Nghiên cứu, thiết kế các trạm thu thập dữ liệu ứng dụng công nghệ lora

Vàng Minh Tuấn Anh Tài Nguyễn Hà Gia Hậu TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu, thiết kế trạm thu thập liệu ứng dụng công nghệ LoRa 2021 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử CHUYÊN NGÀNH: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CÁC TRẠM THU THẬP DỮ LIỆU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LORA Người hướng dẫn : ThS Phạm Văn Phát Sinh viên thực : Nguyễn Hà Gia Hậu Mã sinh viên : 1711505210107 Lớp : 17KTDT1 Sinh viên thực : Vàng Minh Tuấn Anh Tài Mã sinh viên : 1711505210122 Lớp : 17KTDT1 Đà Nẵng, 8/2021 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử CHUYÊN NGÀNH: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CÁC TRẠM THU THẬP DỮ LIỆU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LORA Người hướng dẫn : ThS Phạm Văn Phát Sinh viên thực : Nguyễn Hà Gia Hậu Mã sinh viên Vàng Minh Tuấn Anh Tài : 1711505210107 Lớp 1711505210122 : 17KTDT1 Đà Nẵng, 8/2021 TÓM TẮT Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế trạm thu thập liệu ứng dụng công nghệ LoRa Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hà Gia Hậu Mã sinh viên: 1711505210107 Vàng Minh Tuấn Anh Tài Mã sinh viên: 1711505210122 Lớp: 17KTDT1 Hệ thống thu thập liệu không dây sử dụng cơng nghệ thu phát LoRa gồm có Gateway Node Node đo thông số nhiệt độ - độ ẩm, cảnh báo nhiệt độ định mức gửi liệu kèm với tín hiệu cảnh báo cho Gateway đồng thời nhận tín hiệu điều khiển từ Gateway, tín hiệu cảnh báo bật hệ thống Node tự động bật thiết bị vận hành lúc Gateway khơng thể điều khiển Node nhận thông tin liệu từ Node Node đo thông số khí Gas, chất lượng khơng khí, cảnh báo phát nồng độ khí gas, chất lượng khơng khí gửi liệu kèm với cảnh báo cho Gateway đồng thời nhận tín hiệu điều khiển từ Gateway, tín hiệu cảnh báo bật hệ thống Node tự động bật thiết bị vận hành lúc Gateway khơng thể điều khiển Node nhận thông tin liệu từ Node Gateway có nhiệm vụ thu thập liệu từ Node đưa liệu lên WebServer Dữ liệu thu thập đưa lên server ThingSpeak phục vụ việc giám sát quản lý từ xa thông số môi trường, đồng thời xây dựng App ứng dụng từ MIT APP Inventor cài đặt điện thoại Android Dữ liệu thu thập đưa lên sever ThingSpeak đồng thời xây app ứng dụng từ MIT APP Inventor cài đặt điện thoại Android phục vụ cho việc giám sát quản lý từ xa thông số môi trường TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Văn Phát Mã SV: 1711505210107 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hà Gia Hậu Mã SV: 1711505210122 Vàng Minh Tuấn Anh Tài Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế trạm thu thập liệu ứng dụng công nghệ LoRa Các số liệu, tài liệu ban đầu:  Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu thập trao đổi liệu từ xa, không dây vơ tuyến RF với cấu hình gồm 02 trạm (Node - Slaver) 01 trạm (Master/Gateway)  Các trạm có chức năng: - Trạm điều khiển có chức thu (Receiver) phát (Transmitter) tín hiệu vơ tuyến (Wireless Transceiver) - Kết nối, thu thập 02 cảm biến đầu vào; chu kỳ lấy mẫu tín hiệu chậm lần/giây; chu kỳ thu – phát không dây với trạm chủ thấp lần/phút (chu kỳ truyền thông vô tuyến) - Có giao thức bắt tay, đồng thời gian, địa hóa Node, cảm biến đầu vào tải đầu loại tín hiệu đầu vào tải ngõ Mỗi Node tuỳ vào Vi điều khiển có nhiều/ít ngõ vào/ra - Board điều khiển: Sử dụng Board mạch vi điều khiển Arduino UNO - Mỗi trạm có khối mạch nguồn, cảm biến, điều khiển, mạch tải (không bắt buộc) module thu phát RF hãng Lora SX1278 – RA02  Trạm có chức năng: - Trạm điều khiển có chức thu (Receiver) phát (Transmitter) tín hiệu vơ tuyến (Wireless Transceiver) - Khả quản lý 100 Node vô tuyến (trạm con) kết nối với máy tính cho phép hiển thị thơng tin Node, tín hiệu đo lường, thu thập