Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc tích hợp và tối ưu hóa hệ thống từ phần cứng đến phần mềm, đảm bảo rằng dữ liệu thu thập từ các cảm biến được truyền tải một cách chính xác và kịp thời đ
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trẻ em luôn cần được bảo vệ, đặc biệt trong môi trường, xã hội ngày càng phức tạp và tiềm ẩn rủi ro Các tình huống: “trẻ đi lạc, bị bắt cóc, hoặc gặp tai nạn té ngã’’ có thể xảy ra bất cứ lúc nào, gây ra sự lo lắng và căng thẳng lớn cho các bậc phụ huynh Vì vậy, việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống định vị và giám sát giúp cho các bậc phụ huynh có thể theo dõi vị trí và tình trạng con em mình là hết sức cần thiết Hệ thống không chỉ giúp tăng cường an toàn cho trẻ em mà còn giúp mang lại sự an tâm cho các bậc làm cha mẹ
Trong thời đại 4.0, công nghệ định vị GPS và Internet of Things (IoT) đã phát triển hết sức mạnh mẽ, tạo ra các cơ hội để phát triển ứng dụng vào việc giám sát và quản lý Công nghệ GPS cho phép xác định chính xác vị trí, trong khi các cảm biến và thiết bị IoT có thể theo dõi các hoạt động và điều kiện xung quanh
Sự kết hợp của hai công nghệ này có thể tạo ra một hệ thống giám sát hiệu quả, giúp phát hiện các tình huống bất thường kịp thời như: trẻ di chuyển ra khỏi khu vực an toàn hoặc bị té ngã Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến này vào đề tài giúp tạo ra sản phẩm ứng dụng IoT không chỉ hiện đại mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao Đề tài thiết kế định vị theo dõi GPS trẻ em và phát hiện di chuyển, té ngã có tính ứng dụng cao, không chỉ bó hẹp trong phạm vi gia đình mà còn có thể áp dụng rộng ra các trường học, khu vui chơi, và các tổ chức chăm sóc trẻ em Hệ thống này có thể được tích hợp vào các thiết bị đeo tay, ba lô, hoặc quần áo của trẻ, giúp theo dõi và bảo vệ trẻ em một cách linh hoạt và tiện lợi Bên cạnh đó, hệ thống cũng có tiềm năng phát triển thêm nhiều tính năng khác như theo dõi sức khỏe, quản lý thời gian hoạt động, và tạo ra các báo cáo chi tiết về tình trạng của trẻ Khả năng mở rộng và tích hợp này khiến cho đề tài không chỉ có giá trị ngay lập tức mà còn có tiềm năng phát triển lâu dài
Việc phát triển một hệ thống định vị và giám sát trẻ em không chỉ mang lại lợi ích cho các gia đình mà còn đóng góp lớn vào sự an toàn chung của cộng đồng mất tích, nâng cao ý thức về an toàn cho trẻ em, và tạo ra môi trường an toàn hơn cho trẻ phát triển Ngoài ra, đề tài cũng có thể thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ liên quan, tạo ra nhiều cơ hội nghiên cứu và phát triển mới trong lĩnh vực công nghệ thông tin và an ninh Việc lựa chọn đề tài này thể hiện trách nhiệm xã hội và mong muốn đóng góp tích cực vào việc bảo vệ và chăm sóc trẻ em
Tổng hợp lại, nhóm đã chọn đề tài ‘‘THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ THEO DÕI GPS TRẺ EM VÀ PHÁT HIỆN DI CHUYỂN, TÉ NGÔ dựa trên nhu cầu thực tế, sự phát triển của công nghệ, tính ứng dụng cao, khả năng mở rộng, và đóng góp xã hội Đây là một đề tài không chỉ mang tính kỹ thuật mà còn có ý nghĩa nhân văn sâu sắc, hứa hẹn mang lại nhiều giá trị thiết thực và bền vững cho cộng đồng.
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong xã hội ngày nay, trẻ em đối mặt với nhiều rủi ro tiềm tàng như bị lạc, bắt cóc, hay gặp tai nạn khi không có sự giám sát sát xao của người lớn Việc theo dõi và bảo vệ trẻ em trở nên ngày càng quan trọng hơn bao giờ hết Một hệ thống định vị GPS và phát hiện di chuyển, té ngã có thể cung cấp cho phụ huynh giải pháp hữu hiệu để giám sát con em mình, đảm bảo an toàn và kịp thời can thiệp khi xảy ra sự cố Sự cấp thiết của đề tài này nằm ở việc giúp phụ huynh và người giám hộ giảm bớt lo lắng, đồng thời giúp trẻ phát triển an toàn hơn.
MỤC TIÊU
Đề tài đồ án tốt nghiệp của nhóm thực hiện sẽ có mục tiêu là định vị tọa độ GPS của trẻ đồng thời kiểm tra xem trẻ có té ngã hoặc di chuyển ra khỏi vùng an toàn thì sẽ gửi cảnh báo về web và điện thoại Phụ huynh có thể theo dõi vị trí trẻ từ xa với việc sử dụng IoT Server kết hợp với web cho phép thực hiện các chức năng, thiết lập từ xa:
• Giám sát và thu thập các giá trị cảm biến gia tốc để phát hiện té ngã và gửi cảnh báo về web và điện thoại
• Định vị tọa độ vị trí của trẻ và gửi lên IoT Server, web để theo dõi trẻ hiệu quả từ xa
• Thiết lập tọa độ an toàn và khoảng cách trên web, nếu đi xa tọa độ an toàn một khoảng cách thiết lập, hệ thống sẽ gửi cách báo về web và điện thoại
• Hiển thị các giá trị lên màn hình giám sát bộ xử lý trung tâm và trên web
• Lưu lịch sử tọa độ vị trí của trẻ.
GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ THEO DÕI GPS TRẺ EM VÀ PHÁT HIỆN DI CHUYỂN, TÉ NGÃ’’ sẽ có giới hạn là đề tài tập trung vào thiết kế đồng thời triển khai một hệ thống định vị GPS để theo dõi trẻ em và phát hiện các sự kiện như di chuyển, té ngã Hệ thống bao gồm một bộ xử lý trung tâm, hai thiết bị cảm biến và một thiết bị định vị GPS Các chức năng chính của hệ thống bao gồm thu thập dữ liệu từ các cảm biến, xử lý và phân tích thông tin, sau đó gửi dữ liệu lên trang web quản lý để người dùng có thể theo dõi và quản lý từ xa Mặc dù hệ thống có khả năng mở rộng và cải tiến trong tương lai, nhưng phạm vi hiện tại tập trung vào các tính năng cơ bản và ứng dụng thực tế cho môi trường giám sát trẻ em.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đề tài tập trung nghiên cứu các phương pháp giao tiếp giữa vi điều khiển và các loại cảm biến cùng các module tích hợp Điều này bao gồm việc lập trình và tối ưu hóa các vi điều khiển để chúng có thể thu thập và xử lý dữ liệu từ các cảm biến phát hiện di chuyển và té ngã Phạm vi của nghiên cứu bao gồm việc phát triển và thử nghiệm các phương thức giao tiếp giữa nền tảng IoT (backend) và các thành phần phần cứng trong hệ thống Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc tích hợp và tối ưu hóa hệ thống từ phần cứng đến phần mềm, đảm bảo rằng dữ liệu thu thập từ các cảm biến được truyền tải một cách chính xác và kịp thời đến ứng dụng di động của phụ huynh.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp phân tíchyêu cầu là bước quan trọng nhằm xác định rõ các chức năng và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống Quá trình này bao gồm việc thu thập thông tin từ người dùng cuối, các chuyên gia trong lĩnh vực và các bên liên quan để đảm bảo rằng hệ thống được thiết kế đáp ứng đúng nhu cầu thực tế và có khả năng giải quyết các vấn đề cụ thể mà đối tượng sử dụng gặp phải
Phương pháp nghiên cứu và tham khảo tài liệu đảm bảo hệ thống được xây dựng trên nền tảng kiến thức vững chắc, việc nghiên cứu và tham khảo các tài liệu, báo cáo khoa học và các tài liệu kỹ thuật liên quan là cần thiết Quá trình này giúp nhóm nghiên cứu nắm bắt được những công nghệ mới, những giải pháp đã được thử nghiệm và thành công, từ đó áp dụng và điều chỉnh cho phù hợp với mục tiêu của đề tài
Phương pháp nghiên cứu sản phẩm thực tế trên thị trường là một bước quan trọng để hiểu rõ các tính năng, công nghệ và thiết kế hiện có Bằng cách phân tích các sản phẩm này, nhóm nghiên cứu có thể rút ra những kinh nghiệm quý báu, nhận biết được các ưu và nhược điểm của từng giải pháp, từ đó đưa ra những cải tiến và điều chỉnh phù hợp cho hệ thống đang phát triển
Phương pháp thử nghiệm và đánh giá đóng vai trò then chốt trong đánh giá khả thi và hiệu suất của các chức năng hệ thống Nhóm nghiên cứu tiến hành thực hiện các thử nghiệm thực tế để kiểm tra hệ thống trong nhiều điều kiện khác nhau, thu thập phản hồi từ người dùng để xác định các vấn đề cần khắc phục.
BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO
Đề tài ‘‘Thiết kế hệ thống định vị theo dõi GPS trẻ em và phát hiện di chuyển, té ngã’’, ngoài các phần mở đầu và kết luận, các danh mục như: danh mục từ viết tắt, danh mục bảng và biểu đồ, danh mục tài liệu tham khảo và phụ lục, đề tài được kết cầu thành 5 chương như sau:
Chương 1: Giới thiệu đề tài
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Thiết kế chi tiết
Chương 4: Thực thi và kiểm thử
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
TỔNG QUAN VỀ GPS VÀ CÁC CHUẨN GIAO THỨC VÀ TRUYỀN THÔNG SỬ DỤNG
Hệ thống Định vị Toàn cầu (Global Positioning System - GPS) là một hệ thống được phát triển nhằm mục đích xác định vị trí của các đối tượng dựa trên sự tương quan không gian với các vệ tinh nhân tạo Hệ thống này được thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ Nguyên lý cơ bản của GPS là việc xác định tọa độ của một điểm trên bề mặt Trái Đất thông qua việc tính toán khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh trong cùng một thời điểm [1]
Hình 2 1 Ví dụ hệ thống GPS [3]
Hệ thống Định vị Toàn cầu ‘‘Global Positioning System – GPS” là một hệ thống được phát triển nhằm mục đích xác định vị trí của các đối tượng dựa trên sự tương quan không gian với các vệ tinh nhân tạo Hệ thống này được thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ Nguyên lý cơ bản của GPS là việc xác định tọa độ của một điểm trên bề mặt Trái Đất thông qua việc tính toán khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh trong cùng một thời điểm [1]
Cấu trúc của hệ thống GPS bao gồm ba thành phần chính: Trạm không gian (Space Segment), trung tâm điều khiển (Control Segment) và máy thu tín hiệu GPS
(User Segment) [2] Trạm không gian bao gồm một mạng lưới các vệ tinh được thiết kế để phát tín hiệu định vị liên tục xuống mặt đất Trung tâm điều khiển có nhiệm vụ giám sát, điều khiển và duy trì hoạt động ổn định của hệ thống vệ tinh Máy thu tín hiệu GPS là thiết bị được sử dụng bởi người dùng cuối để nhận và xử lý tín hiệu từ các vệ tinh, từ đó tính toán vị trí, tốc độ và các thông tin liên quan khác
