Ứng dụng công nghệ lora vào chiếu sáng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT-HÀN CHUYÊN ĐỀ Ứng dụng công nghệ lora vào chiếu sáng Đà Nẵng, tháng 12 năm 2021 MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, công nghệ Internet of Things đạt động lực nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau, bao gồm lĩnh vực Nhà thông minh Theo quan điểm này, đồ vật thơng minh có sẵn nhà giao tiếp với với giới bên cách áp dụng giải pháp đề xuất cho Internet of Things Trên thực tế, số thách thức phải đối mặt trình thiết kế triển khai sở hạ tầng Ngôi nhà thông minh dựa Internet of Things, việc sử dụng pin thể điểm mấu chốt để thực giải pháp hiệu Trong bối cảnh này, cơng nghệ truyền thơng chọn đóng vai trị bản, truyền tải nói chung cơng việc địi hỏi nhiều lượng cơng nghệ truyền thông Internet of Things thiết kế để giảm mức tiêu thụ điện nhiều LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành cơng mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu làm đồ án nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ q Thầy Cơ, gia đình, bạn bè.Với lịng biết ơn sâu sắc, em xin gửi đến quý Thầy Cô Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin Truyền Thông Việt Hàn với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho em Em xin chân thành cảm ơn TS.Dương Hữu Ái tận tâm hướng dẫn em qua buổi gặp mặt, nói chuyện, thảo luận đề tài Nếu khơng có lời hướng dẫn đề tài nhóm em khó hồn thiện Đồ án chuyên nghành thực khoảng thời gian tháng Là lần đầu làm đề tài có liên quan đến xử lí ảnh, kiến thức em hạn chế nhiều bỡ ngỡ Do vậy, khơng tránh khỏi thiếu sót điều chắn, em mong nhận ý kiến đóng góp q báu q Thầy Cơ để kiến thức em lĩnh vực hoàn thiện NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Đà nẵng, tháng 12 năm 2021 Giảng viên hướng dẫn TS.Dương Hữu Ái MỤC LỤC MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN NHẬN XÉT MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 TỔNG QUAN .8 1.2 SƠ LƯỢC VỀ PYCHARM 1.3 CÔNG CỤ VÀ MÔI TRƯỜNG PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM 1.3.1 Ngôn ngữ lập trình Python .8 1.3.2 Cơng cụ lập trình Pycharm 1.3.3 Môi trường phát triển .9 1.3.4 OpenCV 1.4 Ý NGHĨA 10 1.5 PHẠM VI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 10 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG VÀ GIAO THỨC .11 2.1 ĐỊNH NGHĨA VỀ ĐIỀU KHIỂN CỬ CHỈ 11 2.2 ĐỊNH NGHĨA VỀ MEDIAPIPE HAND .11 2.3 ĐỊNH NGHĨA ML PIPELINE 11 CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI THỰC HIỆN 13 3.1 ĐỊNH NGHĨA BÀI TOÁN 13 3.1.1 Định nghĩa toán 13 3.1.2 Các nhóm chức hệ thống .13 3.2 PHÂN TÍCH BÀI TỐN 14 3.2.1 BlazePalm 14 3.2.2 Hand Landmarks 15 3.2.3 Triển khai thông qua mediaPipe .15 3.3 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 13 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .18 4.1 XÁC ĐỊNH CÁC ĐIỂM MỐC BÀN TAY 18 4.2 SỬ DỤNG KĨ THUẬT HANDMARK .18 4.3 