Nghiên cứu thiết kế mạng lưới giám sát mực nước sông kênh rạch ngập nước đô thị dựa trên công nghệ mạng cảm biến không dây và thiết kế xây dựng trung tâm thu thập dữ liệu tự động, website công bố dữ liệu trực tuyến

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO NGHIỆM THU Nghiên cứu thiết kế mạng giám sát mực nước sông kênh rạch, ngập nước đô thị dựa công nghệ mạng cảm biến không dây thiết kế trung tâm thu thập liệu tự động, Website công bố liệu trực tuyến CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI PGS TS Nguyễn Tuấn Đức CƠ QUAN QUẢN LÝ (Ký tên/đóng dấu xác nhận) CƠ QUAN CHỦ TRÌ (Ký tên/đóng dấu xác nhận) THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 5/ 2017 Mục Lục Danh sách chữ viết tắt I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 14 II NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 21 Nội dung 1: Nghiên cứu chuẩn công nghệ phạm vi ứng dụng công nghệ mạng cảm biến không dây thông suốt cho ứng dụng giám sát môi trường 21 Chuyên đề 1: Khảo sát so sánh công nghệ mạng cảm biến khơng dây có khoảng cách truyền xa để xây dựng mạng UWSN 21 Chuyên đề & 3: Đánh giá khoảng cách truyền sóng thơng số kỹ thuật thiết bị cảm biến không dây 23 Nội dung 2: Nghiên cứu kỹ thuật giám sát mực nước sử dụng công nghệ cảm biến đo mực nước khác 27 Chuyên đề 1: Nghiên nguyên lý kỹ thuật cảm biến đo mực nước sử dụng công nghệ đo áp suất phản xạ dùng laser, từ lựa chọn cảm biến phù hợp 27 Chuyên đề 2: Nghiên cứu kỹ thuật tiêu chuẩn giao tiếp cảm biến đo mực nước 32 Chuyên đề 3: Nghiên cứu thuật tốn tính tốn từ giá trị dòng điện (hoặc điện áp) thu từ cảm biến sang giá trị mực nước 32 Chuyên đề 4: Kiểm tra hiệu chỉnh giá trị đo cảm biến mực nước 34 BÁO CÁO NỘI DUNG 36 NỘI DUNG 3: Nghiên cứu thiết kế sản xuất trạm giám sát mực nước sông, kênh rạch 36 Chuyên đề 1: Thiết kế phần cứng tổng quát cho trạm giám sát mực nước 36 Chuyên đề 2: Thiết kế sản xuất phần cứng lưu liệu Data-Logger 36 Chuyên đề 4: Lập trình ứng dụng nhúng cho lưu liệu Data-Logger 39 Chuyên đề 5: Thiết kế sản xuất mô-đun giao tiếp với mạng Ethernet (LAN) 42 Chuyên đề 6: Thiết kế sản xuất mô-đun cấp nguồn, đảm bảo hoạt động nguồn 43 Chuyên đề 7: Thiết kế thực vỏ hộp trạm giám sát mực nước kênh, đảm bảo độ bền chống thấm nước cho thiết bị điện điện tử 44 Chuyên đề 8: Hiệu chỉnh thiết bị điện tử trạm giám sát lắp đặt 46 BÁO CÁO NỘI DUNG 48 Nội dung 5: Nghiên cứu sản xuất thiết bị không dây xây dựng mạng Ubiquitous Wireless Sensor Network (UWSN) 48 Chuyên đề 1: Thiết kế sơ đồ khối phần cứng sơ đồ bố trí linh kiện cho thiết bị không dây 48 Chuyên đề 2: Tích hợp phần cứng thiết bị mạng cảm biến không dây kết nối với trạm giám sát 49 Chuyên đề 3: Tích hợp phần cứng thiết bị khơng dây cửa ngõ 3G/GPRS gateway 50 Chuyên đề 4: Lập trình phần mềm (firmware) cho tất thiết bị phần cứng không dây mạng 50 Chuyên đề 5: Lập trình phần mềm giao thức mạng, cho phép kết nối nhiều thiết bị không dây thành mạng UWSN hợp 51 Chuyên đề 6: Viết phần mềm truyền liệu tự động từ trạm giám sát mạng trung tâm liệu 53 BÁO CÁO NỘI DUNG 56 Nội dung 4: Nghiên cứu thiết kế sản xuất chế tạo trạm giám giám sát ngập nước đường đô thị 56 Chuyên đề 1: Thiết kế phần cứng tổng quát cho trạm giám sát mực nước đường 56 Chuyên đề 2: Thiết kế sản xuất phần cứng máy ghi liệu trạm giám sát ngập nước Với yêu cầu thiết kế nhỏ gọn tiết kiệm điện 57 Chuyên đề 3: Thiết kế sản xuất mạch giao tiếp cảm biến với máy ghi liệu trạm giám sát ngập