ddddddddddđ dddddddddddddđ ddddddddđ dddddddddddddddddddddddddddddddddddddd dddddddddddddddddddddddddddddddddddddđ ddddddddddddd d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA THỰC TẬP TẠI: Công ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH Thông tin Sinh viên: Lớp: Thông tin Cán hướng dẫn: GVHD: TS Ngơ Đình Thanh CBHD (tại đơn vị): Hồng Văn Bình Đà Nẵng, tháng 03 năm 2023 Cơng ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập thực tập tốt nghiệp chúng em quan tâm,hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy, giáo khoa với động viên giúp đỡ bạn bè Lời chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng, thầy Khoa Điện tận tình giúp đỡ cho em suốt thời gian học trường Đặc biệt xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy giáo Ngơ Đình Thanh trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn chúng em hoàn thành báo cáo Chúng em xin trân trọng cảm ơn! Công ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH MỤC LỤC CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY TNHH CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG XANH THTECH .8 1.1 Giới thiệu chung: .8 1.2 Sứ mệnh tầm nhìn: 1.3 Giá trị cốt lõi THTECH: 1.4 Chiến lược phát triển: 1.5 Các sản phẩm 10 CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ ỨNG DỤNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO 11 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến nuôi trồng thủy sản 11 2.1.1 Vị trí địa lý: 11 2.1.2 Các yếu tố tự nhiên: 11 2.2 Các cơng trình nghiên cứu có sẵn: 12 2.2.1 Advanced Technology Application on Monitoring and Forecasting Lobster Farming Environment in Phu Yen(Ứng dụng công nghệ tiên tiến quan trắc dự báo môi trường nuôi tôm hùm Phú Yên) 12 2.2.2 Design of a Wireless Sensor Network for Open Ocean Aquaculture Based on 802.11ac Wireless Bridge and LoRaTM Technology 13 2.2.3 The Preliminary Design of Water Quality Monitor System for the Ecological Pond based on LoRaWAN 14 CHƯƠNG 3: CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY PHỔ BIẾN .16 3.1 LoRa 16 3.2 LoRaWAN: 16 3.3 WiFi 18 CHƯƠNG IV : YÊU CẦU DỰ ÁN 19 4.1 Mục đích: .19 4.2 Xây dựng hệ thống IOT dựa mạng LoRaWAN: 19 4.3 Giám sát chất lượng nước cho người nuôi cá .19 4.3.1 Nồng độ Oxy hoà tan nước: 19 4.3.5 Oxy hóa khử (ORP): 20 4.4 Hiển thị cảnh báo: 20 Công ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH CHƯƠNG V: GIẢI PHÁP CHO HỆ THỐNG IOT QUAN TRẮC CHẤT LƯỢNG NƯỚC ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG 21 5.1 Tổng quan giải pháp 21 5.1.1 Hạn chế 21 5.1.2 Giải pháp công nghệ .21 5.2 Thiết bị: 22 5.3 Thực nghiệm sử dụng STM32 board UCA: 23 Công ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH Tên công ty/Đơn vị: Công ty TNHH Cơng Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH DANH MỤC CƠNG VIỆC ĐƯỢC THỰC HIỆN Họ tên sinh viên thực tập: MSV: Lớp: MSV: Lớp: MSV: Lớp: Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa, Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng Tuần Kế hoạch công việc tuần Ngày thực 1415/02/2023 Tìm hiểu công ty, lĩnh vực kinh doanh