ứng dụng mạng zigbee

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ỨNG DỤNG MẠNG ZIGBEE Ngành CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Chuyên ngành MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG Giảng viên hướng dẫn ThS Trần Ngọc.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ỨNG DỤNG MẠNG ZIGBEE Ngành : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Chuyên ngành : MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THƠNG Giảng viên hướng dẫn : ThS Trần Ngọc Kiến Phúc Sinh viên thực : 1911060354 - Nguyễn Minh Chiến - 19DTHC1 1911061718 - Trần Đình Bảo - 19DTHC1 TP Hồ Chí Minh 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ỨNG DỤNG MẠNG ZIGBEE Ngành : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Chuyên ngành : MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THƠNG Giảng viên hướng dẫn : ThS Trần Ngọc Kiến Phúc Sinh viên thực : 1911060354 - Nguyễn Minh Chiến - 19DTHC1 1911061718 - Trần Đình Bảo TP Hồ Chí Minh 2022 - 19DTHC1 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý lựa chọn đề tài Ngày đất nước ta giai đoạn phát triển cơng nghiệp hóa đại hóa Trong thời đại cơng nghệ số này, xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu cao Các thiết bị tự động hóa áp dụng mạng viễn thơng dùng tín hiệu truyền tin người áp dụng vào sống hàng ngày nhằm nâng cao chất lượng sống dần trở nên phổ biến Mặc dù cáp điện đóng vai trị chúng truyền nhận thơng tin việc sử dụng lại thiết bị không dây trở nên ngày quen thuộc với chúng ta.Công nghệ không dây ngày hướng tới thiết bị gia dụng kết nối phận chức nhà để điều chỉnh kiểm soát hệ thống nhà ga, điện, nước,mạng internet….Nên việc sử dụng cách truyền nhận khơng dây với hình thức sử dụng chuẩn wi-fi 802.11 (giá thành cao) bluetooth (không đáp ứng khoảng cách truyền nhận ) khơng cịn đáp ứng u cầu người sử dụng Và chuẩn kết không dây IEEE 802.15.4 đời nhằm thiết lập mạng cá nhân không dây WPAN phục vụ truyền thông tin khoảng cách tương đối ngắn Mạng WPAN liên lạc hiệu mà khơng địi hỏi nhiều sở hạ tầng, giá thành thiết bị rẻ, nhỏ gọn, tiêu hao lượng mà đem lại hiệu cao liên lạc, khoảng cách truyền tin lên tới 75m Vì nhóm em tìm công nghệ ứng dụng mạng liên lạc đạt hiệu cao cơng nghệ ZigBee 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đề tài góp phần giúp người hiểu ứng dụng mạng Zigbee áp dụng vào sống hàng ngày Kết nghiên cứu đề tài mang lại giá trị lợi ích ứng dụng mạng Zigbee 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan cơng nghệ mạng Zigbee, lợi ích mà mạng zigbee đem lại cho người sử dụng Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu - 1.5 Mạng Zigbee Thu thập tài liệu liên quan, phân tích thơng tin liên quan đến đề tài Nghiên cứu mạng Zigbee, nhà thông minh Cấu trúc đồ án Cấu trúc đồ án bao gồm sau: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Kết đạt Chương 4: Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2 SMARTHOME 2.1.1 Định Nghĩa Nhà Thông Minh Nhà thông minh (tiếng Anh: smart-home intelli-home, home automation) kiểu nhà lắp đặt thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hố hồn tồn bán tự động, thay