nước 61 Chuyên đề 4: Thiết kế thực kết cấu vỏ hộp trạm giám sát đường: đảm bảo độ bền, hạn chế tác động sóng nước tính di động cho trạm giám sát 63 BÁO CÁO NỘI DUNG 65 Nội dung 6: Thiết kế lập trình phần mềm trung tâm giám sát trực tuyến 65 Chuyên đề Chuyên đề 3: Thiết kế lập trình chương trình thu thập liệu từ trạm giám sát máy chủ trực tuyến trung tâm Thiết kế lập trình chương trình điều khiển thay đổi trạng thái hoạt động trạm quan trắc từ trung tâm 65 Chuyên đề 2: Thiết kế lập trình chương trình lưu trữ quản lý sở liệu máy chủ trung tâm 67 Chuyên đề 4: Kiểm tra tính hoạt động phần mềm sở liệu trung tâm giám sát (Kiểm tra hoạt động TCP Server) 70 BÁO CÁO NỘI DUNG 72 Nội dung 7: Xây dựng Website chia sẻ liệu qua môi trường Internet 72 Chuyên đề 1: Thiết kế lập trình cho trang Web chia sẻ liệu từ trạm giám sát 72 Chuyên đề 2: Phần mềm đồng liệu máy chủ trung tâm trang Web 74 Chuyên đề 3: Thiết kế lập trình tính tải đồ số Google Maps hiển thị thông tin trạm giám sát mực nước 75 Chuyên đề 4: Lập trình cơng cụ phần mềm để bảo mật liệu phân quyền người dùng cho trang Web 76 Chuyên đề 5: Cài đặt cấu hình trang Web chia sẻ liệu máy chủ 77 Chuyên đề 6: Kiểm tra tính hoạt động trang Web chia sẻ liệu 78 BÁO CÁO NỘI DUNG 83 Nội dung 9: Phân tích, đánh giá hiệu thiết bị mạng không dây 83 Chuyên đề 1: Phân tích đánh giá hiệu thiết bị phần cứng thiết kế mạng 83 Chuyên đề 2: Mô đánh giá hiệu năng, độ trễ mạng cảm biến không dây UWSN xây dựng cho hệ thống giám sát 85 Chuyên đề 3: Phân tích đánh giá tác động môi trường đô thị lên khoảng cách truyền liệu mạng không dây 90 BÁO CÁO NỘI DUNG 8: Lắp đặt thử nghiệm sản phẩm 95 III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .106 IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 Danh sách chữ viết tắt UNDP: United Nations Development Programme GPRS: General Packet Radio Service 3G: Third Generation RF: Radio Frequency SoC: System on Chip ISM: Industrial, Scientific, and Medical Kbps: kilobit per seond kB: kilo byte SRD: Short range Device MCU: Micro controller unit BER: bit error rate PER: packet error rate LOS: Line of Sight RSSI: Receive sensitivity indicator TI: Texas Instrument ADC: Analog to Dighital converter SMPS: Switching mode power supply GSM: Global system for mobile EGSM: Extended Global system for mobile DCS: Distributed control system PCS: Personal communication service Danh sách hình ảnh Hình 1: Mơ hình trạm giám sát, mạng cảm biến không dây thông suốt trung tâm liệu chia sẻ thông tin qua Internet 15 Hình 2: Thiết bị thu phát CC1110 sơ đồ khối 25 Hình 3: Kết đo kiểm thực tế với đương truyền LOS 26 Hình 4: Kết đo kiểm thực tế mơi trường có nhiều vật cản 26 Hình (A) WL400 (B) LM200 (C) KL76-S36 29 Hình 6: Khảo sát cảm biến laser đo khoảng cách mực nước 29 Hình 7: Khảo sát cảm biến đo áp suất để tính khoảng cách mực nước 30 Hình 8: Lệch bề mặt vật thể cần đo dẫn đến kết khơng xác 31 Hình 9: Sản phẩm cảm biến mực nước KL76-S36 32 Hình 10: Mạch ngõ cảm biến 33 Hình 11: Sơ đồ thiết kế phần cứng tổng quát cho trạm giám sát mực nước 36 Hình 12: Thiết kế vi xử lý máy ghi liệu 37 Hình 13: Thiết kế mơ đun giao tiếp nhớ SD giao tiếp USB 38 Hình 14: Bo mạch Data-Logger hoàn thành mạch giao tiếp cảm biến để đưa liệu vào data-logger 39 Hình 15: Cơ chế hoạt động Data-Logger 40 Hình 16: Tiến trình thực Data-Logger 42 Hình 17: Thiết kế mơ đun giao tiếp Ethernet(LAN) 43 Hình 18: Sơ đồ khối thiết kế mơ đun cấp nguồn lượng mạch nguồn +5V +3.3V sử dụng cho VĐK trung tâm mô đun cửa ngõ 44 Hình 19: Cấu trúc trạm giám sát đo mực nước 45 Hình 20: lớp vỏ hộp nhựa bảo vệ trạm giám sát 46 Hình 21: Kiểm tra hoạt động trạm qua giao diện LCD 47 Hình 22: Thiết kế sơ đồ khối phần cứng giao tiếp với thiết bị ngoại vi 48 Hình 23: Mạch thu phát CC1110 49 Hình 24: Mơ đun tích hợp SIM900 cho cửa ngõ GPRS gateway 50 Hình 25: Lớp mạng giao thức truyền nhận liệu 52 Hình 26: Đồ hình mạng theo giao thức định tuyến star topology 53 Hình 27: Sơ đồ mạng giám sát mực nước thông suốt 54 Hình 28: Màn hình giao diện web server lưu trữ liệu 55 Hình 29 Sơ đồ khối thiết kế phần cứng trạm giám sát mực nước mặt đường 56 Hình 30 Mạch schematic thiết kế cho máy ghi liệu 58 Hình 31 Mạch layout thiết bị lưu liệu trạm đo mực nước đường 59 Hình 32 Module tích hợp SIM900 cho cửa ngõ GPRS gateway 60 Hình 33 Mạch thực tế máy ghi liệu datalogger trạm giám sát đường 61 Hình 34 Sơ đồ kết nối tới kênh ADC1 vi điều khiển 62 Hình 35 Mạch thực tế giao tiếp cảm biến 62 Hình 36 Thiết kế kết cấu vỏ hộp trạm giám sát đường 64 Hình 37.Quá trình giao tiếp Socket Client Server 65 Hình 38 Cơ sở liệu hệ thống 69 Hình 39 Dữ liệu mẫu thông tin thu thập từ trạm giám sát khác 70 Hình 40 Thông tin mẫu trạm 71 Hình 41 Quá trình đồng liệu Web Server 75 Hình 42 Tính đồ số Google Maps 76 Hình 43 Cơ sở liệu trang web 78 Hình 44 Giao diện đăng nhập vào trang web 78 Hình 45 Người dùng cung cấp thông tin đăng nhập sai, hệ thống báo lỗi 79 Hình 46 Kết kiểm tra chức đồ 79 Hình 47 Kết kiểm chức quản lí liệu 80 Hình 48 Kết kiểm tra chức vẽ biểu đồ 80 Hình 49 Kiểm tra chức thêm thiết bị trạm giám sát vào hệ thống 81 Hình 50 Kết kiểm tra chức thêm thiết bị trạm giám sát vào hệ thống 82 Hình 51 Mơ hình kiểm tra thiết bị CC1110 83 Hình 52 Độ trễ gói tin hệ thống mạng giám sát mực nước 87 Hình 53 Mơ hình đo đạc thực tế mạng mạng Cảm biến khơng dây 88 Hình 54 Xác suất gói tin gia tăng số lượng nút mạng 89 Hình 55 Đo kiểm thiết bị mơi trường ngồi trời, có vật cản 90 Hình 56 Đo kiểm khoảng cách môi trường không vật cản, thiết bị LOS (Line of Sight) 91 Hình 57 Mơ hình đo kiểm thiết bị truyền sóng mơi trường thành thị 92 Danh sách bảng BẢNG I Bảng so sánh thiết bị thu phát 23 BẢNG II Các giá trị thu từ cảm biến mực nước tương ứng 33 BẢNG III: Giá trị tương ứng điện áp sang ADC 34 BẢNG IV: Các hàm quản lý chương trình 40 BÁO CÁO NGHIỆM THU Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế mạng lưới giám sát mực nước sông kênh rạch, ngập nước đô thị dựa công nghệ mạng cảm biến không dây thiết kế trung tâm thu thập liệu tự động, Website công bố liệu trực tuyến Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Tuấn Đức - TS Lê Quốc Cường Cơ quan chủ trì: Đại học Quốc tế - Đại học Quốc Gia TP HCM Thời gian thực đề tài: 18 tháng Kinh phí duyệt: 948 triệu đồng Kinh phí cấp: triệu đồng theo HĐ số: 19/2015/HĐ-SKHCN ngày 1/6/2015 Mục tiêu tổng quát: (Theo đề cương duyệt) − Đề tài tiến hành nghiên cứu, thiết kế sản phẩm trạm giám sát mực nước sông, kênh rạch trạm giám sát ngập úng đô thị với chi phí ước tính từ đến 10 ngàn USD cho trạm Đề tài nghiên cứu sản xuất thiết bị không dây tối ưu cho ứng dụng giám sát môi trường cho trạm quan trắc xây dựng hệ thống mạng không dây nhằm kết nối tất trạm trung tâm giám sát lưu trữ liệu từ xa − Tại trung tâm, liệu giám sát mực nước sông tình trạng ngập thị từ trạm giám sát lưu trữ sử dụng cho hoạt động quản lý, điều hành quy hoạch Dữ liệu chia sẻ dễ dàng