thiết kế hệ thống định vị trong nhà kho bằng sóng ble bluetooth low energy

Chính vì thÁ mà nhóm thực hiÉn đà tài muán āng dăng khÁ nng xác đánh vá trí cÿa các vÁt thÅ á không gian nhà kho.. HÉ tháng phÁn cāng s¿ đ°āc xây dựng vãi mát mô hình đã có s¿n và thực h

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH HỆ THỐNG NHÚNG VÀ IOT

Tp Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2024

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TRONG NHÀ KHO BẰNG

SÓNG BLE (BLUETOOTH LOW ENERGY)

GVHD: PhD TRƯƠNG NGỌC SƠN SVTH: PHAN NGỌC ANH

NGUYỄN TRÍ BAN

S K L 0 1 3 3 1 0

đồ án

TR¯âNG Đ¾I HâC S¯ PH¾M KỸ THUÀT TP Hà CHÍ MINH

KH OA ĐIÆN ĐIÆN TĄ BÞ MÔN KĨ THUÀT MÁY TÍNH - VIÄN THÔNG

TR¯âNG Đ¾I HâC S¯ PH¾M KỸ THUÀT TP Hà CHÍ MINH

KHOA ĐIÆN ĐIÆN TĄ BÞ MÔN KĨ THUÀT ĐIÆN TĄ VIÄN THÔNG

Đà ÁN TÞT NGHIÆP

THI¾T K¾ HÆ THÞNG ĐàNH Và TRONG

NHÀ KHO BÄNG SÓNG BLE (BLUETOOTH LOW ENERGY)

TRANG THÔNG TIN LUÀN VN

1 Thông tin sinh viên

Hã và tên sinh viên: PHAN NGâC ANH MSSV: 20139060 Email: 20139060@student.hcmute.edu.vn ĐiÉn tho¿i: 0364888321 Hã và tên sinh viên : NGUYÆN TRÍ BAN MSSV: 20139062 Email: 20139062@student.hcmute.edu.vn ĐiÉn tho¿i: 0387632935 Ngành: Công nghÉ kỹ thuÁt máy tính Lãp: 201390B

2 Thông tin đÁ tài

- Tên đà tài: THIÀT KÀ HÈ THàNG ĐàNH Và TRONG NHÀ KHO BÀNG SÓNG BLE( BLUETOOTH LOW ENERGY)

- Đ¢n vá quÁn lý: Bá môn Kỹ thuÁt Máy tính – ViÇn thông, Khoa ĐiÉn – ĐiÉn tÿ, Tr°ßng Đ¿i hãc S° ph¿m Kỹ thuÁt TP Hã Chí Minh

- Thßi gian thực hiÉn: từ ngày -/-/2024 đÁn ngày -/-/2024 - Thßi gian bÁo vÉ: Ngày -/-/2024

3 Lãi cam đoan cÿa sinh viên

Đã án tát nghiÉp này là công trình nghiên cāu nhóm thực hiÉn d°ãi sự h°ãng d¿n khoa hãc cÿa thÁy PhD Tr°¢ng Ngãc S¢n Các sá liÉu, nhāng nái dung nghiên cāu đ°āc trình bày trong luÁn vn này hoàn toàn trung thực dựa trên sự nghiên cāu cÿa nhóm, không sao chép kÁt quÁ cÿa công trình khác Các nái dung tham khÁo đã đ°āc trích d¿n đÁy đÿ

TP.HCM, ngày tháng nm 2024

SV thực hiÉn đã án (Ký và ghi rõ h ọ tên)

GiÁng viên h°ãng d¿n xác nhÁn quyÅn báo cáo đã đ°āc chßnh sÿa theo đà nghá ghi trong biên bÁn cÿa Hái đãng đánh giá Khóa luÁn tát nghiÉp

TR¯ƠꀉNG NGÀNH GI ÀNG VIÊN H¯àNG D¾N

đồ án

PHI ¾U NHÀN XÉT CþA GIÁO VIÊN H¯àNG D¾N

Hã và tên Sinh viên: PHAN NGâC ANH MSSV: 20139060

NGUYÆN TRÍ BAN MSSV: 20139062

Ngành: HÉ tháng nhúng và IOT

Tên đÁ tài: THIÀT KÀ HÈ THàNG ĐàNH Và TRONG NHÀ KHO BÀNG SÓNG

BLE (BLUETOOTH LOW ENERGY)

Hã và tên Giáo viên h°áng d¿n: PhD TR¯¡NG NGâC S¡N NHÀN XÉT

1 Và nái dung đà tài & khái l°āng thực hiÉn: 2 ¯u điÅm:

3 KhuyÁt điÅm:

4 ĐÃ nghá cho bÁo vÉ hay không?

5 Đánh giá xÁp lo¿i:

TP.HCM, ngày tháng nm 2024

GIÀNG VIÊN H¯àNG D¾N

(Ký và ghi rõ họ tên)

đồ án

v

LâI CÀM ¡N

Lßi đÁu tiên, nhóm thực hiÉn đà tài gÿi lßi cÁm ¢n đÁn tr°ßng Đ¿i hãc S° Ph¿m Kỹ ThuÁt thành phá Hã Chí Minh và khoa ĐiÉn – ĐiÉn tÿ đã t¿o nhāng điÃu kiÉn vô cùng cÁn thiÁt đÅ nhóm thực hiÉn có thÅ hoàn thành đà tài lÁn này mát cách tát đẹp

Nhóm thực hiÉn xin chân thành cÁm ¢n đÁn PhD Tr°¢ng Ngãc S¢n là ng°ßi trực tiÁp h°ãng d¿n đà tài lÁn này Trong thßi gian thực hiÉn đã án, từ nhāng ngày b¿t đÁu chãn đà tài cũng nh° lúc hoàn thành đã án, nhóm thực hiÉn luôn nhÁn đ°āc sự quan tâm, h°ãng d¿n, góp ý tÁn tâm cÿa thÁy Qua đó, làm cho quá trình thực hiÉn đà tài đ°āc thuÁn lāi và hoàn thành đúng tiÁn đá nh° mong muán

Xin chân thành cÁm ¢n sâu s¿c đÁn t¿t cÁ các quý thÁy cô tr°ßng Đ¿i hãc S° Ph¿m Kỹ ThuÁt thành phá Hã Chí Minh đã trang bá nhāng kiÁn thāc cÁn thiÁt, là nÃn tÁng vāng ch¿c đÅ nhóm thực hiÉn vÁn dăng vào viÉc nghiên cāu và thực hiÉn đà tài lÁn này

Cuái cùng nhóm thực hiÉn xin cÁm ¢n đÁn đÁn Khoa ĐiÉn – ĐiÉn tÿ, Tr°ßng Đ¿i hãc S° ph¿m Kỹ thuÁt TPHCM đã cung c¿p c¢ sá vÁt ch¿t, t¿o điÃu kiÉn thuÁn lāi đÅ nhóm có thÅ nghiên cāu và thực hiÉn đà tài tát nghiÉp đúng thßi h¿n đÅ đÿ điÃu kiÉn cho nhóm hoàn thành ch°¢ng trình hãc á bÁc đ¿i hãc

Vãi thßi gian cũng nh° kinh nghiÉm nghiên cāu còn h¿n chÁ, đã án này s¿ có nhāng thiÁu sót Nhóm thực hiÉn mong muán nhÁn đ°āc sự góp ý cÿa quý thÁy cô đÅ hoàn thiÉn, má ráng và phát triÅn đà tài này trong t°¢ng lai

vi

TÓM TÂT

ĐÃ tài <ThiÁt kÁ hÉ tháng đánh vá trong nhà kho bÁng sóng BLE (bluetooth low energy)= tÁp trung vào viÉc nghiên cāu và xây dựng mát hÉ tháng có khÁ nng xác đánh đ°āc vá trí cÿa mát sá vÁt thÅ trong nhà kho và cho phép ng°ßi dùng có khÁ nng giám sát và quÁn lý các vá trí đó

ĐÅ đÁm bÁo đ°āc yêu cÁu cÿa đà tài nhóm thực hiÉn đã nghiên cāu và tìm ra đ°āc mát kiÁn trúc hÉ tháng có khÁ nng thích hāp vãi sóng bluetooth low energy trong viÉc xác đánh vá trí vÁt thÅ trong nhà kho Cùng vãi đó là viÉc nghiên cāu vÁn dăng thuÁt toán Trilateration đÅ áp dăng vào viÉc tính toán vá trí vÁt thÅ bÁng sóng bluethooth low energy