chọn đề tài thực tập 1617/02/2023 Tìm hiểu thành phần hệ IoT nông nghiệp công nghệ cao 2122/02/2023 2324/02/2023 Nội dung công việc thực Kết đạt - Gặp anh Bình Nghe anh giới thiệu công ty, đề tài nghiên cứu để thực tập - Chia nhóm nghiên cứu, phân cơng nhóm trưởng, lập kế hoạch, thỏa thuận cách thức cập nhật thông tin, thông báo, báo cáo - Chọn đề tài - Họp nhóm, phân tích đề tài yếu tố cần tìm hiểu để phân cơng cơng việc - Bắt đầu làm chương I báo cáo dựa theo yêu cầu người hướng dẫn nhóm - Nắm kế hoạch, cách thức đợt thực tập - Chọn đề tài thực tập Làm xong chương I báo cáo thực tập - Được hướng dẫn thực tập định hướng cơng việc - Tìm đọc cơng trình nghiên cứu cơng bố để tìm hiểu ưu nhược điểm cơng trình từ - Tiếp tục công việc làm báo cáo thực tập làm chương II tìm hiểu IoT ni trồng thủy sản qua hiểu dự án - Hiểu tầm quan trọng IoT nuôi trồng thủy sản - Biết vấn đề, giải pháp thực -Làm xong chương I Công ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH Xác nhận cán Tìm hiểu chuẩn truyền thơng khơng dây Tìm hiểu chi tiết chuẩn truyền thơng, thực hành lập trình thử nghiệm hoàn thành báo cáo 28/02/2023 0102/03/2023 - Tìm hiểu sơ LoRa/LoRaWAN - Thực hành lập trình truyền nhận liệu board phát triển UCA 04/03/2023 - Làm báo cáo chương III 07-08-0910/03/2023 - Thực hành lập trình truyền nhận STM32 - Tìm hiểu thông số LoRa - Làm báo cáo chương III, chương IV, chương V Công ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH - Hiểu giao thức LoRa/LoRaWAN - Hoàn thành báo cáo - Hoàn thành báo cáo - Bước đầu hiểu ý nghĩa thông số đến việc truyền nhận liệu CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY TNHH CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG XANH THTECH 1.1 Giới thiệu chung: Tên giao dịch quốc tế: THTECH GREEN ENERGY TECHNOLOGY COMPANY LIMITED Công ty TNHH Công nghệ Năng lượng xanh THTECH công ty chuyên nghiên cứu phát triển công nghệ LPWAN, cung cấp giải pháp thiết bị cho hệ thống thu thập liệu, giám sát điều khiển từ xa, chuyển đổi số lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp tạo ứng dụng thông minh với yêu cầu tiêu thụ lượng thấp truyền liệu khoảng cách xa cách tin cậy an tồn Cơng ty cung cấp dịch vụ trọn vẹn từ tư vấn thiết kế kỹ thuật, phần mềm SCADA cho trung tâm điều khiển vận hành, sản xuất thiết bị, thí nghiệm hiệu chỉnh, bàn giao vận hành đến bảo trì bảo dưỡng hệ thống Với tự tin khả đáp ứng yêu cầu kỹ thuật khách hàng, công ty thức đem lại dịch vụ thiết kế giải pháp công nghiệp chuyên nghiệp từ đầu năm 2021 Công ty TNHH Công nghệ Năng lượng xanh THTECH tin ủng hộ tin tưởng khách hàng trở thành nguồn cảm hứng lớn lao để biến ý tưởng giải pháp kỹ thuật thành thực Nếu bạn quan tâm đến giải pháp công nghiệp lượng xanh, cơng ty lựa chọn tốt để tham khảo 1.2 Sứ mệnh tầm nhìn: Tầm nhìn: THTECH trở thành cơng ty đổi sáng tạo công nghệ tạo sản phẩm cơng nghiệp hữu ích cho cộng đồng Sứ mạng: - Sáng tạo sản phẩm thay công nghệ ngoại nhập thông qua nghiên cứu khoa học chuyển giao công nghệ Phát triển giải pháp công nghệ tiên tiến nhằm đáp ứng nhu cầu khách hàng việc thu