóa: mạng không dây, nhiệt độ, độ ẩm, môi trường 1. GIỚI THIỆU Trong nhiều nhà máy, đặc biệt là các nhà máy lớn, người quản lý luôn cần một hệ thống để có thể theo dõi được các thông số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm tại tất cả các phòng ban hay phân xưởng. Hiện nay, công việc này thường được ghi chép thủ công dẫn đến rất khó quản lý và không kịp phản ứng khi xảy ra sự cố. Nhu cầu theo dõi thông số nhiệt độ, độ ẩm cũng rất cấp thiết cho các kho nông sản, thủy sản. Khi mà việc thay đổi không mong muốn của các thông số môi trường có thể dẫn tới tổn thất lớn cho sản phẩm. Các thiết bị đo giá trị nhiệt độ, độ ẩm thì có nhiều trên thị trường, nhưng sản phẩm tích hợp thành một hệ thống duy nhất thì vẫn phát triển không ngừng trong nền công nghiệp 4.0 và lĩnh vực ioT hiện nay. Do đó, nhóm chọn nghiên cứu giải pháp thu thập dữ liệu từ nhiều điểm thông qua mạng không dây. Nhiều bài báo đã đưa ra các lý thuyết về mô hình mạng thu thập các thông số môi trường. “Overview of Sensor Networks” đã thực hiện mô hình thu thập dữ liệu môi trường nhằm mục đích tăng năng suất trong sản xuất, trong nông nghiệp và xây dựng [1]. “An Integrated Sensor Network System for Energy-Efficient Surveillance” đã đưa ra mạng cảm biến mang tên VigilNet để phát hiện vị trí các vật thể và truyền dữ liệu về điểm điều khiển [2]. Tác giả của bài báo “Context-Aware Wireless Sensor Networks for Assisted Living and Residential Monitoring” đưa ra mạng gọi là AlarmNet để ghi nhận lại các thông số môi trường, hoạt động sinh lý, thể chất 255
- của các cá nhân [3]. Hay trong công bố mang tên “Wireless Sensor Networks”, tác giả đã tổng hợp về các giải pháp dùng mạng cảm biến không dây, ứng dụng cho hàng ngàn thiết bị [4]. Từ đó, nhóm đặt mục tiêu nghiên cứu giải pháp thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm bằng mạng không dây. Dữ liệu được truyền lên server và có thể theo dõi thông qua web. Bố cục trình bày gồm phần 1: giới thiệu; phần 2: các mạng dữ liệu không dây; phần 3: Hệ thống thu thập dữ liệu không dây; và cuối cùng là phần 4 là kết luận và hướng phát triển. 2. CÁC MẠNG DỮ LIỆU KHÔNG DÂY 2.1 Wifi Công nghệ Wi-Fi ra đời từ giai đoạn đầu của Internet, dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.11, được phát triển như một sự thay thế không dây cho chuẩn có dây Ethernet IEEE 802.3. Wi-Fi đã được tích hợp vào các máy tính xách tay, máy tính bảng, điện thoại thông minh và smart TV. Wi-Fi cũng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng IoT do có thể tận dụng cơ sở hạ tầng Wi-Fi đã có. Hầu hết các mạng Wi-Fi hoạt động ở băng tần 2.4GHz. Wi-Fi cũng có thể hoạt động ở băng tần 5GHz, nơi có nhiều kênh hơn và tốc độ dữ liệu cao hơn. Mạng Wi-Fi có cấu trúc liên kết hình sao, với AP (access point) như là “internet gateway”. Công suất đầu ra của Wi-Fi đủ cao để có thể phủ sóng toàn bộ nhà trong hầu hết các trường hợp. Trong các tòa nhà lớn, nhiều hơn một AP sẽ được triển khai ở các vị trí khác nhau để tăng phạm vi phủ sóng của mạng, tuy nhiên vẫn có thể tồn tại các điểm chết. Để khắc phục trường hợp này, một số sản phẩm Wi-Fi sẽ tăng số lượng ăng-ten. Hầu hết các AP Wi-Fi đều yêu cầu hỗ trợ tới 250 thiết bị được kết nối đồng thời. Các AP “enterprise-grade” có thể hỗ trợ nhiều kết nối hơn nữa, trong khi các AP phổ biến khác xử lý không quá 50. Wi-Fi là công nghệ kết nối Internet không dây phổ biến nhất hiện nay. Tuy nhiên, công suất cao và độ phức tạp của nó đã là rào cản lớn đối với các nhà phát triển IoT, nhưng các thiết bị và module hiện nay đã giảm bớt nhiều rào cản này và cho phép tích hợp WiFi vào các ứng dụng IoT. 256
