Thiết kế mô hình trợ lý giọng nói ứng dụng edge ai điều khiển thiết bị điện trong gia đình

- Dùng Node MCU để kết nối internet và nhận lệnh thao tác từ người điều khiển - Dùng App android kết hợp với database để lưu trữ, truyền dữ liệu điều khiển - Sử dụng module âm thanh để

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌCNGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Đà Nẵng, 5/2022

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌCNGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Đà Nẵng, 5/2022

TÓM TẮT

Tên đề tài: Hệ thống cảnh báo lũ thông minh ứng dụng ioT

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Đạo Chinh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: ThS Võ Thị Hương

Sinh viên thực hiện: Lê Quốc Khánh Mã SV: 1811505410115

Nguyễn Đạo Chinh Mã SV: 1811505410104

1 Tên đề tài:

HỆ THỐNG PHÁT THANH CẢNH BÁO LŨ ỨNG DỤNG IOT

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Giáo trình Vi xử lý – Vi điều khiển – Trường Đại học Sao Đỏ – Bộ Công

Thương

- Phạm Minh Tuấn – Arduino cho người mới bắt đầu

- TS Trần Thu Hà, “Giáo trình Điện tử cơ bản”, Đại học SPKT Tp.HCM, 2013

Các trang wed tham khảo:

- Kết nối Node MCU và Arduino

http://arduino.vn/bai-viet/923-module-am-thanh-wtv020-module-am-thanh-ket Sơ lược sóng LORA

https://vidieukhien.xyz/2018/07/03/tim-hieu-ve-lora-va-cach-hoat-dong/

3 Nội dung chính của đồ án:

- Sử dụng Board Arduino nANO để làm khối điều khiển trung tâm.

- Dùng Node MCU để kết nối internet và nhận lệnh thao tác từ người điều khiển

- Dùng App android kết hợp với database để lưu trữ, truyền dữ liệu điều khiển

- Sử dụng module âm thanh để lưu các file mẫu âm thanh cần thiết

- Dùng mạch khuếch đại âm thanh để đưa tín hiệu âm thanh từ hệ thống và

khuếch đại lên để đưa ra loa phát thanh

- Sử dụng cảm biến đo mực nước để đo mực nước lũ và cảm biến đo vận tốc

dòng chảy kết nối với Node MCU thông qua sóng LORA hiển thị thông báo ra loa và App Android

4 Các sản phẩm dự kiến

- Chế tạo mô hình sản phẩm phát hanh thông minh

- Phát triển hoàn chỉnh App điều khiển ioT

- Báo cáo tổng kết đề tài, Slide thuyết trình đề tài

LỜI NÓI ĐẦU

Ở Việt Nam lũ lụt là hiện tượng phổ biến và diễn ra trên khắp các vùng miềnđất nước, đặc biệt là vùng ven biển miền Trung, đồng bằng sông Mêkông và đồngbằng sông Hồng Người dân ở những vùng này đã phải học cách sống chung với lũ,đặc biệt là những người có sinh kế phụ thuộc vào chức năng sản xuất của lũ lụt hàngnăm Mỗi năm lũ lụt đã cướp đi hàng trăm sinh mạng, tàn phá nhà cửa, mùa màng.Người dân bỗng chốc trắng tay, sau mỗi cơn lũ cuộc sống của những người dân ở đâyrất khó khăn Tình trạng thiếu lương thực trầm trọng, họ không có nhà để ở, không cónước sạch để uống để sinh hoạt và rác cùng xác các động vật phân huỷ đó là nguy cơbùng phát các dịch bệnh nguy hiểm

Trước những thực trạng đó nhóm em đã quyết định thực hiện đề tài “Nghiêncứu thiết kế hệ thống phát thanh cảnh báo lũ ioT” nhằm góp phần vào việc giảm thiếuthiệt hại do lũ lụt gây ra

Trong việc thực hiện đồ án này, nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đếnThs Võ Thị Hương giảng viên Điện Tử Viễn Thông, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật ĐàNẵng đã trực tiếp hướng dẫn, khuyến khích tạo điều kiện cho chúng em trong suốt quátrình làm đồ án tốt nghiệp này Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoahọc của nhóm chúng em Các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõràng, đã công bố theo quy định Các kết quả nghiên cứu trong đồ án do nhóm chúng

em tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp thực tiễn củaViệt Nam

Đà Nẵng, … tháng …năm 2022

Sinh viên thực hiện

CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình đề tài tốt nghiệp của nhóm chúng tôi vàđược sự hướng dẫn của giảng viên Ths Võ Thị Hương Các nội dung nghiên cứu vàkết quả trong đề tài này là trung thực Những số liệu trong bảng biểu phục vụ cho việcphân tích, đánh giá, nhận xét được chính tác giả thu thập từ các nguồn tài liệu khácnhau

Sinh viên thực hiện{Chữ ký, họ và tên sinh viên}

MỤC LỤC

Nhận xét của người hướng dẫn

Nhận xét của người phản biện

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

Lời nói đầu i

Lời cam đoan ii

Mục lục iii

Danh sách các bảng, hình vẽ v

Danh sách các ký hiệu, chữ viết tắt vi

Mở đầu……….1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHÁT THANH 3

1.1 CÁC HỆ THỐNG PHÁT THANH TRUYỀN THỐNG 3

1.2 CÁC YẾU TỐ CỦA PHÁT THANH 3

1.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA PHÁT THANH: 4

1.4 PHÁT THANH CẢNH BÁO THIÊN TAI 5

1.5 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG PHÁT THANH CẢNH BÁO THIÊN TAI 5 1.5.1 Tính kịp thời 5

1.5.2 Tính đồng bộ 6

1.5.3 Thích ứng điều kiện 6

1.6 Các thông số tiêu chuẩn mức báo động lũ 6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LORA 8

2.1.1 LORA là gì? 8

2.1.2 Nguyên lý hoạt động 8

2.1.3 Các tính năng chính của Công nghệ Lora 8

2.2 SÓNG WIFI 9

2.2.1 Nguyên tắc hoạt động của mạng wifi 9

2.2.2 Các chuẩn wifi hiện tại 9

2.2.3 Băng tần 2.4Ghz và bằng tần 5Ghz 10

2.2.3.1 Wifi băng tần kép 10

2.2.3.2 So sánh hai chuẩn kết nối 11

2.3 Các công nghệ lưu trữ dữ liệu di động 12

2.3.1 Ổ cứng 12

2.3.2 Đĩa mềm 13

2.3.3 USB 13

Chức năng của USB 14

2.3.4 Thẻ nhớ Flash 15

2.4 Các công nghệ khuếch đại âm thanh 17

2.4.1 Phân loại mạch khuếch đại 17

2.4.2 Các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại 17

2.4.2.1 Mạch khuếch đại ở chế độ A 17

2.4.2.2 Mạch khuếch đại chế độ B 18

2.4.2.3 Mạch khuếch đại chế độ A-B 19

2.4.3 Các kiểu mắc BJT 20

2.5 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA LOA ĐIỆN ĐỘNG 22

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN LINH KIỆN 25

3.1 LỰA CHỌN LOA CHO MÔ HÌNH 25

3.2 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ LƯU TRỮ NỘI DUNG PHÁT THANH 29