PhÁn quan trãng cÿa đà tài là viÉc giao tiÁp giāa và đãng bá giāa các bá phát và bá thu BLE vào mô hình kiÁn trúc cÿa hÉ tháng, từ đó có thÅ āng dăng thuÁt toán trilateration đÅ tính toán vá trí cÿa các vÁt thÅ trong nhà kho Cùng vãi đó là viÉc xây dựng đ°āc mát giao diÉn website có khÁ nng trực quan hóa vá trí cÿa vÁt thÅ đÅ giúp ích cho ng°ßi dùng giám sát và quÁn lý các thông tin vá trí cÿa vÁt thÅ trong hÉ tháng mát cách dÇ dàng

KÁt quÁ nghiên cāu và phát triÅn cÿa nhóm thực hiÉn là xây dựng đ°āc hÉ tháng phÁn cāng đáp āng đ°āc mô hình kiÁn trúc đã đà ra có khÁ nng tính toán đ°āc vá trí cÿa vÁt thÅ trong nhà kho vãi mát đá chính xác nh¿t đánh và có thÅ má ráng vãi mát quy mô nh¿t đánh Cùng vãi đó là giao diÉn website có khÁ nng cho ng°ßi dùng giám sát và quÁn lý các thông tin và vá trí cÿa các vÁt thÅ trong nhà kho Đà tài có thÅ cung c¿p đ°āc mát mát hình kiÁn trúc c¢ bÁn, có khÁ nng đáp āng đ°āc mát sá tiêu chí cÿa viÉc đánh vá trong nhà kho nói riêng và đánh vá trong nhà ( IPS) nói chung bÁng sóng BLE

đồ án

1.2 MĂCTIÊUĐÂTÀI 2

1.3 GIâIH¾NĐÂTÀI 2

1.4 PH¯¡NGPHÁPNGUYÊNCĀU 3

1.5 ĐàIT¯ĀNGVÀPH¾MVINGHIÊNCĀUNGHIÊNCĀU 3

1.5.1 Đái t°āng nghiên cāu 3

2.1.2 Đánh vá trong nhà bÁng công nghÉ BLE 6

2.2 THUÀTTOÁNTÍNHVàTRÍTRILATERATION 8

2.2.1 ThuÁt toán Trilateration 8

2.2.1.1 Chß sá c°ßng đá tín hiÉu nhÁn đ°āc (RSSI) 8

2.2.1.2 Công thāc thuÁt toán Trilateration 9

2.2.2 ¯u và nh°āc điÅm cÿa thuÁt toán 10

2.3 K) THUÀT TIÀT KIÈM NNG L¯ĀNG DEEP SLEEP à ESP32 12

2.4 TRUYÂNDĀLIÈUTRONGBLE 15

2.4.1 Bluetooth Low Energy và Bluetooth classic 15

2.4.2 Generic Attributes trong BLE 16

CH¯¡NG 3 THI¾T K¾ HÆ THÞNG ĐàNH Và TRONG NHÀ KHO BÄNG BLE 18

đồ án

viii

3.1 YÊUCÀUHÈTHàNG 18

3.1.1 Yêu cÁu đái vãi phÁn cāng 18

3.1.2 Yêu cÁu đái vãi phÁm mÃm website 19

3.3.1.1 Linh kiÉn đÅ thiÁt kÁ BLE ibeacon 22

3.3.1.2 Linh kiÉn đÅ thiÁt kÁ beacon tag 24

3.3.1.3 Linh kiÉn đÅ thiÁt kÁ BLE gateway 27

3.3.2 S¢ đã nguyên lý phÁn cāng 27

3.3.2.1 S¢ đã kÁt nái BLE ibeacon 27

3.3.2.2 S¢ đã nguyên lý BLE beacon tag 28

3.3.2.3 S¢ đã kÁt nái BLE gateway 33

3.3.3 ThiÁt kÁ háp chāa phÁn cāng 34

3.4 THIÀTKÀHÈTHàNGPHÀNMÂM 36

3.4.1 L°u đã giÁi thuÁt cho phÁn cāng 36

3.4.1.1 L°u đã giÁi thuÁt BLE ibeacon 36

3.4.1.2 L°u đã giÁi thuÁt BLE beacon tag 36

3.4.1.3 L°u đã giÁi thuÁt BLE gateway 37

3.4.2 L°u đã giÁi thuÁt cho website 39

ix

4.1.1.1 KÁt quÁ mô hình BLE ibeacon 45

4.1.1.2 KÁt quÁ mô hình BLE beacon tag 45

4.1.1.3 KÁt quÁ mô hình BLE gateway 46

4.1.2 KÁt qÿa phÁn mÃm website 46

4.2 ĐÁNHGIÁHO¾TĐàNGHÈTHàNG 51

4.2.1 Đánh giá ho¿t đáng phÁn cāng 51

4.2.1.1 Đánh giá ho¿t đáng cÿa BLE ibeacon 51

4.2.1.2 Đánh giá ho¿t đáng cÿa BLE beacon tag 54

4.2.1.3 Đánh giá ho¿t đáng cÿa BLE gateway 60

4.2.2 Đánh giá ho¿t đáng phÁn mÃm website 63

4.2.3 Đánh giá ho¿t đáng chung cÿa cÁ hÉ tháng 64

CH¯¡NG 5 K¾T LUÀN VÀ H¯àNG PHÁT TRIÂN 68

5.1 KÀTLUÀN 68

5.2 H¯âNGPHÁTTRIÄN 68 TÀILIÈUTHAMKHÀO 70 đồ án

x

DANH MĀC HÌNH

Hình 2.1: Mát trong nhāng mô hình và đánh vá trong nhà bÁng BLE 7

Hình 2.2: Mát trong nhāng mô hình đánh vá trong nhà bÁng BLE 8

Hình 2.3: Tính khoÁng cách d từ c°ßng đá tín hiÉu thu đ°āc RSSI 9

Hình 2.4: ĐiÃu kiÉn áp dăng thuÁt toán Trilateration 10

Hình 2.5: Mát trong các tr°ßng hāp đa ngh*a vá trí 11

Hình 2.6: Mát trong các tr°ßng hāp đa ngh*a vá trí 11

Hình 2.7: Mát trong các tr°ßng hāp đa ngh*a vá trí 12

Hình 2.8: C¿u trúc GATT khi truyÃn nhÁn dā liÉu trong BLE 16

Hình 3.1: Mô hình tổng quát hÉ tháng đánh vá trong nhà kho bÁng BLE 20

Hình 3.2: S¢ đã khái đánh vá trong nhà kho bÁng BLE 21

Hình 3.3: Module BLE NRF51822 23

Hình 3.4: Pin Cr2477 1000 mAh 24

Hình 3.5: Vi điÃu khiÅn ESP32 Wroom 32 U 25

Hình 3.6: Anten 2.4GHz 3dBi IPEX 26

Hình 3.7: S¢ đã chân module BLE NRF51822 28

Hình 3.8: S¢ đã nguyên lý cÿa BLE beacon tag 29

Hình 3.9: M¿ch lựa chãn s¿c hay không s¿c cho BLE beacon tag 30

Hình 3.10: M¿ch nguãn 5V xuáng 3.3V không s¿c cho BLE beacon tag 30

Hình 3.11: M¿ch nguyên lý h¿ áp và s¿c cho pin lipo cÿa BLE beacon tag 31Hình 3.12: M¿ch đánh thāc khßi chÁ đá deep sleep cho BLE beacon tag 33