Nguyên lý hoạt động của hệ thống GPS dựa trên sự tương tác giữa các vệ tinh và máy thu tín hiệu Các vệ tinh GPS quay quanh Trái Đất hai lần mỗi ngày trên các quỹ đạo được xác định chính xác và liên tục phát đi các tín hiệu chứa thông tin về vị trí và thời gian Máy thu GPS nhận các tín hiệu này và sử dụng các phép tính lượng giác để xác định vị trí chính xác của người dùng Quá trình này được thực hiện bằng cách so sánh thời gian tín hiệu được truyền đi từ vệ tinh với thời gian nhận được tín hiệu tại máy thu Sự chênh lệch về thời gian truyền và nhận cho phép máy thu tính toán khoảng cách từ nó đến các vệ tinh Bằng cách sử dụng thông tin khoảng cách đến ít nhất ba vệ tinh khác nhau, máy thu có thể xác định vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) của người dùng Khi có thông tin từ ít nhất bốn vệ tinh, máy thu có thể xác định vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao) Ngoài ra, máy thu GPS còn có khả năng tính toán các thông tin bổ sung như tốc độ, hướng di chuyển, quãng đường đã đi, khoảng cách đến đích, thời gian mặt trời mọc và lặn, cùng nhiều thông tin hữu ích khác [2]
Sự ra đời của hệ thống định vị GPS đã mang lại những đóng góp đáng kể cho sự phát triển của khoa học và công nghệ Hệ thống này mang lại nhiều lợi ích thiết thực trong các lĩnh vực như ứng phó khẩn cấp, giải trí, sức khỏe và thể dục Trong trường hợp khẩn cấp, GPS giúp xác định vị trí chính xác của người gặp nạn, tạo điều kiện thuận lợi cho công tác cứu hộ Trong lĩnh vực giải trí, GPS được ứng dụng trong các thiết bị dẫn đường, giúp người dùng tìm đường và khám phá những địa điểm mới Đồng thời, GPS cũng hỗ trợ trong việc theo dõi và ghi lại các hoạt động thể dục, giúp người dùng quản lý sức khỏe và thể chất hiệu quả hơn
Với những lợi ích to lớn mà hệ thống GPS mang lại, việc nghiên cứu và phát triển các ứng dụng dựa trên công nghệ này ngày càng trở nên quan trọng Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải tiến độ chính xác, tăng cường tính ổn định và mở rộng phạm vi ứng dụng của hệ thống GPS, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng của xã hội
Giao thức truyền thông không đồng bộ UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) là một thành phần quan trọng trong các hệ thống nhúng và vi điều khiển, đóng vai trò thiết yếu trong việc truyền dữ liệu nối tiếp giữa các thiết bị Không giống như các giao thức truyền thông khác như I2C và SPI, UART là một vi mạch sẵn có trong các vi điều khiển, cho phép giao tiếp dữ liệu nối tiếp và song song giữa hai thiết bị [4]
Hình 2 2 Sơ đồ kết nối UART [4]
Nguyên lý hoạt động của UART dựa trên việc truyền dữ liệu không đồng bộ, nghĩa là không có tín hiệu đồng hồ chung để đồng bộ hóa quá trình truyền và nhận dữ liệu Thay vào đó, UART sử dụng các bit đánh dấu đặc biệt, bao gồm bit start và bit stop, để xác định điểm bắt đầu và kết thúc của mỗi gói dữ liệu Khi nhận được bit start, UART bắt đầu quá trình đọc các bit dữ liệu theo tốc độ truyền (baud rate) đã định trước, thường dao động từ 9600 bps đến 115200 bps Để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu, cả hai thiết bị UART phải hoạt động ở cùng một tốc độ truyền và chỉ cho phép sai số tối đa khoảng 10% [5]
Quá trình truyền dữ liệu trong UART bắt đầu bằng việc chuyển đổi dữ liệu song song từ các thiết bị như vi điều khiển, bộ nhớ, CPU sang định dạng nối tiếp Sau khi nhận dữ liệu song song, UART tiến hành đóng gói dữ liệu bằng cách thêm các bit start, stop và bit chẵn lẻ (parity bit) vào khung dữ liệu Tiếp theo, gói dữ liệu được truyền đi nối tiếp từng bit thông qua chân Tx của UART Tại thiết bị nhận, UART sẽ đọc từng bit dữ liệu thông qua chân Rx, sau đó tiến hành chuyển đổi dữ liệu trở lại định dạng song song và loại bỏ các bit start, stop và bit chẵn lẻ Cuối cùng, gói dữ liệu song song được truyền tới bus dữ liệu ở phía nhận [5] [6]
Hình 2 3 Quá trình truyền dữ liệu UART [6]
Cấu trúc của một gói dữ liệu UART bao gồm các thành phần chính sau [4]: Bit start (bit đồng bộ hóa): Được đặt ở đầu gói dữ liệu, có vai trò đánh dấu sự bắt đầu của quá trình truyền Khi không có dữ liệu được truyền, đường truyền dữ liệu thường ở mức điện áp cao Để bắt đầu truyền, UART kéo đường dữ liệu xuống mức điện áp thấp, tạo ra bit start UART nhận phát hiện sự thay đổi này và bắt đầu quá trình đọc dữ liệu
Bit dữ liệu: Chứa thông tin thực sự cần truyền từ thiết bị gửi đến thiết bị nhận Độ dài khung dữ liệu dao động từ 5 đến 8 bit, hoặc có thể lên tới 9 bit nếu không sử dụng bit chẵn lẻ Thông thường, bit có trọng số thấp nhất (LSB) được truyền trước, tạo thuận lợi cho việc xử lý dữ liệu
Bit stop: Được đặt ở cuối gói dữ liệu, thường có độ dài 1 hoặc 2 bit Để kết thúc quá trình truyền, UART giữ đường dữ liệu ở mức điện áp cao
Bit chẵn lẻ (parity bit): Là một cơ chế kiểm tra lỗi đơn giản, cho phép thiết bị nhận xác minh tính chính xác của dữ liệu nhận được Có hai loại chính là chẵn lẻ chẵn (even parity) và chẵn lẻ lẻ (odd parity) Tuy nhiên, bit chẵn lẻ không được sử dụng rộng rãi và không bắt buộc trong tất cả các trường hợp
