Báo cáo tìm hiểu kỹ thuật xây dựng mạng cảm biến không dây trên máy đo huyết áp

Tổng quan mạng cảm biến không dây Báo cáo thí nghiệm Page Tổng quan mạng cảm biến không dây Mục Lục Giới thiệu chung Chương 1: Tổng quan mạng cảm biến không dây 1.1 Giới thiệu 1.1.1 Công nghệ Sensor NetWork 1.1.2 Ứng dụng mạng cảm biến .6 1.2 Tổng quan kỹ thuật WSNs 1.2.1 Các thành phần cấu trúc mạng cảm biến 1.2.2 Các thách thức trở ngại 10 Chương 2: Ứng dụng mạng cảm biến không dây 11 2.1 Các mơ hình phân bố .11 2.2 Các ứng dụng mạng WSNs .12 Báo cáo thí nghiệm Page Chương 3: Kỹ thuật truyền dẫn không dây 14 3.1 Quá trình truyền sóng 14 3.2 Điều chế tín hiệu 15 Chương 4: Ứng dụng WSN đo huyết áp .17 4.1 Giới thiệu chung 17 4.2 Đo huyết áp sử dụng Wireless Sensor Network 18 4.2.1 Giới thiệu .19 4.2.2 Miêu tả hệ thống 19 4.2.3 Kế sơ 26 4.2.4 Hướng phát triển tương lai 27 4.2.5 Kết luận 27 Báo cáo thí nghiệm Page Giới thiệu chung Sự phát triển internet, truyền thông công nghệ thông tin kết hợp với tiến khoa học kỹ thuật tạo điều kiện cho hệ cảm biến mới, với giá thành thấp, khả triển khai quy mơ lớn với độ xác cao Cơng nghệ điều kiển cảm biến gồm: Cảm biến dây, cảm biến trường điện từ, cảm biến tần số vô tuyến, cảm biến quang điện hồng ngoại, laser rada cảm biến định vị dẫn đường Các tiến lĩnh vực thiết kế cảm biến, vật liệu cho phép làm giảm kích thước, trọng lượng chi phí sản xuất cảm biến đồng thời tăng khả hoạt động độ xác Trong tương lai gần, mạng cảm biến khơng dây tích hợp hàng triệu cảm biến vào hệ thống để cải thiện chất lượng thời gian sống Công nghệ điều khiển cảm biến có tiềm lớn, khơng khoa học nghiên cứu, mà quan trọng chúng sử dụng rỗng rãi ứng dụng liên quan đến bảo vệ cơng trình trọng yếu, chăm sóc sức khỏe, bảo vệ mơi trường, Báo cáo thí nghiệm Page lượng, an toàn thực phẩm, sản xuất, nâng cao chất lượng sống kinh tế… Với mục tiêu giảm giá thành tăng hiệu công nghiệp thương mại, mạng cảm biến không dây mang đến tiện nghi ứng dụng thiết thực, nâng cao chất lượng sống cho người Trong nội dung tài liệu này, trình bày kỹ thuật xây dựng mạng cảm biến không dây, cách thức thiết kế từ đơn giản đến phức tạp Bên cạnh ứng dụng phổ biến, có nhiều tiềm năng, ứng dụng thực tế Một nhìn tổng quát mạng cảm biến không dây Chúng em xin chân thành cảm ơn hưỡng dẫn nhiệt tình thầy Dương Trọng Lượng Sự gợi ý mở góp ý thầy hỗ trợ nhiều để chúng em hồn thành đề tài Báo cáo thí nghiệm Page Chương 1: Tổng quan mạng cảm biến không dây 1.1 Giới thiệu Mạng cảm biến(Sensor network) cấu trúc, kết hợp khả cảm biến, xử lý thông tin thành phần liên lạc để tạo khả quan sát, phân tích phản ứng lại với kiện tượng xảy môi trường cụ thể Mơi trường giới vật lý, hệ thống sinh học Các ứng dụng mạng cảm biến chủ yếu gồm thu thập liệu, quan sát, theo dõi ứng dụng y học Tuy nhiên ứng dụng mạng cảm biến tùy theo yêu cầu sử dụng đòi hỏi đa dạng không bị giới hạn Các thành phần cấu tạo nên mạng cảm biến:  Các cảm biến phân bố theo mơ hình tập trung hay phân bố dải  Mạng lưới liên kết cảm biến (có dây khơng dây)  Điểm trung tâm, tập hợp liệu (Clus Tering)  Bộ phận xử lý liệu trung