Hình 3.13: Hình v¿ thiÁt kÁ háp BLE ibeacon trên phÁn mÃm blender 34

Hình 3.14: Hình v¿ thiÁt kÁ háp BLE beacon tag trên phÁn mÃm blender 34

Hình 3.15: Hình v¿ thiÁt kÁ háp BLE gateway trên phÁn mÃm blender 35

Hình 3.16: L°u đã giÁi thuÁt chāc nng cho BLE ibeacon 36

Hình 3.17: L°u đã giÁi thuÁt chāc nng cho BLE beacon tag 37

Hình 3.18: L°u đã giÁi thuÁt chāc nng cho ESP thā nh¿t 38

Hình 3.19: L°u đã giÁi thuÁt chāc nng cho ESP thā hai 39

Hình 3.20: BÁn đã nhà kho đ°āc thiÁt kÁ bái công că Draw.io 40

Hình 3.21: L°u đã ch°¢ng trình chính cÿa Website 42

đồ án

xi

Hình 4.1: Mô hình kÁt quÁ BLE ibeacon 45

Hình 4.2: Mô hình kÁt quÁ BLE beacon tag 45

Hình 4.3: Mô hình kÁt quÁ BLE gateway 46

Hình 4.4 : Giao diÉn website thÅ hiÉn bÁn đã nhà kho 47

Hình 4.5: Thanh công că DashBoard cÿa trang website 48

Hình 4.6: T¿o điÅm ibeacon cho bÁn đã trên website 48

Hình 4.7: T¿o điÅm ibeacon từ 1 ibeacon có tr°ãc trên bÁn đã website 49

Hình 4.8: T¿o beacon tag trên bÁn đã website 49

Hình 4.9: Xóa dā liÉu ibeacon hoÁc beacon tag trên bÁn đã website 50

Hình 4.10: Tìm đ°ßng cho beacon tag trên bÁn đã website 50

Hình 4.11: KhÁ nng phát BLE cÿa BLE ibeacon 51

Hình 4.12: KhÁo sát sự ổn đánh cÿa BLE ibeacon 52

Hình 4.13: Dòng điÉn tiêu thă cÿa NRF51822 khi ho¿t đáng bình th°ßng 53Hình 4.14: KhÁ nng quét RSSI cÿa BLE beacon tag trên arduino IDE 54

Hình 4.15: KhÁ nng quét BLE xa nh¿t cÿa BLE beacon tag 54

Hình 4.16: Đá dao dáng khi quét RSSI cÿa BLE beacon tag 55

Hình 4.17: BLE beacon tag quét BLE từ 4 BLE ibeacon 55

Hình 4.18: BLE beacon tag quét BLE từ 4 BLE ibeacon 56

Hình 4.19: KhÁ nng phát BLE cÿa BLE beacon tag 57

Hình 4.20: Dòng tiêu thă cÿa BLE beacon tag khi ho¿t đáng bình th°ßng 58Hình 4.21: Dòng tiêu thă cÿa BLE beacon tag khi á chÁ đá deep sleep 59

Hình 4.22: Đá chính xác vá trí cÿa beacon tag1 từ bÁn đã không l°ãi 64

Hình 4.23: Hình Ánh và bÁn đã đ°āc mô phßng có kích th°ãc 9x15m 65

Hình 4.24: Hình Ánh và giá trá thực tÁ đ°āc xét cá đánh là (2,9) 66

Hình 4.25: Đánh giá sự dao đáng cÿa vá trí tính toán đ°āc 66

Hình 4.26: Sai sá khoÁng cách trung bình giāa thực nghiÉm và thực tÁ 66

đồ án

xii

DANH MĀC BÀNG

BÁng 2.1 Mát sá công nghÉ đánh vá trong nhà 5

BÁng 2.2 Các chÁ đá nng l°āng á ESP32 13

BÁng 2.3 Māc nng l°āng tiêu thă á các chÁ đá ho¿t đáng ESP32 14

BÁng 2.4 So sánh Bluetooth LE và Bluetooth classic 15

BÁng 3.1 Thông sá k* thuÁt cÿa NRF51822 23

BÁng 3.2 Thông sá k* thuÁt cÿa vi điÃu khiÅn ESP32 Wroom 32U 25

BÁng 3.3 BÁng thông sá cÿa pin Lipo 26

BÁng 3.4 S¢ đã kÁt nái chân NRF51822 vãi pin CR2477 28

BÁng 3.5 BÁng thông sá IC ổn áp AMS1117 3.3V 31

BÁng 3.6 BÁng thông sá linh kiÉn LTC4054ES5 4.2V 31

BÁng 3.7 Thông sá k* thuÁt cÿa RT9013 32

BÁng 3.8 S¢ đã kÁt nái chân cÿa BLE gateway 33

BÁng 4.1 Tổng kÁt nhÁn xét và ho¿t đáng cÿa BLE ibeacon 53

BÁng 4.2 Tổng kÁt nhÁn xét và ho¿t đáng cÿa BLE beacon tag 59

BÁng 4.3 Thßi gian tính vá trí cÿa BLE gateway từ phÁn mÃm Arduino 60

BÁng 4.4 KÁt nái vãi nhiÃu BLE beacong tag trong khoÁng thßi gian ng¿n 61BÁng 4.5 Thßi gian trÇ giāa hai lÁn tính toán vá trí 61

BÁng 4.6 Tổng kÁt nhÁn xét và ho¿t đáng cÿa BLE gateway 62

đồ án

xiii

CÁC TĂ VI¾T TÂT

Vi¿t tÃt Mô tÁ

GATT Generic Attribute Profile

GPIO General Purpose Input/Output

HTML Hypertext Markup Language

RFID Radio Frequency Identification

RSSI Received Signal Strength Indicator

UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter

UUID Universally Unique Identifier

đồ án

1

CH¯¡NG 1 TâNG QUAN 1.1 GIàI THIÆU

Cùng vãi sự phát triÅn v°āt bÁc cÿa các l*nh vực khoa hãc công nghÉ thì các āng dăng đánh vá vÁt thÅ ngày càng phát triÅn MÁc dù hiÉn nay chúng ta đã có s¿n công nghÉ đánh vá GPS, tuy nhiên GPS l¿i không đáp āng đÁy đÿ nhu cÁu trong viÉc đánh vá trong mát sá môi tr°ßng có không gian kín nh° trong nhà hay d°ãi tÁng hÁm Bái vì kiÁn trúc kín đã làm cho sự suy hao và ngn chÁn sự lan truyÃn cÿa tín hiÉu GPS HiÉn nay, trong l*nh vực đánh vá trong nhà đã có r¿t nhiÃu công nghÉ đ°āc sÿ dăng nh°: Bluetooth, WiFi, UWB (Ultra-Wide Band), RFID ( Radio Frequency Identification), ZigBee, Nhìn chung t¿t cÁ k* thuÁt trên đÃu có thÅ mang l¿i mát đá chính xác, giá thành, khÁ nng tiÁt kiÉm nng l°āng riêng và đ°āc áp dăng tùy thuác vào yêu cÁu cÿa hÉ tháng Tuy nhiên nÁu đÅ chãn ra mát công nghÉ có khÁ nng đáp āng gÁn nh° là cân bÁng và các yÁu tá nh° khoÁng cách, đá chính xát, khÁ nng tiÁt kiÉn nng l°āng, giá thành hÉ tháng thì công nghÉ đánh vá bÁng sóng BLE l¿i là mát sự lựa chãn t°¢ng đái tuyÉt vßi đái vãi các hÉ tháng đánh vá trong nhà

Và viÉc sÿ dăng công nghÉ BLE vào các āng dăng đánh vá trong nhà hiÉn nay trá nên vô cũng phổ biÁn Chẳng h¿n nh° các āng dăng trong viÉc điÃu h°ãng trong nhà là vô cùng cÁn thiÁt, trong các āng dăng và giám sát tài sÁn cá nhân hay là giám sát và đánh h°ãng cho các ph°¢ng tiÉn á các bãi đß xe á d°ãi tÁng hÁm Chính vì thÁ mà nhóm thực hiÉn đà tài muán āng dăng khÁ nng xác đánh vá trí cÿa các vÁt thÅ á không gian nhà kho Bái vì nhà kho vừa là n¢i có không gian t°¢ng đái kín vãi sự cÁn thiÁt khi cÁn giám sát và quÁn lý nhiÃu vÁt thÅ cùng lúc vãi sá l°āng lãn nh°: hàng hóa, nhân công và cÁ các thiÁt bá ho¿t đáng th°ßng xuyên nh° các xe nâng Khi áp dăng công nghÉ BLE vào viÉc xác đánh vá trí trong nhà kho s¿ có khÁ nng giÁi quyÁt nhiÃu v¿n đà và vá trí, tìm kiÁm vÁt thÅ và giám sát đ°āc quá trình ho¿t đáng cÿa nhân công