Giao thức UART mang lại nhiều lợi ích trong việc truyền dữ liệu nối tiếp Thứ nhất, UART cho phép truyền dữ liệu với khoảng cách tương đối dài, thường lên tới vài mét, mà không đòi hỏi nhiều dây kết nối Điều này giúp đơn giản hóa việc đi dây và thiết kế hệ thống Thứ hai, UART hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu linh hoạt, cho phép điều chỉnh tốc độ truyền theo yêu cầu của ứng dụng Thứ ba, UART sử dụng các bit đánh dấu đặc biệt để đồng bộ hóa quá trình truyền và nhận, giúp giảm thiểu sai sót và đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu
Tuy nhiên, giao thức UART cũng có một số hạn chế Thứ nhất, do không có tín hiệu đồng hồ chung, UART đòi hỏi các thiết bị phải hoạt động ở cùng một tốc độ truyền và chỉ cho phép sai số nhỏ Điều này đòi hỏi sự cấu hình chính xác và đồng bộ giữa các thiết bị Thứ hai, UART chỉ hỗ trợ truyền dữ liệu nối tiếp, không cho phép truyền dữ liệu song song trực tiếp Điều này có thể hạn chế tốc độ truyền dữ liệu so với các giao thức song song khác Thứ ba, UART không có cơ chế xác thực và mã hóa dữ liệu, do đó không đảm bảo tính bảo mật cao trong trường hợp dữ liệu nhạy cảm
Mặc dù có những hạn chế nhất định, giao thức UART vẫn là một lựa chọn phổ biến trong các hệ thống nhúng và vi điều khiển Với sự đơn giản, linh hoạt và khả năng tương thích rộng rãi, UART đã và đang đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các thiết bị và truyền tải dữ liệu trong nhiều lĩnh vực như điều khiển công nghiệp, hệ thống giám sát, thiết bị đo lường và giao tiếp máy tính
GIỚI THIỆU VỀ IOT VÀ THINGBOARD
Hình 2 8 Cấu trúc hệ thống IoT [9]
IoT (Internet of Things), là một hệ thống mạng lưới tích hợp mọi thiết bị điện tử thông tin và công nghệ, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình truyền tải dữ liệu giữa thiết bị và đám mây, cũng như giữa hai hoặc nhiều thiết bị [9] Cấu trúc của một hệ thống IoT:
• Thiết bị IoT (Internet of Things devices): Đây là các thiết bị vật lý được kết nối với Internet, có khả năng thu thập, xử lý và truyền dữ liệu Các thiết bị IoT có thể bao gồm đồ dùng y tế, gia đình thông minh, và các thiết bị trong ngành công nghiệp.[9]
• Kết nối (connectivity): Là thành phần quan trọng cung cấp khả năng liên kết giữa các thiết bị IoT với nhau và với Internet Các công nghệ kết nối IoT bao gồm Bluetooth, Zigbee, Wi-Fi, Lora, và nhiều công nghệ khác.[9]
• Cơ sở hạ tầng (infrastructure): Là nền tảng hỗ trợ cho hoạt động của hệ thống IoT, bao gồm trung tâm dữ liệu và mạng lưới Cơ sở hạ tầng IoT hỗ trợ việc quản lý và xử lý dữ liệu từ các thiết bị, đảm bảo kết nối liên tục và an toàn.[9]
• Dữ liệu (data): Là thành phần cốt lõi trong hệ thống IoT, bao gồm các dữ liệu thu thập từ các thiết bị IoT Dữ liệu này được sử dụng để phân tích, thực hiện hành động và đưa ra quyết định quan trọng.[9]
• Ứng dụng (applications): Là phần mềm hoặc ứng dụng sử dụng dữ liệu từ các thiết bị IoT để cung cấp giá trị cho người dùng IoT có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực như chăm sóc sức khỏe, y tế, nông nghiệp, sản xuất, và công nghiệp.[9]
• Nguyên lý hoạt động của hệ thống IoT : Thường thì, một hệ thống IoT sẽ hoạt động thông qua việc trao đổi và thu thập dữ liệu theo thời gian thực Hệ thống này bao gồm ba thành phần chính:
• Thiết bị thông minh: Là các thiết bị như tivi, thiết bị tập thể dục, camera an ninh,… có khả năng tích hợp công nghệ điện tử Các thiết bị này thu thập thông tin từ các đối tượng có trong môi trường xung quanh, nhận dữ liệu từ người dùng hoặc thực hiện truyền nhận dữ liệu qua mạng
Internet thông qua ứng dụng IoT [9]
• Giao diện người dùng: Là một giao diện đồ họa được sử dụng để quản lý nhóm các thiết bị IoT Ví dụ như một trang web hoặc ứng dụng trên điện thoại di động, nơi người dùng có thể đăng ký và kiểm soát các thiết bị điện tử khác [9]
• Ứng dụng IoT: Là tổng hợp các phần mềm và dịch vụ tích hợp dữ liệu từ nhiều thiết bị khác nhau Ứng dụng này thường sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để phân tích dữ liệu và đưa ra quyết định Thông tin được xử lý từ ứng dụng IoT sẽ được truyền trở lại các thiết bị IoT để thực hiện các hành động cần thiết [9]
Thingsboard là nền tảng mã nguồn Internet of Things (IoT) mở, cho phép các tổ chức tạo ra, quản lý và theo dõi các ứng dụng IoT một cách hiệu quả Với Thingsboard, người dùng có thể kết nối và quản lý hàng ngàn thiết bị IoT khác nhau từ xa, thu thập dữ liệu, hiển thị thông tin và thậm chí tương tác với các thiết bị đó [10]
Hình 2 9 Sơ đồ hoạt động ThingBoard [10]
Các tính năng của Thingsboard:
• Hỗ trợ cung cấp và quản lý các thiết bị có quản lý thông tin đăng nhập
• Trang tổng quan và trực quan hóa Dữ liệu Hỗ trợ tích hợp cho hơn 100 thành phần widget
• Phân tích và kích hoạt cảnh báo với xử lý sự kiện phức tạp
• Hỗ trợ Rest API và RPC
• Đẩy dữ liệu thiết bị thiết bị sang các hệ thống khác theo thời gian thực
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT KẾ
3.1.1 Yêu cầu chức năng của sản phẩm