thập liệu, giám sát điều khiển từ xa, chuyển đổi số lĩnh vực công nghiệp nơng nghiệp, đóng góp vào phát triển xã hội thông minh bền vững - Cung cấp giải pháp, sản phẩm dịch vụ uy tín, hiệu đáp ứng nhu cầu thực tiễn khách hàng - Thực trách nhiệm xã hội phục vụ cộng đồng Công ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH 1.3 Giá trị cốt lõi THTECH: Tận tâm với khách hàng: Tận tâm với khách hàng giá trị cốt lõi THTECH Chúng lắng nghe, tư vấn hỗ trợ khách hàng cách tận tình để đảm bảo giải pháp sản phẩm đáp ứng nhu cầu họ Sáng tạo đổi mới: THTECH nỗ lực sáng tạo đổi để mang lại giải pháp công nghệ tiên tiến cho khách hàng Tận dụng công nghệ tiên tiến: THTECH tận dụng công nghệ tiên tiến để đưa giải pháp hiệu quả, tiết kiệm chi phí bảo vệ môi trường Chất lượng độ tin cậy: Chất lượng độ tin cậy sản phẩm dịch vụ ưu tiên hàng đầu THTECH Chúng cam kết đưa sản phẩm dịch vụ có chất lượng tốt để đảm bảo hài lòng tin cậy khách hàng 1.4 Chiến lược phát triển: Tập trung vào phát triển công nghệ LPWAN sản xuất thiết bị thu thập liệu, giám sát điều khiển từ xa Công ty nên tập trung vào nghiên cứu phát triển công nghệ mới, đảm bảo sản phẩm dịch vụ công ty đáp ứng yêu cầu khách hàng đáp ứng nhu cầu thị trường Mở rộng thị trường tiềm cách cung cấp giải pháp thiết bị cho lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp ứng dụng thông minh Đây lĩnh vực phát triển nhanh chóng có nhu cầu cao cơng nghệ LPWAN IoT Xây dựng hệ thống phân phối bán hàng rộng khắp để đưa sản phẩm dịch vụ công ty đến khách hàng tiềm Điều bao gồm việc hợp tác với đối tác phân phối, triển khai chiến dịch quảng cáo marketing hiệu để tăng khả tiếp cận nhận thức thị trường sản phẩm dịch vụ công ty Đảm bảo công ty cung cấp cho khách hàng sản phẩm dịch vụ chất lượng cao, đảm bảo tính ổn định tin cậy trình sử dụng Điều giúp tạo lòng tin tin tưởng từ khách hang Đào tạo thu hút nhân tài: Với phát triển nhanh chóng cơng nghệ, công ty THTECH nên đào tạo thu hút nhân tài có lực, tư sáng tạo để đáp ứng nhu cầu phát triển công ty nghiên cứu giải pháp Công ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH 1.5 Các sản phẩm - Bộ thu thập liệu Datalogger - Bộ chuyển đổi lượng mặt trời - Trung tâm điều khiển giám sát mực nước - Hệ thống quan trắc cảnh báo mơi trường khơng khí - Giám sát chất lượng nước nuôi trồng thủy sản - Giám sát quản lý chất lượng điện - Dịch vụ bảo trì, bảo dưỡng hệ thống cơng nghiệp Cơng ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ ỨNG DỤNG IOT TRONG NƠNG NGHIỆP CƠNG NGHỆ CAO 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến nuôi trồng thủy sản 2.1.1 Vị trí địa lý: Vị trí địa lí tạo khả thuận lợi cho việc phát triển ngành thủy sản cách toàn diện Đối với nước giáp biển, có Việt Nam, nuôi trồng khai thác hải sản trở thành ngành thể mạnh Khu vực đầm, phá, vũng, vịnh nước nơng kín gió lý tưởng dễ ni trồng loài hải sản giá trị kinh tế cao ngọc trai, tôm hùm, hầu, rong biển, tảo biển, Mặt khác, diện tích vùng biển rộng lớn cung cấp nguồn hải sản tự nhiên phong phủ đa dạng 2.1.2 Các yếu tố tự nhiên: * Nguồn nước – Diện tích mặt