từ cảm biến tín hiệu điều khiển tải Node (khơng bắt buộc) - Máy tính kết nối trạm cho phép hiển thị thông tin đo lương với thơng số: tên Node - kênh tín hiệu đầu vào- tín hiệu đầu - thời gian cập nhật - Board điều khiển: Sử dụng Board mạch Node MCU ESP32 cho phép kết nối máy tính thơng qua giao thức, cổng kết nối phổ biến UART, I2C, SPI sóng mạng Wifi, Bluetooth, … - Tín hiệu đo hiển thị đa dạng bảng ghi, đồ thị, …  Tài liệu ban đầu: - Tài liệu Lora (công nghệ Lora - ứng dụng mạng Lora - cách kết nối Lora với module - ưu nhược điểm mạng Lora, Module Lora RA-02) - Tài liệu Arduino Uno R3; loại cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, khí gas…như Module DHT22, MQ-135, MQ-02 - Tài liệu Cloud Server ThingSpeak; giao tiếp RF, Wifi - Tài liệu thiết kế App sử dụng MIT APP Inventor - Các đề tài, mơ hình, hệ thống thu thập liệu không dây diễn đàn mạng - Tham khảo cấu hình, tham số thiết bị DataLogger hãng Nội dung đồ án:  Chương 1: Tổng quan mơ hình hệ thống mạng khơng dây: - Các khái niệm mơ hình mạng khơng dây - Tổng quan công nghệ không dây LoRa kỹ thuật điều chế sóng LoRa - Các thơng số công nghệ LoRa  Chương 2: Lý thuyết thành phần mạng LoRa: - Tổng quan, sở lý thuyết thành phần mạng LoRa - Đặc điểm, yêu cầu, giao thức hệ thống thu thập- đo lường điều khiển không dây  Chương 3: Tính tốn thiết kế hệ thống: - Tính tốn, lựa chọn thơng số LoRa, nguồn - Sơ đồ khối hệ thống thu thập - đo lường - điều khiển không dây RF (LoRa Sensor Node LoRa Gateway) - Thiết kế phần cứng: Thiết kế chi tiết Node Gateway; Sơ đồ nguyên lý hoạt động mơ hình - Thiết kế phần mềm: Lựa chọn phần mềm thiết kế giao diện lưu đồ thuật toán hệ thống  Chương 4: Q trình thực kết - Mơ tả trình thực hiện, xây dựng, thực thi, thử nghiệm mơ hình - Kết mơ hình, phân tích ưu nhược điểm hạn chế tồn - Hướng cải tiến, phát triển - Kết luận (mức độ đạt/ chưa đạt theo yêu cầu /nhiệm vụ ĐATN) Các sản phẩm dự kiến: - Báo cáo tổng hợp đồ án tốt nghiệp - Chương trình máy tính - Mơ hình hệ thống thu thập - đo lường - điều khiển không dây RF sử dụng công nghệ thu phát Lora Ngày giao đồ án: 18/01/2021 Đà Nẵng, ngày 18 tháng năm 2021 Ngày nộp đồ án: 20/8/2021 Người hướng dẫn Trưởng Bộ môn Phạm Văn Phát Phạm Văn Phát LỜI MỞ ĐẦU Hiện hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ giám sát tầm xa thông số môi trường thường sử dụng công nghệ truyền thông không dây nghiên cứu phát triển công nghệ Bluetooth, ZigBee, WiFi, mạng di động GPRS/3G/ 4G, LoRa Trong cơng nghệ như: Bluetooth, ZigBee WiFi có nhược điểm khơng phù hợp cho ứng dụng IoT tầm xa khả tiêu tốn lượng nhiều chi phí lắp đặt phần cứng đắt đỏ Với LoRa công nghệ truyền thông không dây nổi, giải pháp đắn để giải cho vấn đề sở hạ tầng, khả tiêu tốn lượng đảm bảo tài chính, thích hợp việc xây dựng mạng lưới cảm biến cho ứng dụng IoT Được gợi ý từ giáo viên hướng dẫn, chúng em muốn nghiên cứu ứng dụng công nghệ truyền tầm xa LoRa nhằm tạo hệ thống có giá thành hợp lý, quan trọng mang lại giá trị hiệu áp dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, chúng em định nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu, thiết kế trạm thu thập liệu ứng dụng công nghệ LoRa” Chúng em chân thành cảm ơn thầy giáo Phạm Văn Phát, khoa Điện – Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Đại học Đà Nẵng Trong trình thực đề tài, hướng dẫn lắng nghe lời nhận xét thầy cách trình bày nội dung đề tài, phương pháp nghiên cứu giúp cho nhóm chúng em hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp Hơn chúng em gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo khoa Điện – Điện tử truyền đạt kiến thức, học quan trọng giúp chúng em có tảng việc hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Trân trọng cảm ơn! Người thực đề tài Nguyễn Hà Gia Hậu Vàng Minh Tuấn Anh Tài I