đồ án

2 Trong đà tài này nhóm thực hiÉn s¿ xây dựng và thi công mát hÉ tháng bao gãm cÁ phÁn cāng và phÁn mÃm HÉ tháng phÁn cāng s¿ đ°āc xây dựng vãi mát mô hình đã có s¿n và thực hiÉn tính toán vá trí cÿa mát vÁt thÅ b¿t kì trong l*nh vực nhà kho bÁng công nghÉ BLE B°ãc tiÁp theo khi có đ°āc vá trí là xây dựng mát giao diÉn website cho phép hiÅn thá vá trí trên mát bÁn đã đã đ°āc v¿ l¿i từ thực tÁ vãi mát tß lÉ đ°āc biÁt tr°ãc Sau đó, hÉ tháng s¿ má ráng chāc nng từ viÉc đã có vá trí tr°ãc đó đÅ xây dựng thêm mát sá chāc nng nh° tìm kiÁm vÁt thÅ, theo dõi lách trình cÿa nhân công

1.2 MĀC TIÊU ĐÀ TÀI

Măc tiêu cÿa đà tài là thực hiÉn xây dựng mát hÉ tháng bao gãm cÁ phÁn cāng có khÁ nng tính toán đ°āc vá trí vÁt thÅ và phÁn mÃm cho phép giám sát đ°āc vá trí đ°āc gÿi lên từ phÁn cāng

Că thÅ, măc tiêu bao gãm: ÿ Xây dựng phÁn cāng bao gãm các bá phát BLE (BLE ibeacon), bá thu

BLE (BLE beacon tag) và BLE gateway PhÁn cāng s¿ giao tiÁp vãi nhau và áp dăng thuÁt toán Trilateration đÅ tính toán vá trí vÁt thÅ và gÿi chúng giao diÉn website ng°ßi dùng

ÿ Xây dựng giao diÉn website vãi bÁn đã cÿa nhà kho và cho phép hiÅn thá đ°āc vá trí các vÁt thÅ lên bÁn đã

ÿ Thực hiÉn đánh giá đá chính xác và khÁ nng tính toán vá trí, khÁ nng tiÁt kiÉm nng l°āng, khÁ nng má ráng và khÁ nng ổn đánh trong các môi tr°ßng có đá nhiÇu khác nhau cÿa phÁn cāng

ÿ Thực hiÉn đánh giá và đá ho¿t đáng ổn đánh và khÁ nng quÁn lý các vÁt thÅ cÁn xác đánh vá trí cÿa website

3 gateway thực hiÉn tính toán vá trí trong khoÁng không gian tái đa là 20x40m

ÿ HÉ tháng s¿ đ°āc ho¿t đáng thực nghiÉm đÅ đánh giá đá chính xác trong môi tr°ßng ít bá Ánh h°áng bái các tín hiÉu sóng radio khác

ÿ ViÉc tính toán vá trí s¿ đ°āc thực hiÉn bái thuÁt toán 3 điÅm trilateration ÿ Dā liÉu s¿ đ°āc l°u trā trên database là Firebase và phÁn mÃm giao diÉn website s¿ thực hiÉn hiÅn thá vá trí trên bÁn đã nhà kho vãi tß lÉ chính xác là t°¢ng đái

1.4 PH¯¡NG PHÁP NGUYÊN CĀU

ĐÅ tiÁn hành nghiên cāu và thực hiÉn đà tài, nhóm thực hiÉn b¿t đÁu từ viÉc áp dăng các ph°¢ng pháp phân tích và tổng hāp lý thuyÁt từ các nguãn khác nhau đÅ xây dựng mô hình khÁ thi cho đà tài, thi công thiÁt kÁ các s¢ đã nguyên lý đÅ tái °u hóa nng l°āng hÉ tháng, phân tích và lựa chãn thuÁt toán xác đánh vá trí tái °u cho đà tài, đánh giá và so sánh hÉ tháng khi áp dăng mát sá k* thuÁt tiÁt kiÉm nng l°āng so vãi khi bình th°ßng Đãng thßi tổng hāp mát sá kiÁn thāc và phÁn mÃm đÅ xây dựng giao diÉn trực quan cho ng°ßi dùng Phân tích, đánh giá ho¿t đáng thực nghiÉm cÿa hÉ tháng đÅ có thÅ tái °u hóa và nâng c¿p hÉ tháng

1.5 ĐÞI T¯þNG VÀ PH¾M VI NGHIÊN CĀU NGHIÊN CĀU 1.5.1 Đßi t°ÿng nghiên cāu

ÿ Vi điÃu khiÅn ESP32 có tích hāp truyÃn nhÁn Bluetooth low energy ÿ ThuÁt toán tính vá trí có thÅ đ°āc áp dăng cho sóng BLE

ÿ KiÁn trúc hÉ tháng đ°āc triÅn khai cho phÁn cāng trong đà tài ÿ K* thuÁt tái °u nng l°āng phÁn cāng deepsleep

ÿ Ngôn ngā xây dựng phÁn mÃm website

1.5.2 Ph¿m vi nghiên cāu

ÿ Nghiên cāu khÁ nng và khoÁng cách, đá ổn đánh, công su¿t truyÃn nhÁn BLE cÿa ESP32

đồ án

4 ÿ Nghiên cāu đá chính xác cÿa thuÁt toán tính vá trí đ°āc sÿ dăng trong đÃ

tài, khÁ nng lÁp trình cÿa thuÁt toán ÿ Nghiên cāu khÁ nng t°¢ng thích, má ráng và triÅn khi cÿa mô hình kiÁn

trúc đ°āc áp dăng trong đà tài ÿ Nguyên cāu nng l°āng tiêu thă, khÁ nng tiÁt kiÉm nng l°āng cÿa toàn

bá hÉ tháng khi áp dăng ph°¢ng pháp tiÁt kiÉm nng l°āng

1.6 BÞ CĀC BÁO CÁO

Toàn bá đã án đ°āc trình bày chi tiÁt trong 5 ch°¢ng:

◼ Chương 1 Tổng quan: Giãi thiÉu và lý do chãn đà tài Chß rõ đ°āc măc

tiêu, giãi h¿n đà tài đái t°āng và ph°¢ng nghiên cāu cÿa đà tài đang thực hiÉn Từ đó, đánh h°ãng phát triÅn các ch°¢ng tiÁp theo

◼ Chương 2 Cơ sở lý thuyết: Trình bày và các c¢ sá lý thuyÁt đã đ°āc thực

hiÉn nghiên cāu và tổng hāp từ tr°ãc đó đÅ xây dựng đà tài

◼ Chương 3 Thiết kế hệ thống: Thực hiÉn xây dựng phÁn cāng và phÁn

mÃm đÅ hoàn thiÉn hÉ tháng, xây dựng s¢ đã khái, s¢ đã chāc nng, s¢ đã nguyên lý, hoàn thiÉn chāc nng cho hÉ tháng

◼ Chương 4 Kết quả: Thực hiÉn kiÅm tra đánh giá các chāc nng đã đ°āc

yêu cÁu cÿa hÉ tháng và phÁn cāng và phÁn mÃm

◼ Chương 5 Kết luận và hướng phát triển: KÁt luÁn và đà tài vãi nhāng

thành quÁ đã làm và đ¿t đ°āc so vãi yêu cÁu hÉ tháng đã đà ra tr°ãc đó, bên c¿nh đó s¿ nêu lên h°ãng phát triÅn má ráng cho đà tài trong t°¢ng lai

đồ án

5

CH¯¡NG 2 C¡ SƠꀉ LÝ THUY¾T 2.1 ĐàNH Và TRONG NHÀ BÄNG SÓNG BLE 2.1.1 Mßt sß công nghÇ th°ãng dùng đà xác đánh vá trí trong nhà

WiFi: Sÿ dăng các tr¿m gác phát hay thu tín hiÉu Wifi đ°āc đÁt trong khu vực cÁn xác đánh vá trí vÁt thÅ Từ đó phă thuác vào từng mô hình xây dựng tr°ãc mà dựa trên c°ßng đá tín hiÉu wifi nhÁn đ°āc d°āc thiÁt bá phát và thiÁt bá thu đÅ tính toán vá trí cÿa vÁt thÅ [1]

