Ứng dụng mạng cảm biến không dây và điện toán đám mây để giám sát môi trường và điều khiển các thiết bị điện trong nhà

Bài báo trình bày phương pháp kết hợp mạng cảm biến không dây và điện toán đám mây để thiết lập hệ thống giám sát theo thời gian thực môi trường sống kèm theo chức năng điều khiển các thiết bị điện bên trong một tòa nhà. Hệ thống, được thiết kế theo kiến trúc đa tầng, được sử dụng để giám sát môi trường, quản lý hệ thống chiếu sáng, điều hòa không khí trong các lớp học ở đại học Hoa Sen. Mục tiêu là tạo ra môi trường học tập, làm việc phù hợp đồng thời giảm tiêu thụ điện năng. Mời các bạn cùng tham khảo!

Ứng dụng mạng cảm biến khơng dây điện tốn đám mây để giám sát môi trường điều khiển thiết bị điện nhà Huỳnh Minh Đức Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Trường Đại Học Hoa Sen Email: duc.huynhminh@hoasen.edu.vn [3], cường độ ánh sáng [4], áp suất không khí, nồng độ loại khí gây nhiễm CO, CO2 , SO2 , NO2 , O3 [5], nồng độ bụi khơng khí [6] Các ứng dụng giám sát mơi trường phát triển nhanh chóng, áp dụng vào giám sát môi trường sống trồng, vật nuôi [7] nông trại, giám sát môi trường nhà kính [8], giám sát chất lượng khơng khí bên nhà [9], nhiễm khơng khí mơi trường bên ngồi [10], giám sát khí hậu [11] giám sát mơi trường rừng [12] Trong dự án đại học Hoa Sen, xây dựng hệ thống giám sát theo thời gian thực số nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, ánh sáng, loại khí gây nhiễm CO, CO2 , NO2 môi trường sống bên nhà Hệ thống sử dụng để theo dõi số khơng khí bên lớp học, phòng làm việc đại học Hoa Sen Bên cạnh chức giám sát môi trường từ xa, chúng tơi cịn nghiên cứu tích hợp vào hệ thống chức điều khiển từ xa thiết bị điện, giúp người chủ động sử dụng thiết bị điện cách hợp lý Trước tiên, nhóm thử nghiệm nguyên mẫu bao gồm cảm biến đo giá trị nhiệt độ, độ ẩm khơng khí rơ le điều khiển đèn máy lạnh Thiết kế hệ thống mở nên dễ dàng đặt thêm cảm biến rơ le khác Các cảm biến bố trí nhiều vị trí khác lớp học, phòng làm việc để thu thập liệu Các liệu, sau đó, gửi trạm thu gọi Gateway thông qua mạng cảm biến không dây (WSN) WSN kết hợp hệ thống nhúng truyền thông không dây để truyền liệu nút cảm biến dựa mạng không dây tùy biến WSN tập hợp nút cảm biến bao gồm mạch vi điều khiển, cảm biến, mô đun truyền thông không dây nguồn điện Cảm biến thu thập liệu, mạch vi điều khiển xử lý liệu, nút trao đổi phần hay toàn liệu với nút khác, trạm thu nhờ vào mô đun truyền thông Các nút cảm biến thường cấp lượng nguồn điện độc lập nên thời gian hoạt động phụ thuộc vào nguồn điện Nhằm giảm lượng tiêu thụ, chế truyền đa chặng áp dụng trình truyền liệu Wifi [13], Bluetooth [14], ZigBee [4], [5] giao thức truyền thông triển khai WSN Tóm tắt—Bài báo trình bày phương pháp kết hợp mạng cảm biến khơng dây điện tốn đám mây để thiết lập hệ thống giám sát theo thời gian thực môi trường sống kèm theo chức điều