người việc thực số thao tác quản lý, điều khiển Trong nhà thông minh, đồ dùng nhà thiết bị phòng ngủ, phòng khách đến toilet gắn điều khiển điện tử kết nối với internet điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển t xa lập trình cho chúng hoạt động theo lịch Thêm vào đó, đồ gia dụng hiểu ngơn ngữ có khả tương tác với Một nhà thông minh đầy đủ, thường bao gồm tính năng: • Phân phối đa phương tiện, rạp hát gia đình • Điều khiển việc chiếu sáng, mành, rèm • Giám sát, điều khiển mơi trưởng (nhiệt độ, độ ẩm ) • Có khả liên lạc phịng • Giám sát, điều khiển camera an ninh • Giám sát điều khiển t xa 2.1.2 Các Ưu Điểm Của Nhà Thông Minh Nhà thông minh sử dụng thiết bị công nghệ tự động hóa, thơng minh hóa, giúp cho người nhàn hạ sinh hoạt ngày Nói cách khác, hệ thống giúp chủ nhân tận hưởng tiện nghi sống dễ dàng quản lý tổng quát tòa nhà Chỉ với điều khiển t xa, chủng ta điều khiển tất cả, dù nơi Chúng ta tưởng tượng hiệu mà nhà thông minh mang lại thông qua hoạt động gần gũi, chẳng hạn nằm giường để mở cổng; khơng cịn chuyện bị ngã khơng nhìn thấy đường đèn cầu thang tự sáng lên có người; hệ thống đèn phịng, bếp, bình nước nóng hoạt động định; toàn hệ thống đèn tự tắt sau không cần thiết; khống chế nhiệt độ chênh lệch bên nhà cịn nhiều tiện ích khác Khơng điều khiển phạm vi ngơi nhà, cơng nghệ cịn cho phép tích hợp điều khiển qua điện thoại (cố định di động), internet hay PDA Vì vậy, sinh hoạt kiểm sốt dù cơng sở hay ngồi đường Khơng riêng ngơi nhà nhỏ, chủng ta hồn lồn thơng minh hóa khơng gian sống nào, kể trụ sở văn phòng, siêu thị, trung tâm thương mại, khách sạn, nhà hàng, nhà xưởng sản xuất, ngân hàng, bệnh viện hay khu phức họp khác lựa chọn công nghệ phù hợp 2.1.3 Nhà Thơng Minh Ở Viêt Nam Ơng Nguyễn Tử Quảng, Tổng giám đốc công ty Bkis, chia sẻ cách nhiều năm, đọc thông tin biệt thự công nghệ cao với khả tự điều chỉnh âm thanh, ánh sáng theo ý thích tỷ phú Bill Gates, ơng mong muốn trang bị khả tự động cho nhà công nghệ Việt Nam sản xuất Trong Triển lãm thành tựu kinh tế - xã hội Việt Nam Thăng Long - Hà Nội 2010, diễn t ngày 1/10 đến 6/10 Trung tâm triển lãm Giảng Võ - Hà Nội, Bkav giới thiệu Hệ thống nhà thông minh SmartHome Đây cơng trình cơng nghệ cao hoàn toàn kỹ sư chuyên gia Công ty đầu tư phát triển công nghệ nhà thông minh Bkav SmartHome (công ty thành viên Bkav) nghiên cứu sản xuất SmartHome kết nối sản phẩm điện tử gia dụng thành mạng thiết bị hoạt động theo kịch khác nhằm tạo mơi trường sống tiện nghi, an tồn tiết kiệm lượng Chẳng hạn, có người bước vào nhà, hệ thống đèn tự bật nhờ thiết bị cảm biến hồng ngoại Đèn chiếu sáng cịn điều chỉnh ánh sáng, màu sắc theo sở thích chủ nhân Khi thiết bị chiếu phim hoạt động, hệ thống đèn tự động giảm độ sáng, rèm cửa tự động khép lại để tạo khơng khí phịng chiếu phim Hình 2.1 Giao diện điêu khiên Bkav SmartHome Ngồi ra, ngơi nhà thơng minh Bkav SmartHome trang bị hệ thống kiểm sốt mơi trường, cảnh báo an ninh (kiểm sốt nguy cháy, nồ hay bị xâm nhập trái phép), giải trí đa phương tiện Multimedia (quản lý thư viện âm nhạc, phim, ảnh chủ nhà) Để điều khiển thiết bị điện tử gia dụng, người dùng tương