tam Báo cáo thí nghiệm Page Một node cảm biến định nghĩa kết hợp cảm biến phận xử lý, hay gọi mote Mạng cảm biến không dây( WSN ) mạng cảm biến kết nối node cảm biến sóng vơ tuyến 1.1.1 Cơng nghệ Sensor NetWork Trong mạng Sensor Network, cảm biến xem thành phần quan trọng phục vụ cho ứng dụng Công nghệ cảm biến điều khiển bao gồm cảm biến trường điện từ, cảm biến tần số vô tuyến, quang, hồng ngoại, lasers, radar, cảm biến định vị, dẫn đường, đo đạc thông số môi trường, cảm biến phục vụ lĩnh vực an ninh, sinh hóa… Ngày nay, cảm biến sử dụng với số lượng lớn Mạng WSNs có đặc điểm riêng, công suất bị giới hạn, thời gian cung cấp lượng nguồn(chủ yếu pin) có thời gian ngắn, chu kỳ nhiệm vụ ngắn, quan hệ đa điểm – điểm, số lượng lớn node cảm biến Cảm biến gồm dãy cảm biến kích thước đa dạng, từ nano(1 – 100 nm), meso(100 – 10000 nm), micro(10 – 1000um), macro(vài mm - m)… Báo cáo thí nghiệm Page Do đặc tính mạng WSNs di động trước chủ yếu phục vụ cho ứng dụng quân nên đòi hỏi tính bảo mật cao Ngày nay, ứng dụng WSNs mở rộng cho ứng dụng thương mại, việc tiêu chuẩn hóa tạo nên tính thương mại cao cho mạng WSNs Các nghiên cứu gần phát triển thông tin công suất thấp với node xử lý giá thành thấp có khả tự phân bố, xếp, lựa chọn giao thức cho mạng, giải toán quan trọng mạng WSNs khả cung cấp lượng cho node bị giới hạn Các mơ hình khơng dây, có mạch tiêu thụ lượng thấp ưu tiên phát triển Hiệu sử dụng công suất WSNs tổng quát dựa tiêu chí:  Chu kỳ vận động ngắn  Xử lý liệu nội node để giảm chiều dài liệu, thời gian truyền  Mô hình mạng multihop làm giảm chiều dài đường truyền, qua làm giảm suy hao tổng cộng, giảm cơng suất cho đường truyền WSNs chia làm loại, theo mơ hình kết nối định tuyến mà node sử dụng: Báo cáo thí nghiệm Page  Loại (C1WSNs):  Sử dụng giao thức định tuyến động  Các node tìm đường tốt đến đích  Vai trò node sensor với node sensor trạm lặp (repeater)  Khoảng cách lớn (hàng trăm mét)  Khả xử lý liệu node chuyển tiếp  Mạng phức tạp  Loại (C2WSNs):  Mô hình đa điểm – điểm, hay điểm – điểm, kết nối radio đến node trung tâm  Sử dụng giao thức định tuyến tĩnh  Một node không cung cấp thông tin đến node khác  Một khoảng cách vài trăm mét  Node chuyển tiếp khơng có khả xử lý liệu cho node khác  Hệ thống tương đối đơn giản Báo cáo thí nghiệm Page Tiêu chuẩn tần số áp dụng cho WSNs IEEE 802.15.4 Hoạt động tần số 2.4GHz công nghiệp, khoa học y học(ISM), cung cấp đường truyền liệu lên đến 250kbps khoảng cách từ 30 đến 200feet Zigbee/IEEE802.15.4 thiết kế để bổ xung cho công nghệ không dây Bluetooth, Wifi, Ultrawideband(UWB), mục đích phục vụ cho ứng dụng thương mại Với đời của Zigbee/IEEE802.15.4, hệ thống dần phát triển theo hướng tiêu chuẩn, cho phép cảm biến truyền thông tin qua kênh tiêu chuẩn hóa Nhiều nghiên cứu lĩnh vực mạng mobile ad hoc (MANETs) WSNs tương tự MANETs theo vài đặc điểm Cả hai chuẩn mạng wireless, multihop Tuy nhiên, ứng dụng kỹ thuật hai hệ thống có khác  Dạng thông tin thường WSNs đa nguồn liệu truyền đến nơi nhận, khác hẳn điểm – điểm MANETs  Các node WSNs di động, ad hoc node di động Báo cáo thí nghiệm Page 10