khiển thiết bị điện bên tòa nhà Hệ thống, thiết kế theo kiến trúc đa tầng, sử dụng để giám sát môi trường, quản lý hệ thống chiếu sáng, điều hịa khơng khí lớp học đại học Hoa Sen Mục tiêu tạo môi trường học tập, làm việc phù hợp đồng thời giảm tiêu thụ điện Mạng cảm biến, theo chuẩn IEEE 802.15.4/ZigBee, bao gồm nút điều phối thành phần mạng, nút định tuyến liệu nút cảm biến cấu tạo từ mạch vi điều khiển Arduino/WeMos, mô đun truyền thông Xbee, cảm biến DHT22 rơ le Nút cảm biến thu thập liệu, truyền liệu theo nút định tuyến nút điều phối đóng vai trị Gateway Gateway truyền liệu máy chủ cloud để xử lý, lưu trữ thông qua giao thức MQTT Hệ thống cung cấp giao diện web ứng dụng điện thoại cho người dùng giám sát số môi trường lớp học thời điểm khác Từ khóa—Giám sát mơi trường, mạng cảm biến khơng dây, điện toán đám mây, ZigBee, Arduino, WeMos ESP8266, Xbee S2, MQTT I GIỚI THIỆU Cách mạng công nghiệp 4.0, đột phá kết nối vạn vật (IoT), trí tuệ nhân tạo, điện tốn đám mây, liệu lớn, diễn mạnh mẽ vài năm gần đây, tạo nên cách mạng sản xuất công nghiệp, nông nghiệp dịch vụ phục vụ đời sống xã hội Song song với phát triển này, giới đối diện với nhiều thách thức trước biến đổi khí hậu, nạn ô nhiễm môi trường, vấn đề giảm tiêu thụ lượng có điện Do đó, tạo mơi trường sống số giám sát, giảm thiểu ô nhiễm, tiết kiệm lượng, nhiều tổ chức phủ đặc biệt quan tâm Sự phát triển nhanh chóng cơng nghệ điện tử viễn thơng nhiều cơng trình nghiên cứu IoT, thập niên qua, áp dụng vào nhiều lĩnh vực đời sống Trong số đó, có nhiều cơng trình nghiên cứu liên quan đến ứng dụng giám sát môi trường [1] Hệ thống giám sát môi trường hệ thống đo đạc, kiểm soát số mơi trường nhiệt độ, độ ẩm khơng khí [2] đất 43 Hình Mơ hình kiến trúc hệ thống tổng thể WSN nhóm xây dựng dựa giao thức ZigBee thiết bị hỗ trợ ZigBee có kích thước nhỏ, chi phí thấp, cơng suất thấp, linh hoạt dễ triển khai Xbee mô đun truyền thông nút cảm biến với Gateway Mạch Arduino Uno đơn vị xử lý liệu nút cảm biến Tại Gateway, mạch WeMos D1 đóng vai trị truyền liệu từ Gateway máy chủ đặt cloud, từ người dùng giám sát từ xa, theo thời gian thực, số mơi trường trình duyệt web máy tính cá nhân, ứng dụng smartphone Nhiệt độ, độ ẩm tương đối môi trường thu thập cảm biến DHT22, thiết bị điện điều khiển rơ le Trong phần báo, chúng tơi trình bày kiến trúc hệ thống, thiết bị để thiết lập WSN mục II, phần mềm yêu cầu để lập trình phát triển hệ thống mục III trình xây dựng, thử nghiệm hệ thống môi trường thật với kết thu mục IV Cuối cùng, phần V, kết luận báo định hướng mở rộng nghiên cứu thông thấp, công suất thấp, chi phí thấp, xây dựng dựa chuẩn IEEE 802.15.4, chuẩn sử dụng tín hiệu vơ tuyến (RF) có tần sóng ngắn Các thiết bị theo chuẩn Zigbee hoạt động băng tần 868MHz khu vực châu Âu Nhật Bản, 915MHz khu vực Bắc Mỹ, 2.4GHz khu vực khác Băng tần 2.4GHz có 16 kênh tín hiệu, 10 kênh tín hiệu băng tần 915MHz