3.3 LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐỌC – PHÁT ÂM THANH 29

3.3.1 Module SD Card Reader – Writer Module 29

3.3.2 Mạch Phát Âm Thanh Kết Hợp Amply MP3-TF-16P 30

3.4 CHỌN VI XỬ LÝ TRUNG TÂM VÀ KẾT NỐI WIFI 31

3.4.1 ESP8266 31

3.4.2 Module SDK 33

3.4.3 Module Espressif 34

3.4.4 Module Ai-Thinker 35

3.4.5 Module NODE MCU 36

3.5 LỰA CHỌN MẠCH KHUẾCH ĐẠI ÂM THANH RA LOA 37

3.5.1 LM386 37

3.5.2 LA4440 39

3.5.3 IC TDA2030 40

3.5.4 ICTDA7377 41

3.6 LỰA CHỌN MẠCH ỔN ÁP NGUỒN CHO HỆ THỐNG 41

3.6.1 LM7805 42

3.6.2 LM2596 42

3.6.3 MP1584 43

3.10 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 48

3.11 SƠ ĐỒ KHỐI 49

3.12 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỆN 51

CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 53

4.1 CÁC HÌNH ẢNH THỰC TẾ CỦA BO MẠCH VÀ MÔ HÌNH 53

4.2 THI CÔNG APP VÀ HỆ THỐNG IOT 55

4.2.1 Thi công App trên MIT App Inventor 55

4.2.2 Hình ảnh thực tế quá trình xây dựng App 56

4.3 Tạo một FIREBASE 58

4.4 Giao thức SSL 59

KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 2.1 Thông số Wifi… ………12

Hình 2.2 Cấu tạo của USB……… 14

Hình 2.3: Mạch khuếch đại chế độ A……….……… 18

Hình 2.4: Mạch khuếch đại chế độ B….……… 19

Hình 2.5: Mạch khuếch đại chế độ A-B…….……… 20

Hình 2.6 : Mạch khuyếch đại điện áp mắc kiểu E chung…… ………… …………20

Hình 2.7: Mạch mắc kiểu C ……….21

Hình 2.8 Mạch mắc kiểu B chung……….22

Hình 3.1: Loa treble……… 25

Hình 3.2: Loa mid……….26

Hình 3.3: Loa bass………27

Hình 3.4: Loa toàn dải trong smartphone……….28

Hình 3.5: Loa toàn dải 4Ohm, 3W……… 28

Hình 3.6: Kích thước thục tế của 1 chiếc thẻ nhớ………29

Hình 3.7: Module đọc ghi thẻ nhớ………29

Hình 3.8: Module DFplayer……… 30

Hình 3.9: Module ESP8266……… 32

Hình 3.10 Module AI-Thinker ………35

Hình 3.11 Node MCU……… 36

Hình 3.12: LM386 trên thực tế……… 38

Hình 3.13 Chức năng các chân của LM386…….……….38

Hình 3.14 Sơ đồ khối chức năng của IC La4440….……….39

Hình 3.15 Mạch điện của IC TDA2030…… ……… 40

Hình 3.16 Sơ đồ mạch điện TDA7377…….………41

Hình 3.17 IC7805……….………42

Hình 3.18 IC LM3596……….……….43

Hình 3.19 Module MP1584 thực tế……… 44

Hình 3.20 Cảm biến lưu lượng nước………45

Hình 3.21 Cảm biến đo mực chất lỏng……….46

Hình 3.22 Lora RA-02……… 47

Hình 3.23 Lưu đồ thuật toán……….48

Hình 3.24 Sơ đồ khối………50

Hình 3.25 Sơ đồ nguyên lý……… 51

Hình 4.1 Bo mạch điều khiển hệ thống………….……… 55

Hình 4.2 Loa điện động lắp trên mô hình……….55

Hình 4.3 Bo mạch và loa được kết nối hoàn chỉnh……… ……… 56

Hình 4.4 Tạo ra một phần mềm không hề khó……….57

Hình 4.5 Các dòng lệnh được sử dụng trong App Inventor……….58

Hình 4.6 Thiết kế App trên App inventor……….59

Hình 4.7 Kiểm soát thông tin trên App……….59

Hình 4.8 Giao diện App hoàn chỉnh……….……… 60

Hình 4.9 Lập trình trên MIT App Inventor……….……… 60

Hình 4.10 Giao diện FIREBASE……… 61

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU:

PCTT&TKCN: Phòng chống thiên tai và tìm kiếm cứu nạn

NN&PTNT: Nông nghiệp và phát triển nông thôn

UCLA: University of California, Los Angeles

SRI: Stanford Research Institute

Wifi: Wireless Fidelity

HDD: Hard Disk Drive (ổ cứng truyền thống)

SSD: Solid State Drive (ổ cứng thể rắn)

FDD: Ổ đĩa mềm

USB: thiết bị lưu trữ dữ liệu sử dụng bộ nhớ flash

Ghi chú:

- Ký hiệu: mỗi mục ký hiệu gồm ký hiệu và phần tên gọi, diễn giải ký hiệu.

- Cụm từ viết viết tắt là các chữ cái và các ký hiệu thay chữ được viết liền

nhau, để thay cho một cụm từ có nghĩa, thường được lặp nhiều lần trong đồán

MỞ ĐẦU

Những năm gần đây ở nước ta thiên tai lũ lụt xảy ra thường xuyên hơn với mức

độ trầm trọng hơn, đã gây ra thiệt hại nghiêm trọng về người và của cải và môi trườnsinh thái… việc giảm nhẹ thiệt hại do lũ lụt là một vấn đề hết sức cấp bách được nhiều

tổ chức và các nhà khoa học trên thế giới tập trung nghiên cứu Lũ lụt là một trongnhững tai biến thiên nhiên, không chỉ gây tổn hại nặng về người và của ở thời điểm đó

mà cực lâu dài đến môi trường sinh thái, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và các hoạtđộng kinh tế xã hội Các giải pháp công trình thường được sử dụng là xây dựng các hồchứa, đê điều… Các giải pháp phi công trinh là trồng rừng, bảo vệ rừng, xây dựng vàvận hành các phương pháp tránh lũ và di dân lúc cần thiết khi có thông tin dự báo vàcảnh báo chính xác

Qua những lý do đó nhóm chúng em quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứuthiết kế hệ thống cảnh báo lũ ioT”, như là một trong các phương án giúp giảm thiểuhậu quả gây ra do lũ lụt

2 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nhận biết được chính xác đặc điểm từng vùng những nơi hay xảy ra lũ

- Hướng đến mục tiêu bất kỳ ai cũng có thể sử dụng được

- Đảm bảo hoạt động hiệu quả, kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt, vận chuyển

3 Phạm vi nghiên cứu

- Dừng lại ở thi công mô hình

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phân tích lý thuyết: Nghiên cứu về cách thức hoạt động của Arduino

NANO, Node MCU, sóng LORA, cảm biến đo mực nước, cảm biến đo vậntốc nước và các linh kiên liên quan đến mạch

- Tổng hợp lý thuyết: Sưu tầm, tổng hợp và chọn lọc tài liệu

- Phương pháp: Đánh giá tính chính xác của chương trình

- Sử dụng kiến thức đã học kết hợp nghiên cứu lý thuyết tạo ra mô hình thực

tế

5 Cấu trúc đồ án

Chương 1: Tổng quan về phát thanh

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Thiết kế và lực chọn linh kiện cho mạch

Chương 4: Thi công hệ thống

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHÁT THANH

“Phát thanh là một loại hình truyền thông đại chúng trong đó nội dung thông tinđược truyền tải qua âm thanh” Âm thanh bao gồm ba yếu tố: lời nói, âm nhạc và tiếngđộng”

1.1 CÁC HỆ THỐNG PHÁT THANH TRUYỀN THỐNG

Phát thanh truyền thống có 2 loại hình: phát thanh qua sóng điện từ; phát thanhtruyền qua hệ thống dây dẫn Đến thế kỷ XX, vệ tinh xuất hiện đã tạo ra một cuộc cáchmạng lớn trong thông tin đại chúng, tín hiệu phát thanh và truyền hình được trưyền đikhắp thế giới một cách rộng khắp và mau lẹ Con người có thể ngồi trong nhà mìnhtiếp nhận thông tin về các sự kiện thuộc đủ các lĩnh vực và mọi nơi trên trái đất mộtcách trực tiếp

Một số nhà nghiên cứu về báo chí phát thanh trên thế giới lại đưa ra những dựđoán sáng sủa về tương lai của phát thanh trong bối cảnh bùng nổ các phương tiệntruyền thông đầu thế kỷ XXI này Cơ sở của quan niệm này trước hết dựa trên những

ưu thế của phát thanh như tính tiện lợi, kỹ thuật đơn giản, thiết bị gọn nhẹ và phươngthức tiếp nhận thông tin rất linh hoạt (đang trong ô tô, trên giường ngủ, đang làmviệc… đều có thể nghe phát thanh)

Sự đơn giản, gọn nhẹ của thiết bị thu nhận thông tin phát thanh là một ưu thếnổi bật của phát thanh so với các báo khác trong cùng một điều kiện như nhau, vì báomạng và truyền hình cần thiết bị kỹ thuật cồng kềnh và phức tạp hơn nhiều Khi cuộcsống ngày càng phát triển, con người ngày càng chịu nhiều áp lực của nhịp sống khẩntrương, hiện đại thì những ưu thế này lại càng phát huy tác dụng