Phát hiện cảnh báo kịp thời khi trẻ bị té ngã hoặc ra khỏi vùng an toàn, cho phép phụ huynh giám sát theo dõi lịch sử vị trí di chuyển của trẻ từ xa thông qua web và IoT Server
Thiết bị cảm biến: Phát hiện các tình huống té ngã, gửi cảnh báo tức thời đến phụ huynh hoặc người giám sát khi phát hiện trẻ bị té ngã
Thiết bị GPS: Định vị GPS chính xác, cung cấp khả năng định vị thời gian thực với độ chính xác cao, cho phép phụ huynh và người giám sát biết được vị trí của trẻ em mọi lúc, mọi nơi Gửi thông báo khi trẻ di chuyển ra khỏi khu vực an toàn được thiết lập trước Truyền - nhận dữ liệu giữa thiết bị cảm biến và với IoT Server (truyền nhận dữ liệu bằng 4G)
Thiết bị xử lý trung tâm: Đóng vai trò truyền nhận dữ liệu giữa thiết bị cảm biến - IoT Server và web (thông qua 4G) liên tục để phụ huynh có thông tin vị trí trẻ chính xác nhất
Thiết kế thân thiện và bền bỉ: Thiết kế nhỏ gọn, nhẹ nhàng và thoải mái khi đeo trên người trẻ
Giao diện web: dễ sử dụng và giám sát, cài đặt vị trí an toàn thông qua web, có giao diện web để người dùng để quan sát các dữ liệu từ cảm biến cũng như theo dõi vị trí của trẻ
Thiết bị cần cung cấp khả năng định vị GPS với độ chính xác trong khoảng ±5 mét, cập nhật vị trí mỗi 10 giây để đảm bảo theo dõi thời gian thực
Cảm biến gia tốc tích hợp phải có độ nhạy cao để phát hiện được các tình huống té ngã, với gia tốc kế 3 trục có dải đo từ ±2g đến ±16g, giúp phát hiện chính xác các sự kiện té ngã và gửi cảnh báo kịp thời
Gửi thông báo đến phụ huynh khi trẻ ra khỏi vùng an toàn trong bán kính được thiết lập, hoặc khi phát hiện té ngã
Pin của thiết bị phải có dung lượng tối thiểu 500mAh
Thiết bị phải có khả năng chống chịu va đập, đảm bảo độ bền khi sử dụng hàng ngày
Tích hợp các cảm biến theo dõi sức khỏe cơ bản như nhịp tim và nhiệt độ cơ thể, cảnh báo khi các chỉ số vượt quá ngưỡng an toàn
TỔNG QUAN VỀ PHẦN CỨNG
ESP32 là một dòng vi điều khiển đa năng và tiên tiến, được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực kinh tế, đặc biệt là trong các dự án liên quan đến Internet of Things (IoT) Sự kết hợp giữa khả năng kết nối WiFi và Bluetooth dual-mode tích hợp sẵn trên ESP32 mang lại nhiều lợi ích và tiềm năng trong việc phát triển các giải pháp IoT hiệu quả và linh hoạt [11]
Về mặt kiến trúc, ESP32 sử dụng bộ vi xử lý ‘‘Tensilica Xtensa LX6”, có sẵn trong cả phiên bản lõi kép và lõi đơn Điều này cho phép ESP32 đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất và đa nhiệm trong các ứng dụng khác nhau Ngoài ra, ESP32 còn tích hợp các thành phần phần cứng như công tắc antenna, RF balun, bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại thu nhiễu thấp, bộ lọc và module quản lý năng lượng
Sự tích hợp này giúp đơn giản hóa việc thiết kế và triển khai các hệ thống dựa trên ESP32, đồng thời nâng cao hiệu quả và độ tin cậy [11]
Một trong những ưu điểm nổi bật của ESP32 là khả năng hoạt động trong các ứng dụng yêu cầu công suất thấp Điều này mang lại lợi ích đáng kể trong việc phát triển các thiết bị IoT, nơi tiêu thụ năng lượng là một yếu tố quan trọng Với khả năng quản lý năng lượng hiệu quả, ESP32 cho phép kéo dài tuổi thọ pin và giảm chi phí vận hành, góp phần nâng cao tính kinh tế và bền vững của các giải pháp IoT [11]
Sự tích hợp sẵn của WiFi và Bluetooth trên ESP32 mở ra nhiều cơ hội trong việc kết nối và truyền tải dữ liệu Với WiFi, ESP32 có thể kết nối với mạng Internet và giao tiếp với các thiết bị khác thông qua giao thức TCP/IP Điều này cho phép truyền tải dữ liệu từ xa, giám sát và điều khiển các thiết bị IoT một cách linh hoạt Đồng thời, Bluetooth dual-mode cho phép ESP32 kết nối với các thiết bị di động và các thiết bị ngoại vi khác, mở rộng khả năng tương tác và điều khiển trong môi trường cục bộ [11]
Trong lĩnh vực kinh tế, ESP32 đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự phát triển của các ứng dụng IoT Với khả năng kết nối linh hoạt, hiệu suất cao và tiêu thụ năng lượng thấp, ESP32 cho phép xây dựng các giải pháp IoT thông minh và hiệu quả Điều này mang lại nhiều lợi ích kinh tế, như tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao hiệu suất và giảm chi phí vận hành
ESP32 là kết quả của quá trình nghiên cứu và phát triển của Espressif Systems, một công ty có trụ sở tại Trung Quốc Được sản xuất bằng công nghệ 40 nm của TSMC, ESP32 kế thừa và phát triển từ thành công của vi điều khiển ESP8266 trước đó [11] Sự kết hợp giữa kinh nghiệm và công nghệ tiên tiến đã giúp ESP32 trở thành một lựa chọn hàng đầu cho các dự án IoT trong lĩnh vực kinh tế
Với những ưu điểm vượt trội và tiềm năng ứng dụng rộng rãi, ESP32 đang góp phần thúc đẩy sự phát triển của IoT trong lĩnh vực kinh tế Nó mở ra cơ hội để xây dựng các giải pháp thông minh, linh hoạt và hiệu quả, mang lại lợi ích kinh tế đáng kể cho các doanh nghiệp và tổ chức ESP32 hứa hẹn sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc định hình tương lai của IoT và thúc đẩy sự đổi mới trong lĩnh vực kinh tế
3.2.2 Cảm biến gia tốc góc GY-521 MPU6050
Hình 3 1 Cảm biến gia tốc góc GY-521 MPU6050 [12]
