Thời đại công nghệ 4.0 đang phát triển làm cho đời sống con người ngày càng được cải thiện. Việc giám sát các thông số, giá trị môi trường từ xa ngày càng được thực hiện hóa. Do đó việc giám sát công nghiệp trở thành một yêu cầu tất yếu hiện nay. Vì vậy, đề tài “Xây dựng hệ thống giám sát chất lượng không khí trong công nghiệp bằng LORA” đã được nghiên cứu và thiết kế nhằm mục đích tạo ra được một hệ thống có thể lắp đặt được sử dụng trong công nghiệp, giúp chúng ta có thể giám sát và điều khiển để nâng cao cải thiện và quản lý trong công nghiệp. Đề tài bao gồm các phần:Chương 1: Tổng quan về hệ thống mạng Lora Chương 2: Cơ sở lý thuyếtChương 3: Phân tích thiết kế và hệ thốngChương 4: Thiết kế xây dựng mô hình
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ BẰNG LORA Giảng viên hướng dẫn: THS NINH KHÁNH CHI Sinh viên thực : NGUYỄN VĂN CHỨC ĐINH PHAN BẢO LONG Lớp : 19CE Đà Nẵng, ngày 26 tháng 12 năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ BẰNG LORA Đà Nẵng, ngày 26 tháng 12 năm 2022 LỜI MỞ ĐẦU Thời đại công nghệ 4.0 phát triển làm cho đời sống người ngày cải thiện Việc giám sát thông số, giá trị môi trường từ xa ngày thực hóa Do việc giám sát công nghiệp trở thành yêu cầu tất yếu Vì vậy, đề tài “Xây dựng hệ thống giám sát chất lượng khơng khí cơng nghiệp LORA” nghiên cứu thiết kế nhằm mục đích tạo hệ thống lắp đặt sử dụng cơng nghiệp, giúp giám sát điều khiển để nâng cao cải thiện quản lý công nghiệp Đề tài bao gồm phần: Chương 1: Tổng quan hệ thống mạng Lora Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Phân tích thiết kế hệ thống Chương 4: Thiết kế xây dựng mơ hình Trong chương trình bày cách cụ thể, tổng hợp chương tạo nên đồ án thống chặt chẽ LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin cảm ơn chân thành đến cô Ninh Khánh Chi Trong suốt trình thực đồ án, em nhận quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn tận tình, tâm huyết Cơ giúp em tích lũy thêm nhiều kiến thức để có nhìn sâu sắc hoàn thiện sống Từ kiến thức mà cô truyền tải, em hiểu rõ hoàn thiện đồ án cách hồn thiện nhất, khơng có em khơng thể hồn thành đồ án đầy đủ Xin cảm ơn thầy cô Khoa kỹ thuật máy tính điện từ, trường Đại học cơng nghệ thông tin truyền thông Việt – Hàn truyền đạt kiến thức quý báu tạo điều kiện cho chúng em học tập thực đồ án Mặc dù em cố gắng hoàn thiện đồ án phạm vi cho phép chắn không tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận thơng cảm, góp ý bảo q thầy bạn Lời cuối cùng, em xin gửi lời chúc sức khỏe thành đạt đến tất quý thầy cô bạn bè Xin trân thành cảm ơn MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG .8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG LORA 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan LoRa 1.2.1 Khái niệm LoRa 1.2.2 Nguyên lý hoạt động LoRa 11 1.3 LoRaWan 12 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 2.1 Cơ sở lý thuyết 13 2.2 Giới thiệu tổng quan số linh kiện .13 2.2.1 Arduino Nano .13 2.2.2 Module thu phát LoRa Ra-02 16 2.2.3 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 .17 2.2.4 Cảm biến chất lượng khơng khí MQ-135 20 2.2.5 Cảm biến bụi Sharp GP2Y10 22 2.3 Giới thiệu tổng quan phần mềm, tảng sử dụng 24 2.3.1 Arduino IDE 24 2.3.2 Dịch vụ Firebase – Realtime Database 25 2.3.3 The Things Network .26 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 28 3.1 Phương pháp triển khai 28 3.2 Phân tích thiết kế hệ thống 28 2.3 Lưu đồ thuật toán .30 2.3.1 Lưu đồ thuật toán ESP8266 kết nối với Firebase .30 2.3.2 Lưu đồ thuật toán kết nối ứng dụng với Firebase 31 