kênh tín hiệu băng tần 868MHz WSN với Zigbee có ba kiểu nút, nút điều phối (ZC), nút định tuyến (ZR) thiết bị đầu cuối (ZED), cấu tạo từ mạch vi điều khiển, mô đun truyền thông, cảm biến, rơ le, nguồn điện 1) Mạch vi điều khiển: Các ZR, ZED xây dựng với mạch Arduino Uno Revision (Uno) trung tâm xử lý liệu Arduino tảng điện tử nguồn mở, tạo mạch vi điều khiển dễ sử dụng Arduino thường mạch vi điều khiển nguyên mẫu thử nghiệm WSN Mạch Uno hoạt động dựa vi điều khiển ATmega328 Uno có 14 chân vào/ra kỹ thuật số chân dùng làm chân PWM, chân vào analog có nhãn A0-A5, chi tiết Uno thể Hình 2a ATmega328 có điện áp hoạt động 5V, nhớ Flash 32KB 0.5KB cấp cho Bootloader, SRAM 2KB, EEPROM 1KB, tốc độ xung nhịp 16MHz Bên cạnh Uno [2], số cơng trình sử dụng mạch Arduino Mega [4], vi xử lý ARM [16] ZC thiết lập với mạch WeMos D1 Revision (WeMos) làm nhiệm vụ xử lý truyền liệu máy chủ WeMos D1 R2, với mô đun Wifi Soc ESP-8266EX trung tâm, mạch vi điều khiển, truyền thơng khơng dây chuẩn IEEE 802.11 WeMos có 11 chân vào/ra kỹ thuật số, trừ chân D0, có ngắt, PWM I2C, chân vào analog có nhãn A0 với chi tiết mô tả Hình 2b WeMos có vi xử lý 32 bits, tốc độ xung nhịp 80/160MHz, nhớ Flash 4MB, điện áp hoạt động 3,3V, tích hợp Wifi 2,4GHz, kích thước 68.6mm x 53.4mm, trọng lượng 21.8g WeMos thiết kế với hình dáng bố cục tương tự Uno nên hoạt động Uno Các mạch Uno, WeMos lập trình nhờ vào cổng USB Chương trình Arduino chạy WeMos II KIẾN TRÚC HỆ THỐNG Các ứng dụng giám sát mơi trường, cơng trình trước đây, phát triển dạng ứng dụng chạy máy tính cá nhân (PC) ứng dụng web chạy máy chủ Đối với dạng thứ [2], Gateway giao tiếp với PC qua cổng nối tiếp, ứng dụng mang tính cục chạy PC Đối với dạng thứ hai, Gateway giao tiếp với máy chủ qua mạng internet khơng dây [9] hay có dây [15], người dùng dễ dàng truy xuất từ xa thông tin từ máy chủ trình duyệt web PC Hệ thống này, Hình 1, thuộc dạng thứ hai, thiết kế theo kiến trúc đa tầng, có ba tầng bao gồm tầng biên WSN làm nhiệm vụ thu thập liệu, tầng máy chủ chứa ứng dụng web xử lý liệu, lưu trữ liệu, trình bày thơng tin tầng trình bày giao diện người dùng A Yêu cầu phần cứng tầng biên ZigBee giao thức truyền thông chuẩn cho ứng dụng mạng khơng dây (WPAN) tầm ngắn có băng 44 (a) Arduino Uno R3 Hình Xbee S2C sơ đồ chân mạch giao tiếp Xbee cấu hình, gán địa truyền nhận liệu thơng qua USB Adapter có tích hợp IC chuyển đổi nguồn 3.3V IC FT232RL chuyển USB sang UART kết nối máy tính 3) Cảm biến DHT22 mơ đun rơ le 5V: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm kỹ thuật số DHT22 cảm biến kép có đầu chân mang tín hiệu kỹ thuật số nhiệt độ độ ẩm hiệu chỉnh DHT22 có kích thước nhỏ, tiêu thụ điện thấp, độ tin cậy độ ổn định cao DHT22 đo độ ẩm dạng điện trở, có phận đo nhiệt độ NTC, kết nối với vi điều khiển bit xử lý nhanh, chống nhiễu, cho kết xác DHT22 có chân, Hình 4a, điện áp hoạt động 3.3–5.5V, dòng điện 