Cảm biến gia tốc góc MPU6050 tích hợp cảm biến gia tốc và cảm biến gia tốc góc (gyroscope), được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện tử và robot để đo lường chuyển động và hướng của thiết bị Module này có khả năng cung cấp thông tin về gia tốc tuyến tính trên ba trục và tốc độ góc quanh ba trục khác nhau.[12]
Cảm biến gia tốc góc MPU6050 thường được sử dụng để đo lường và giám sát các biến đổi vị trí, hướng di chuyển của các thiết bị trong thời gian thực Điều này rất hữu ích trong các ứng dụng như điều khiển robot, ổn định động cơ, cân bằng tự động, hoặc theo dõi hành vi chuyển động của con người trong các thiết bị đeo thông minh [12]
Bảng 3 1 Bảng thông số kỹ thuật cảm biến GY-521 MPU6050 [14] Điện áp hoạt động 3.3–5V
Dải đo gia tốc ±2g, ±4g, ±8g and ±16g
Dải đo trục quay ±250°/s, ±500°/s, ±1000°/s and ±2000°/s
Hình 3 2 Sơ đồ GY-521 MPU6050 [15]
Cảm biến gia tốc góc MPU6050 được sử dụng để đo lường gia tốc và tốc độ góc của chuyển động Nó bao gồm 7 bộ ADC nội bộ để đo các yếu tố như sau:
3-Axis Gyroscope (trục góc quay): Sử dụng công nghệ MEMS (Micro Electro Mechanical System - Hệ thống cơ điện cơ học tự động) để phát hiện và đo tốc độ quay dọc theo các trục X, Y, Z Tín hiệu ra từ gyroscope được khuếch đại và lọc để tạo ra điện áp tỷ lệ với tốc độ quay, sau đó được số hóa bởi các bộ ADC 16-bit trên từng trục [15]
3-Axis Accelerometer (trục gia tốc hướng): Cũng sử dụng công nghệ MEMS để phát hiện và đo gia tốc theo các trục X, Y, Z Sự dịch chuyển của cảm biến sẽ làm thay đổi góc nghiêng của các khối bên trong, làm thay đổi giá trị tụ điện vi sai và điện áp đầu ra Điện áp này sau đó được mã hóa bằng các bộ ADC 16-bit Đơn vị đo là g (lực hấp dẫn) [15]
DMP (Digital Motion Processor - Bộ xử lý kỹ thuật số): Bộ xử lý kỹ thuật số tích hợp để tính toán các thuật toán xử lý chuyển động Nó sử dụng dữ liệu từ trục góc quay, trục gia tốc hướng để xử lý dữ liệu DMP hỗ trợ lưu trữ dữ liệu sau khi xử lý để giảm thiểu việc tính toán trên vi điều khiển khi đọc dữ liệu [15]
On-chip Temperature Sensor (Cảm biến nhiệt độ): Tích hợp cảm biến nhiệt độ để đo và số hóa nhiệt độ Dữ liệu nhiệt độ sau đó được lưu trữ trên thanh ghi của cảm biến [15]
KIẾN TRÚC HỆ THỐNG
Sơ đồ khối toàn bộ hệ thống được mô tả như hình sau:
Hệ thống các thành phần chính là thiết bị cảm biến và thiết bị định vị, khối IoT Server được kết nối với khối xử lý trung tâm Để đảm bảo hoạt động hiệu quả và tính toàn vẹn của hệ thống, chúng ta có thể phân chia nó thành 6 khối chức năng chính riêng biệt Mỗi khối được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể và đóng góp vào khả năng hoạt động tổng thể của hệ thống
• Khối cảm biến: Được thiết kế để kết nối trực tiếp với khối xử lý trung tâm, khối này chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu từ các cảm biến để đáp ứng các yêu cầu về thông số cụ thể
• Khối xử lý trung tâm : Thu thập dữ liệu từ các thiết bị cảm biến thông qua các giao thức kết nối, xử lý và chuyển tiếp dữ liệu đến IoT Server và giao diện web để hiển thị và theo dõi Ngoài ra, khối này còn là cầu nối quan trọng trong việc truyền tải các lệnh điều khiển giữa IoT Server, thiết bị cảm biến và thiết bị định vị
• Khối IoT Server : Cung cấp dữ liệu các cảm biến, tọa độ về web và gửi cảnh báo về telegram
• Khối cảnh báo : Gửi cảnh báo té ngã, tọa độ về điện thoại người dùng
• Khối định vị : Thực hiện nhiệm vụ định vị GPS và gửi dữ liệu về tọa độ đến khối xử lý trung tâm, giúp cập nhật vị trí thời gian thực của các thiết bị
• Khối nguồn: Cung cấp năng lượng cho các khối khác Với mỗi thiết bị là một hệ thống nhỏ riêng biệt, khối nguồn được thiết kế độc lập nhằm đáp ứng các yêu cầu về năng lượng khác nhau của từng thiết bị trong hệ thống
Hình 3 8 Sơ đồ khối cảm biến
• Khối cảm biến: Thu thập dữ liệu sau đó truyền vào bộ xử lý trung tâm
• Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho khối xử lý trung tâm và các cảm biến hoạt động
Hình 3 9 Sơ đồ khối định vị
• Khối định vị : có chức năng thu thập tọa độ vị trí thông qua antenna, sau đó gửi dữ liệu về khối xử lý trung tâm
• Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho vi điều khiển, thiết bị định vị GPS hoạt động
Hình 3 10 Sơ đồ khối IoT Server
• Khối IoT Server : Nhận dữ liệu từ khối xử lý trung tâm để hiển thị lên IoT Server, cung cấp dữ liệu cho web hiển thị, gửi tin nhắn cảnh báo về telegram Người dùng có thể quan sát các thông tin về cảm biến, trạng thái té ngã, và tọa độ vị trí của trẻ
3.3.5 Khối xử lý trung tâm
Hình 3 11 Sơ đồ khối xử lý trung tâm
• Bộ xử lý trung tâm: Cầu nối kết nối các thiết bị cảm biến, thiết bị định vị GPS Có chức năng bao gồm thu thập và xử lý dữ liệu của các thiết bị cảm biến, định vị và gửi cảnh báo về điện thoại
• Khối hiển thị: Hiển thị dữ liệu của các cảm biến giúp cho người dùng có thể quan sát
• Khối xử lý trung tâm: Thu nhận xử lý dữ liệu, giao tiếp với IoT Server, gửi lệnh điều khiển đến các thiết bị khác
• Khối IoT Server: khối xử lý trung tâm sẽ kết nối với IoT Server thông qua 4G của khối định vị
• Khối nguồn: Cung cấp và duy trì nguồn cho khối xử lý trung tâm hoạt động.