nước: Muốn sản xuất thủy sản cần có thủy vực Nó xem tư liệu sản xuất thay cửa ngành Trong vùng nội địa, sản xuất thủy sản khu vực ao, hồ, sông, suối,… Tại vùng ven biển, người ta nuôi nhuyển thể bãi triều gần cửa sơng Hoặc nơi có địa hình bờ biển khúc khuỷu hình thành đầm, phá, vũng, vịnh nước nơng tạo diều kiện phát triển nuôi trồng hải sản * Chất lượng nguồn nước: Chất lượng nguồn nước ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng, phát triển thủy sản suất thu hoạch Các yêu cầu chất lượng nước định giống sinh vật nuôi trồng thành phần khác đan xen vào Những yếu tố liên quan đến phát triển thủy sản nhiệt độ, pH, DO độ mặn Các yếu tố ô nhiễm gây độc: COD, NH3, NO2, H2S, kim loại nặng… DO nước cần thiết cho đời sống thủy sản Nhu cầu oxy phụ thuộc vào loài, giai đoạn phát triển, trạng thái sinh lý, nhiệt độ Nhu cầu DO nước tối thiểu cá mg/l, với tôm mg/l Trường hợp DO thấp mức gây chết kéo dài làm cho động vật thủy sản bị sốc, ảnh hưởng xấu đến tỷ lệ sống, sinh trưởng phát dục chúng Giới hạn gây chết DO cho tôm sú tôm thẻ chân trắng giống 1,17 – 1,21 mg/l (Seidman Lawrence, 1985) Ở vùng đất phèn, pH nước thấp Mỗi loài cá có khả chịu đựng khoảng pH khác pH có ảnh hưởng lớn đến phát triển phơi, đến q trình dinh dưỡng, sinh trưởng sinh sản pH môi trường cao hay q tháp khơng có lợi cho đời sống cá Quá trình quang hợp thực vật thủy sinh hấp thu CO2 làm tăng pH Sức chịu đựng cá sụt giảm hàm lượng oxy nước pH thấp ph thích hợp cho nuôi từ 6,5-9, tối la 7-8 Công ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH 10 * Khí hậu: Ni trồng thủy sản chịu ảnh hưởng nhiều nhiệt độ Nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả thích nghi lồi, giai đoạn sống, sinh trưởng cácloài thủy sản khác nhau, từ có biện pháp ni trồng đan xen, đa dạng thủy sản diện tích mặt nước Ở vùng ven biển, nhiệt độ nước tăng lên ảnh hưởng đến sản xuất tảo có sẵn ánh sáng, oxy carbon loài khác Nhiệt độ nước tăng ảnh hưởng đến trình quan trọng vi khuẩn cố định đạm khử nitơ Nhiệt độ nước quy định oxy độ hòa tan cacbonat, bệnh dịch virus, pH độ dẫn, quang hợp tỷ lệ hô hấp thực vật phù du Nhiệt độ nước cao thấp không thuận lợi cho đời sống thủy sản Nhiệt độ thích hợp cho thủy sản nuôi 26-32°C Với cá tra basa từ 26- 30°C (với cá bột 28-30°C) Khi nhiệt độ thay đổi đột ngột 3-4°C ảnh hưởng đến khả kháng bệnh tôm, cá Nếu nhiệt độ vượt giới hạn cho phép dẫn đến động vật thủy sản chết, hàng loạt Chẳng hạn nhiệt độ nước giảm xuống 13 – 14°C, rét kéo dài làm chết tơm xanh Nhiệt độ 6°C 42°C làm cá rô phi chết Khi nhiệt độ nước ao 35°C tỷ lệ sống tôm sú 100%, nhiệt độ 37,5°C tỷ lệ tôm sống 60%, nhiệt độ 40°C tỷ lệ 40% * Sinh vật: Sinh vật nguồn gen quý cho việc nghiên cứu lai tạo loài giống suất cao phục vụ cho ngành thủy sản Nguồn lợi thủy sản nước nước mặn phục vụ cho hoạt động khai thác tự nhiên Tuy nhiên, hoạt động khai thác đánh bắt mức trước làm cho số lượng thành phần lồi giảm nhanh chóng Do đó, cần có giải pháp phục hồi nguồn tài nguyên quan trọng Điều vừa giúp khai thác lâu dài ngành thủy sản vừa cân hệ sinh thái vùng nước, phát triển bền