2.5mA, đo độ ẩm 0%RH–99.9%RH sai số ±2%, đo nhiệt độ -40–80◦ C sai số ±0.5◦ C, tần số lấy mẫu 0.5Hz Rơ le công tắc vận hành điện Từ trường tạo dòng điện chạy cuộn dây bật đòn bẩy để thay đổi vị trí cơng tắc Rơ le có hai chế độ ON/OFF tùy thuộc vào dòng điện cuộn dây Mơ đun rơ le 5V đơn nhỏ gọn, có opto transistor cách ly giúp đảm bảo an toàn cho mạch vi điều khiển Rơ le có ba tiếp điểm đóng ngắt NC, NO COM, Hình 4b, điện áp hoạt động 5V, dịng điện 80mA, điện áp đóng ngắt tối đa AC250V10A DC30V-10A (b) WeMos D1 R2 Hình Sơ đồ chân mạch Arduino Uno R3 WeMos D1 R2 2) Mô đun Xbee S2C mạch giao tiếp Xbee: Mô đun truyền thông ZC, ZR, ZED mạch thu phát Xbee S2C RF, sản phẩm Digi International, Hình 3a Xbee trao đổi liệu thông qua giao thức mạng không dây IEEE 802.15.4/ZigBee băng tần ISM 2.4GHz, kết nối nhanh mạng đa điểm hay mạng ngang hàng Xbee có địa MAC 64 bits địa mạng 16 bits, có khả kết nối 255 thiết bị mạng, tự động định tuyến để tạo đường truyền liệu nút Xbee truyền liệu RF lên đến 250 Kbps phạm vi 60m bên nhà 1200m trời Xbee cung cấp tập lệnh AT (Transparent) hay chế độ API (Application Programming Interface) để người dùng tự cấu hình Xbee Xbee có 20 chân Hình 3b, thiết kế lý tưởng cho ứng dụng tiết kiệm điện, nơi khó lắp đặt mạng có dây Mạch giao tiếp Arduino Xbee (Arduino Xbee shield), Hình 3d, tương thích với Xbee Standard Xbee Pro, giúp dễ dàng kết nối Xbee với mạch Arduino Mạch tích hợp IC chuyển nguồn 3.3V, Led báo trạng thái (ON/SLEEP, RSSI, ASS) công tắc để chọn chế độ kết nối Xbee với Arduino USB máy tính Với đế mạch thu phát Xbee USB (Adapter), Hình 3c, người dùng kết nối Xbee với phần mềm máy tính để B Mơ hình mạng ZigBee Các mơ hình mạng ZigBee thường gặp phổ biến mạng hình sao, hình lưới Trong mạng hình sao, có ZC chịu trách nhiệm khởi tạo, quản lý ZED Các ZED giao tiếp trực tiếp với ZC Mơ hình mạng hình đơn giản, dễ triển khai Trong mơ hình dạng lưới, mạng ZigBee mở rộng với số ZR quản lý ZC Mạng lưới cho phép nút giao tiếp với nút lân cận để truyền liệu Nếu nút bị lỗi, liệu tự động định tuyến đến nút khác nên đường truyền bị lỗi, nút tìm đường truyền thay Mạng lưới, thuộc dạng mạng ngang hàng, mạng truyền liệu đa chặng 45 Hình Kiến trúc phần cứng ZC ZR/ZED WSN Hình Cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm DHT22 mô đun rơ le 5V đơn thông điệp hai tầng Chúng sử dụng giao thức MQTT thay cho giao thức HTTP [4], [5], [15] MQTT giao thức truyền thơng điệp theo mơ hình publish/subscribe, sử dụng băng thông thấp, độ tin cậy cao, hoạt động môi trường có độ trễ cao có đường truyền khơng ổn định MQTT, phù hợp với thiết bị IoT, giao thức lý tưởng cho ứng dụng M2M (Machine-to-Machine) Để thử nghiệm nhanh nguyên mẫu, tầng triển khai Beebotte, tảng đám mây kết nối đối tượng theo thời gian thực, tích hợp WS, DBMS giao thức MQTT Tầng trình bày giao diện người dùng Đó giao diện web dành cho trình duyệt web PC