THIẾT KẾ CHI TIẾT PHẦN CỨNG
Sau thời gian nghiên cứu và phân tích các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống, cũng như sơ đồ khối cho từng khối chức năng Nhóm tiến hành thi công phần cứng hệ thống
Bảng 3 6 Thông số Kit ESP32 Bluetooth WIFI OLED 0.96inch V3 [26]
Nhiệt độ hoạt động -20~70℃ Điện áp hoạt động 3.7V
Dòng điện hoạt động Hoạt động : 350mA
Khi ngủ : 10uA Bluetooth Bluetooth LE, Bluetooth 5, Bluetooth mesh
Màn OLED 0.96-inch 128*64 dot matrix
Tài nguyên phần cứng 7*ADC1; 2*ADC2; 7*Touch; 3*UART;
Master Chip Xtensa®32-bit lx7 dual core processor
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
Hình 3 12 Sơ đồ nguyên lý cho bộ xử lý trung tâm và các cảm biến
Sơ đồ nguyên lý được mô tả trong Hình 3.6 mô tả cách kết nối các cảm biến bao gồm cảm biến gia tốc MPU6050 và cảm biến nhịp tim MAX30100 và Module GPS A7672S với vi điều khiển ESP32.
THIẾT KẾ CHI TIẾT PHẦN MỀM
Hệ thống được tổ chức thành ba khối chức năng chính: khối cảm biến, khối định vị và khối xử lý trung tâm Mỗi khối đều đóng vai trò như một hệ thống độc lập, có nhiệm vụ và phân công chức năng riêng biệt Từng khối được thiết kế với một sơ đồ giải thuật cho các tính năng và yêu cầu cụ thể mà nó phải thực hiện
Hình 3 13 Lưu đồ thuật toán cho thiết bị cảm biến
Thiết bị cảm biến có hai nhiệm vụ chính: đọc giá trị cảm biến và truyền dữ liệu đến vi điều khiển, cả hai nhiệm vụ này được thực hiện trong một vòng lặp liên tục Khi thiết bị được khởi động, vi điều khiển sẽ tiến hành thiết lập cài dặt, bao gồm cấu hình các chân, kết nối với các cảm biến và cài đặt các thông số hoạt động cần thiết Sau đó các cảm biến sẽ đọc dữ liệu liên tục và truyền dữ liệu tới vi điều khiển khi được yêu cầu
Hình 3 14 Lưu đồ thuật toán khối định vị Giải thích lưu đồ giải thuật thiết bị điều khiển:
Khối định vị có 3 chức năng chính bao gồm đọc dữ liệu GPS qua antenna, cung cấp mạng 4G cho vi điều khiển nhằm liên kết với IoT Server, cuối cùng là truyền dữ liệu đến vi điều khiển Các chức năng được lặp lại cho đến khi tắt thiết bị
3.6.3 Khối xử lý trung tâm
Hình 3 15 Lưu đồ thuật toán khối xử lý trung tâm
Bộ xử lý trung tâm đảm nhiệm các chức năng:
• Gửi lệnh yêu cầu dữ liệu cảm biến đến thiết bị cảm biến
• Nhận dữ liệu, lệnh, hiển thị dữ liệu cập nhật lên màn hình OLED và IoT Server, nhận/gửi lệnh dữ liệu từ IoT Server hoặc web quản lý, truyền dữ liệu lên trang web thông qua IoT Server và nhận lệnh từ trang web quản lý Giải thích lưu đồ thuật toán khối xử lý trung tâm:
Khối xử lý trung tâm bắt đầu khởi động và thiết lập các cài đặt ban đầu Sau khi đã được khởi động và kiểm tra thành công, bước tiếp theo là khởi tạo các cảm biến và thiết bị định vị Điều này bao gồm việc cấu hình các thông số cần thiết để hệ thống hoạt động hiệu quả, và khởi tạo các cảm biến như GPS và gia tốc kế Cấu hình đúng các thông số là bước quan trọng để đảm bảo rằng các cảm biến có thể thu thập dữ liệu một cách chính xác và hiệu quả Việc khởi tạo các cảm biến cũng đảm bảo rằng chúng đã sẵn sàng để bắt đầu theo dõi và ghi nhận dữ liệu ngay lập tức
Tiếp theo, hệ thống sẽ kiểm tra trạng thái của nút nhấn SOS Đây là một chức năng quan trọng để đảm bảo an toàn cho trẻ em trong trường hợp khẩn cấp Nếu nút nhấn SOS được kích hoạt, hệ thống sẽ ngay lập tức gửi tín hiệu cảnh báo đến máy chủ Máy chủ sau đó sẽ gửi thông báo khẩn cấp đến người thân của trẻ qua tin nhắn điện thoại, đảm bảo rằng người thân có thể hành động kịp thời để đảm bảo an toàn cho trẻ Nếu nút nhấn SOS không được kích hoạt, hệ thống sẽ chuyển sang bước tiếp theo
Sau khi kiểm tra nút nhấn SOS, hệ thống sẽ kiểm tra trạng thái té ngã bằng cách phân tích dữ liệu từ cảm biến gia tốc Nếu phát hiện thấy trẻ bị té ngã, hệ thống sẽ gửi tín hiệu cảnh báo đến máy chủ, và máy chủ sẽ gửi thông báo khẩn cấp đến người thân của trẻ Nếu không phát hiện trạng thái té ngã, hệ thống sẽ tiếp tục bước tiếp theo