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ XÂY DỰNG MƠ HÌNH 32 4.1 Mơ hình hệ thống 32 4.1.1 Sơ đồ lắp đặt EndNode 32 4.1.2 Sơ đồ lắp mạch MasterNode 34 4.2 Thiết kế mạch 35 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 38 5.1 Kết đề tài 38 5.2 Hướng phát triển 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 DANH MỤC HÌNH Hình 1 Tìm hiểu LoRa 10 Hình Tìm hiểu LoRaWan .12 Hình Arduino Nano 14 Hình 2 Sơ chân Arduino Nano .15 Hình LoRa SX1278 16 Hình Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 18 Hình Sơ đồ chân DHT11 19 Hình Cảm biến MQ-135 21 Hình Thơng số đo MQ-135 .22 Hình Cảm biến bụi Sharp GP2Y10 23 Hình Arduino IDE 24 Hình 10 Firebase 25 Hình 11 Connect firebase 26 Hình Tổng quan hệ thống 28 Hình Lưu đồ thuật toán ESP8266 kết nối với Firebase 31 Hình 3 Lưu đồ thuật tốn kết nối ứng dụng với Firebase 32 Hình Sơ đồ lắp đặt EndNode 33 Hình Sơ đồ lắp đặt mạch MasterNode 34 Hình Sơ đồ mạch nguyên lý EndNode .36 Hình 4 Mạch PCB EndNode chế độ 2D 36 Hình Mạch PCB EndNode chế độ 3D(mặt trước) 37 Hình Mạch PCB EndNode chế độ 3D(mặt sau) 37 Hình Mạch PCB MasterNode chế độ 2D 37 Hình Mạch PCB MasterNode chế độ 3D(mặt trước) 38 Hình Mạch PCB MasterNode chế độ 3D(mặt sau) .38 Hình Kết đề tài thu 39 Hình Kết hiển thị App 40 DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Nhiệt độ độ ẩm trung bình theo mùa .13 Bảng Sơ đồ chân DHT11 17 Bảng Sơ đồ nối chân EndNode 34 Bảng Sơ đồ nối chân MasterNode 35 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG LORA 1.1 Đặt vấn đề Bình thường quan quan tâm đến việc giám sát, kiểm tra chất lượng khơng khí nhà Họ thường quan tâm đến việc sử dụng lượng để cắt giảm chi phí Tuy nhiên, giám sát chất lượng khơng khí nhà quan trọng Điều giúp cung cấp mơi trường làm việc lành hơn, an toàn tránh hậu tiêu cực liên quan đến ô nhiễm không khí nhà Chất lượng khơng khí nhà, tịa nhà quan trọng Các nghiên cứu khơng khí nhà chất lượng có ảnh hưởng tới người như: - Khoảng 3,8 triệu người giới chết năm nhiễm khơng khí nhà; - Vật chất dạng hạt nguyên nhân gây nhiều bệnh hô hấp bao gồm hen xuyễn, viêm đường hô hấp, giảm chức phổi ung thư; - Khơng khí chất lượng thấp làm giảm suất người khả xử lý thông tin 1.2 Tổng quan LoRa 1.2.1 Khái niệm LoRa LoRa viết tắt Long Range Radio công nghệ truyền thông liệu không dây sử dụng kỹ thuật điều chế vơ tuyến tạo chip thu phát Semtech LoRa Kỹ thuật điều chế cho phép giao tiếp tầm xa với lượng nhỏ liệu (có nghĩa băng thông thấp), khả chống nhiễu cao, đồng thời giảm mức tiêu thụ điện Vì vậy, cho phép giao tiếp đường dài với yêu cầu công suất thấp Điều phù hớp với thiết bị IoT (Internet of Things) với dung lượng pin hạn chế Mỗi gateway LoRa xử lý hàng triệu node Điều đó, cộng với thực tế tín hiệu kéo dài khoảng cách đáng kể, có nghĩa cần sở hạ tầng mạng hơn, làm cho việc xây dựng mạng LoRa rẻ Các mạng LoRa đặt với thiết bị liên lạc khác, tháp điện thoại di động, làm giảm đáng kể hạn chế xây dựng Như vậy, đặc điểm bật LoRa khả truyền nhận liệu khoảng cách xa (có thể lên đến 10km tùy thiết kế angten vật cản) tiết kiệm pin Đây đặc điểm mà kết nối WiFi hay 3G/4G khơng có giá thành chipset LoRa rẻ Sự phát triển Internet of Things bị giới hạn dung lượng mạng, khả hoạt động thiết bị mà không cần thay pin khả mã hóa truyền dẫn bí mật Các tính tích hợp LoRa cung cấp tất khả cho phép phát triển rộng rãi IoT Với công nghệ LoRa, chúng truyền dẫn liệu với khoảng 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 sensor network sensor node gửi giá trị đo đạc trung tâm cách xa hàng km hoạt động với battery thời gian dài trước cần thay pin 10