cho người dùng (nhà quản lý nhà khoa học) thông qua giao diện Web kết nối Internet Mục tiêu cụ thể: (Theo đề cương duyệt) − Mục tiêu 1: Trạm giám sát mực nước sông kênh rạch xác định mực nước vị trí đo truyền tải tự động trung tâm giám sát − Mục tiêu 2: Trạm giám sát ngập úng thị xác định mức ngập nước Dựa vào bảng ghi mực nước, nhóm nghiên cứu có số liệu mực nước chuẩn trạm thuỷ văn Nhà Bè từ ngày 27/4 đến ngày 3/5 sau: Gio 27/4 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 28/4 -34 36 90 126 144 136 100 40 -10 -60 -94 -86 -10 64 106 134 144 132 80 40 -36 -90 -140 -172 29/7 -114 -20 50 100 134 145 132 80 34 -16 -58 -82 -44 30 82 120 140 142 114 54 -4 -60 -116 -164 30/4 -186 -104 -14 52 100 134 142 126 80 30 -16 -54 -58 -8 54 94 122 136 126 80 20 -40 -98 -150 1/5 -188 -192 -90 -4 56 106 130 138 120 78 34 -8 -32 -14 30 76 112 132 132 110 60 -60 -114 2/5 -156 -190 -170 -70 66 100 130 133 114 76 42 10 -6 16 50 88 116 122 114 82 30 -40 -80 3/5 -128 -170 -190 -150 -56 12 66 100 120 120 90 60 32 14 12 30 54 80 92 96 84 54 10 -44 -94 -138 -170 -185 -150 -70 -8 46 90 110 108 90 66 44 22 10 10 24 42 50 55 50 28 -40 Bảng: Mực nước chuẩn từ Bảng ghi trạm thuỷ văn Nhà Bè Nhận xét: việc ghi (thủ công) mực nước theo thời gian từ Biểu đồ giấy máy đo dễ phát sinh sai số mặt thời gian b Số liệu đo mực nước thu thực tế từ trạm thử nghiệm Trạm giám sát mực nước thử nghiệm thiết lập chế độ đo tự động 30 phút/lần truyền liệu trung tâm giám sát Dữ liệu đươc truyền bao gồm liệu thời gian (theo đồng hồ thời gian thực máy) liệu mực nước từ cảm biến mực nước trạm 101 Gio 00:00:00 00:30:00 01:00:00 01:30:00 02:00:00 02:30:00 03:00:00 03:30:00 04:00:00 04:30:00 05:00:00 05:30:00 06:00:00 06:30:00 07:00:00 07:30:00 08:00:00 08:30:00 09:00:00 09:30:00 10:00:00 10:30:00 11:00:00 11:30:00 12:00:00 12:30:00 13:00:00 13:30:00 14:00:00 14:30:00 15:00:00 15:30:00 16:00:00 16:30:00 17:00:00 17:30:00 18:00:00 18:30:00 19:00:00 19:30:00 27/4 29/4 -33 37 64 91 110 130 139 148 143 139 121 103 72 41 15 -10 -34 -59 -76 -94 -90 -86 -48 -11 27 65 86 107 121 136 142 149 141 134 108 82 60 38 -114 -66 -19 16 52 76 101 119 137 143 150 141 133 107 82 58 35 -16 -36 -56 -69 -82 -62 -43 -6 31 56 82 101 121 132 143 144 146 130 115 85 55 26 30/4 -188 -146 -104 -59 -15 19 53 78 103 120 137 140 143 135 128 105 83 57 32 -15 -35 -55 -56 -58 -33 -9 23 56 75 94 109 124 132 140 133 127 104 82 51 1/5 -188 -187 -187 -138 -89 -46 -4 26 57 82 108 120 133 136 140 131 122 101 80 58 36 13 -9 -20 -31 -23 -15 30 53 77 94 112 123 134 133 133 122 111 85 2/5 -155 -172 -190 -179 -169 -119 -70 -33 35 67 84 102 116 131 133 135 124 114 96 78 61 44 27 11 -8 17 34 52 71 90 104 118 121 124 120 116 99 3/5 -129 -149 -169 -180 -191 -170 -150 -102 -55 -21 13 39 66 84 102 113 124 123 123 107 92 77 63 48 33 23 14 13 12 22 32 44 56 68 81 88 95 97 99 91 -92 -114 -136 -152 -169 -176 -184 -165 -147 -107 -68 -38 -8 19 47 70 93 103 114 113 112 101 91 79 67 56 46 35 24 17 11 11 11 18 25 33 42 47 53 56 102 20:00:00 20:30:00 21:00:00 21:30:00 22:00:00 22:30:00 23:00:00 23:30:00 -35 -62 -90 -115 -140 -155 -170 -142 -3 -31 -59 -88 -117 -141 -166 -177 21 -8 -38 -68 -99 -124 -149 -168 60 30 -29 -59 -86 -113 -134 83 57 32 -3 -39 -59 -79 -104 83 70 57 34 11 -15 -42 -67 59 55 52 40 29 -5 -40 -47 Bảng: Giá trị mực nước gửi trung tâm từ trạm giám sát mực nước thử nghiệm Cấu hình thời gian đo tự động trạm giám sát: - Đồng hồ thời gian thực trạm giám sát thử nghiệm đồng