1.2 CÁC YẾU TỐ CỦA PHÁT THANH

Phát thanh không tự nảy sinh mà là sự kế thừa và phát triển của phát thanhtruyền thống Đó là sự thay đổi phương thức trong sản xuất các chương trình phátthanh cho phù hợp với tình hình mới và đáp ứng nhu cầu của công chúng Sự thay đổicủa phương thức sản xuất không chỉ dựa trên nền tảng của công nghệ, kỹ thuật mới màcòn đòi hỏi kỹ năng mới để tạo ra được chất lượng nội dung và hình thức mới và qua

đó có thể hình thành công chúng mới… Trong phương thức sản xuất các chương trìnhphát thanh, những ưu điểm của phát thanh truyền thống (như: có đối tượng thính giảrộng rãi; tính tức thời và tỏa khắp; ưu thế chiếm lĩnh không gian toàn bộ thời giantrong ngày; tính giao tiếp cá nhân; thông điệp len lỏi khắp nơi và có khả năng tác

động nhanh; dễ tác động vào tình cảm; sinh động trong cách thể hiện; sự thuyết phục,lôi kéo của lời nói tác động vào thính giác; kích thích trí tưởng tượng, buộc thính giảphải tự hình dung, liên tưởng; thiết bị rẻ tiền, đơn giản, dễ phổ biến…) vẫn tiếp tụcđược phát huy mạnh mẽ và lại được sự hỗ trợ đắc lực của công nghệ mới nên càng trởnên hấp dẫn hơn, hiệu quả hơn.

- Trong phát thanh, sự xuất hiện của các phóng viên, biên tập viên và người dẫnlàm cho chương trình có nhiều màu sắc, sinh động, gần gũi, hấp dẫn công chúng hơn.Việc sử dụng nhiều giọng nói và âm thanh phong phú - trong đó có nhiều tiếng nói củangười dân và việc sử dụng phương thức nói với ngôn ngữ đời sống bình dị có thể tạo

ra cảm giác gần gũi, thân mật cho thính giả Bên cạnh đó, việc xây dựng các dạngchương trình mở, trong đó thính giả có thể tham gia trực tiếp vào chương trình (ởnhững mức độ khác nhau) cũng là những ưu thế của phương thức sản xuất các chươngtrình phát thanh

- Các phương thức sản xuất chương trình hiện đại, mới mẻ như phát thanh cóhình, phát thanh trên mạng, phát thanh tương tác, phát thanh thực tế… thực sự là mộtcuộc cách mạng giúp cho nó đổi mới toàn diện trong nỗ lực thích ứng để tồn tại, pháttriển

- Phương thức sản xuất các chương trình phát thanh cũng hạn chế được nhữngnhược điểm, hạn chế của phát thanh truyền thống (như: công chúng chỉ tiếp nhậnthông tin qua duy nhất một giác quan là tai nghe; nặng tính độc thoại; khó diễn tả đượcnhững hình ảnh phức tạp; độ xác thực của thông tin không cao; thính giả khó nhớ đượctoàn bộ thông tin do tính chất hình tuyến; nghe càng nhiều, độ ghi nhớ càng giảm )

Tóm lại, phát thanh phải hội đủ các yếu tố cơ bản: Có cơ sở hạ tầng sản xuấtchương trình phát thanh, truyền dẫn phát sóng, tin học viễn thông đủ mạnh, hệ thốngdây chuyền đã được số hóa; điều kiện làm việc của cán bộ công chức viên chức, phóngviên, kỹ thuật viên, ca sỹ, nhạc sỹ…đầy đủ, tiên tiến; trụ sở làm việc đáp ứng đượcmọi nhu cầu công việc, công năng mạnh, hiệu quả, thông minh Trình độ cán bộ, côngchức, viên chức, phóng viên, kỹ thuật viên chuyên nghiệp; kíp làm chương trình có sựphối hợp chặt chẽ giữa tổng đạo diễn, dẫn chương trình, biên tập viên, phóng viên, kỹthuật viên, phát thanh viên… cùng tạo ra sản phẩm tương thích với thế giới

1.3 ĐẶC ĐIỂM CỦA PHÁT THANH:

Đối tượng tiếp nhận thông tin của phát thanh là người nghe, việc tiếp nhậnthông tin bằng thính giác thường có liên tưởng rất phong phú, phát thanh phải tận dụngđược lợi thế này để phối hợp giữa tiếng nói và âm thanh một cách hài hòa tạo cảm giáchứng thú cho thính giả Phát thanh đang được coi là một trong những loại hình truyền

thông hiện đại, có được một lượng công chúng rộng rãi và có sức ảnh hưởng lớn tới dưluận xã hội.

Mục đích là để thông tin nhanh, để thính giả có thể tham gia trực tiếp vào nộidung chương trình, làm tăng tính đời thường của chương trình, tính gần gũi của phátthanh, làm cho phát thanh giống như người bạn, một diễn đàn nơi mà mọi người có thểchia sẻ quan niệm, ý kiến Kinh nghiệm của các đài phát thanh lớn là khi thực hiệnđược công việc này thì sẽ tạo ra sức hút rất lớn với công chúng

Các chương trình mở có một đặc điểm đó là thông tin ở đó không chỉ do phóngviên cung cấp mà do cả công chúng, những người tham gia vào chương trình qua traođổi cung cấp do vậy nguồn tin sẽ đa dạng Hơn thế thông tin ở đây có tính chân thực,khách quan và có khả năng thu hút thính giả theo dõi nhiều hơn

1.4 PHÁT THANH CẢNH BÁO THIÊN TAI

Hiện tại, phần lớn các loại thiên tai mà con người có thể dự báo trước được, đềuđược nhà nước quy định phải cảnh báo trước

Tại cuộc họp chỉ đạo công tác khắc phục lũ lụt do Thủ tướng điều hành chiều

5-12, ý kiến nhiều đại biểu đều cho rằng nguyên nhân trận lũ này là do mưa thượngnguồn sông Ba đặc biệt lớn khiến các hồ thủy lợi, thủy điện trên bậc thang sông Ba xả

lũ dồn dập làm cho nhiều vùng ở hạ du ngập nặng

Câu hỏi đặt ra là tại sao trận lũ nào cũng chỉ bấy nhiêu nguyên nhân ấy mà hếtnăm này sang năm khác vẫn cứ lặp lại và đáng nói hơn, trận lũ hôm 30-11 còn khốcliệt ở chỗ tốc độ của lũ quá lớn, quá nguy hiểm như vậy? Trong cuộc họp nêu trên,lãnh đạo Ban Chỉ đạo quốc gia về phòng chống thiên tai nêu rõ công tác dự báo mưa lũ

có độ "vênh" lớn so với thực tế

Để giải quyết câu chuyện xả lũ gây ngập nặng hạ du, cùng với giải pháp lâu dài

là nghiên cứu đề án phòng chống lũ miền Trung, những giải pháp trước mắt như sốhóa bản đồ ngập lụt lưu vực các sông để cảnh báo cho chính quyền và người dân; lắpnhiều cảm biến tự động để lãnh đạo các tỉnh trên cùng một lưu vực có thể biết được hồnào đang xả lũ, lưu lượng bao nhiêu, mức độ ngập thế nào… mà đưa ra chỉ đạo ứngphó hiệu quả nhất; tham mưu xây dựng lại quy trình vận hành liên hồ lưu vực một sốcon sông ở miền Trung và nâng cao chất lượng dự báo thiên tai tiệm cận ở mức chínhxác nhất

1.5 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG PHÁT THANH CẢNH BÁO

THIÊN TAI

1.5.1 Tính kịp thời

Việc cảnh báo thiên tai phải được thực hiện càng sớm càng tốt để nhân dân cóthể kịp thời sơ tán, chuẩn bị các điều kiện cần thiết để phòng tránh tối đa thiệt hại dothiên tai gây nên Các trường hợp cảnh báo quá muộn đã để lại nhiều hậu quả nghiêmtrọng mà không thể nào đo đếm được vậy nên việc cảnh báo kịp thời là hết sức cầnthiết