TẠO LINE ĐỂ KẾT NỐI BẰNG THƯ VIỆN CV2 19 4.4 SỬ DỤNG GIAO DIỆN PYCHARM ĐỂ ĐIỀU VOLUME .19 4.5 TẠO THANH VOLUME 20 4.6 GIAO DIỆN HOÀN THIỆN .20 KẾT LUẬN 21 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 TỔNG QUAN Một nhà thông minh thiếu hệ thống chiếu sáng thông minh Công nghệ ngày phát triển giúp bạn chăm sóc ngơi nhà theo cách hồn tồn khác biệt so với thói quen với việc bật tắt bóng đèn cơng tắc tường Đèn thông minh kết nối với nguồn điện nhà bạn bóng đèn tích hợp LED cho phép bạn điều khiển không dây điện thoại, máy tính,… Hệ thống giúp bạn hồn tồn kiểm sốt việc chiếu sáng theo phong cách riêng minh, nhà trở nên thông minh bạn muốn Việc điều khiển chiếu sáng không đem lại cho bạn tiện nghi, đại, mà giúp bạn tiết kiệm điện tiêu thụ hàng tháng Trong số thách thức xác định sở hạ tầng IoT cho Smart Home, liệt kê mức tiêu thụ pin Vì truyền tải thường nhiệm vụ đòi hỏi nhiều lượng nhất, nên giải pháp sử dụng công nghệ lora tối ưu Với cơng nghệ lora, truyền liệu với khoảng cách lên hàng km mà không cần mạch khuếch đại cơng suất; từ giúp tiết kiệm lượng tiêu thụ truyền/nhận liệu 1.2 IOT (INTERNET OF THINGS) 1.2.1 IoT gì? IoT (Internet of Things) nghĩa Internet vạn vật Một hệ thống thiết bị tính tốn, máy móc khí kỹ thuật số người có liên quan với khả truyền liệu qua mạng mà không yêu cầu tương tác người với máy tính Ý tưởng mạng lưới thiết bị thông minh thảo luận từ 1982, với máy bán nước Coca-Cola Đại học Carnegie Mellon tùy chỉnh khiến trở thành thiết bị kết nối Internet, có khả báo cáo kiểm kho độ lạnh chai nước bỏ vào máy Năm 1999, Kevin Ashton đưa cụm từ Internet of Things để mô tả hệ thống mà Internet kết nối với giới vật chất thông qua cảm biến 1.2.2 Cấu trúc hệ thống IoT IoT (Internet of Things) nghĩa Internet vạn vật Một hệ thống thiết bị tính tốn, máy móc khí kỹ thuật số người có liên quan với khả truyền liệu qua mạng mà không yêu cầu tương tác người với máy tính Các cảm biến có nhiệm vụ cảm nhận tín hiệu từ mơi trường nhiệt độ, áp suất, ánh sáng,… chuyển chúng thành dạng liệu mơi trường Internet Sau tín hiệu xử lý đưa thay đổi theo ý người tiêu dùng Hiện chúng thường ứng dụng thông qua ứng dụng điện thoại hay máy tính,… 1.2.3Tại IoT lại quan trọng IoT giúp người sống làm việc thông minh hơn, kiểm sốt thời gian họ cách tốt IoT cung cấp cho doanh nghiệp nhìn thời gian mà hệ thống họ thực hoạt động, cung cấp thông tin chi tiết thứ từ hiệu suất máy móc đến chuỗi cung ứng hoạt động hậu cần 1.3 CƠNG NGHỆ LORA 2.3.1 Lora gì? LoRa viết tắt Long Range Radio nghiên cứu phát triển Cycleo sau mua lại công ty Semtech năm 2012 Với công nghệ này, truyền liệu với khoảng cách lên hàng km mà không cần mạch khuếch đại cơng suất; từ giúp tiết kiệm lượng tiêu thụ truyền/nhận liệu Do đó, LoRa áp dụng rộng rãi ứng dụng thu thập liệu mạng lưới cảm biến cảm biến gửi giá trị đo đạc trung tâm cách xa hàng km tiết kiệm lượng nên hoạt động thời gian dài cần