theo thời gian đo mực nước - Thời gian đo thiết lập 30 phút/lần, máy đồng độ thời điểm đo mực nước theo thời điểm ghi Bảng ghi mực nước trạm (0h, 1h, 2h, 3h 22h, 23h) c Đánh giá độ xác trạm thử nghiệm Nhóm nghiên cứu so sánh liệu mực nước thu nhập từ trạm giám sát liệu mực nước chuẩn từ Bảng ghi mực nước trạm thuỷ văn Nhà Bè để tính tốn "sự sai lệch" trạm đo mực nước thử nghiệm: sai lệch theo thời điểm đo mức sai lệch trung bình Gio 27/4 28/4 1 4 3 1 29/4 30/4 -2 -1 3 1/5 1 2 2/5 1 -3 2 3/5 -1 -1 1 2 1 3 103 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 0 -1 1 2 -2 0 2 1 1 1 -1 -2 -1 -1 2 2 -1 -1 -1 1 0 1 2 -2 2 2 2 1 0 2 3 -1 1 2 1 Bảng so sánh giá trị đo mực nước trạm thử nghiệm với giá trị mực nước chuẩn Bảng ghi e Nhận xét kết thử nghiệm: - Theo bảng so sánh, giá trị sai lệch mực nước lớn trạm thử nghiệm 5cm, giá trị sai lệch trung bình 1.2cm - Sự sai lệch kết trạm thử nghiệm Bảng ghi mực nước xem sai số trạm thử nghiệm, thời điểm đo (do ghi tay dễ có sai lệch) xác định biểu đồ máy chuẩn dễ bị sai lệch so với thời điểm đo tự động trạm thử nghiệm - Các kết kiểm tra sai số nhóm nghiên cứu thời gian dài (cũng kiểm tra thiết bị kỳ báo cáo kỳ sở) đề sai số đo mực nước trạm thiết kế khoãng 1cm 104 IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Trong trình thực nội dung nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đạt kết cụ thể nội dung sau: Nội dung 1: Nghiên cứu chuẩn công nghệ phạm vi ứng dụng công nghệ mạng cảm biến không dây thông suốt cho ứng dụng giám sát mơi trường - Hồn thành việc lựa chọn công nghệ mạng không dây phù hợp cho ứng dụng giám sát mực nước - Đánh giá module không dây khác lựa chọn module sử dụng dòng SoC Texas Instrument CC1110 - Thử nghiệm kit (nhập khẩu) CC1110 Đánh giá khoảng cách truyền liệu hiệu module Texas CC1110 để đánh giá xác khả ứng dụng module CC1110 cho mạng giám sát mực nước Nội dung 2: Nghiên cứu kỹ thuật giám sát mực nước sử dụng công nghệ cảm biến đo mực nước khác - Tiến hành khảo sát công nghệ đo đạc mực nước áp suất, sau nghiên cứu cảm biến thị trường lựa chọn cảm biến phù hợp cho trạm giám sát mực nước - Đề thuật toán đo đạc mực nước áp suất kỹ thuật giao tiếp với cảm biến Thiết kế chuyển đổi từ dòng điện thu cảm biến sang giá trị mực nước cụ thể - Kiểm tra hiệu chỉnh giá trị đo cảm biến nhiều lần để có kết đo xác Nội dung 3: Nghiên cứu thiết kế sản xuất trạm giám sát mực nước sông, kênh rạch Tiến hành bước thiết kế sản xuất trạm giám sát mực nước sông, kênh rạch Cụ thể bước: - Thiết kế sơ đồ khối phần cứng cho trạm giám sát mực nước - Thiết kế phần cứng lưu liệu Data-logger 105 - Thiết kế sản xuất mạch giao tiếp Data Logger với cảm biến đo mực nước - Lập trình ứng dụng nhúng cho lưu liệu Data-Logger - Thiết kế sản xuất mô-đun giao tiếp với mạng Ethernet (LAN) - Thiết kế sản xuất mô-đun cấp nguồn, đảm bảo hoạt động nguồn - Thiết kế thực vỏ hộp trạm giám sát mực nước kênh, đảm bảo độ bền chống thấm nước cho thiết bị điện điện tử - Hiệu chỉnh thiết bị điện tử trạm giám sát lắp đặt vào vỏ hộp trạm Nội dung 4: Nghiên cứu thiết kế sản xuất chế tạo trạm giám giám sát ngập nước đường đô thị - Thiết kế phần cứng tổng quát cho trạm giám sát mực nước ngập đường Với yêu cầu thiết kế nhỏ gọn tiết kiệm điện - Thiết kế sản xuất phần cứng máy ghi liệu trạm giám sát ngập nước Với yêu cầu thiết kế nhỏ gọn tiết kiệm điện - Thiết kế sản xuất mạch giao tiếp cảm biến với máy ghi liệu trạm giám sát ngập nước - Thiết kế thực kết