Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ỨNG DỤNG CHO THÀNH PHỐ THÔNG MINH SVTH: VŨ ĐỨC PHÚ MSSV: 12119021 SVTH: PHẠM NHỰT MINH MSSV: 12119092 Khóa: 2012 Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH GVHD: TS. ĐỖ ĐÌNH THUẤN Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: MSSV: Ngành: Lớp: Giảng viên hướng dẫn: ĐT: Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: 1. Tên đề tài: Mạng cảm biến không dây ứng dụng cho thành phố thông minh. 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: Các giá trị nhiệt độ, độ ẩm và chỉ số chất lượng không khí, datasheet của nRF24L01, sách kỹ thuật truyền số liệu. 3. Nội dung thực hiện đề tài: Thiết lập mạng cảm biến không dây nhằm thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí tại các node cảm biến truyền về trung tâm xử lý. 4. Sản phẩm: phần cứng và phần mềm của hệ thống mạng cảm biến không dây. TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪNCỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: .................................................................MSSV: ................................. Ngành:...................................................................................................................................... Tên đề tài: ................................................................................................................................ ................................................................................................................................................. Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: .............................................................................................. ................................................................................................................................................. NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: ................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................. 2. Ưu điểm: ................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................. 3. Khuyết điểm: ................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................. 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? ................................................................................................................................................. 5. Đánh giá loại: ................................................................................................................................................. 6. Điểm:……………….(Bằng chữ:.......................................................................................) ................................................................................................................................................. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên)CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: .................................................................MSSV: ................................. MSSV: ................................. Ngành:...................................................................................................................................... Tên đề tài: ................................................................................................................................ ................................................................................................................................................. Họ và tên Giáo viên phản biện: ............................................................................................... ................................................................................................................................................. NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: ................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................. 2. Ưu điểm: ................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................. 3. Khuyết điểm: ................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................. 