hay ứng dụng di động smartphone HTTP MQTT giao thức giao tiếp tầng tầng trình bày Chức nút ZR mạng hình mở rộng phạm vi mạng Các nút ZED kết nối với nút ZC ZR gọi nút Chỉ có nút ZC, ZR có nút Mỗi nút ZED giao tiếp với nút cha Nhược điểm mạng hình nút cha bị lỗi nút chúng giao tiếp với nút khác mạng cho dù hai nút gần Với nhiều ưu điểm, WSN tầng biên thiết kế theo mơ hình dạng lưới Ngồi mạng lưới [5], mạng hình chọn cho WSN nghiên cứu [4], [15] C Thiết kế hệ thống Hình thể kiến trúc tổng thể hệ thống Tầng biên WSN/ZigBee có mơ hình dạng lưới, bao gồm ba thành phần ZED, ZR, ZC ZED ZR đảm nhận truyền, nhận liệu RF mạng ZR có tính định tuyến gói liệu truyền mạng ZED khơng Pin nguồn cấp điện cho ZED nên ZED tối ưu cho công suất tiêu thụ nhỏ nhờ vào chế độ ngủ Mạch vi điều khiển ZED, ZR Uno kết nối với mô đun truyền thông Xbee nhờ vào mạch Arduino Xbee shield, Hình 5b Nguồn điện từ Uno cấp cho Xbee, cảm biến DHT22, mô đun rơ le 5V Chân liệu DHT22 chân tín hiệu rơ le kết nối với chân vào/ra kỹ thuật số Uno Hình 5b ZC khởi tạo PAN (Personal Area Network) cách chọn kênh tín hiệu PAN ID thích hợp ZC cho phép ZR, ZED tham gia PAN, truyền, nhận liệu RF, định tuyến liệu truyền mạng ZC mạng ZigBee, Gateway truyền liệu từ WSN máy chủ ZC cấu tạo mạch WeMos mô đun Xbee kết nối với qua mạch Arduino Xbee shield, Hình 5a Xbee cấp điện từ nguồn điện WeMos Tầng máy chủ (AS) chứa hai thành phần: máy chủ ứng dụng web (WS) hệ quản trị sở liệu (DBMS) WS chứa ứng dụng web làm nhiệm vụ xử lý liệu từ tầng biên gửi về, lưu liệu vào DBMS, chuyển liệu thành thông tin giám sát, chuyển lệnh điều khiển thiết bị từ người dùng xuống tầng biên Quá trình truyền liệu tầng biên tầng thực dựa giao thức MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) thông qua MQTT Broker điều phối III CÁC PHẦN MỀM YÊU CẦU Phần mềm phát triển hệ thống gồm có cơng cụ để thiết kế, lập trình hệ thống phần mềm thư viện hỗ trợ xây dựng hệ thống Các công cụ, phần mềm, thư viện phần mềm miễn phí, mã nguồn mở A Cơng cụ thiết kế lập trình 1) Lập trình Arduino: Mạch Arduino lập trình Arduino IDE, ứng dụng nguồn mở tải miễn phí từ website Arduino Arduino IDE viết Java, làm việc tảng Windows, MacOSX Linux Ngơn ngữ lập trình Arduino dựa ngơn ngữ C/C++ Arduino IDE giúp dễ dàng viết, tải chương trình lên mạch tương thích với tất mạch Arduino Một ứng dụng khác PlatformIO, hệ sinh thái nguồn mở để lập trình IoT Được viết Python, chạy đa tảng, PlatformIO khơng có đầy đủ tính Arduino IDE mà cịn cơng cụ lập trình thơng minh 2) Lập trình Xbee: XCTU ứng dụng đa tảng tương thích với Windows, MacOSX Linux XCTU thiết kế cho người phát triển hệ thống tương tác dễ dàng với mô đun Xbee RF thông qua giao diện đồ họa đơn giản dễ sử dụng Nó cung cấp cơng cụ để thiết lập, cấu hình, kiểm tra mơ đun Xbee RF XCTU tải miễn phí từ website Digi International Không XCTU, CoolTerm, TeraTerm ZTerm có chức cấu hình