cấu vỏ hộp trạm giám sát đường: đảm bảo độ bền, hạn chế tác động sóng nước tính di động cho trạm giám sát - Thiết kế sản xuất nguồn Pin, đảm bảo tính nhỏ gọn di động cho trạm - Hiệu chỉnh thiết bị điện tử trạm lắp đặt vào vỏ hộp trạm giám sát Nội dung 5: Nghiên cứu sản xuất thiết bị không dây xây dựng mạng Ubiquitous Wireless Sensor Network (UWSN) Tiến hành bước tích hợp thiết bị không dây vào trạm, cụ thể bước bao gồm: - Thiết kế sơ đồ khối phần cứng trạm tích hợp với thiết bị truyền tín hiệu khơng dây - Tích hợp phần cứng thiết bị không dây vào trạm giám sát 106 - Tích hợp phần cứng module 3G/GPRS vào trạm - Lập trình phần mềm cho thiết bị trạm - Lập trình phần mềm giao thức mạng - Viết phần mềm truyền liệu tự động trung tâm giám sát Nội dung 6: Thiết kế lập trình phần mềm trung tâm giám sát trực tuyến - Thiết kế lập trình chương trình thu thập liệu từ trạm giám sát máy chủ trực tuyến trung tâm - Thiết kế lập trình chương trình lưu trữ quản lý sở liệu máy chủ trung tâm - Thiết kế lập trình chương trình điều khiển thay đổi trạng thái hoạt động trạm quan trắc từ trung tâm - Kiểm tra tính hoạt động phần mềm sở liệu trung tâm giám sát Nội dung 7: Xây dựng Website chia sẻ liệu qua môi trường Internet - Thiết kế lập trình cho trang Web chia sẻ liệu từ trạm giám sát - Lập trình phần mềm đồng liệu máy chủ trung tâm trang Web - Thiết kế lập trình tính tải đồ số Google Maps hiển thị thông tin trạm giám sát mực nước - Lập trình cơng cụ phần mềm để bảo mật liệu phân quyền người dùng cho trang Web - Cài đặt cấu hình trang Web chia sẻ liệu máy chủ - Kiểm tra tính hoạt động trang Web chia sẻ liệu Nội dung 8: Thử nghiệm sản phẩm - Tiến hành khảo sát điểm thử nghiệm trạm thuỷ văn nhà Bè, đánh giá thiết bị hữu trạm yếu tố ảnh hưởng đến kết đo - Cài đặt thiết lập trạm thử nghiệm, xác định độ cao chuẩn Zero mực nước quan trắc vị trí lắp đặ trạm - Đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến độ xác của biến mực nước, đề xuất phương pháp thiết lập nhằm làm giảm sai số đo mực nước 107 - Tiến hành hiệu chỉnh trạm tiến hành đo thử nghiệm trạm thời gian tuần - Kiểm tra hoạt động ổn định mạng thu thập liệu, sở liệu máy chủ từ xa trang Web chia sẻ liệu - Tiến hành so sánh giá trị mực nước thu thập với giá trị từ Bảng ghi mực nước trạm thuỷ văn Nhà Bè, từ đánh giá sai lệch trạm thử nghiệm Nội dung 9: Phân tích, đánh giá hiệu thiết bị mạng khơng dây - Phân tích đánh giá hiệu thiết bị phần cứng thiết kế mạng xây dựng - Mô đánh giá hiệu năng, độ trễ mạng cảm biến không dây UWSN xây dựng cho hệ thống giám sát - Phân tích đánh giá tác động mơi trường thị lên khoảng cách truyền liệu mạng không dây 4.2 Sản phẩm đạt đề tài a Trạm quan trắc mực nước kênh rạch Tính năng, thơng số kỹ thuật cam kết Tính năng, thơng số kỹ thuật đạt Cảm biến mực nước: độ xác cm, nhiêt độ hoạt động 10 - 70 oC - Đạt - Độ xác q trình thử nghiệm đạt đến cm Thông số mực nước theo cao độ chuẩn - Cấu hình theo thước đo độ cao chuẩn vị trí thử nghiệm Cảm biến mực nước độ bền cao - Đạt Tần suất đo hiệu chỉnh - Cần hiệu chỉnh qua phần mềm Báo động có cố trung tâm - Chưa đạt Có thể điều khiển, thay đổi trạng thái hoạt - Chưa đạt động từ trung tâm - Trạm thay đổi trạng thái hoạt động trạm 108 cổng giao tiếp cảm biến mở rộng theo - Có cổng giao tiếp chuẩn giao tiếp 5-20mA Giao tiếp không dây: Kết nối mạng - Có GPRS/3G, kết nối mạng Wireless Sensor Network (tần số 433/868 Mhz) Cổng giao tiếp Ethernet (LAN) - Có Lưu trữ liệu qua SD