4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? ................................................................................................................................................. 5. Đánh giá loại: ................................................................................................................................................. 6. Điểm:……………….(Bằng chữ:...................................................................................) ................................................................................................................................................. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên phản biện (Ký ghi rõ họ tên)i Lời cảm ơn Trong một khóa đào tạo, đồ án tốt nghiệp phản ánh kết quả học tập, đồng thời cũng là một công trình nghiên cứu khoa học, thể hiện sự lao động độc lập, sự tìm tòi, sáng tạo, ý tưởng khoa học của người thực hiện. Thông qua đồ án này, nhóm thực hiện báo cáo xin chân thành cám ơn Thầy Cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh nói chung và Thầy Cô Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao nói riêng đã tận tâm giảng dạy, truyền đạt kiến thức cơ sở, kiến thức chuyên ngành cho nhóm trong suốt thời gian học tập tại trường. Nhóm thực hiện báo cáo xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến TS.Đỗ Đình Thuấn. Thầy đã động viên, chia sẻ rất nhiều kinh nghiệm quý báu cho nhóm về cuộc sống, nghề nghiệp, mục tiêu học tập, nghiên cứu khoa học. Sự động viên của Thầy là động lực không nhỏ để giúp cho nhóm hoàn thành Đồ án này ở mức tốt nhất có thể. Bên cạnh đó, nhóm thực hiện báo cáo xin gửi lời cám ơn chân thành đến Gia đình, đã tạo điều kiện thuận lợi để nhóm hoàn thành tốt nhiệm vụ học tập, nghiên cứu. Cám ơn anh chị, bạn bè cùng Quý Thầy Cô trong Khoa đã góp ý để nhóm hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Đồ án được thực hiện trong thời gian ngắn với kiến thức còn hạn chế, do đó không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, nhóm rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, bổ sung của Quý Thầy Cô cùng các bạn sinh viên để đề tài được hoàn thiện hơn.ii Tóm tắt Wireless Sensor Network (WSN) – Mạng cảm biến không dây được công nhận rộng rãi là một trong những công nghệ quan trọng vào thế kỷ 21. Các công nghệ vô tuyến đã đạt được tốc độ phát triển thần kỳ vào những năm gần đây. Các công nghệ đấy đã nhận được sự chú ý rất nhiều từ cả trong lĩnh vực nghiên cứu và lĩnh vực công nghiệp trên toàn cầu, và được ưa chuộng ở rất nhiều lĩnh vực khác. Sự gia tăng trong việc phổ biến mạng cảm biến không dây đã khuyến khích thêm vào các môn học về mạng cảm biến không dây trong các trường đại học. Thêm vào đó sự phát triển về dân số trong các thành phố trong thế kỷ gần đây, nhu cầu về các ứng dụng liên quan đến cảm biến không dây trong việc quản lý thành phố đang rất cần thiết. Để đáp ứng cho quá trình trên, nhóm thực hiện báo cáo đã thiết kế, xây dựng và đánh giá hệ thống cho một ứng dụng thành phố thông minh mà cung cấp cho cư dân trong thành phố các dữ liệu hữu ích về nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí trong một hệ thống dễ tiếp cận và thân thiện với người dùng. Hệ thống của nhóm thực hiện với mục tiêu làm cho cuộc sống đô thị ngày càng hiện đại và phát triển nơi mà các cư dân trong thành phố có cuộc sống thoải mái để sinh sống và làm việc.iii Mục lục Lời cảm ơn ................................................................................................................. i Tóm tắt ...................................................................................................................... ii Mục lục ..................................................................................................................... iii Danh mục các chữ viết tắt ..................................................................................... vii Danh mục các bảng biểu......................................................................................... ix Danh mục các hình ảnh và biểu đồ.......................................................................... x Chương 1 Tổng quan ................................................................................................ 