thay pin 2.3.2 Vì cần phải sử dụng công nghệ LoRa LoRa sử dụng kỹ thuật điều chế gọi Chirp Spread Spectrum Có thể hiểu nơm na ngun lý liệu băm xung cao tần để tạo tín hiệu có dãy tần số cao tần số liệu gốc (cái gọi chipped); sau tín hiệu cao tần tiếp tục mã hoá theo chuỗi chirp signal (là tín hiệu hình sin có tần số thay đổi theo thời gian; có loại chirp signal up-chirp có tần số tăng theo thời gian down-chirp có tần số giảm theo thời gian; việc mã hoá theo nguyên tắc bit sử dụng up-chirp, bit sử dụng down-chirp) trước truyền anten để gửi Theo Semtech cơng bố ngun lý giúp giảm độ phức tạp độ xác cần thiết mạch nhận để giải mã điều chế lại liệu; LoRa không cần cơng suất phát lớn mà truyền xa tín hiệu Lora nhận khoảng cách xa độ mạnh tín hiệu thấp nhiễu môi trường xung quanh Nhờ sử dụng chirp signal mà tín hiệu LoRa với chirp rate khác hoạt động khu vực mà không gây nhiễu cho Điều cho phép nhiều thiết bị LoRa trao đổi liệu nhiều kênh đồng thời (mỗi kênh cho chirprate) 2.3.3 Ưu điểm LoRa Dễ dàng phổ biến Cơng nghệ LoRa (22/02/2021) sử dụng cách rộng rãi miễn phí (khơng có quyền) Q trình lắp đặt thiết bị cảm biến có giá phải chăng, đồng thời kiến trúc đơn giản Hiện công nghệ LoRa ứng dụng nhiều IoT/M2M, đồng thời có liên minh nhà sản xuất sử dụng công nghệ Hoạt động tầm xa với lượng điện tiêu thụ thấp Như đề cập, lợi lớn cơng nghệ LoRa việc điện tiêu thụ thấp, dẫn truyền liệu tầm xa Ngồi ra, cơng suất hoạt động khơng mà bị giảm sút, cơng nghệ LoRa hỗ trợ hàng triệu tin nhắn từ trạm gốc 10 Độ bảo mật cao Các tín hiệu mã hoá lớp, bao gồm lớp dành cho ứng dụng có mã hố AES lớp dành cho bảo mật mạng 2.3.4 Nhược điểm công nghệ LoRa Tải trọng tốc độ thấp Đây có lẽ nhược điểm lớn cơng nghệ LoRa, việc phát sóng tần số làm giảm tốc độ truyền tải, đồng thời tải trọng công nghệ đạt đến mức 100 byte Cũng mà độ trễ công nghệ LoRa cao so với phương pháp khác Hạn chế việc lắp đặt gateway Việc khó lặp đặt cá gateway nội thành cản trở việc phổ biến công nghệ LoRa khu đông dân cư 1.4 HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THƠNG MINH 1.4.1 Hệ thống chiếu sáng thơng minh gì? Hệ thống chiếu sáng thơng minh tích hợp cơng nghệ thông minh khả điều khiển nhằm giảm chi phí lượng cho thành phố Hệ thống cung cấp khả điều khiển ánh sáng từ xa điều chỉnh tốt lượng thời gian đèn bật để giảm thiểu chi phí lượng mà giữ độ an toàn định Hệ thống đóng vai trị quan trọng việc vận hành bảo trì an tồn, tiết kiệm lượng - hiệu Chiếu sáng thơng minh giảm đáng kể chi phí bảo trì đơn giản hóa việc quản lý Hệ thống chiếu sáng thơng minh thường sử dụng mạng lưới, bóng đèn thông minh kết nối không dây với thiết bị gần Hệ thống điều khiển trung tâm, cho phép thiết bị kết nối mạng điện thoại máy tính bảng giao tiếp với bóng đèn 11 Một số hệ thống có chế độ cách xa nhà cho phép bạn điều khiển đèn bạn xa Không phải tất hệ thống cần trung tâm điều khiển 1.3.1 Cần cho hệ thống chiếu