vững Sinh vật cịn ngồn thức ăn phục vụ cho ngành nuôi trồng thủy sản chẳng hạn động vật sử dụng tảo, vi sinh vật làm thức ăn lại thức ăn cho tôm cá Sự tập trung số lượng động vật ven bờ tỷ lệ thuận với phát triển phong phú khu vực hệ thực vật Trong số động vật nổi, nhóm chiếm ưu thể định chất lượng thức ăn cho động vật không xương sống lớn khác nhóm copepoda 2.2 Các cơng trình nghiên cứu có sẵn: 2.2.1 Advanced Technology Application on Monitoring and Forecasting Lobster Farming Environment in Phu Yen(Ứng dụng công nghệ tiên tiến Công ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH 11 quan trắc dự báo môi trường nuôi tôm hùm Phú Yên) * Vấn đề: Đặc trưng tơm hùm lột xác q trình sinh trưởng, lần lột xác có tăng lên kích thước trọng lượng Chu kỳ lột xác lồi tơm hùm phụ thuộc vào yếu tố ngoại cảnh như: nhiệt độ nước, ánh sáng, độ mặn, thức ăn,… yếu tố nội thể điều tiết hormon lột xác hay hormon ức chế lột xác,… Các yếu tố ln có mối quan hệ mật thiết, ảnh hưởng lẫn ảnh hưởng đến sinh trưởng tơm hùm Từ đề xuất giải pháp để phân tích thơng số: nhiệt độ, pH, DO, độ mặn, độ đục, NH4+/NH3, * Giải pháp: - Trạm quan trắc có định vị GPS truyền thơng LoRa để trao đổi thơng tin với trạm trung tâm, tích hợp module cấp nguồn dự trữ NLMT để đảm bảo hoạt động thời gian dài - Trạm thu thập liệu từ trạm quan trắc: truyền thông GSM/3G, LoRa Giao tiếp với với server qua hạ tầng hệ thống thông tin di động(GSM/3G) Internet Cấp nguồn điện lưới NLMT - Server có nhiệm vụ lưu trữ CSDL để quan trắc theo thời gian thực phục vụ cho việc giám sát người dùng bao gồm biểu đồ tham số theo thời gian thông số nước Công ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH 12 2.2.2 Design of a Wireless Sensor Network for Open Ocean Aquaculture Based on 802.11ac Wireless Bridge and LoRaTM Technology * Vấn đề: với nhu cầu tiêu thụ cá loại hải sản biển tăng mạnh ni trồng thủy sản biển ý tưởng hứa hẹn để cung cấp nguồn thực phẩm để đáp ứng nhu cầu Ở Penghu Pingtung(Đài Loan) nuôi trồng nhiều loại hải sản có giá trị cao cá mú, cá tráp đỏ, cá hồng nên việc kiểm soát yếu tố DO, độ đục, nhiệt độ, độ mặn,… cần giám sát * Giải pháp: hệ thống giám sát bao gồm cảm biến camera nước Dữ liệu từ cảm biến truyền trực tiếp trung tâm thu thập liệu thông qua truyền thơng LoRa, tín hiệu video gửi thơng qua Wifi Mạng cảm biến không dây hợp thành từ cơng nghệ truyền thơng khơng dây có khoảng cách truyền xa WiFi sử dụng để truyền liệu camera nước nhờ băng thông video cao Module LoRa/Arduino với khả truyền liệu xa tiêu thụ lượng thấp sử dụng cho việc truyền không dây từ cảm biến khác WiFi hoạt động dải GHz LoRa hoạt động 915MHz Do giới hạn dung lượng pin lắp đặt nên chế độ tiết kiệm lượng đề xuất để kéo dài thời gian hoạt động hệ thông Sau cùng, tất liệu thu thập tự động đưa trung tâm liệu NTOU(National Taiwan Ocean University) 2.2.3 The Preliminary Design of Water Quality Monitor System for the Ecological Pond based on LoRaWAN * Vấn đề: nuôi trồng thủy sản đại, việc giám sát yếu tố môi trường ứng dụng hệ thống giám sát thông minh ngày nhận nhiều 13 Công ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH quan tâm Ở Đài Loan, tổng giá trị sản phẩm từ thủy sản khoảng 36 triệu Tân Đài tệ, việc sử dụng cơng nghệ tích hợp vào phương pháp ni trồng truyền thống giảm chi phí quản lý, giám sát chất lượng nước ngày vô quan lĩnh vực * Giải pháp: - Hệ cảm biến: Sử dụng cảm biến CRK-A600A để đo nhiệt độ, độ đục pH Sử dụng board Arduino Mega để chuyển tín hiệu Modbus sang module truyền thông không dây LoRa Sử dụng hệ thống pin lượng mặt trời để cấp nguồn cho hệ - LoRa Gateway: Rasberry Pi điều khiển trung tâm, thực điều khiển module LoRa truyền liệu lên dịch vụ CSDL Khi gateway kết nối với Internet, sử dụng WiFi giao thức mạng khơng dây mà đặt khu vực - Cơ sở liệu hiển thị: CSDL thực MySQL, xây dựng web để hiển thị liệu * Ưu điểm: sử dụng công nghệ LoRa tối ưu cho việc truyền liệu xa khu vực ni trồng thủy sản thường có diện tích lớn, chia làm nhiều khu vực Vì LoRa thích hợp cho hệ thống IoT có khoảng cách truyền liệu xa, bên cạnh mặt Cơng ty TNHH Cơng Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH 14 tối ưu lượng khu vực thường khơng có nguồn điện lưới phải sử dụng pin(giới hạn dung lượng) nên LoRa giúp kéo dài thời gian hoạt động CHƯƠNG 3: CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY PHỔ BIẾN 3.1 LoRa LoRa viết tắt Long Range Radio nghiên cứu phát triển Cycleo sau mua lại công ty Semtech năm 2012 Với cơng 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 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 LoRa sử dụng kỹ thuật điều chế gọi Chirp Spread Spectrum Có thể hiểu nôm na nguyên 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 hố 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 công suất phát lớn mà truyền xa tín hiệu Lora nhận khoảng cách xa độ mạnh tín hiệu thấp nhiễu môi trường xung quanh Băng tần làm việc LoRa từ 430MHz đến 915MHz cho khu vực khác giới: - 430MHz cho châu Á - 780MHz cho Trung Quốc - 433MHz 866MHz cho châu Âu - 915MHz cho USA 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) 3.2 LoRaWAN: LoRaWAN giao thức mạng mở cung cấp kết nối cổng LPWAN với thiết bị IoT nút cuối tiêu chuẩn hóa trì LoRa Alliance 15 Cơng ty TNHH Cơng Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH LoRaWAN chịu trách nhiệm quản lý tần số giao tiếp, tốc độ liệu lượng cho tất thiết bị mạng Hình cho ví dụ điển hình việc triển khai mạng LoRaWan từ đầu tới cuối: Các thành phần mạng LoRaWAN bao gồm: - End Devices (thiết bị cuối) hỗ trợ LoRaWAN: cảm biến thiết bị truyền động kết nối không dây với mạng LoRaWAN thông qua gateway sử dụng công nghệ điều chế LoRa Các thiết bị phần lớn hoạt động pin thực chức số hóa thơng tin vật lý mơi trường như: chiếu sáng đường phố, khóa cửa, ngắt van nước, ngăn rò rỉ - Gateway LoRaWAN (cổng LoRaWAN) : nhận liệu RF điều chế LoRa từ thiết bị cuối chuyển tiếp liệu đến máy chủ mạng LoRaWAN Các cảm biến kết nối với gateway thông qua mạng IP backbone, đặc biệt cảm biến gửi liệu đến nhiều gateway miễn có kết nối chúng Điều làm giảm đáng kể khả lỗi gói (vì khả gateway nhận thông báo cao) đồng thời giảm chi phí pin cho cảm biến