1.5.2 Tính đồng bộ

Thông thường phạm vi ảnh hưởng của thiên tai là một khu vực rất rộng, và đểtoàn bộ người dân trong khu vực đó đều biết để ứng phó kịp thời là một bài toán khó.Trước đây, các bộ điều khiển phát thanh cảnh báo chỉ cho phép vận hành từng trạmphát thanh một, riêng lẻ, dẫn đến việc vận hành gặp quá nhiều khó khan, chậm trễ, vàthậm chí còn mất thời gian, không đồng bộ được giữa các trạm phát thanh, làm chongười dân không phản ứng kịp khi thiên tai xảy ra, để lại nhiều hậu quả nghiêm trọng

1.5.3 Thích ứng điều kiện

Khi thiên tai xảy đến, thường đi kèm với các điều kiện cực đoan như mất điện,mất nước Và điều đó dễ dàng làm cho các hệ thống phát thanh sử dụng điện lưới bị têliệt Điều này đặt ra một thách thức là ta phải thiết kế một bộ phát thanh hoạt độngđược với nguồn điện 1 chiều, để dễ dàng hoạt dộng với nguồn điện ắc quy lưu trữ, khi

có thiên tai xảy đến, dù điện lưới có bị mất thì hệ thống vẫn hoạt động bình thường

1.6 Các thông số tiêu chuẩn mức báo động lũ

Căn cứ quyết định số 05/2020/QĐ-TTg ngày 31 tháng 01 năm 2021 của Thủtướng Chính phủ quy định mực nước tương ứng với các cấp báo động lũ trên sôngthuộc phạm vi cả nước

Bộ trưởng Bộ Tài Nguyên và Môi Trường ban hành Thông tư quy định kỹ thuậtxây dựng mực nước tương ứng với các cáp báo động lũ

Phân tích, đánh giá, lựa chọn giá trị mực nước tương ứng với các cấp báo động lũdựa trên các điều kiện sau:

Mực nước tương ứng với báo động I: Thuộc nhóm lũ ứng với tần suất lũ dưới 50%;mực nước lũ bắt đầu gây ngập lụt ở các khu vực sản xuất nông nghiệp, nuôi trồngthuỷ sản, bãi thấp ven sông; mức độ rủi ro ở mức độ thấp chiếm hơn 80% diện tíchvùng có rủi ro trên trên bản đồ rủi ro do lũ, ngập lụt của các mực nước được chọnMực nước tương ứng với báo động II: Thuộc nhóm lũ ứng với tần suất lũ từ 55-25%; mực nước lũ gây ngập lụt diện rộng ở các khu vực sản xuất nông nghiệp,nuôi trồng thuỷ sản và bắt đầu ảnh hưởng đến các vùng dân cư của địa phương;

mức độ rủi ro ở mức thấp đến trung bình chiếm hơn 80% diện tích vùng có rủi rotrên bản đồ rủi ro do lũ, ngập lụt của mực nước được chọn

Mực nước tương ứng với báo động III: Thuộc nhóm lũ ứng với tần suất lũ từ 10%; mực nước lũ gây ngập lụt sâu, diện rộng ở các khu vực sản xuất nông nghiệp,nuôi tròng thuỷ sản và nhiều vùng dân cư của địa phương mức độ rủi ro ở mứctrung bình đến cao và rất cao chiếm hơn 80% diện tích vùng rủi ro trên bản đồ rủi

30-ro do lũ, ngâjp lụt của mực nước được chọn

Giá trị mực nước tương ứng với các cấp báo động lũ được lựa chọn phải đảm bảo phùhợp, thống nhất với giá trị cấp báo động lũ tại các vị trí đã được ban hành trên cùngmột lưu vực sông

Dựa trên các kết quả tính toán và tham vấn ý kiến chuyên gia, các cơ quan, đơn vị cóliên quan để quyết định các giá trị mực nước tương ứng với các cấp báo động lũ

Tên Tỉnh Tên sông Trạm thuỷ

Mực nước tương ứng với các cấp báo động lũ trên các sông thuộc phạm vi cả nước [1]

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LORA

2.1.1 LORA là gì?

Lora (Long Range Radio) được nghiên cứu và phát triển bởi Cycleo và sau nàyđược mua lại bởi công ty Semtenh năm 2012, là một công nghệ không dây dùng đểtruyền dữ liệu tầm xa, năng lượng thấp và an toàn cho các ứng dụng M2M và IoT.Lora được sử dụng để kết nối không dây các cảm biến, gateway, máy móc, thiết bị,động vật, con người,… với đám mây

2.1.2 Nguyên lý hoạt động.

Lora sử dụng kỹ thuật điều chế gọi là Chirp Spread Spectrum Có thể hiểu nôm

na nguyên lý này là dữ liệu sẽ được băm băng các xung cao tần để tạo ra tínhiệu có dãy tần số cao hơn tần số của dữ liệu gốc (cái này gọi là chipped); sau

đó tín hiệu cao tần này tiếp tục được mã hoá theo các chuối chirp signal (là cáctín hiệu hình sin có tần số thay dổi theo thời gina; có 2 loại chirp signal là up-chirp có tần số tăng theo thời gian và down-chip có tần số giảm theo thời gian;

và việc mã hoá theo nguyên tắc bit 1 sẽ sử dụng up-chirp, và bit 0 sẽ sưr dụngdown-chirp) trước khi truyền ra anten để gửi đi

Công nghệ Lora hoạt động ở các dải tần khác nhau ở các vùng khác nhau: ỞHoa Kỳ, nó hoạt động ở băng tần 915MHz, ở Châu Âu, nó hoạt động ở băngtần 868 MHz và ở Châu Á, nó hoạt động ở dải tần 865 đến 867 MHz, 920 dến923MHz

2.1.3 Các tính năng chính của Công nghệ Lora

Tầm xa: Kết nối các thiết bị lên đến 30 dặm ngoài tại các khu vực nông thôn vàthâm nhập dày đặc môi trường trong nhà đô thị hoặc sâu

Năng lượng thấp: Yêu cầu năng lượng tối thiểu, với tuổi thọ pin kéo dài lên đến

10 năm, giảm thiểu chi phí thay thế pin

Đảm bảo: Tính năng mã hoa AES128 đầu cuối, xác thực lẫn nhau, bảo vệ tínhtoàn vẹn và bảo mật

Chuẩn hoá: Cung cấp khả năng tương tác của thiết bị và tính khả dụng toàn cầucủa các mạng LoraWan để triển khai nhanh chóng các ứng dụng IoT ở bất cứđâu

Định vị địa lý: Cho phép các ứng dụng theo dõi không có GPS, cung cấp các lợiích năng lượng thấp độc đáo chưa được xử lý bởi các công nghệ khác

Di động: Duy trì liên lạc với các thiết bị chuyển động mà không bị căng thẳngkhi tiêu thụ điện năng

Công suất cao: Hỗ trợ bằng triệu tin nhắn trên mỗi trạm gốc, đáp ứng nhu cầucủa các nhà khai thác mạng công cộng phục vụ thị trường lớn

Giá thấp: Giảm đầu tư cơ sở hạ tầng, chi phí thay thế pin và chi phí vận hành

2.2 SÓNG WIFI

2.2.1 Nguyên tắc hoạt động của mạng wifi

Nguyên lý hoạt động của wifi gồm có 4 thành phần:

- Đường truyền mạng: Là kết nối internet băng thông rộng Việc kết nối này sẽ

nhanh hơn so với dịch vụ kết nối quay số

- Cổng mạng: Cổng mạng này có nhiệm vụ ngăn chặn những người truy cập

vào wifi của bạn mà không được phép Và đồng thời nó cung cấp cho bạn những công

cụ trong việc quản lý như: kiểm tra mạng và các dịch vụ khác thông qua IP

- Mạng LAN không dây: Là một hệ thống kết nối máy tính của bạn với các thiết

bị khác bằng sóng vô tuyến

- Kết nối Adapter không dây: Đây là phương tiện để người khác có thể truy cập

vào Wifi của bạn Adapter không dây có thể được tích hợp sẵn, hoặc là một thiết bị rờiđược cắm vào máy tính

Thông qua 4 thành phần trên, bộ phát sóng Wifi (Modem, Router) sẽ kết nối vàlấy tín hiệu internet hữu tuyến qua dây cáp quang rồi chuyển tín hiệu thành vô tuyếnWifi và gửi đến các thiết bị sử dụng Wifi (điện thoại, laptop, smart tivi, internet tivi)

Trên đây là quá trình nhận tín hiệu thông qua adapter và chuyển hóa chúngthành tín hiệu trên internet Quá trình này có thể thực hiện ngược lại, có nghĩa là:router, modem nhận tín hiệu vô tuyến từ adapter và giải mã chúng rồi gửi qua internet