tác giao diện cảm ứng máy tính bảng (tablet) đặt vị trí thuận tiện nhà đỉện thoại dỉ động 3G Tùy theo nhu cầu, người sử dụng cấu hình hệ thống hoạt động theo kịch lập trình hẹn tắt đèn khỉ đỉ ngủ, đổ thúc ăn vào bể cá khỉ vắng nhà, quên tắt TV, bếp gas , tới cơng sở, họ gửi tin nhắn qua điện thoại di động để điều khiển thiết bị t xa Ơng Quảng khẳng định "nhà thơng minh" khơng cịn khái niệm xa vời, đắt đỏ Tùy theo mức độ sử dụng mà mức giá SmartHome dao động t vài triệu đán vài trăm triệu đồng 2.2 Mạng Zigbee 2.2.1 Khái Quát Về Zigbee: 2.2.1.1 Khái niệm mạng WPAN WPAN mạng vơ tuyến cá nhân Nhóm bao gồm cơng nghệ vơ tuyến có vùng phủ nhỏ tầm vài mét đến hàng chục mét tối đa Các cơng nghệ phục vụ mục đích nối kết thiết bị ngoại vi máy in, bàn phím, chuột, đĩa cứng, khóa USB,đồng hồ, với điện thoại di động, máy tính Các cơng nghệ nhóm bao gồm: Bluetooth, VVibree, ZigBee, UWB, VVireless USB, EnOcean 2.2.1.2 Khái niệm Zigbee Là tập hợp giao thức giao tiếp mạng khơng dây khoảng cách ngắn có tốc độ truyền liệu thấp Các thiết bị không dây dựa chuẩn Zigbee hoạt động dãy tần số 868MHz, 915 MHz 2.4GHz Cái tên Zigbee xuất phát t cách truyền thông tin ong mật kiểu ―zig-zag‖ lồi ong ―honey-Bee‖ Cái tên Zigbee ghép từ t 2.2.1.3 Lịch sử phát triển Mạng Zigbee hình thành năm 1998 kỹ sư cơng nghệ nhận thấy Wifi Bluetooth khơng thích hợp với nhiều ứng dụng Tháng năm 2003, tiêu chuẩn IEEE 802.15.4 hoàn thành Tháng 10 năm 2004, Liên minh Zigbee đời Đây hiệp hội công ty làm việc phép kiểm soát sản phẩm mạng khơng dây tốc độ thấp, chi phí thấp, tiêu hao lượng có tính bảo mật cao Là tổ chức độc lập hợp tác phi lợi nhuận Nó tạo tiêu chuẩn kỹ thuật cho Zigbee, cấp chứng nhận, phát triển thương hiệu, thị trường Các phiên Zigbee đời t đến nay: - Ngày 11/12/2004, phiên đời: Zigbee 2004 Cũng thời gian điện thoại Zigbee giới giới thiệu với tính điều khiển thiết bị điện gia dụng, theo dõi nhiệt độ, độ ẩm hệ thống báo động - Tháng 12/2006, Zigbee 2006 đời - Năm 2007, Zigbee PRO đời với tính vượt trội 2.2.1.4 So sánh Zigbee với BlueTooth, Wifi: Zigbee™ Tần số Data rate Khoảng cách Wifi Bluetooth 868MHz,915MHz,2.4 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz, GHz 20-250Kbps 1-100 Mbps 1-3 Mbps 10-100m 30-100m 2-10m Bảng 2.1 So sánh Zigbee với Blutooth ,wifi Zigbee cho phép truyền thông tin tới nhiều thiết bị lúc (mesh netvvork) thay có sản phẩm tương tác với Bluetooth Wifi Phạm vi hoạt động Zigbee cải tiến t 75 mét lên đến vài trăm mét Cơng nghệ địi hỏi lượng thấp Bluetooth, tốc độ đạt 256 Kb/giây, đồng thời Zigbee sử dụng rộng mạng mắt lưới rộng sử dụng cơng nghệ Bluetooth Phạm vi hoạt động đạt t 10 _75m Bluetooth có 10 mét trường hợp khơng có khuếch đại Hình 2.2 So sánh phạm vi hoạt động Zigbee 2.2.2 Các Tính Năng • Sử dụng đơn giản, giá thành hợp lý, tiết kiệm lượng Thiết bị sản xuất phù hợp cho người sử dụng tự lắp đặt hay nhà tích hợp hệ thống chuyên nghiệp Tối ưu hóa lượng, giảm hao phí điện sử dụng Thiết bị sử dụng tiêu chuẩn mở phù hợp với thiết bị điện - điện tử thị 10 Chi bóng đèn 32 Arduino Uno 33 Module Relay 5V-10A 34 Nguồn dây sạc 35 3.2 bóng đèn bật tắt điều khiển từ xa 