- Hình 1: Wifi và module ESP32 2.2 Bluetooth Ericsson đã phát minh ra công nghệ Bluetooth vào năm 1994 như một tiêu chuẩn cho giao tiếp không dây giữa điện thoại và máy tính. Bluetooth hoạt động trong băng tần ISM 2.4GHz, trước đây dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.15.1, nhưng sau đó phát triển và các tiêu chuẩn mới được quản lý bởi Bluetooth SIG. Bluetooth cổ điển là công nghệ PAN chủ yếu được sử dụng ngày nay để thay thế cáp cho giao tiếp tầm ngắn và chủ yếu là cấu trúc liên kết mạng điểm-điểm hoặc mạng hình sao. Nó sử dụng băng tần ISM 2.4GHz hỗ trợ thông lượng dữ liệu lên đến 2Mbps, với tối đa tám thiết bị được kết nối. Bluetooth năng lượng thấp, trước đây được gọi là Bluetooth Smart, là một của Bluetooth. Nokia ban đầu đã tạo ra Bluetooth năng lượng thấp và Bluetooth SIG đã đưa nó vào tiêu chuẩn Bluetooth 4.0 vào năm 2010 để tham gia vào không gian IoT năng lượng thấp. Bluetooth năng lượng thấp cũng sử dụng băng tần ISM 2.4GHz, nhưng không tương thích với Bluetooth cổ điển. Bluetooth năng lượng thấp sử dụng 40 kênh rộng 2MHz, trong khi Bluetooth cổ điển sử dụng 79 kênh rộng 1MHz. So với Bluetooth cổ điển, Bluetooth tiết kiệm năng lượng giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng của các thiết bị và cho phép hoạt động lâu dài. Hình 2: Bluetooth và module HC05 2.3 Zigbee Zigbee là một tiêu chuẩn mở được thiết kế, thúc đẩy và duy trì bởi Zigbee Alliance, một nhóm gồm hơn 400 công ty từ các ngành khác nhau. Zigbee được thiết kế để cung cấp một giải pháp kết nối toàn diện cho khả năng tương tác của thiết bị và kết nối đám mây. Kết nối không dây của Zigbee dựa trên lớp liên kết IEEE 802.15.4 và hoạt động ở băng tần ISM 2.4GHz. Lớp mạng của nó đã được thiết kế với “mesh-topology”; cung cấp khả năng mở rộng mạng về mặt địa lý thông qua các hoạt động “multihop”, cũng như khả năng chống lỗi và tăng độ tin cậy khi các đường dẫn dự phòng được tạo thông qua lưới. 257
- Một trong những lợi ích chính của Zigbee là nó cung cấp một giải pháp hoàn chỉnh, có khả năng tương tác thiết bị giữa các nhà sản xuất khác nhau. Trên thực tế, bộ giao thức Zigbee kết hợp thư viện cụm Zigbee: một thư viện tiêu chuẩn về các loại thiết bị, mô hình dữ liệu và hành vi được xây dựng bởi các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) hoạt động trong các lĩnh vực khác nhau và đã được chứng minh trong các triển khai thực tế trong nhiều năm. Hình 3: Zigbee và module CC2530 3. HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU KHÔNG DÂY 3.1 Cấu trúc mạng Mạng gồm hai thiết bị chính. Thứ nhất là điểm đo dữ liệu (Sensor node). Thứ hai là điểm trung tâm (Base station). Mạng được thiết kế gồm nhiều điểm do dữ liệu và được truyền về một điểm trung tâm thông qua sóng RF. Điểm trung tâm sẽ kết nối với router để tải dữ liệu lên server. Từ server, người quản lý có thể xem dữ liệu thông qua web bằng điện thoại hoặc máy tính. 258
- Hình 4: Cấu trúc mạng 3.2 Điểm thu thập dữ liệu Sử dụng module SI4463 để truyền dữ liệu không dây tại tần số 433Mhz. Nhiệt độ, độ ẩm được đo từ cảm biến SHT20. Vi điều khiển sử dụng là STM32L052 để tiết kiệm năng lượng. Hình 5. Module SI4463 Hình 6. Cảm biến SHT20 Mạch được thiết kế trên phần mềm Altium (Hình 7). Hình 7. Mạch PCB của điểm thu thập dữ liệu 3.3 Điểm trung tâm Cũng sử dụng module SI4463 để truyền dữ liệu không dây tại tần số 433Mhz. Vi điều khiển sử dụng là STM32F103 với tốc độ có thể xử lý được kết nối có dây Ethernet. 259
- Hình 8. Mạch PCB của điểm trung tâm 4. KẾT LUẬN Theo mục tiêu đề ra, nhóm đã tìm hiểu về các dạng mạng không dây truyền dữ liệu hiện nay. Sau đó, tiến hành ứng dụng thiết kế mạng thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm. Nhóm đã thiết kế mạch PCB, viết code truyền nhận dữ liệu không dây. Hiện tại nhóm đang dừng lại ở tiến hành làm mô hình thực nghiệm. Công việc sắp tới, nhóm sẽ đặt gia công mạch pcb, lập trình hoàn chỉnh cho các điểm dữ liệu và điểm trung tâm, lập trình web để theo dõi và cảnh báo về dữ liệu. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] D. Culler, D. Estrin and M. Srivastava, "Overview of Sensor Networks", Computer, pp. 41-49, Aug. 2004. [2] T. He, "An Integrated Sensor Network System for Energy-Efficient Surveillance", ACM Trans. Sensor Networks, pp. 1-28, Feb. 2006. [3] A. Wood, "Context-Aware Wireless Sensor Networks for Assisted Living and Residential Monitoring", IEEE Networks special issue, July/Aug. 2008. [4] John A. Stankovic, “Wireless Sensor Networks”, Computer, Volume: 41, Issue: 10, Oct. 2008. 260
Thêm tài liệu vào bộ sưu tập có sẵn:
Báo xấu
LAVA
AANETWORK
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Chịu trách nhiệm nội dung:
Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA
LIÊN HỆ
Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM
Hotline: 093 303 0098
Email: support@tailieu.vn