di động có tính xác định vị trí - Network server (máy chủ mạng): quản lý toàn hệ thống mạng, thơng số thích hợp để điều chỉnh hệ thống thiết lập kết nối AES 128-bit an toàn để truyền tải kiểm soát liệu Máy chủ mạng đảm bảo tính xác thực cảm biến mạng tính tồn vẹn thơng báo, nhiên lại khơng thể nhìn thấy truy cập vào liệu ứng dụng - Application servers (máy chủ ứng dụng): chịu trách nhiệm xử lý, quản lý diễn giải liệu nhận từ cảm biến cách an toàn, đồng thời tạo downlink payloads tới thiết bị đầu cuối Công ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH 16 - Join Server: quản lý q trình kích hoạt cho end devices thêm vào mạng Join Serve chứa thông tin cần thiết để xử lý yêu cầu tham gia vào mạng, báo hiệu cho network server application servers kết nối với thiết bị đầu cuối thực mã hóa phiên ứng dụng, mạng 3.3 WiFi WiFi (là viết tắt từ Wireless Fidelity hay mạng 802.11) hệ thống mạng khơng dây sử dụng sóng vô tuyến, giống điện thoại di đông, truyền hình radio Kết nơi Wifi thường lựa chọn hàng đầu nhiều kỹ sư giải pháp tính thơng dụng kinh tế hệ thống wifi mạng LAN với mơ hình kết nối phạm vi địa lý có giới hạn Các sóng vô tuyến sử dụng cho WiFi gần giống với sóng vơ tuyến sử dụng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động thiết bị khác Nó chuyển nhận sóng vơ tuyến, chuyển đổi mã nhị phân sang sóng vơ tuyến ngược lại Tuy nhiên, sóng WiFi có số khác biệt so với sóng vơ tuyến khác chỗ: Chúng truyền phát tín hiệu tần số 2.4 GHz GHz Tần số cao so với tần số sử dụng cho điện thoại di động, thiết bị cầm tay truyền hình Tần số cao cho phép tín hiệu mang theo nhiều liệu Thông số kỹ thuật bản: · Tần số: 2.4-5GHZ · Phạm vi: 50m · Tốc độ truyền: tối đa 600Mbps Công ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH 17 CHƯƠNG IV : YÊU CẦU DỰ ÁN 4.1 Mục đích: Dự án nhằm mục đích giám sát chất lượng nước khu nuôi trồng thuỷ sản, đảm bảo môi trường sống cho loài thuỷ sản, giúp tăng sản lượng, giảm thiểu tổn thất đảm bảo an toàn thực phẩm Đồng thời, dự án nhằm phát triển hệ thống giám sát nước hiệu quả, giúp cải thiện chất lượng nước quản lý nguồn lợi thủy sản bền vững 4.2 Xây dựng hệ thống IOT dựa mạng LoRaWAN: 4.3 Giám sát chất lượng nước cho người nuôi cá 4.3.1 Nồng độ Oxy hoà tan nước: Nồng độ oxy nước ni cần trì mức từ đến mg/l để đảm bảo sống phát triển tốt cá Nếu nồng độ oxy thấp mg/l, cá gặp khó khăn hơ hấp dẫn đến tình trạng thiếu oxy, gây tổn thương cho gan quan khác cá Nếu nồng độ oxy cao mg/l, đặc biệt thời gian dài, gây hại cho cá gây vấn đề sức khỏe 4.3.2 Nồng độ PH: Nồng độ pH để nuôi cá rô phi cá chép thường nằm khoảng từ 7.0 đến 8.5 Sự thay đổi nồng độ pH ảnh hưởng đến cá cách ảnh hưởng đến q trình hơ hấp, hấp thụ dinh dưỡng, sinh trưởng kháng bệnh cá Nếu nồng độ pH thấp Công ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH 18 cao, gây stress cho cá làm giảm khả miễn dịch chúng, dẫn đến tình trạng tử vong bệnh tật 4.3.3 Độ đục: Độ đục nước đo đơn vị NTU (Nephelometric Turbidity Unit) nồng độ đục tối đa chấp nhận để nuôi cá rô phi cá chép từ 25-30 NTU Nếu nồng độ đục vượt mức cho phép, nước