UWB: Cũng giáng nh° các công nghÉ khác thì UWB cũng xây dựng mô hình gãm các bá phát hay bá thu đÅ thu thÁp tín hiÉu giāa các điÅm nút và vÁt xác đánh vá trí đÅ tính toán vá trí ĐiÅm khác biÉt là UWB ho¿t đáng á tÁn sá t°¢ng đái cao h¢n so vãi các công nghÉ khác d¿n tãi khÁ nng cháng nhiÇu cÿa sóng này t°¢ng đái cao Trong viÉc xác đánh vá trí bÁng công nghÉ UWB có mát sá ph°¢ng pháp t¿o nên sự chính xác cao cÿa công nghÉ này là Time of Flight (ToF) xác đánh vá trí bÁng cách tính dựa trên thßi gian bay cÿa tín hiÉu [2]

RFID: Sÿ dăng nguyên lý cÁm āng điÉn từ cÿa các thẻ tag và các bá đãc RFID đÅ xác đánh vá trí cÿa vÁt thÅ KhoÁng cách nhÁn d¿ng tÁn sá vô tuyÁn dao đáng từ vài cm đÁn h¢n m°ßi mét So vãi các công nghÉ khác thì công nghÉ này t°¢ng đái tiêu tán nhiÃu chi phí đÅ xây dăng hÉ tháng [3]

BLE: Có phÁn giáng h¢n so vãi công nghÉ xác đánh vá trí bÁng wifi khi sÿ dăng c°ßng đá tín hiÉu nhÁn đ°āc RSSI từ các bá phát và bá thu BLE đÅ tính toán vá trí cÿa vÁt thÅ cÁn xác đánh [4]

BÁng 2.1 Mát sá công nghÉ đánh vá trong nhà [5] [6]

Technology BLE WIFI UWB RFID Location

accuracy 1-5m 3-8m 10cm 1-5m Anti

interference Medium Medium Strong Medium

đồ án

6

Power consumtion Very low High High Medium

Security Secure Secure Secure Insecure

Deployment complexity Simply Complex Medium Simply

Cost Low Medium Medium Low Bluetooth Low Energy (BLE) là công nghÉ không dây đ°āc thiÁt kÁ cho nhāng āng dăng yêu cÁu nng l°āng ho¿t đáng th¿p, phổ biÁn và dÇ tiÁp cÁn Bluetooth low energy có khÁ nng hß trā các kÁt nái có tác đá t°¢ng đái cao có thÅ ngang vãi bluetooth bình th°ßng ¯u điÅm cÿa BLE là nó có thÅ hß trā nhiÃu mô hình kÁt nái h¢n so vãi bluetooth bình th°ßng, điÃu này giúp nó có lāi thÁ trong các āng dăng trong các mô hình m¿ng l°ãi nhiÃu nút kÁt nái vãi nhau

H¢n thÁ nāa, nÁu nh° nhìn vào bÁng so sánh các công nghÉ đánh vá không dây á trên NÁu nh° xét và đá chính xác hay khÁ nng cháng nhiÇu thì BLE chß h¿n chÁ phÁn nhß h¢n so vãi UWB Tuy nhiên, BLE l¿i có °u điÅm v°āt trái và nng l°āng tiêu thă th¿p và chi phí xây dựng hÉ tháng th¿p h¢n nhiÃu so vãi các công nghÉ xác đánh vá trí khác Bái vì mát sá tính ch¿t trên mà BLE trá thành công nghÉ t°¢ng đái phù hāp trong các āng dăng xác đánh vá trí vÁt thÅ trong nhà

2.1.2 Đánh vá trong nhà bÅng công nghÇ BLE

Theo dõi hay đánh vá vá trí cÿa các vÁt thÅ trong công nghÉ BLE đ°āc thực hiÉn từ viÉc áp dăng các thuÁt toán đÅ tính vá trí vào tín hiÉu t°¢ng tác giā các bá phát và thu BLE trong hÉ tháng Các bá phát hay bá thu BLE này s¿ đ°āc xây dựng và l¿p đÁt tùy vào từng mô hình hÉ tháng phù hāp vãi yêu cÁu cÿa từng āng dăng đánh vá trong nhà

Có hai mô hình hÉ tháng th°ßng đ°¢c sÿ dăng trong công nghÉ đánh vá bÁng BLE:

ÿ Theo dõi vá trí trong nhà á mát sá n¢i có diÉn tích không gian nhß [4]

đồ án

7 þ HÉ tháng s¿ xây dựng các thiÁt bá thu BLE đ°āc đÁt cá đánh trong

không gian là BLE gateway Còn l¿i, các thiÁt bá cÁn xác đánh vá trí là các BLE ibeacon( phát BLE)

þ Các thiÁt bá BLE ibeacon phát BLE ra môi tr°ßng xung quanh và các thiÁt bá BLE gateway nhÁn tín hiÉu BLE Tín hiÉu BLE nhÁn đ°āc s¿ đ°āc thực hiÉn phân tích và tính toán vá trí Sau cùng, vá trí s¿ đ°āc gÿi lên giao diÉn ng°ßi dùng trên Server

Hình 2.1: Mát trong nhāng mô hình và đánh vá trong nhà bÁng BLE ÿ Theo dõi vá trí trong nhà á mát sá n¢i có diÉn tích không gian lãn [4]

þ HÉ tháng s¿ xây dựng các thiÁt bá phát BLE đ°āc đÁt cá đánh trong không gian là BLE ibeacon Còn l¿i các thiÁt bá cÁn xác đánh vá trí là các thiÁt bá thu BLE nh° smartphone hay các BLE tag

þ Các thiÁt bá BLE ibeacon phát BLE ra môi tr°ßng xung quanh và các thiÁt bá BLE tag hay smartphone nhÁn tín hiÉu BLE Tín hiÉu BLE nhÁn đ°āc s¿ đ°āc thực hiÉn phân tích và tính toán vá trí Sau cùng vá trí s¿ đ°āc gÿi lên giao diÉn ng°ßi dùng trên Server

đồ án

8 Hình 2.2: Mát trong nhāng mô hình đánh vá trong nhà bÁng BLE

2.2 THUÀT TOÁN TÍNH Và TRÍ TRILATERATION 2.2.1 ThuÁt toán Trilateration

2.2.1.1 Chß sß c°ãng đß tín hiÇu nhÁn đ°ÿc (RSSI)

RSSI(chß sá c°ßng đá tín hiÉu nhÁn đ°āc) đây chính thông sá đÁc tr°ng cho c°ßng đá tín hiÉu nhÁn đ°āc khi thiÁt bá thu nhÁn tín hiÉu BLE từ thiÁt bá phát [7] [8] [9] Khi mát thiÁt bá nhÁn đ°āc tín hiÉu BLE, nó s¿ có sự khác biÉt bái mßi thiÁt bá phát BLE s¿ có đáa chß MAC riêng và thông sá RSSI s¿ đ°āc phân tách cho từng đái t°āng mát cách dÇ dàng

RSSI th°ßng đ°āc đo bÁng dBm(decibel-milliwatts) hoÁc mW, đá m¿nh yÁu cÿa tín hiÉu này còn phă thuác vào công su¿t phát cÿa thiÁt bá phát BLE (tx power) RSSI có vai trò vô cùng quan trãng trong hÉ tháng đánh vá bÁng BLE khi đây chính là thông sá đÅ tính khoÁng cách giāa bá phát và bá thu BLE

đồ án

9 Hình 2.3: Tính khoÁng cách d từ c°ßng đá tín hiÉu thu đ°āc RSSI

ýþþ�㔼 = 210ÿ log10(�㕑) + ý (�㕑þþ) (2.1) Trong đóÿ là hÁng sá truyÃn tín hiÉu và giá trá cÿa nó nÁm trong khoÁng từ 2 đÁn 4 tùy thuác vào môi tr°ßng; �㕑 là khoÁng cách giāa thiÁt bá phát và thiÁt bá thu BLE ý là giá trá tín hiÉu c°ßng đá nhÁn đ°āc á khoÁng cách 1 mét tính từ bá phát tín hiÉu BLE ÿ�㔎 là biÁn ng¿u nhiên có phân phái ng¿u nhiên vãi giá trá trung bình 0 và ph°¢ng sai �㔎 bình ph°¢ng ĐÅ thuÁn tiÉn cho viÉc tính toán ÿ�㔎 s¿ có giá trá bÁng 0 [7]

Từ công thāc tổng quát ta có thÅ suy ra cách tính khoÁng cách từ bá phát và bá thu BLE khi nhÁn đ°āc chß sá c°ßng đá tín hiÉu nhÁn đ°āc(RSSI) giāa chúng