1 1.1 Giới thiệu........................................................................................................... 1 1.2 Tổng quan về SmartCity ................................................................................. 1 1.3 Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................. 2 1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ................................................... 3 1.5 Mục tiêu nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu.............................. 4 1.6 Nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu .......................................................... 4 1.7 Giới hạn của việc nghiên cứu .......................................................................... 5 1.8 Bố cục đồ án...................................................................................................... 5 Chương 2 Cơ sở lý thuyết......................................................................................... 6 2.1 Truyền nhận dữ liệu dựa trên lớp liên kết dữ liệu Enhanced Shock
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ỨNG DỤNG CHO THÀNH PHỐ THÔNG MINH SVTH: VŨ ĐỨC PHÚ MSSV: 12119021 SVTH: PHẠM NHỰT MINH MSSV: 12119092 Khóa: 2012 Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH GVHD: TS ĐỖ ĐÌNH THUẤN Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày - tháng - năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Ngành: Giảng viên hướng dẫn: Ngày nhận đề tài: MSSV: Lớp: ĐT: Ngày nộp đề tài: Tên đề tài: Mạng cảm biến không dây ứng dụng cho thành phố thông minh Các số liệu, tài liệu ban đầu: Các giá trị nhiệt độ, độ ẩm số chất lượng khơng khí, datasheet nRF24L01, sách kỹ thuật truyền số liệu Nội dung thực đề tài: Thiết lập mạng cảm biến không dây nhằm thu thập liệu nhiệt độ, độ ẩm chất lượng không khí node cảm biến truyền trung tâm xử lý Sản phẩm: phần cứng phần mềm hệ thống mạng cảm biến không dây TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ tên Giáo viên hướng dẫn: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: .) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: MSSV: MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) Lời cảm ơn Trong khóa đào tạo, đồ án tốt nghiệp phản ánh kết học tập, đồng thời cơng trình nghiên cứu khoa học, thể lao động độc lập, tìm tịi, sáng tạo, ý tưởng khoa học người thực Thơng qua đồ án này, nhóm thực báo cáo xin chân thành cám ơn Thầy Cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh nói chung Thầy Cơ Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao nói riêng tận tâm giảng dạy, truyền đạt kiến thức sở, kiến thức chuyên ngành cho nhóm suốt thời gian học tập trường Nhóm thực báo cáo xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến TS.Đỗ Đình Thuấn Thầy động viên, chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu cho nhóm sống, nghề nghiệp, mục tiêu học tập, nghiên cứu khoa học Sự động viên Thầy động lực khơng nhỏ để giúp cho nhóm hồn thành Đồ án mức tốt Bên cạnh đó, nhóm thực báo cáo xin gửi lời cám ơn chân thành đến Gia đình, tạo điều kiện thuận lợi để nhóm hồn thành tốt nhiệm vụ học tập, nghiên cứu Cám ơn anh chị, bạn bè Q Thầy Cơ Khoa góp ý để nhóm hoàn thành đồ án tốt nghiệp Đồ án thực thời gian ngắn với kiến thức hạn chế, khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, nhóm mong nhận ý kiến đóng góp, bổ sung Q Thầy Cơ bạn sinh viên để đề tài hoàn thiện i Tóm tắt Wireless Sensor Network (WSN) – Mạng cảm biến không dây công nhận rộng rãi công nghệ quan trọng vào kỷ 21 Các công nghệ vô tuyến đạt tốc độ phát triển thần kỳ vào năm gần Các công nghệ nhận ý nhiều từ lĩnh vực nghiên cứu lĩnh vực cơng nghiệp tồn cầu, ưa chuộng nhiều lĩnh vực khác Sự gia tăng việc phổ biến mạng cảm biến không dây khuyến khích thêm vào mơn học mạng cảm biến khơng dây trường đại học Thêm vào phát triển dân số thành phố kỷ gần đây, nhu cầu ứng dụng liên quan đến cảm biến không dây việc quản lý thành phố cần thiết Để đáp ứng cho q trình trên, nhóm thực báo cáo thiết kế, xây dựng đánh giá hệ thống cho ứng dụng thành phố thông minh mà cung cấp cho cư dân thành