Card - Có Nguồn điện AC (qua Adapter AC-DC) - Có Bộ nạp nguồn Ắc-Qui dự phòng - Nguồn Ác Qui, lưu điện UPS Hoạt động khơng có nguồn điện AC - Đạt ngày Chế độ tiết kiệm lượng khơng hoạt - Có động Cơng suất tiêu thụ trung bình: 500 mA (5V) b Trạm giám sát mực nước ngập đường Tính năng, thơng số kỹ thuật cam kết Tính năng, thơng số kỹ thuật đạt Cảm biến mực nước: độ xác cm, nhiêt độ hoạt động 10 - 70 oC - Đạt - Độ xác q trình thử nghiệm đạt đến cm Thông số mực nước theo cao độ chuẩn - Cấu hình theo thước đo độ cao chuẩn vị trí thử nghiệm Cảm biến mực nước độ bền cao - Đạt Tần suất đo hiệu chỉnh - Cần hiệu chỉnh qua phần mềm Báo động có cố trung tâm - Chưa đạt Có thể điều khiển, thay đổi trạng thái hoạt - Chưa đạt động từ trung tâm - Trạm thay đổi trạng thái hoạt động trạm cổng giao tiếp cảm biến mở rộng theo - Có cổng giao tiếp thiết bị Data 109 chuẩn giao tiếp 5-20mA Logger di động Giao tiếp không dây: Kết nối mạng - Có GPRS/3G, kết nối mạng Wireless Sensor Network (tần số 433/868 Mhz) Cổng giao tiếp Ethernet (LAN) - Có Lưu trữ liệu qua SD Card - Có Hoạt động độc lập với nguồn Ac-qui (hoặc - Hoạt động với nguồn Pin Lypo bên Pin) vòng ngày (trung bình) trạm Bộ nạp nguồn Ắc-Qui/Pin dự phịng - Có Nguồn điện AC qua Adapter AC-DC - Có Cơng suất tiêu thụ trung bình: 300 mA (5V) - Cơng suất đo trung bình đạt 250 mW c Thiết bị mạng cảm biến khơng dây Tính năng, thơng số kỹ thuật cam kết Tính năng, thơng số kỹ thuật đạt thiết bị không dây mạng cảm biến - Đạt tính số lượng thiết bị không dây: − thiết bị mạng cảm biến không dây Tần số hoạt động 433 Mhz 868 Mhz (thiết kế thay đổi được) − Tốc độ liệu từ Kbps đến 200 Kbps − Công suất phát: +10dBm − Khoảng cách truyền ngồi mơi trường: 500m (điều kiện đường truyền thẳng) − Bảo mật liệu AES 128 110 Thiết bị giao tiếp không dây GPRS/3G - Đạt gateway, (bảo mật liệu theo tiêu chuẩn mạng di động GPRS/3G) - Phần mềm nhúng cho tất thiết bị - Đạt mạng cảm biến không dây thông suốt - Giao thức cho mạng cảm biến không dây - Đạt thông suốt: Đa truy cập ngẫu nhiên chống nhiễu CSMA/CA, định tuyến dạng Star d Phần mềm thu thập liệu sở liệu trung tâm Tính năng, thơng số kỹ thuật cam kết Tính năng, thơng số kỹ thuật đạt - Phần mềm Web thu nhận liệu tự - Trang Web hoàn thiện động từ trạm giám sát mực nước - Dữ liệu lưu định dạng sở liệu - CSDL MySQL chuẩn - Cơ chế lưu cho sở liệu - Có tính - Phần mềm quản lý Web: hiển thị - Có tính thơng tin mực nước, vẽ đồ thị hiển thị vị trí trạm đồ Google Maps, cảnh báo mực nước e Phần mềm Web: công bố liệu giám sát qua môi trường Internet Tính năng, thơng số kỹ thuật cam kết Tính năng, thơng số kỹ thuật đạt - Trang Web đồng với sở liệu - Có tính mực nước trung tâm giám sát - Trang Web tiếng Việt, có giao diện đồ hoạ, - Đạt hiển thị thông tin mực nước từ trạm theo thời gian, vị trí trạm giám sát bảng 111 đồ số Google Maps - Cho phép phân quyền người dùng: - Đạt phép xem liệu hay không theo tài khoản đăng nhập Kết Công bố khoa học công bố khoa học quốc tế Hội thảo quốc tế NICS 2016, lưu thư viện IEEExplore (Minh chứng toàn văn báo phụ lục) Tuan-Duc Nguyen, "Energy efficient wireless sensor network and low power consumption station design for an urban water level monitoring system", on proceeding of the 3rd National Foundation for Science and Technology Development Conference on Information and Computer Science NICS 2016, p 252-256 (DOI: 10.1109/NICS.2016.7725660) Kết Đào tạo Đào tạo sinh viên đại học nghiên cứu mạng cảm