không thấm sáng thực việc quang hợp, ảnh hưởng đến q trình hơ hấp, sinh trưởng sức khỏe cá Độ đục làm giảm khả cá nhận thức thức ăn dẫn đến suy giảm chức tiêu hố Ngồi ra, nồng độ pH bị ảnh hưởng độ đục nước Khi độ đục nước tăng lên, ánh sáng mặt trời xuyên qua nước để thực trình quang hợp, làm giảm nồng độ oxy hòa tan tăng lên nồng độ CO2 nước Điều làm giảm nồng độ pH nước gây tình trạng acid hóa nước 4.3.4 Nhiệt độ: Nhiệt độ thích hợp cho phát triển cá rô phi cá chép từ 25 đến 28 độ C Tuy nhiên, nhiệt độ điều chỉnh tùy thuộc vào giai đoạn phát triển cá môi trường nuôi Tuy nhiên, nhiệt độ nước ảnh hưởng đến sức khỏe cá Nếu nhiệt độ cao thấp so với tiêu chuẩn ảnh hưởng đến phát triển cá, gây stress dễ mắc bệnh tật Nhiệt độ cao làm giảm lượng oxy hòa tan nước, nhiệt độ thấp làm chậm q trình trao đổi chất cá 4.3.5 Oxy hóa khử (ORP): Chỉ số tiềm Oxy hóa khử tầng đáy (ORP) số quan trọng việc giám sát chất lượng nước nuôi cá ORP đo khả dung dịch oxy hóa hay khử điện tử Trong mơi trường nước, ORP cho thấy tình trạng oxy hóa khử nước ORP thường đo tầng đáy, nơi mà chất hữu thải từ thức ăn phân cá thường tồn tại, gây suy giảm chất lượng nước ORP có ảnh hưởng đến sống cá môi trường nước Khi ORP giảm, xảy q trình khử, tạo chất độc hại amoniac hydro sulfide, gây suy giảm sức khỏe cá Khi ORP tăng, xảy q trình oxy hóa, làm tăng nồng độ oxy hịa tan tạo chất oxy hóa gây tổn thương cho môi trường sống cá 4.4 Hiển thị cảnh báo: - Cảnh báo thông số môi trường ao nuôi vượt ngưỡng qua tin nhắn SMS đến chủ ao - Lưu trữ thông số môi trường nước, có xem lại - Xây dựng biểu đồ để người dùng dễ dàng theo dõi tăng giảm thông số Công ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH 19 - Các thơng số, biểu đồ người nuôi, người dùng quan sát, giám sát từ xa thông qua web, app CHƯƠNG V: GIẢI PHÁP CHO HỆ THỐNG IOT QUAN TRẮC CHẤT LƯỢNG NƯỚC ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG 5.1 Tổng quan giải pháp 5.1.1 Hạn chế Hiện nay, nhiều trang trại nuôi cá theo dõi tiêu chất lượng nước (nồng độ oxy, pH, nhiệt độ) KIT hay máy đo cầm tay với tần suất 1-3 lần/ngày Phương pháp có nhược điểm: - Không thể giám sát chất lượng nước liên tục (nhất vào ban đêm ) - Những tiêu chất lượng nước biến đổi nhanh, việc đo đạc máy cầm tay không phản ánh hết thay đổi tần suất đo thủ công q - Thời gian cơng sức: Việc đo chất lượng nước tay tốn nhiều thời gian công sức - Việc lưu trữ liệu để tổng hợp, phân tích, cải tiến quy trình khó để thực - Một cảm biến đo điểm hồ 5.1.2 Giải pháp công nghệ - Để khắc phục nhược điểm nêu trên, đề xuất thiết kế hệ thống giám sát, cảnh báo điều khiển tự động có đặc diểm sau: + Tự động đo tiêu biến đổi nhanh liên tục, suốt ngày đêm + Một hệ thống dùng cho ao nuôi, ao đo điểm(tổng cộng điểm đo/ hệ thống) để giảm chi phí đầu tư + Lưu trữ kết đo trung tâm liệu để phân tích, cải tiến cho vụ ni sau + Cảnh báo qua điện thoại di động từ xa để giám sát kép, tranh rủi ro + Hệ thống cho phép kêt nối để điều khiển thiết bị (quạt, bơm oxy,…) Sơ đồ lắp đặt hệ thống bố trí điểm đo Công ty TNHH Công Nghệ Năng Lượng Xanh THTECH 20