2.2.1.2 Công thāc thuÁt toán Trilateration

ThuÁt toán Trilateration hay còn gãi là thuÁt toán 3 điÅm ThuÁt toán s¿ cho phép tính đ°āc vá trí cÿa mát điÅm b¿t kì vãi điÃu kiÉn là 3 điÅm đó phÁi đ°āc biÁt tr°ãc vá trí và các khoÁng cách từ điÅm cÁn tính tãi 3 điÅm đó [8] Chính vì thÁ, khi áp dăng thuÁt toán Trilateration đÅ tính vá trí cÿa mát thiÁt bá thu tín hiÉu RSSI BLE chúng ta cÁn phÁi biÁt tr°ãc đ°āc khoÁng cách giāa thiÁt bá thu đÁn 3 thiÁt bá phát và to¿ đá cá đánh cÿa 3 thiÁt bá phát

đồ án

10 Hình 2.4: ĐiÃu kiÉn áp dăng thuÁt toán Trilateration [8] [9] ThuÁt toán xây dựng nên mát hÉ ph°¢ng trình gãm 3 ph°¢ng trình con từ nhāng dā liÉu đã đ°āc biÁt tr°ãc từ nhāng kiÁn thāc và toán hãc hình hãc [8]

{�㕑1 = √(ý 2 ý1)2 + (þ 2 þ1)2

nhiÃu thiÁt bá phát và thiÁt bá thu þ ThuÁt toán có khÁ nng mang laá đá chính xác vừa phÁi, trong khi

không yêu cÁu quá cao và tài nguyên phÁn cāng þ ThuÁt toán t°¢ng đái đ¢n giÁn đÅ lÁp trình trên phÁn cāng ÿ Nh°āc điÅm cÿa thuÁt toán trilateration bao gãm:

þ Đá chính xác phă thuác vào đá chính xác cÿa khoÁng cách: ThuÁt toán trilateration dựa trên °ãc tính khoÁng cách từ điÅm cÁn tìm đÁn

đồ án

11 các điÅm đã biÁt NÁu có sai sá trong quá trình đo l°ßng khoÁng cách hoÁc nhiÇu, điÃu này có thÅ d¿n đÁn sai sá trong kÁt quÁ °ãc tính vá trí

þ Đa ngh*a vá trí: Khi ba đ°ßng tròn giao nhau hoÁc gāa chúng không cùng nhau t¿o ra điÅm chung, thì thuÁt toán trilateration không thÅ xác đánh chính xác vá trí duy nh¿t cÿa điÅm cÁn tìm Thay vào đó, nó chß cung c¿p mát vùng chāa các vá trí có thÅ ViÉc xác đánh vá trí chính xác trong vùng này đòi hßi sự hß trā từ các thuÁt toán hoÁc thông tin bổ sung[10]

Hình 2.5: Mát trong các tr°ßng hāp đa ngh*a vá trí [10]

Hình 2.6: Mát trong các tr°ßng hāp đa ngh*a vá trí [10]

đồ án

12 Hình 2.7: Mát trong các tr°ßng hāp đa ngh*a vá trí [10] Nh° các hình á trên trong bá nhÁn đo đ°āc khoÁng cách giāa điÅm MP tãi ba điÅm PRI1, PRI2, PRI3 là r1, r2, r3 Có thÅ do nhiÇu hay mát vài lý do khác mà ba điÅm này không giao nhau t¿i mát điÅm d¿n tãi chúng có t¿o nên ba đ°ßng tròn c¿t nhau t¿i ba điÅm, hai điÅm, mát điÅm và thÁm chí là không c¿t nhau á điÅm nào Khi đó tãa đá điÅm thực tÁ có thÅ s¿ nÁm trong vùng giao nhau cÿa ba đ°ßng tròn hoÁc nÁm ngoài vùng giao nhau và thuÁt toán trilateration s¿ không cho ra kÁt quÁ hay kÁt quÁ không chính xác

þ Yêu cÁu sá l°āng điÅm đã biÁt đÿ: ThuÁt toán trilateration yêu cÁu ít nh¿t ba điÅm đã biÁt đÅ tính toán vá trí NÁu không có đÿ sá l°āng điÅm đã biÁt, thuÁt toán trilateration không thÅ đ°āc áp dăng và không thÅ đ°a ra kÁt quÁ chính xác

2.3 KĨ THUÀT TI¾T KIÆM NNG L¯þNG DEEP SLEEP Ơꀉ ESP32

ESP32 là dòng vi điÃu khiÅn có tích hāp nhiÃu chāc nng vãi khÁ nng xÿ lý m¿nh m¿ đ°āc bán ch¿y trên thá tr°ßng Trong phÁn này nhóm s¿ không tÁp trung vào viÉc đi sâu giãi thiÉu ESP32 mà s¿ tÁp trung vào hiÉu quÁ cÿa k* thuÁt deep sleep đái vãi viÉc tiÁt kiÉm nng l°āng cho vi điÃu khiÅn

Kỹ thuÁt tiÁt kiÉm nng l°āng <deepsleep= á vi điÃu khiÅn ESP32 (cũng đ°āc gãi là <deep sleep mode= hoÁc <ultra-low power sleep mode=) là mát kỹ thuÁt đ°āc sÿ dăng đÅ giÁm tiêu thă nng l°āng khi thiÁt bá không ho¿t đáng hoÁc á tr¿ng thái chß[11]

đồ án

13 Trong chÁ đá deepsleep, vi điÃu khiÅn đ°āc đ°a vào tr¿ng thái ho¿t đáng á māc nng l°āng r¿t th¿p, tiêu thă nng l°āng cực kỳ ít Trong tr¿ng thái này, các thành phÁn không cÁn thiÁt hoÁc không ho¿t đáng cÿa hÉ tháng có thÅ đ°āc t¿t trong khi đó thành phÁn RTC (Real time clock) trong ESP32 s¿ không bá ng¿t trong quá trình deepsleep đÅ thực hiÉn đánh thāc cho ESP32 khi cÁn thiÁt Các tác nhân có thÅ đánh thāc thiÁt bá khßi chÁ đá deepsleep bao gãm: bá đÁm timer, tác đáng điÉn dung, ng¿t ngoài[11],

BÁng 2.2 Các chÁ đá nng l°āng á ESP32 [11]

Power mode

Active Modem

sleep

Light- sleep Deep sleep Hibernation

Sleep

RTC memory and RTC peripheral

đồ án

14

BÁng 2.3 Māc nng l°āng tiêu thă á các chÁ đá ho¿t đáng ESP32 [11]

Power mode Description Power

consumption

RF

WiFi Tx packet 14dBm ~ 19.5 dBm

95 -240 mA WiFi/BT Tx packet 0

dBm WiFi/BT R & listening

Modem sleep The CPU is powered on

Max speed 240 Mhz: 30mA-50mA Normal speed 80 Mhz:

20mA-25mA Slow speed 2 Mhz:

The ULP

0.1 µA

Khi vi điÃu khiÅn b°ãc vào chÁ đá deep sleep thì công su¿t tiêu thă đ°āc giÁm xuáng mát māc vô cùng đáng kÅ Tuy nhiên, cÁn áp dăng chÁ đá deep sleep vào hÉ tháng mát cách phù hāp Bái vì, khi b°ãc vào chÁ đá này các dā liêă ch°¢ng trình s¿ bá m¿t nÁu quÁn lý và l°u trā không đúng cách Không nhāng thÁ, cÁn phÁi

đồ án

15 có yÁu tá tác đáng đÅ hÉ tháng đ°āc đánh thāc đÅ không gây rái lo¿n hÉ tháng trong quá trình ho¿t đáng

2.4 TRUYÀN DĆ LIÆU TRONG BLE 2.4.1 Bluetooth Low Energy và Bluetooth classic

Bluetooth low energy là chuẩn truyÃn thông tiÁt kiÉm nng l°āng BLE có nhiÃu điÅm khác so vãi chuẩn bluetooth bình th°ßng t¿o nên sự phù hāp cÿa nó đái vãi mát sá āng dăng că thÅ

BÁng 2.4 So sánh Bluetooth LE và Bluetooth classic [12]