Xbee 46 B Phần mềm thư viện 1) Ứng dụng dành cho người dùng: Giám sát môi trường điều khiển thiết bị từ xa thực PC với trình duyệt web ứng dụng MQTT Dash máy tính bảng, smartphone chạy Android Với MQTT Dash, người dùng dễ dàng tạo bảng điều khiển cho thiết bị ứng dụng IoT MQTT Dash có sẵn cửa hàng Google Play 2) Thư viện lập trình ZC, ZR, ZED: Dữ liệu trao đổi tầng biên tầng trải qua hai giai đoạn: tầng biên Gateway với máy chủ Các nút WSN tầng biên truyền liệu qua mô đun Xbee điều khiển thành phần thư viện xbee-arduino Xbee-arduino cho phép Xbee S1 Xbee S2 giao tiếp với chế độ API Thư viện hỗ trợ hầu hết loại gói tin bao gồm TX/RX, AT Command, Remote AT, I/O Samples, Modem Status Gateway lập trình dựa vào thư viện Adafruit MQTT để truyền thông với máy chủ qua giao thức MQTT Adafruit MQTT, thư viện MQTT client, chạy tảng Adafruit FONA, Arduino Yun, ESP8266 Ethernet shield kết nối Gateway với máy chủ qua Wifi Thư viện tạo quản lý gói tin Xbee, đọc liệu từ cảm biến kiểu DHT Hình Sơ đồ bố trí ZC, ZR ZED Bảng I THAM SỐ CẤU HÌNH XBEE TRÊN CÁC NÚT PAN ID JV CE NI API mode ZC 1411 Enabled [1] Enabled [1] Coordinator ZR 1411 Enabled [1] ZED 1411 Enabled [1] Router End Device ZC kết nối với WiFi; đọc giá trị nhiệt độ, độ ẩm nhận từ ZR, ZED; gửi giá trị nhiệt độ, độ ẩm lên Beebotte (b) Điều khiển thiết bị điện từ Beebotte • Bật/tắt thiết bị từ bảng điều khiển Beebotte • ZC nhận u cầu từ Beebotte; kiểm tra tên phịng (ví dụ A201) yêu cầu; chuyển yêu cầu đến ZR, ZED tương ứng • ZR, ZED kiểm tra lệnh yêu cầu từ ZC, tắt, bật 3) Bảng điều khiển Beebotte: Beebotte tảng đám mây thiết kế để vận hành ứng dụng IoT, giao thời gian thực có hỗ trợ REST, WebSockets MQTT Chúng xây dựng bảng điều khiển Beebotte giám sát liệu gởi từ WSN Mỗi nút ZR, ZED quản lý kênh bảng điều khiển, tài nguyên kênh đại diện cho kiểu liệu thu thập nút Như vậy, kênh tập hợp tài nguyên biểu diễn: kenh = {(tai nguyen, du lieu)1 , , (tai nguyen, du lieu)n } Các kênh có nhãn QA201-QA206 tạo bảng điều khiển tương ứng với nút E, D, B, C, F, G Mỗi kênh có hai tài nguyên nhiệt độ độ ẩm để lưu trữ nhiệt độ, độ ẩm môi trường, thể hiện: QA201 = {(T emperature, T ), (Humidity, RH)} Chức điều khiển thiết bị điện quản lý kênh chứa sáu tài nguyên Mỗi tài nguyên có kiểu liệu On/Off tạo Widget On/Off bảng điều khiển Kênh điều khiển có dạng: Control = {(A201, On/Of f ), , (A206, On/Of f )} • IV TRIỂN KHAI HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ A Phát triển nguyên mẫu thử nghiệm Chúng triển khai nguyên mẫu thử nghiệm Cơ sở Quang Trung 2, Đại học Hoa Sen WSN có ZC, hai ZR bốn ZED, có ký hiệu A, B, C, D, E, F, G, đặt phòng lab A211 sáu phòng học A201-A206 tầng 2, tòa nhà A Hình Mơ đun Xbee cấu hình để có firmware phù hợp với chức nút [17] Mỗi nút có firmware lập trình với hổ trợ thư viện mở rộng 1) Cấu hình Xbee: Mô đun Xbee ZC, ZR, ZED lập trình Coordinator, Router, End Device