biến không dây (Minh chứng phụ lục) 112 IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nhóm nghiên cứu hoàn thành tốt hạn nội dung cơng việc, bao gồm: - Nội dung 1: Hồn thành nghiên cứu lựa chọn thiết bị không dây CC1110 thông suốt phục vụ cho trạm giám sát mực nước - Nội dung 2: Hoàn thành việc nghiên cứu kỹ thuật giám sát mực nước sử dụng công nghệ đo áp suất sử dụng cảm biến đo mực nước KL76-S36 - Nội dung 3: Hoàn thành thiết kế ản xuất mẫu trạm giám sát mực nước sơng, kênh rạch - Nội dung 4: Hồn thành nghiên cứu thiết kế sản xuất chế tạo trạm giám giám sát ngập nước đường đô thị - Nội dung 5: Hồn thành việc thiết kế tích hợp phần cứng thiết bị không dây vào trạm giám sát mực nước - Nội dung 6: Hoàn thành việc Thiết kế lập trình phần mềm trung tâm giám sát trực tuyến - Nội dung 7: Hoàn thành việc Xây dựng Website chia sẻ liệu qua môi trường Internet - Nội dung 8: Hoàn thành việc lắp đặt thử nghiệm sản phẩm - Nội dung 9: Phân tích, đánh giá hiệu thiết bị mạng không dây Nhóm nghiên cứu thực thử nghiệm sản phẩm trạm giám sát mực nước cố định giám sát mực nước ngập đường (di động) môi trường phịng thí nghiệm đạt kết khả quan: trạm hoạt động ổn định hệ thống giám sát trực tuyến Website công bố thông tin trực tuyết hiển thị đầy đủ thông tin giám sát theo đồ thị Nhóm nghiên cứu tiến hành phối hợp với trung tâm khí tượng thuỷ văn Nam để tiến hành thử nghiệm điều kiện thực tế trạm giám sát mực nước trạm thuỷ văn Nhà Bè Kết thử nghiệm chứng minh hoạt động ổ định trạm mức sai lệch trạm giám sát mực nước phạm vi cho phép 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Z Rasin and M R Abdullah, “Water quality monitoring system using zigbee based wireless sensor network,” International Journal of Engineering & Technology IJET, vol 9, no 10, pp 24–27, 2009 [2] J Arun, J Adinarayana, U Desai et al., “Climate change scenarios with wireless sensor network & geo-ict: a preliminary observation,” in Proceedings of the Impact of Climatic Change in Agriculture, Joint International Workshop, 2009, pp 194–199 [3] A Bagula, M Zennaro, G Inggs, S Scott, and D Gascon, “Ubiquitous sensor networking for development (usn4d): An application to pollution monitoring,” Sensors, vol 12, no 1, pp 391–414, 2012 [4] N Jin, R Ma, Y Lv, X Lou, and Q Wei, “A novel design of water environment monitoring system based on wsn,” in Computer Design and Applications (ICCDA), in 2010 International Conference, vol IEEE, 2010, pp V2–593 [5] A Al-Ali, I Zualkernan, and F Aloul, “A mobile gprs-sensors array for air pollution monitoring,” IEEE Sensors Journal, vol 10, no 10, pp 1666–1671, 2010 [6] A Ghobakhlou, S Zandi, and P Sallis, “Development of environmental monitoring system with wireless sensor networks,” 2011 [7] The City College of New York and Samsung Advanced Institute of Technology: Zigbee Software Modules [Online] Available: http://ees2cy.engr.ccny.cuny.edu/zheng/pub 114 [8] GILESH, M P.; HANSDAH, R C An adaptive reliable transport protocol based on Automatic reSend reQuest (ASQ) technique for wireless sensor networks In: Advanced Information Networking and Applications (WAINA), 2011 IEEE Workshops of International Conference on IEEE, 2011 p 409-416 [9] T E Abrudan, L M Paula, J Barros, J Cunha, and N Carvalho, “Indoor location estimation and tracking in wireless sensor networks using a dual frequency approach,” in IEEE International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN), 2011 115