2.2.2 Các chuẩn wifi hiện tại

 Chuẩn 802.11

Năm 1997, IEEE giới thiệu chuẩn mạng không dây đầu tiên và đặt tên nó là802.11 Khi đó, tốc độ hỗ trợ tối đa của mạng này chỉ là 2 Mbps với băng tầng2.4GHz

 Chuẩn 802.11b

Vào tháng 7/1999, chuẩn 802.11b ra đời và hỗ trợ tốc độ lên đến 11Mbps.Chuẩn này cũng hoạt động tại băng tần 2.4GHz nên cũng rất dễ bị nhiễu từ các thiết bịđiện tử khác

 Chuẩn 802.11a

Song song với quá trình hình thành chuẩn b, chuẩn 802.11a phát ở tần số caohơn là 5GHz nhằm tránh bị nhiễu từ các thiết bị khác Tốc độ xử lý của chuẩn đạt 54Mbps tuy nhiên chuẩn này khó xuyên qua các vách tường và giá cả của nó hơi cao

 Chuẩn 802.11g

Chuẩn 802.11g có phần hơn so với chuẩn b, tuy nhiên nó cũng hoạt động ở tần

số 2.4GHz nên vẫn dễ nhiễu Chuẩn này có thể xử lý tốc độ lên tới 54 Mbps

 Chuẩn 802.11n

Ra mắt năm 2009 và là chuẩn phổ biến nhất hiện nay nhờ sự vượt trội hơn sovới chuẩn b và g Chuẩn kết nối 802.11n hỗ trợ tốc độ tối đa lên đến 300Mbps, có thểhoạt động trên cả băng tần 2,4 GHz và 5 GHz

Chuẩn kết nối này đã và đang dần thay thế chuẩn 802.11g với, phạm vi phátsóng lớn hơn, tốc độ cao hơn và giá hợp lý

Các chuẩn Wifi hiện nay:

Được giới thiệu năm 2014, chuẩn wifi 802.11ad được hỗ trợ băng thông lên đến

70 Gbps và hoạt động ở dải tần 60GHz Nhược điểm của chuẩn này là sóng tín hiệukhó có thể xuyên qua các bức tường, đồng nghĩa với việc chỉ cần Router khuất khỏitầm mắt, thiết bị sẽ không còn kết nối tới Wifi được nữa

 Chuẩn 802.11ax

Wi-Fi 6 là bản cập nhật mới nhất cho chuẩn mạng không dây Wi-Fi 6 dựa trêntiêu chuẩn IEEE 802.11ax, với tốc độ nhanh hơn, dung lượng lớn hơn và hiệu suấtnăng lượng được cải thiện tốt hơn so với các kết nối không dây trước đây Tên gọi mớiWifi 6 này sẽ chính thức được áp dụng từ năm 2019

 Wifi Hotspot

Ngoài những chuẩn kết nối kể trên, mỗi thiết bị di động có thể tự phát ra sóngWifi cho những thiết bị khác Nói cách khác, thiết bị di động có thể được xem như làmột Router

2.2.3 Băng tần 2.4Ghz và bằng tần 5Ghz

Wi-Fi chuẩn 2.4GHz hay băng tần 5GHz là một kênh của Wi-Fi với dải tầnsóng được phát với tín hiệu 5GHz Wi-Fi sử dụng băng tần 5GHz sẽ ít gặp các hiệntượng cùng tần số như Wi-Fi 2.4GHz, tuy nhiên khoảng cách truyền tín hiệu lại không

nhanh và dễ bị cản trở hơn 2.4GHz WiFi 5GHz sẽ hỗ trợ tốc độ kết nối lên tới1300Mbps trong điều kiện lý tưởng.

2.2.3.1 Wifi băng tần kép

Về cơ bản, Wi-Fi băng tần kép là bộ Router phát Wi-Fi hỗ trợ cả hai băng tầng2.4GHz và 5GHz

Khả năng xuyên nhiễu

Không bị xuyên nhiễu bởi các thiết bị khác Với WiFi 2.4GHz, các thiết như loaBluetooth, tai nghe Bluetooth, sử dụng sóng điện từ có thể gây nhiễu mạng, khiếncho tốc độ mạng bị giảm đi Đối với WiFi 5GHz, bạn sẽ hoàn toàn không bị ảnhhưởng bởi các thiết bị không dây, giúp cho bạn có tốc độ mạng ổn định hơn

Khả năng xuyên nhiễu của WiFi 5GHz tốt hơn 2.4GHz

Khả năng tắc nghẽn

Do WiFi 5GHz hoạt động ở băng tần rộng hơn WiFi 2.4GHz nên bạn sẽ khôngphải lo về việc tắc nghẽn khi có quá nhiều thiết bị truy cập mạng, đồng nghĩa là bạn sẽluôn có kết nối mạng ổn định, đảm bảo cho các tác vụ của bạn luôn trơn tru

Bảng 2.1 Thông số Wifi

2.3 Các công nghệ lưu trữ dữ liệu di động

2.3.1 Ổ cứng

Ổ đĩa cứng (hay còn gọi là ổ cứng) là thiết bị lưu trữ dữ liệu máy tính rất phổ

biến có hai loại chuẩn kết nối thông dụng là IDE với tốc độ 100MB/s và SATA Nócải thiện hơn so với IDE tốc độ 150-300MB Chúng lưu trữ dữ liệu trên đĩa từ quay vàđược trang bị cho hầu như tất cả các máy tính như là tiêu chuẩn Ổ cứng hiện nay có 2loại chính là: HDD (Hard Disk Drive) và SSD (Solid State Drive)

HDD là ổ cứng truyền thống, nguyên lý hoạt động cơ bản là có một đĩa tròn làmbằng nhôm được phủ vật liệu từ tính Giữa ổ đĩa có một động cơ quay để để đọc/ghi dữliệu, kết hợp với những thiết bị này là những bo mạch điện tử nhằm điều khiển đầuđọc/ghi đúng vào vị trí của cái đĩa từ lúc nãy khi đang quay để giải mã thông tin

SSD là một loại ổ cứng thể rắn, là thiết bị lưu trữ dữ liệu hiện đại đang dầnđược nhiều người lựa chọn sử dụng, được các chuyên gia về pahàn cứng nghiên cứu

và chế tạo nhằm cạnh tranh với các ổ cứng HDD truyền thống, cải thiện về sức mạnhtốc độ, nhiệt độ, độ an toàn dữ liệu và cả về điện năng tiêu thụ SSD được phát triểnsau này với công nghệ hiện đại nên có những tính năng vượt trội hơn so với HDD Tuynhiên giá thành của SDD cao hơn HDD

Ổ cứng di động: Là loại ổ cứng cắm ngoài máy, có kích cỡ nhỏ gọn Chúng

thường được kết nối với máy thông qua USB và có dung lượng từ 100GB đến 2TB Sovới ổ cứng trong thì tốc độ truy cập chậm hơn

Đĩa quang: Là thiết bị lưu trữ sử dụng công nghệ Laser khắc vào bề mặt đĩa để

biểu diễn dữ liệu qua các Track và Sector gồm có 3 loại cơ bản là CD, DVD, HD hayBlue Ray, và để đọc được đĩa quang thì phải sử dụng ổ đĩa quang

2.3.2 Đĩa mềm

Đĩa mềm là một loại phương tiện lưu trữ có khả năng lưu trữ dữ liệu điện tử,giống như một file máy tính Các đĩa mềm lần đầu tiên được tạo ra trong năm 1967 bởiIBM như một thay thế cho việc mua ổ cứng, mà là cực kỳ đắt tiền vào thời điểm đó.Đĩa mềm tiếng Anh là floppy, floppy disk, floppy diskette Hình ảnh minh họa dướiđây ví dụ về đĩa mềm 3,5″, một trong những loại đĩa mềm được sử dụng phổ biến nhất,

có khả năng lưu trữ 1,44 MB dữ liệu Để đọc và ghi vào đĩa này, nó sẽ được đưa vào ổđĩa mềm