Chế độ truyền liệu AT API Xbee thiết lập Với chế độ AT, Xbee gửi, nhận liệu theo chế truyền tuần tự, khơng có kiểm sốt lỗi, liệu truyền khơng đồng Trong chế độ API, liệu định dạng frame có thơng tin đích đến, khối lượng liệu Chế độ API có hai loại API mode khơng gửi ký tự đặc biệt API mode có nên liệu bảo mật Xbee ứng dụng cần thiết lập tham số PAN ID, JV (Channel Verification), CE (Coordinator Enabled), NI (Node Identifier) API mode XCTU Bảng I Các tham số khác gán giá trị mặc định Xbee ZED chuyển qua trạng thái ngủ để tiết kiệm điện tham số Sleep Mode = Pin Hibernate[1] 2) Kịch lập trình ZC, ZR, ZED: (a) Gửi liệu lên Beebotte • ZR, ZED gửi giá trị nhiệt độ, độ ẩm thu thập từ DHT22 đến ZC 10s B Kết thực nghiệm Quá trình thử nghiệm nguyên mẫu thực sáu phòng học liên tục mười ngày Để đảm bảo tính xác liệu, ZED, ZR thu thập số nhiệt độ, độ ẩm 10 giây Dữ liệu thu thập từ 47 Định hướng xây dựng hệ thống thực tế, sử dụng openHAB, MySQL Mosquitto MQTT Broker thay cho Beebotte để tích hợp thêm đối tượng thơng minh có khả phân tích liệu, điều khiển thiết bị tùy theo thay đổi môi trường Chúng tơi quan tâm đến giảm chi phí xây dựng hệ thống cách sử dụng mô đun truyền thơng RF có giá thành thấp Xbee mạch RF NRF24L01+ LỜI CẢM ƠN Dự án nghiên cứu này, nằm khn khổ chương trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin vào môi trường giảng dạy học tập đại học Hoa Sen, tài trợ quỹ nghiên cứu phát triển đại học Hoa Sen TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] R Mittal and M P S Bhatia, “Wireless sensor networks for monitoring the environmental activities,” in 2010 IEEE International Conference on CI and CR, Dec 2010, pp 1–5 [2] V S Kale and R D Kulkarni, “Real time remote temperature and humidity monitoring using arduino and xbee s2,” IJIREEICE, vol 4, no 6, Jun 2016 [3] A Panwar, A Gaba, R Singh, and A Gehlot, “Soil and environment conditions based smart analysis system for plant growth using iot,” in IC, Control and Devices, 2018, pp 587–598 [4] G Marques and R Pitarma, “An indoor monitoring system for ambient assisted living based on internet of things architecture,” in Int J Environ Res Public Health, 2016 [5] M Benammar, A Abdaoui, S H M Ahmad, F Touati, and A Kadri, “A modular iot platform for real-time indoor air quality monitoring,” in Sensors, 2018 [6] H Ali, J K Soe, and S R Weller, “A real-time ambient air quality monitoring wireless sensor network for schools in smart cities,” in 2015 IEEE First ISC2, Oct 2015, pp 1–6 [7] M López, S Martínez, J Gómez, A Herms, L Tort, J Bausells, and A Errachid, “Wireless monitoring of the ph, nh4+ and temperature in a fish farm,” Procedia Chemistry, vol 1, 2009 [8] S Gong, C Zhang, L Ma, J Fang, and S Wang, “Design and implementation of a low-power zigbee wireless temperature humidity sensor network,” in Computer and CT in Agriculture IV Springer Heidelberg, 2011, pp 