3.2.1 linh kiện phần cứng Cáp lập trình PLC 36 Mạch điều khiển led 37 Bóng hồng ngoại 38 Dây cắm Baord Test 39 Điều khiển 40 Arduino Uno 41 Nguồn dây sạc 42 Bóng led 43 Điện trở 44 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Sau hoàn tất đồ án chuyên ngành “Ứng dụng mạng Zigbee” Do thời gian có hạn nên đồ án chưa hồn chỉnh Sau thực đồ án giúp chúng em củng cố, vận dụng kiến thức học động thời bổ sung nhiều kiến thức thiếu để tự tin bước vào đời sau tốt nghiệp Trong thời gian thực đề tài, chúng em gặp nhiều khó khăn Nhờ động viên tích cực tạo điều kiện thầy cô, bạn bè khoa Công nghệ thông tin, đặc biệt nhiệt tình giúp đỡ thầy Th.S Trần Ngọc Kiến Phúc động lực giúp chúng em hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học Khi công nghệ đời ln có ý kiến đánh giá khác cơng nghệ mạng ZigBee Với tính ưu việt khả ứng dụng to lớn, mạng ZigBee nhanh chóng giành quan tâm nhà nghiên cứu Để mang lại lợi ích tối ưu cho người sử dụng tốt tận dụng điểm mạnh riêng biệt mạng ZigBee, giá thành thấp, tiêu thụ lượng thực đa chức Những module có kích cỡ nhỏ, thực chức thu phát liệu giao tiếp với chủ yếu thông qua kênh vô tuyến Tuy nhiên, mạng ZigBee nhiều vấn đề cần hoàn thiện đặc biệt vấn đề xử lý nhiễu mơi trường có nhiều tín hiệu vơ tuyến, Về mặt lý thuyết: Trong trình thực đề tài, chúng em nghiên cứu nét khái quát mạng ZigBee Về mặt ứng dụng: Xây dựng thành công hệ thống truyền-nhận liệu không dây sử dụng mơ hình mạng ZigBee, mạng hoạt động ổn định, khoảng cách truyền- nhận liệu trung bình 75-100m Hệ thống giúp người dùng điều khiển, quản lý khu vực qua mạng internet Kết đạt đuợc: Bộ thí nghiệm hoạt động tốt, điều khiển thiết bị, động , v…v Tuy nhiên mơi trường có nhiều tín hiệu, hệ thống bị nhiễu Chúng em sớm khắc phục vấn đề để hệ thống tối ưu 45 4.2 Hướng Phát Triển Đề Tài Trong tương lai, phát triển hệ thống theo hướng IoT, tiếp tục nghiên cứu giao thức định tuyến mạng ZigBee, kiểm tra chất lượng kênh truyền xử lý l đường truyền Đưa giải pháp tiết kiệm lượng, giảm giá thành sản phẩm để ứng dụng vào thực tế Ứng dụng vào nhà thông minh thêm tính an ninh bảo mật giúp điều khiển, quản lý t xa thiết bị smarthome Ngồi ứng dụng cho phạm vi lớn quản lý xí nghiệp, nơng trại…v v đường truyền Đưa giải pháp tiết kiệm lượng, giảm giá thành sản phẩm để ứng dụng vào thực tế Ứng dụng vào nhà thơng minh thêm tính an ninh bảo mật giúp điều khiển, quản lý t xa thiết bị smarthome Ngồi ứng dụng cho phạm vi lớn quản lý xí nghiệp, nơng trại…v…v 46 ... ích ứng dụng mạng Zigbee 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan công nghệ mạng Zigbee, lợi ích mà mạng zigbee đem lại cho người sử dụng Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu - 1.5 Mạng. .. nghệ mạng ZigBee Với tính ưu việt khả ứng dụng to lớn, mạng ZigBee nhanh chóng giành quan tâm nhà nghiên cứu Để mang lại lợi ích tối ưu cho người sử dụng tốt tận dụng điểm mạnh riêng biệt mạng ZigBee, ... Vì nhóm em tìm cơng nghệ ứng dụng mạng liên lạc đạt hiệu cao cơng nghệ ZigBee 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đề tài góp phần giúp người hiểu ứng dụng mạng Zigbee áp dụng vào sống hàng ngày Kết