Bluetooth Low Energy (LE) Bluetooth Classic Channels 3 advertising channels/37 data

channels

79 channels with 1 MHz spacing

Rx Sensitivity

Communication Topologies

Point-to-point ,broadcast

Power consumption ~0.1x to 0.5x reference value 1 reference value

Dựa vào bÁng trên, ta cũng có thÅ th¿y đ°āc đÁc điÅm nổi bÁc cÿa BLE là khÁ nng tiÁt kiÉm đ°āc nng l°āng từ 0.1 lÁn cho đÁn 0.5 lÁn so vãi bluetooth thông th°ßng Nh°ng đá nh¿y cÿa tín hiÉu thu đ°āc l¿i á māc th¿p h¢n là -82 dBm trong khi bluetooth th°ßng chß tãi -70 dBm Không nhāng thÁ, á BLE l¿i có nhiÃu c¿u trúc kÁt nái h¢n so vãi bluetooth th°ßng giúp cho nó có khÁ nng thích hāp h¢n trong các mô hình truyÃn nhÁn dā liÉu cÁn có sự tham gia cÿa nhiÃu nút m¿ng

đồ án

16

2.4.2 Generic Attributes trong BLE

GATT hay Generic Attributes profile là mát phÁn quan trãng trong giao thāc BLE Nó cung c¿p nhāng thông tin và tính ch¿t c¿u trúc dā liÉu khi các phÁn cāng BLE giao tiÁp truyÃn nhÁn vãi nhau [12] Khi hai đái t°āng giao tiÁp vãi nhau bÁng BLE thì mát trong sá chúng s¿ là BLE server và BLE client

C¿u trúc cÿa GATT trong BLE có d¿ng:

Hình 2.8: C¿u trúc GATT khi truyÃn nhÁn dā liÉu trong BLE

Nh° Ánh trên ta th¿y mát GATT đ°āc quy đinh bái mát thông sá là UUID, đây là mát chußi kí tự có quy chuẩn vãi đá dài 128 bit dùng đÅ đánh danh cho thiÁt bá BLE trong quá trình kÁt nái trao đổi dā liÉu Mßi BLE GATT s¿ có các tr°ßng thông tin là BLE service và BLE Charateristics

BLE servic đ°āc hiÅu đ¢n giÁn nh° là đng kí mát nhóm thuác tính cho BLE characteristic ( ví dă nh°: thông sá và nháp tim, đá ẩm, nhiÉt đá, mà các thiÁt bá BLE muán giao tiÁp vãi nhau)

BLE characteristic là các tr°ßng thông tin s¿ đ°āc gÿi và l°u giá trá nhÁn đ°āc trong quá trình giao tiÁp BLE GATT s¿ giúp quá trình l°u trā các thông tin trong quá trình giao tiÁp cÿa các đái t°āng BLE trá nên dÇ kiÅm soát và truy v¿n h¢n

Trong BLE characteristic s¿ có nhiÃu thuác tính quy đánh cho quá trình truyÃn nhÁn giā liÉu giāa hai đái t°āng BLE

đồ án

17 ÿ Broadcast: Phát hiÉn đ°āc dā liÉu cÁn nhÁn khi đái t°āng BLE phát quÁng

bá gói tin BLE ra môi tr°ßng ÿ Read: Có thÅ đãc đ°āc giá trá khi hai đái t°āng BLE kÁt nái vãi nhau ÿ Write: Khi hai thiÁt bá BLE kÁt nái v¢i nhau, chúng có thÅ ghi dā liÉu vào

đái t°āng còn l¿i mát cách nhanh chóng ÿ Notify: CÁp nhÁt gái trá khi nhÁn th¿y có sự thay đổi ÿ Indicate: Giáng nh° Notify, nh°ng yêu cÁu thiÁt bá nhÁn phÁn hãi và viÉc

nhÁn đ°āc giā liÉu hay không

đồ án

3.1.1 Yêu c¿u đßi vái ph¿n cāng

ÿ HÉ tháng phÁn cāng bao gãm: thiÁt bá phát, thu BLE và BLE gateway Chính vì thÁ, yêu cÁu các thành phÁn này cÁn phÁi giao tiÁp đ°āc vãi nhau đÅ cung c¿p thông tin và tín hiÉu RSSI phăc vă viÉc tính vá trí cÿa vÁt thÅ ÿ HÉ tháng phÁn cāng đÁm nhiÉm chāc nng tính toán vá trí vÁt thÅ dựa vào thuÁt toán Trialteration Chính vì thÁ, yêu cÁu phÁn cāng phÁi đ°āc lựa chãn k* và tài nguyên đÅ có khÁ nng đáp āng đ°āc thuÁt toán

ÿ Yêu cÁu và đá chính xác cÿa vá trí vÁt thÅ đÅ phÁn mÃm website có khÁ nng hiÅn thá mát cách chính xác nh¿t

ÿ HÉ tháng có khÁ nng theo dõi vá trí khi vÁt thÅ chuyÅn đáng nên hÉ tháng phÁn cāng phÁi có khÁ nng cung c¿p vá trí vãi đá trÇ th¿p nh¿t, có thÅ từ 15s trá xuáng

ÿ Tãa đá s¿ đ°āc gÿi lên database cÿa Firebase hiÅn thá lên website đòi hßi gateway phÁi có khÁ nng gÿi dā liÉu lên database mát cách chính xác nh¿t

ÿ Đái vãi các thiÁt bá g¿n vào vÁt thÅ chuyÅn đáng thì v¿n đà c¿p nguãn cho thiÁt bá phÁi đ°āc xÿ lý mát cách hāp lý đÅ giúp vÁt thÅ có thÅ di chuyÅn b¿t kì đâu trong nhà kho

đồ án

19 ÿ HÉ tháng phÁn cāng phÁi có khÁ nng tiÁt kiÉm nng l°āng á mát māc

đáng kÅ đÅ hÉ tháng có thÅ ho¿t đáng mát cách lâu dài

3.1.2 Yêu c¿u đßi vái ph¿m mÁm website

ÿ PhÁn mÃm website thực hiÉn hiÅn thá vá trí vÁt thÅ lên mát bÁn đã đ°āc thiÁt kÁ s¿n, yêu cÁu bÁn đã phÁi chính xác và có mát tß lÉ tháng nh¿t vãi bÁn đã nhà kho thực tÁ

ÿ CÁn xây dựng mát giao diÉn website có tính thẩm m*, trực quan và thêm mát sá chāc nng khác đÅ ng°ßi dùng có thÅ quÁn lý vá trí vÁt thÅ mát cách dÇ dàng

ÿ ĐÅ đáp āng cho viÉc thân thiÉn và sÿ dăng website dÇ dàng thì yêu cÁu website đ°āc quÁn lý trên nÃn tÁng đám mây

3.2 Đ¾C TÀ HÆ THÞNG 3.2.1 Chāc nng cÿa hÇ thßng 3.2.1.1 Chāc nng ph¿n cāng

ÿ Dựa vào nhāng yêu cÁu cÿa hÉ tháng và măc tiêu nghiên cÿa đà tài, nhóm thực hiÉn xây dựng mát mô hình phÁn cāng gãm các thiÁt bá phát, thu BLE và BLE gateway đÅ có khÁ nng tính toán đ°āc vá trí các vÁt thÅ trong nhà kho

ÿ ThiÁt bá phát và thu BLE có nhiÉm vă phái hāp đÅ phát hiÉn, thu thÁp các giá trá RSSI t°¢ng tác vãi vá trí vÁt thÅ mát cách chính xác nh¿t

ÿ Sau đó thực hiÉn gÿi bá dā liÉu RSSI đó và cho BLE gateway BLE gateway có khÁ nng giao tiÁp đ°āc vãi nhiÃu thiÁt bá phát và thu BLE đÅ nhÁn RSSI sau đó tính đ°āc vá trí vÁt thÅ bÁng cách áp dăng áp dăng thuÁt toán Trilateration

ÿ Sau khi tính đ°āc giá trá tãa đá thì BLE gateway s¿ gÿi dā liÉu lên database Từ đó l¿y dā liÉu từ database sÿ dăng trong măc đích thiÁt kÁ website

đồ án

20 ÿ Các thiÁt bá phát, thu BLE t¿o thành mát m¿ng l°ãi BLE giao tiÁp vãi

nhau đÅ giúp thu thÁp dā liÉu mát cách nhanh chóng Từ đó, đáp āng nhu cÁu theo dõi vá trí gÁn nh° là theo thßi gian thực