Một ổ đĩa mềm, hay còn gọi là FDD hoặc FD, là một ổ đĩa máy tính cho phépngười dùng lưu dữ liệu vào đĩa mềm di động Mặc dù ổ đĩa 8 “được sản xuất lần đầutiên vào năm 1971, nhưng ổ đĩa thực đầu tiên được sử dụng là ổ đĩa mềm 5 1/4″, saunày được thay thế bằng ổ đĩa mềm 3 1/2” Các size ổ đĩa mềm Đĩa mềm 5 1/4″ có khảnăng lưu trữ từ 360 KB đến 1,2 MB dữ liệu và đĩa mềm 3 1/2″ có khả năng lưu trữ từ

360 KB đến 1,44 MB dữ liệu Đối với cả hai kích thước đĩa mềm, giới hạn lưu trữ dữliệu phụ thuộc vào hai yếu tố Đĩa một mặt hoặc hai mặt Đĩa thông thường hoặc mật

độ cao

Đĩa mềm là một phương tiện từ tính và lưu trữ và đọc dữ liệu trên đĩa mềmbằng cách sử dụng đầu đọc Khi một đĩa mềm 3,5″ được lắp vào ổ đĩa, cửa trượt kimloại sẽ được mở ra và để lộ đĩa từ trong đĩa mềm Đầu đọc/ghi sử dụng cực tính từ 0hoặc 1 Đọc đây là dữ liệu nhị phân, máy tính có thể hiểu dữ liệu trên đĩa là gì Để máytính ghi thông tin vào đĩa, đầu đọc/ghi sẽ căn chỉnh các cực từ, ghi số 0 và số 1 để cóthể đọc sau

2.3.3 USB

Ổ USB Flash, thường được gọi là USB, là một thiết bị lưu trữ dữ liệu sử dụng

bộ nhớ flash (một dạng IC – vi mạch nhớ hỗ trợ tháo lắp nhanh), tích hợp với giao tiếpUSB (Universal Serial Bus)

USB có kích thước nhỏ nhẹ và cho phép người dùng tự do ghi lại dữ liệu Dunglượng của các USB trên thị trường hiện nay có thể lên tới 2TB và còn có thể tăng nữatrong tương lai

Cấu tạo của USB

Một ổ USB flash thông thường gồm các bộ phận sau:

 Bản mạch in nhỏ: chứa các linh kiện điện tử cùng một (hoặc nhiều) chip nhớflash hàn trực tiếp lên mạch in

Hình 2.2 Cấu tạo của USB [7]

 Đầu cắm kết nối với các cổng USB: các kết nối thường sử dụng chuẩn Acho phép chúng kết nối trực tiếp với các khe cắm USB trên máy tính

 Vỏ bảo vệ: Toàn bộ bản mạch in, chip nhớ flash nằm trong một vỏ bảo vệkim loại hoặc nhựa giúp nó đủ chắc chắn Chỉ có đầu kết nối USB là nằmngoài vỏ bảo vệ này và thường có nắp để đậy lại, hoặc một nút gạt cho phépđầu kết nối có thể trượt vào bên trong vỏ và chìa ra ngoài khi cần thiết Vỏbảo vệ thường được thiết kế đa dạng nhằm hấp dẫn người sử dụng, một sốloại còn có khả năng chống thấm ướt, chống sốc

 Lẫy gạt chống ghi: Một số ổ USB flash có thiết kế lẫy gạt để chống ghi dữliệu, không cho phép hệ điều hành ghi hoặc sửa đổi dữ liệu vào ổ

 Đèn báo hoạt động: Đa phần các ổ USB flash có một đèn báo nhỏ để hiểnthị chế độ làm việc của nó (đèn này là một điốt LED nhỏ gắn trên bo mạchcủa ổ, có màu khác nhau tuỳ hãng) Cách đèn báo hiệu hoạt động cũngkhông được thống nhất giữa các hãng sản xuất: có loại khi USB sáng đèn làtrạng thái đang đọc hoặc ghi và ngược lại tắt đèn là nghỉ, có loại sáng đèn lànghỉ và tắt đèn là đọc/ghi và sẽ nhấp nháy liên tục trong suốt quá trình đó.Người sử dụng nên tự quan sát USB của mình vài lần để biết được quy luậthoạt động của đèn báo và tránh tháo thiết bị khi chúng đang làm việc

Chức năng của USB

1 Sửa chữa máy tính

Đa số các máy tính được sản xuất trong những năm gần đây đều cho phép khởiđộng từ ổ USB flash, tức là sau khi cắm USB vào máy và khởi động, người dùng cóthể thao tác, sửa chữa hệ điều hành hoặc các phần mềm bị lỗi trên máy tính Thậm chímột số loại USB còn cho phép lưu và cập nhật BIOS, vốn trước đây chỉ có thể thao tácđược qua đĩa mềm.

2 Quản trị hệ thống

Các sử dụng này rất phổ biến với những người quản trị mạng và hệ thống Bằngcách lưu lại một bộ thiết lập từ máy tính đầu tiên vào USB, sau đó chỉ cần cắm USB

đó vào các máy tính, bộ thiết lập sẽ được sao chép và áp dụng ngay cho máy tính mới

và không cần người dùng phải tự tay thiết lập lại Việc này sẽ đảm bảo tất cả các máytính có cùng một bộ thiết lập y hệt nhau mà không có nhầm lẫn hoặc sai sót nào

3 Chìa khóa điện tử

Với một số hệ thống máy tính yêu cầu bảo mật cao, USB có thể đóng vai trònhư một chiếc chìa khóa điện tử để khởi động hệ thống hoặc một phần mềm trên máy.Một số hãng viết phần mềm cũng sử dụng USB được thiết kế riêng để kích hoạt mỗikhi cần sử dụng phần mềm, nhằm tránh sự sao chép và sử dụng trái phép các phầnmềm đó

2.3.4 Thẻ nhớ Flash

Cũng như đĩa quang và đĩa từ thì ổ cứng SSD hoặc thẻ nhớ đều có các ô nhớ đểlưu các giá trị 0 và 1 (nếu bạn chưa tìm hiểu về cách ổ cứng từ HDD hoạt động nhưnào thì có thể xem tại đây: Ổ cứng HDD hoạt động thế nào?) Bạn nhìn cái thẻ nhớ

128 Gb bé xíu vậy thôi nhưng có thể các bạn không biết rằng trong nó được cấu tạobởi 1.100 tỷ ô nhớ Và các ô nhớ của thẻ nhớ đó chính là các bóng bán dẫn Transistor

Như các bạn đã biết, bóng bán dẫn Transistor là một công tắc điện tử, nghĩa là

nó dùng chính dòng điện để bật tắt, cho phép dòng điện đi qua hoặc không đi qua Đốivới ổ cứng SSD hay thẻ nhớ SD thì dòng điện đi qua được quy ước kí tự 1 trong mãnhị phân, và dòng điện bị chặn sẽ được quy ước ký tự 0 trong mã nhị phân Với ổ cứngSSD thì có đầu dây cấp nguồn điện riêng, nhưng với thẻ nhớ SD thì không có nguồnđiện riêng để cấp cho nó

Vậy tại sao thẻ nhớ SD lại lưu được dữ liệu ngay cả khi không có nguồn điệncấp cho nó? Và nguyên lý ở đây là, người ta sẽ nhốt electron lại, để khi rút thẻ nhớ rakhỏi nguồn điện electron vẫn không chạy mất được Nhờ đó nó vẫn quyết định trạngthái của bóng bán dẫn Transistor là có cho dòng điện chạy qua hay không Điều đó có

nghĩa là nó sẽ lưu lại được thông tin Vậy làm sao người ta nhốt được electron trongthẻ nhớ SD? Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu sâu hơn về cấu tạo của bóng bán dẫn trong thẻnhớ SD Loại bóng bán dẫn này nó hơi khác một chút so với loại bóng bán dẫn bìnhthường.