phố liệu hữu ích nhiệt độ, độ ẩm chất lượng khơng khí hệ thống dễ tiếp cận thân thiện với người dùng Hệ thống nhóm thực với mục tiêu làm cho sống đô thị ngày đại phát triển nơi mà cư dân thành phố có sống thoải mái để sinh sống làm việc ii Mục lục Lời cảm ơn i Tóm tắt ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt vii Danh mục bảng biểu ix Danh mục hình ảnh biểu đồ x Chương Tổng quan 1.1 Giới thiệu 1.2 Tổng quan SmartCity 1.3 Tính cấp thiết đề tài 1.4 Tình hình nghiên cứu nước 1.5 Mục tiêu nghiên cứu, đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.6 Nhiệm vụ phương pháp nghiên cứu 1.7 Giới hạn việc nghiên cứu 1.8 Bố cục đồ án Chương Cơ sở lý thuyết 2.1 Truyền nhận liệu dựa lớp liên kết liệu Enhanced Shock𝐁𝐮𝐫𝐬𝐭𝐓𝐌 .6 2.2 Định dạng gói liệu Enhanced Shock𝐁𝐮𝐫𝐬𝐭𝐓𝐌 2.2.1 Vùng mở đầu 2.2.2 Vùng địa 2.2.3 Vùng kiểm soát tải trọng 2.2.4 Vùng tải trọng 2.2.5 Vùng CRC 2.3 Xử lý gói tự động 2.3.1 Độ dài tải trọng tĩnh độ dài tải trọng động 2.3.2 Đóng gói tự động 2.3.3 Xác nhận gói tự động .10 iii 2.3.4 Gỡ gói tin tự động 11 2.4 Truyền gói tự động 11 2.4.1 Tự động thừa nhận (Auto acknowledgement - ACK) 11 2.4.2 Tự động truyền lại (Auto Retransmission – ART) .12 2.5 Các chế độ Standby hoạt động PTX PRX 13 2.5.1 Các chế độ standby 13 2.5.2 Hoạt động PTX 13 2.5.3 Hoạt động PRX 13 2.6 Thời gian truyền Enhanced Shock𝐁𝐮𝐫𝐬𝐭𝐓𝐌 14 2.7 Enhanced Shock𝐁𝐮𝐫𝐬𝐭𝐓𝐌 biểu đồ giao dịch 16 2.7.1 Giao dịch với gói ACK ngắt .16 2.7.2 Một giao dịch bị gói tin 17 2.7.3 Một giao dịch bị gói tin ACK 19 2.7.4 Một giao dịch với gói tải trọng ACK 20 2.7.5 Một giao dịch với gói ACK gói 21 2.7.6 Hai giao dịch với tải trọng gói ACK gói ACK đầu bị 23 2.7.7 Hai lần giao dịch mà số lần truyền lại đạt tới hạn 24 2.8 Đường liệu giao diện nRF24L01 cho phép giao tiếp qua SPI …………………………………………………………………………….25 2.8.1 Tính 26 2.8.2 Mô tả chức .26 2.8.3 Hoạt động SPI 26 2.9 Dữ liệu FIFO 29 2.10 IRQ 30 2.11 Tóm tắt cấu hình truyền nhận 30 2.11.1 Bên truyền gửi gói tin chứa liệu 30 2.11.2 Bên nhận nhận gói tin chứa liệu .32 2.12 Truyền liệu khơng khí 33 2.13 Bộ xử lý trung tâm .34 2.13.1 Board Arduino Uno R3 34 iv 2.13.2 Board Arduino Mega2560 .41 2.14 Giao diện hiển thị phần cứng 44 2.14.1 Arduino Mega LCD TFT Shield 44 2.14.2 UTFT_320QVT_9341 45 2.14.3 LCD Graphic 128X64B 48 2.14.4 LCD 16x2 50 2.15 Bộ truyền nhận vô tuyến .51 2.15.1 nRF24L01+ .52 2.15.2 nRF24L01 + PA 52 2.15.3 Giao tiếp nRF24L01 qua SPI 53 2.16 Các cảm biến đồng hồ thời gian thực 54 2.16.1 Cảm biến đo nhiệt độ độ ẩm DHT11 .54 2.16.2 Cảm biến chất lượng khơng khí MQ_135 58 2.16.3 Module I2C .59 2.16.4 Đồng hồ thời gian thực DS1307 61 Chương Tính toán thiết kế hệ thống .62 3.1 Tổng quan hệ thống 62 3.1.1 Yêu cầu hệ thống .62 3.1.2 Hoạt động hệ thống 64 3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống 64 3.2.1 Khối mạng 64 3.2.2 Khối cảm ứng 81 Chương Mơ hình mạng, mơ thực tế phần cứng, so sánh đánh giá kết 88 4.1 Hệ thống mạng cảm biến không dây phân tầng 88 4.2 Mơ hình mạng cảm biến khơng dây triển khai .90 4.3 Hiện thực hóa mơ hình kết thu so với hệ thống mạng lý thuyết .92 4.4 Tiến hành thi công kết đạt .93 4.5 Ưu điểm Nhược điểm 96 v 4.5.1 Ưu điểm .96 4.5.2 Nhược điểm .96 4.6 Màn hình cảm ứng UTFT hiển thị trung tâm 97 4.7 Giao diện trung tâm điều khiển 99 4.8 Tổng hợp .101 4.9 Tính khả thi thực tế 101 4.10 So sánh với hệ thống mạng cảm biến không dây khác 102 Chương Kết luận hướng phát triển .105 5.1 Kết luận đề tài đồ án .105 5.2 Các mặt hạn chế thiếu sót .105 5.3 Hướng phát triển đề tài .106 Tài liệu tham khảo 107 Phụ lục 108 vi myGLCD.print("Breath", 180, 140); delay(10); } else if(sensorValue2 > 450 && sensorValue2 700 && sensorValue2 760) { myGLCD.setFont(BigFont); myGLCD.setColor(0, 255, 0); myGLCD.setBackColor(0, 0, 0); myGLCD.print("Worst", 180, 140); delay(10); } } //==================================================== void drawThoiTiet() { myGLCD.setColor(100, 155, 203); myGLCD.fillRoundRect (10, 10, 60, 36); myGLCD.setColor(255, 255, 255); myGLCD.drawRoundRect (10, 10, 60, 36); myGLCD.setFont(BigFont); myGLCD.setBackColor(100, 155, 203); myGLCD.print("##,### - write to register ## the value ###"); Serial.println("