sáng thông minh Hệ thống chiếu sáng thông minh thường sử dụng mạng lưới, bóng đèn thơng minh kết nối không dây với thiết bị gần Hệ thống điều khiển trung tâm, cho phép thiết bị kết nối mạng điện thoại máy tính bảng giao tiếp với bóng đèn Một số hệ thống có chế độ cách xa nhà cho phép bạn điều khiển đèn bạn xa 1.5 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1.6 PHẠM VI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 12 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2.1 LINH KIỆN SỬ DỤNG 2.1.1 Mô-đun Reyax RYLR896 LoRa Thông số kĩ thuật: Ăng-ten: Radio Nhãn hiệu: REYAX Trở kháng: 50 Ohm Phạm vi lớn nhất: 15Km Thông tin: Độ bảo mật cao Dòng nhận thấp Độ nhạy cao Điều khiển dễ dàng lệnh AT 2.1.2 Arduino Nano Thông số kĩ thuật: Điện áp hoạt động: 5V Điện áp đầu vào (khuyên dùng): 7-12V Chân Digital I/O: 14 Chân PWM Digital I/O: 16 Chân đầu vào Analog: 2.1.3 Điện trở 10k Thông số kĩ thuật: Nhiệt độ hoạt động: -55oC đến 155oC Loại: Điện trở cố định Sai số: +/-5% Điều khiển dễ dàng lệnh AT 2.1.4 Điện trở 5k 13 2.1.5 LED 5mm Thông số kĩ thuật Điện áp hoạt động mức: 1,8V - 3V Dòng điện: 10mA - 20mA Loại LED: LED đục, LED siêu sáng 2.1.6 Công tắc Công tắc 2.1.7 Bảng mạch 2.3.7 Pin 9volt 14 2.3.5 Mô-đun chuyển tiếp Thông số kĩ thuật: Mô-đun chuyển đổi ft 232rl Chip: ft 232rl Nguồn cung cấp USB, chọn mức Giao diện 5V 3.3V Kích thước PCB: 16mm x 34mm Tạo tất cổng tín hiệu chip ft 232rl, mức TTL/CMOS Đèn báo tín hiệu truyền thông thu phát RXD/TXD 2.2 15 CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI THỰC HIỆN 3.1 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG 3.1.1 Mạch phát tín hiệu Trong mạch phát, chân RX Arduino kết nối với chân TX môđun Lora thông qua chia điện áp Vì Arduino gửi tín hiệu mức logic 5V mơ-đun RYLR896 Lora nhận tín hiệu mức logic 3,3V 3.1.2 Mạch thu tín hiệu Trong mạch Lora thu, chân Arduino RX kết nối với chân TX mơ-đun Lora Vì Arduino nhận tín hiệu mức logic 3,3V từ Mơ-đun Lora RYLR896, khơng cần chia điện áp cho mạch nhận Lora 16 3.1.3 Setup tham số Cuối c 17 3.2 6.3 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC KẾT LUẬN Kết đạt a) Về kiến thức Sau thời gian thực chuyên đề nhóm chúng em đạt nhiều tiến mặt tìm hiểu nghiên cứu 19 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 ... đơn giản Hiện công nghệ LoRa ứng dụng nhiều IoT/M2M, đồng thời có liên minh nhà sản xuất sử dụng công nghệ Hoạt động tầm xa với lượng điện tiêu thụ thấp Như đề cập, lợi lớn công nghệ LoRa việc điện... cản trở việc phổ biến công nghệ LoRa khu đông dân cư 1.4 HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH 1.4.1 Hệ thống chiếu sáng thơng minh gì? Hệ thống chiếu sáng thơng minh tích hợp cơng nghệ thơng minh khả... đến chuỗi cung ứng hoạt động hậu cần 1.3 CÔNG NGHỆ LORA 2.3.1 Lora gì? LoRa viết tắt Long Range Radio nghiên cứu phát triển Cycleo sau mua lại công ty Semtech năm 2012 Với cơng nghệ này, truyền