Cấu tạo bóng bán dẫn trong thẻ nhớ SD

Bóng bán dẫn trong thẻ nhớ SD sẽ có một lớp bán dẫn P làm nền (như hình bêntrên), ở 2 bên của bán dẫn P sẽ là 2 điện cực được ký hiệu là A và B được nối với 2bán dẫn loại N Trên bán dẫn P có một lớp Oxit cách điện, trên lớp Oxit là một lớp kimloại (người ta gọi là cổng trôi và là bức ngăn để nhốt Electron), trên cổng trôi lại làmột lớp oxit cách điện, và trên cùng nó sẽ là một lớp kim loại nữa (hay còn gọi là cổngđiều khiển, chính cổng điều khiển này sẽ điều khiển việc nhốt electron)

Về nguyên lý hoạt động của bóng bán dẫn trong thẻ nhớ SD sẽ diễn ra như sau.Khi có nhu cầu đọc dữ liệu, người ta sẽ nối 2 đầu A và B của bóng bán dẫn với mộtdòng điện, và nối thêm một điện cực dương vào cổng điều khiển D Bây giờ sẽ có 2trường hợp xảy ra như sau:

- Trường hợp 1: Là trong cổng trôi C không có electron, bình thường thì dòngđiện sẽ không chạy qua 2 đầu bán dẫn A và B vì lớp P ở giữa cản trở chúng Tuy nhiênkhi đặt điện áp dương (+) vào cổng điều khiển D, điện áp dương sẽ tạo ra một điện từtrường khiến cho các electron đi từ A xuyên qua P và về B Như vậy dòng điện chạyqua được bóng bán dẫn và người ta hiểu nó mang giá trị là 1

- Trường hợp 2: Tại cổng C có nhiều electron, lúc này dù có dòng điện dươngđặt vào D, nhưng do electron ở C mang điện tích âm, nên đã triệt tiêu tác dụng củadòng điện dương tại D Vì thế không có điện từ trường dương tác dụng vào P và sẽkhông có electron chạy từ A qua B Do dòng điện không chạy qua bóng bán dẫn nênngười ta hiểu nó mang giá trị là 0

Vậy từ đây các bạn sẽ thấy việc dữ liệu được lưu với giá trị là 0 hay 1 sẽ phụthuộc vào lớp kim loại (hay gọi là cổng trôi C có chứa electron hay không) Muốnbóng bán dẫn lưu dữ liệu với mã nhị phân là 1 thì cổng trôi C sẽ không nhốt electron,còn nếu muốn bóng bán dẫn lưu giá trị là 0 thì cổng trôi C sẽ phải nhốt electron

Về cấu tạo, cổng trôi C hoàn toàn cách ly với xung quanh thì làm sao electronchui vào trong đó được? Người ta đã áp dụng một công nghệ, công nghệ đó gọi là hiệntượng "xuyên hầm" Cụ thể là, bình thường các electron không thể đi xuyên qua lớpOxit (vì nó là chất cách điện) Tuy nhiên khi người ta đặt vào cổng D một điện ápdương (khoảng 12V) và đồng thời đặt vào 2 đầu A, B một điện áp thì sẽ có dòngelectron dịch chuyển từ A qua B

Đồng thời trong quá trình dịch chuyển, một lượng electron mang điện tích âm

sẽ bị cực dương D hút và chuyển động về phía D Mặc dù lớp Oxit ngăn cách, nhưngdưới tác dụng của lực hút mạnh giúp các hạt electron chui qua lớp Oxit và đi vào cổngtrôi C Người ta đã cố tình thiết kế lớp Oxit cách điện thật mỏng để các hạt electron cóthể chui qua Nhưng các hạt electron này sẽ không dịch chuyển được đến cổng D, vìlớp Oxit cách điện thứ 2 được thiết kế quá dày

Như vậy, chúng ta đã hiểu được nguyên lý các electron được đưa vào cổng trôi

C và nhốt chúng ở đó là như thế nào rồi, và cái bóng bán dẫn bây giờ mang giá trị là 0.Ngược lại, muốn đổi nó sang giá trị là 1 thì chỉ cần đặt một điện cực âm mạnh vào D,

nó sẽ đẩy hết các electron từ cổng C ra ngoài

Tóm lại, thẻ nhớ lưu dữ liệu bằng cách nhốt electron trong cổng trôi hoặc đẩy

nó ra, tương ứng với giá trị 0 hoặc 1 Việc nhốt được electron là do hiện tượng "xuyênhầm", có điện thì tạo ra lực hút tác động đẩy electron chui qua, nhưng ngắt điện thìelectron không chui qua được Các nhà sản xuất cho biết, cổng trôi có thể nhốt đượcelectron trong khoảng 15 năm, nếu dùng công nghệ và vật liệu chất lượng cao thì cóthể lên tới 100 năm Nghĩa là chiếc thẻ nhớ SD hay ổ cứng SSD có độ bền lên đến 15năm hoặc lâu hơn tuỳ thuộc vào vật liệu sản xuất

2.4 Các công nghệ khuếch đại âm thanh

2.4.1 Phân loại mạch khuếch đại

 Khuếch đại về điện áp : Là mạch khi ta đưa một tín hiệu có biên độ nhỏvào, đầu ra ta sẽ thu được một tín hiệu có biên độ lớn hơn nhiều lần

 Mạch khuếch đại về dòng điện : Là mạch khi ta đưa một tín hiệu cócường độ yếu vào, đầu ra ta sẽ thu được một tín hiệu cho cường độ dòngđiện mạnh hơn nhiều lần

 Mạch khuếch đại công suất : Là mạch khi ta đưa một tín hiệu có côngxuất yếu vào , đầu ra ta thu được tín hiệu có công xuất mạnh hơn nhiềulần, thực ra mạch khuếch đại công xuất là kết hợp cả hai mạch khuếchđại điện áp và khuếch đại dòng điện làm một

2.4.2 Các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại

Các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại là phụ thuộc vào chế độ phân cựccho Transistor, tuỳ theo mục đích sử dụng mà mạch khuếch đại được phân cực đểkhuếch đại ở chế độ A, chế độ B , chế độ AB hoặc chế độ C

Là các mạch khuếch đại cần lấy ra tín hiệu hoàn toàn giốn với tín hiệu ngõ vào

Mạch khuyếch đại ở chế độ B chỉ khuếch đại một bán chu kỳ của tín hiệu ngõvào.

Mạch khuếch đại chế độ B thường được sử dụng trong các mạch khuếch đạicông xuất đẩy kéo như công xuất âm tần, công xuất mành của Ti vi, trong các mạchcông xuất đẩy kéo , người ta dùng hai đèn NPN và PNP mắc nối tiếp , mỗi đèn sẽkhuếch đại một bán chu kỳ của tín hiệu

Hình 2.4 Mạch khuếch đại chế độ B

Mạch khuếch đại ở chế độ AB là mạch tương tự khuếch đại ở chế độ B , nhưng

có định thiện sao cho điện áp UBE sấp sỉ 0,6 V, mạch cũng chỉ khuếch đại một nửachu kỳ tín hiệu và khắc phục hiện tượng méo giao điểm của mạch khuếch đại chế độ

B, mạch này cũng được sử dụng trong các mạch công xuất đẩy kéo

Hình 2.5 Mạch khuếch đại chế độ A-B

2.4.3 Các kiểu mắc BJT

– Transistor mắc theo kiểu E chung

Mạch mắc theo kiểu E chung có cực E đấu trực tiếp xuống mass hoặc đấuqua tụ xuống mass để thoát thành phần xoay chiều, tín hiệu đưa vào cực B và lấy ratrên cực C, mạch có sơ đồ như sau :

Hình 2.6 Mạch khuyếch đại điện áp mắc kiểu E chung

Đặc điểm của mạch khuếch đại E chung.

Mạch khuếch đại E chung thường được định thiên sao cho điện áp UCE khoảng60% ÷ 70 % Vcc

Biên độ tín hiệu ra thu được lớn hơn biên độ tín hiệu vào nhiều lần, như vậymạch khuếch đại về điện áp

Dòng điện tín hiệu ra lớn hơn dòng tín hiệu vào nhưng không đáng kể

Tín hiệu đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào : vì khi điện áp tín hiệu vào tăng

=> dòng IBE tăng => dòng ICE tăng => sụt áp trên Rg tăng => kết quả là điện áp chân

C giảm , và ngược lại khi điện áp đầu vào giảm thì điện áp chân C lại tăng => vì vậyđiện áp đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào

Mạch mắc theo kiểu E chung như trên được ứng dụng nhiều nhất trong thiết bịđiện tử

– Transistor mắc theo kiểu C chung

Mạch mắc theo kiểu C chung có chân C đấu vào mass hoặc dương nguồn( Lưu ý : Về phương diện xoay chiều thì dương nguồn tương đương với mass ), Tínhiệu được đưa vào cực B và lấy ra trên cực E , mạch có sơ đồ như sau :

Hình 2.7 Mạch mắc kiểu C chung

Đặc điểm của mạch khuếch đại C chung.

Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực E

Biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào : Vì mối BE luôn luôn có giá trịkhoảng 0,6V do đó khi điện áp chân B tăng bao nhiêu thì áp chân C cũng tăng bấynhiêu => vì vậy biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào

Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào : Vì khi điện áp vào tăng => thì điện áp racũng tăng, điện áp vào giảm thì điện áp ra cũng giảm.

Cường độ của tín hiệu ra mạnh hơn cường độ của tín hiệu vào nhiều lần : Vìkhi tín hiệu vào có biên độ tăng => dòng IBE sẽ tăng => dòng ICE cũng tăng gấp βlần dòng IBE vì

ICE = β.IBE giả sử Transistor có hệ số khuyếch đại β = 50 lần thì khi dòngIBE tăng 1mA => dòng ICE sẽ tăng 50mA, dòng ICE chính là dòng của tín hiệu đầu

ra, như vậy tín hiệu đầu ra có cường độ dòng điện mạnh hơn nhiều lần so với tín hiệuvào

Mạch trên được ứng dụng nhiều trong các mạch khuếch đại đêm (Damper),trước khi chia tín hiệu làm nhiều nhánh, người ta thường dùng mạch Damper đểkhuếch đại cho tín hiệu khoẻ hơn Ngoài ra mạch còn được ứng dụng rất nhiều trongcác mạch ổn áp nguồn ( ta sẽ tìm hiểu trong phần sau )

– Transistor mắc theo kiểu B chung

Mạch mắc theo kiểu B chung có tín hiệu đưa vào chân E và lấy ra trên chân C ,chân B được thoát mass thông qua tụ

Mach mắc kiểu B chung rất ít khi được sử dụng trong thực tế

Hình 2.8 Mạch mắc kiểu B chung

2.5 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA LOA ĐIỆN ĐỘNG

Loa điện động hoạt động dựa trên nguyên tắc Kỹ thuật điện cơ Nó gồm mộtcuộn dây đặt trong một từ trường mạnh của nam châm Khi có dòng điện âm tần chạyqua, cuộn dây sẽ dao động Do cuộn dây được nối với màng loa nên các dao động nàyđược truyền ra không khí, tác động vào người nghe

Dù thuộc thể loại nào thì loa cũng phải có một bộ phận quan trọng gọi là màngrung (hoặc màng loa) Màng rung là nơi âm thanh được phát ra để đến với tai ngườinghe Tuỳ từng loại loa khác nhau mà nguyên lý làm rung màng rung là khác nhau.

Đa số các loa màng rung được gắn với một cuộn dây, cuộn dây này được định

vị trong khe hẹp có từ trường mạnh được sinh ra giữa hai cực của một nam châm vĩnhcửu Khi cho dòng điện tín hiệu đi qua cuộn dây thì cuộn dây xuất hiện lực từ làm rung

nó, sự rung động của cuộn dây sẽ làm chuyển động màng loa

Do hạn chế riêng về cấu tạo, mỗi loại loa điện động theo nguyên lý sử dụngnam châm điện vĩnh cửu thường chỉ phát được âm thanh tốt nhất ở một dải tần nhấtđịnh nào đó mà không thể phát toàn dải âm nghe được (16 Hz đến 20.000 Hz)

Ở dải tần thấp, âm thanh cần có biên độ lớn để tai người cảm nhận được, màngloa phải có cấu tạo kích thước rộng, các cuộn dây có biên động dao động lớn trong khetừ

Ở dải tần cao, để đáp ứng sự dao động nhanh và liên tục, màng loa phải đủ nhỏ,mềm để không cản trở

Ở dải tần trung bình hoặc từng dải tần nhất định, màng loa cần được tính toán

để phù hợp nhất với tần số phát thiết kế

Như vậy, để có thể truyền tải âm thanh ở đủ mọi dải tần nghe được, một bộ loacần sử dụng nhiều loa với đường kính và cấu tạo khác nhau (thông thường một thùngloa có chất lượng tốt thường bao gồm bốn đến năm loa, trong đó: một loa trầm, hai loatrung và một đến hai loa phát tần số cao)

Các bộ phận khác rất khác nhau tùy thuộc vào từng loại loa, sẽ được trình bàytại từng loại loa riêng biệt

Phân loại loa điện động

Loa nén thường được sử dụng nhiều nhất trong việc nghe nhạc thính phòng,phòng thu âm hoặc thích hợp trong nhà nhỏ, phòng kín

Loa nén như trên được gọi là loa treble (loa trét), loa chỉ mô phỏng âm thanhtần số cao, tiếng chói nó thiết kế khá nhỏ gọn làm cho âm thanh trở nên sắc hơn, chitiết hơn Còn loại loa nén 2 lần thì nó được gọi là loa nén phóng thanh ngoài trời, nócấu tạo không khác gì nhau nhưng kích thước lớn hơn và đặt ngoài trời chứ không thể

đặt được trong phòng kín vì âm thanh cộng hưởng quá lớn và độ chói cao, nhức tai Vìvậy nên gọi loa nén trên là loa treble, loa nén là loa phóng thanh.

 Loa thông dụng

Loa Siêu trầm, loa Trầm, loa Trung, loa treble (loa trét) Loa Trầm, siêu Trầm

sẽ mô phỏng tiếng bass (tiếng trống), loa trung sẽ mô phỏng tiếng nói, còn loa trét sẽ

mô phỏng âm thanh sắc, cao Vì vậy có thể tách riêng ba loại hoặc đóng ba loại trênmột thùng nhưng chức năng là như vậy Nhà thiết kế có thể tách riêng từng loại loacho từng dải tần số khác nhau để tránh xuyên nhiễu Để âm thanh trung thực, mộtchiếc loa không thể mô phỏng hết các tần số khác nhau vì vậy các loại loa đóng gópvào việc cho âm thanh hoàn hảo hơn Loa thông dụng là các loa dùng phát âm thanhthuộc thể loại âm nhạc Chúng gồm nhiều thể loại phục vụ riêng cho từng dải tần sốkhác nhau

Loa thông dụng thường có các loại màng loa có hình dạng và kích thước khácnhau cho các dải tần số phát khác nhau Màng loa có đường kính lớn thường cho loatrầm và siêu trầm (bass), các màng loa đường kính trung bình cho dải tần số mức trungbình và các màng loa nhỏ cho các loa có tần số cao (loa treble)

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN LINH KIỆN

3.1 LỰA CHỌN LOA CHO MÔ HÌNH

Loa là một trong những thiết bị âm thanh quan trọng trong hệ thống dànkaraoke, âm thanh…mặc dù chỉ đơn giản là 1 thùng loa, nhưng trên thực tế, mỗi thùngloa hoàn chỉnh thường bao gồm 3 tầng với 3 loại loa được trang bị để biểu thị các loại

âm thanh khác nhau, cụ thể

Loa treble, loa tweeter hay loa HF (High-Frequency)

Hình 3.1: Loa treble [8]

Loa treble phụ trách âm thanh tần số cao

Củ loa treble trong hệ thống thùng loa đảm nhiệm biểu thị các âm thanh trongdải tần từ 2000 – 100,000 Hz

Loa cao tần thường có kích cỡ khoảng 1 inch và có màng loa làm từ đồng,nhôm, titan, magie…loa treble cũng chia ra làm nhiều loại khác nhau như: cone, dome,piezo, ribbon, từ phẳng, tĩnh điện, Air Motion Transformer, horn, plasma hoặc ion…cócấu tạo cũng như chất lượng phát âm khác nhau

Loa mid, loa trung hay loa squawker

Hình 3.2: Loa mid [8]

Loa mid phát ra dải âm thanh tai người dễ nghe thấy nhất

Củ loa Mid phụ trách dải âm thanh tầm trung từ 250 – 2000 Hz, đây là dải âmthanh tai người dễ nghe thấy nhất

Loa trung thường có màng loa làm bằng giấy hoặc các loại nhựa, kim loại nhẹkhác Loa trung thường là ở dạng cone, ít khi ở dạng dome hay kèn, và rất hiếm khi sửdụng dạng tĩnh điện, từ phẳng hay ribbon

Loa mid cũng là dòng loa duy nhất được trang bị trên hầu hết các dòng tivi,radio,…chính vì thế nên chất lượng âm thanh từ các thiết bị này thường không tốtbằng dàn loa chuyên nghiệp bao gồm cả loa treble, mid và bass