3.2.1.2 Chāc nng cÿa ph¿n mÁm website

ÿ Sau khi phÁn cāng gÿi dā liÉu vá trí vÁt thÅ lên database thì phÁn mÃm website s¿ thực hiÉn nhiÉm vă hiÅn thá vá trí đó trên mát bÁn đã đã đ°āc t¿o tr°ãc đó vãi mát tß lÉ cá đánh so vãi kích th°ãc nhà kho thực tÁ ÿ Giao diÉn website s¿ hiÅn thá sự chuyÅn đáng cÿa vÁt thÅ vãi mát khoÁng

thßi gian cÁp nhÁp ng¿n đÅ đáp āng sự chuyÅn đáng cÿa vÁt thÅ mát cách káp thßi

ÿ Bên c¿nh đó, website còn hß trā mát sá chāc nng quÁn lý hÉ tháng nh°: thêm, xóa, thay đổi vá trí các thiÁt bá phát BLE Cho phép tìm kiÁm vá trí khác từ vá trí hiÉn t¿i cÿa ng°ßi dùng

ÿ L°u trā các giá trá thông tin và vá trí cÿa các thiÁt bá thu, phát BLE trên hÉ tháng

21 Dựa theo mô hình tổng quát trên, hÉ tháng s¿ gãm hai phÁn:

ÿ PhÁn cāng: gãm các thiÁt bá phát, thu BLE và BLE gateway Các thành phÁn này giao tiÁp vãi nhau bÁng sóng BLE, đÁu ra cÿa phÁn cāng là tãa đá (x,y) cÿa vÁt thÅ cÁn xác đánh vá trí trong nhà kho

ÿ PhÁn mÃm cÿa hÉ tháng s¿ là database thực hiÉn l°u trā thông tin vá trí từ phÁn cāng gÿi lên Giao diÉn hiÅn thá s¿ thực hiÉn chāc nng hiÅn thá vá trí chính xác cÿa vÁt thÅ bÁng cách l¿y thông tin vá trí đ°āc l°u trā trong database

đồ án

22 thÅ trong nhà kho, sau đó phÁn mÃm website s¿ thực hiÉn viÉc hiÅn thá cho ng°ßi dùng

ÿ Các thiÁt bá phát là BLE ibeacon NRF51822(thiÁt bá phát BLE) đ°āc g¿n á các vá trí cá đánh trong nhà kho ThiÁt bá này s¿ BLE theo chu kì cá đánh đÅ t¿o môi tr°ßng phÿ sóng BLE trong nhà kho

ÿ Các thiÁt bá BLE beacon tag( thiÁt bá thu và phát BLE) đ°āc g¿n vào vÁt thÅ cÁn xác đánh vá trí Các thẻ này s¿ thực hiÉn chāc nng scan BLE và gÿi tín hiÉu RSSI nhÁn đ°āc từ các ibeacon và gÿi và cho BLE gateway thông qua sóng BLE

ÿ BLE gateway sau khi nhÁn bá dā liÉu RSSI cÿa các thẻ beacon tag nó s¿ tính toán bá trí tag dựa trên thuÁt toán trilateration và gÿi lên cho database Firebase

ÿ Website s¿ thực hiÉn đãc dā liÉu từ Firebase database và trực quan hóa đÅ ng°ßi dùng theo dõi vá trí vÁt thÅ

3.3 THI¾T K¾ HÆ THÞNG PH¾N CĀNG 3.3.1 Linh kiÇn ph¿n cāng

3.3.1.1 Linh kiÇn đà thi¿t k¿ BLE ibeacon

ThiÁt bá BLE ibeacon là thiÁt bá có khÁ nng phát ra BLE đÅ t¿o môi tr°ßng phÿ sóng BLE Nó đ°āc đ°āc cá đánh t¿i các vá trí trong nhà kho, thiÁt bá này đ°āc sÿ dăng đÅ cho các BLE beacon tag thu thÁp bá thông tin RSSI từ môi tr°ßng và từ đó tính toán vá trí cÿa nó

Yêu cÁu cÿa các thiÁt bá ibeacon này là có khÁ nng t¿o ra mát vùng phát BLE đÿ lãn đÅ tng không gian đánh vá trong nhà kho Có kích th°ãc nhß gãn, khÁ nng tiÁt kiÉm nng l°āng đÅ có thÅ linh ho¿t trong viÉc c¿p nguãn bÁng pin và nâng cao tuổi thã ho¿t đáng cÿa thiÁt bá Có giá thành phù hāp vãi hÉ tháng đÅ tng khÁ nng má ráng quy mô cho hÉ tháng

Từ nhāng yêu cÁu đ°āc xem xét, nhóm thực hiÉn lựa chãn linh kiÉn NRF51822 đÅ làm thiÁt bá phát BLE ibeacon

đồ án

23 Hình 3.3: Module BLE NRF51822

BÁng 3.1 Thông sá k* thuÁt cÿa NRF51822 [13]

Dựa vào bÁng trên, dòng tiêu thă cÿa NRF51822 khi thực hiÉn chÁ đá phát BLE( chÁ đá quÁng bá BLE) thì nhóm thực hiÉn lựa chãn pin Li-MnO2 RUIZHI

đồ án

24 CR2477 3.0V 1000mAh có khÁ nng cung c¿p nguãn ổn đánh cho module NRF51822 ho¿t đáng trong thßi gian dài

Thßi gian ho¿t đáng cÿa mát linh kiÉn dùng pin đ°āc tính theo công thāc:

ÿþổÿ ý/ọ �㕝ÿÿ =�㔷þÿý ýượÿý �㕝ÿÿ�㔷òÿý /ÿệÿ ýạÿ (/) (3.1)

Trong đó, Tuổi thã pin là thßi gian ho¿t đáng liên tăc cÿa thiÁt bá đ°āc cung c¿p bái pin Dung l°āng pin là dung l°āng điÉn cÿa pin và Dòng hiÉn t¿i là dòng điÉn tiêu thă trung bình cÿa thiÁt bá

Hình 3.4: Pin Cr2477 1000 mAh Vãi dung l°āng pin Cr2477 là 1000mAh, dòng tiêu thă trung bình cÿa NRF51822 dựa theo lý thuyÁt là 100uA , thßi gian ho¿t đáng theo lý thuyÁt là: T = 1000mAh/100uA bÁng 10000(h) ho¿t đáng x¿p xß vãi 417 ngày ho¿t đáng liên tăc

3.3.1.2 Linh kiÇn đà thi¿t k¿ beacon tag

BLE beacon tag đ°āc g¿n vãi vÁt thÅ đÅ xác đánh vá trí cÿa vÁt thÅ trong nhà kho

BLE beacon tag cÁn phÁi l¿y đ°āc thông tin RSSI mà nó nhÁn đ°āc từ các ibeacon xung quang, quá trình này gãi là scan BLE Sau khi scan xong, đÅ tính toán đ°āc giá trá tãa đá cÿa vÁt thÅ thì BLE beacon tag phÁi gÿi dā liÉu BLE gateway tính toán

Nhóm thực hiÉn quyÁt đánh chãn vi điÃu khiÅn ESP 32 WROOM 32U đÅ làm linh kiÉn chính cho BLE beacon tag

đồ án

25 Hình 3.5: Vi điÃu khiÅn ESP32 Wroom 32 U

BÁng 3.2 Thông sá k* thuÁt cÿa vi điÃu khiÅn ESP32 Wroom 32U [14]

Dòng cung c¿p tái thiÅu cÿa điÉn áp đÁu vào

ESP32 wroom 32U không sÿ dăng anten trên board, nhóm sÿ dăng anten bên ngoài đÅ làm tng khÁ nng truyÃn nhÁn và giÁm nhiÇu so vãi anten trên board

đồ án

26 Hình 3.6: Anten 2.4GHz 3dBi IPEX Anten 2.4GHz 3dBi IPEX chiÃu dài 12cm có khÁ nng t°¢ng thích cao vãi ESP32 Khi dùng anten bên ngoài thì viÉc truyÃn hoÁc thu dā liÉu BLE trá nên đáng tin cÁy và tng đá chính xác cÿa hÉ tháng

Đái vãi mát sá vÁt thÅ yêu cÁu ho¿t đáng không liên tăc thì viÉc c¿p nguãn bÁng pin đ°āc quan tâm đÁn Nhóm đã thực hiÉn nghiên cāu và quyÁt đánh dùng pin có thÅ s¿c l¿i đ°āc là Lipo 2000mAh 3.7V

BÁng 3.3 BÁng thông sá cÿa pin Lipo [15]

đồ án