616–622 [9] G Marques and R Pitarma, “Monitoring health factors in indoor living environments using internet of things,” in Recent Advances in IS and Technologies Springer Publishing, 2017, pp 785–794 [10] N P T Amol R Kasar, Dnyandeo S Khemnar, “Wsn based air pollution monitoring system,” IJSEA, vol 2, pp 55 – 59, 2013 [11] Y K Lee, Y J Jung, and K H Ryu, “Design and implementation of a system for environmental monitoring sensor network,” in Advances in Web and NT, and IM Springer Heidelberg, 2007 [12] X Jiang, G Zhou, Y Liu, and Y Wang, “Wireless sensor networks for forest environmental monitoring,” in The 2nd InterConference on IS and Engineering, Dec 2010, pp 2514–2517 [13] O A Postolache, J M D Pereira, and P M B S Girao, “Smart sensors network for air quality monitoring applications,” IEEE Transactions on I&M, vol 58, no 9, pp 3253–3262, Sept 2009 [14] M F M Firdhous, B H Sudantha, and P M Karunaratne, “Iot enabled proactive indoor air quality monitoring system for sustainable health management,” in 2017 2nd ICCCT, Feb 2017 [15] V Boonsawat, J Ekchamanonta, K Bumrungkhet, and S Kittipiyakul, “Xbee wireless sensor networks for temperature monitoring,” 05 2010 [16] M S Chavan, M G Mehta, and R K Munde, “Wireless temperature controlling and monitoring system using arm and xbee,” IJASTR, vol 2, no 5, pp 410–417, Mar 2015 [17] H Kumbhar, “Wireless sensor network using xbee on arduino platform: An experimental study,” in ICCUBEA, Aug 2016 Hình Biểu đồ nhiệt độ (trên), độ ẩm (dưới) sáu lớp học Hình Giám sát điều khiển hệ thống với MQTT Dash nút Gateway chuyển lưu Beebotte Người dùng giám sát số môi trường bảng điều khiển Beebotte dạng biểu đồ theo thời gian trình duyệt web PC Hình hay ứng dụng MQTT Dash máy tính bảng, smartphone Hình Từ kết thực nghiệm, nói chúng tơi hài lịng với kết mà hệ thống mang lại V KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chúng ứng dụng mạng cảm biến không dây ZigBee dựa mạch Arduino/WeMos, mô đun Xbee S2 tảng đám mây để xây dựng hệ thống giám sát môi trường sống theo thời gian thực điều khiển thiết bị điện từ xa Sự kết hợp hai chức hệ thống giúp người vừa theo dõi môi trường sống, vừa chủ động sử dụng thiết bị điện cách hợp lý Tạo môi trường học tập xanh, tiết kiệm điện điều mà đại học Hoa Sen thực 48 ... dùng giám sát từ xa, theo thời gian thực, số môi trường trình duyệt web máy tính cá nhân, ứng dụng smartphone Nhiệt độ, độ ẩm tương đối môi trường thu thập cảm biến DHT22, thiết bị điện điều khiển. .. đun Xbee S2 tảng đám mây để xây dựng hệ thống giám sát môi trường sống theo thời gian thực điều khiển thiết bị điện từ xa Sự kết hợp hai chức hệ thống giúp người vừa theo dõi môi trường sống, vừa... Giám sát môi trường điều khiển thiết bị từ xa thực PC với trình duyệt web ứng dụng MQTT Dash máy tính bảng, smartphone chạy Android Với MQTT Dash, người dùng dễ dàng tạo bảng điều khiển cho thiết