Tiếp theo, hệ thống sẽ liên tục thu thập dữ liệu tọa độ vị trí của trẻ từ thiết bị định vị Nếu trẻ đi ra khỏi khu vực an toàn vượt quá khoảng cách được phụ huynh thiết lập (thiêt lập khoảng cách thông qua web), hệ thống sẽ gửi cảnh báo về người thân
Dữ liệu cảm biến sau đó sẽ được hiển thị trên màn hình OLED của thiết bị Việc hiển thị dữ liệu này giúp người dùng có thể dễ dàng theo dõi tình trạng của trẻ ngay từ thiết bị, mà không cần phải truy cập vào giao diện
Hệ thống sẽ gửi dữ liệu cảm biến đến máy chủ để lưu trữ và phân tích Việc gửi dữ liệu định kỳ này đảm bảo rằng máy chủ luôn có dữ liệu mới nhất để phân tích và giám sát, từ đó có thể đưa ra các cảnh báo và phản hồi kịp thời
Dữ liệu cũng sẽ được hiển thị trên giao diện web, cho phép người dùng giám sát và điều khiển thiết bị từ xa Giao diện web cung cấp một cách dễ dàng và trực quan để người dùng có thể theo dõi và quản lý thiết bị, cũng như nhận các thông báo và cảnh báo từ hệ thống
Hệ thống giải thuật này đảm bảo rằng tất cả các bước từ khởi tạo, giám sát đến phản hồi đều được thực hiện một cách chính xác và hiệu quả, nhằm mục đích bảo vệ và giám sát trẻ em một cách toàn diện.
THỰC THI VÀ KIỂM CHỨNG
MÔ TẢ HỆ THỐNG
Hệ thống được thiết kế bao gồm sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý, nhóm thực hiện sẽ tiến hành thiết kế hệ thống
Bảng 4 1 Tổng hợp linh kiện được sử dụng trong hệ thống
Linh kiện Số lượng Chức năng
ESP32 OLED Wifi V3 1 Vi điều khiển trung tâm
Cảm biến gia tốc góc
MPU6050 1 Đo gia tốc, đo nhiệt độ và phát hiện té ngã
MAX30100 1 Đo nhịp tim và nồng độ Spo2 trong máu
A7672S 1 Định vị tọa độ GPS, cung cấp mạng 4G cho vi điều khiển ESP32
THỰC THI
Mạch in PCB của toàn bộ hệ thống được thể hiện qua hình dưới đây:
Hình 4 1 Mạch in của hệ thống
Mạch in của hệ thống (Hình 4.1) có kích thước 69.215mm x 70.358mm, được thiết kế dựa trên sơ đồ nguyên lý và bằng phần mềm EasyEDA.
KẾT QUẢ KIỂM CHỨNG
Hình 4 2 Phần cứng hệ thống sau khi thiết kế
Dưới đây là sản phẩm sau khi lắp ghép các cảm biến, module định vị và vi điều khiển esp32 Các linh kiện được kết nối chân với nhau trên mạch in như hình 4.2 trên đây
Hình 4 3 Hình ảnh phần cứng hệ thống khi hoạt động
Hệ thống sử dụng màn hình OLED trên kit wifi esp32 để hiển thị các thông số dữ liệu từ các cảm biến gửi về như : nhịp tim (bpm), nhiệt độ môi trường (độ C) và nồng độ Sop2 (%) Nội dung hiển thị trên màn OLED được thể hiện dưới qua hình 4.4
Hình 4 4 Màn hình hiển thị thông tin các giá trị cảm biến
Hình 4.4 thể hiện các thông tin được các cảm biến thu thập và hiển thị lên màn hình OLED, các thông tin bao gồm nồng độ Spo2, nhịp tim và nhiệt độ Như vậy các hệ thống đã hoạt động chính xác hiển thị thông tin dữ liệu lên màn hình OLED
Hình 4 5 Giao diện Dashboards trên IoT Server Thingboards
Sau khi đăng nhập thành công vào IoT Server, đi vào trong mục Dashboards bao gồm các phần thể hiện giá trị nhiệt độ, nhịp tim , Spo2 và trạng thái té ngã
(FallState) Ngoài ra Dashboards còn có lịch sử vị trí tọa độ của trẻ giúp phụ huynh có thể cập nhật vị trí của trẻ liên tục
Hình 4 6 Giao diện trang web hệ thống
Cũng giống như Server IoT Thingboards, giao diện trang web hệ thống gồm có phần thể hiện kết quả dữ liệu của các cảm biến như : nhiệt độ, Spo2, nhịp tim Trạng thái té ngã của trẻ cũng được trình bày trong web Ngoài ra web cũng lưu lịch sử tọa độ di chuyển của trẻ
Bên cạnh các tính năng trên web còn có thể thiết lập các địa điểm an toàn dựa trên tọa độ và khoảng cách Khi trẻ ra khỏi địa điểm an toàn vượt quá khoảng cách thiết lập thì thiết bị sẽ gửi cảnh báo về Telegram
Hình 4 7 Vị trí hiện tại và vị trí an toàn Địa điểm màu xanh là vị trí hiện tại, màu đỏ là vị trí an toàn ( do người dùng thiết lập ) và giá trị bán kính tính từ địa điểm an toàn Như hình 4.7, vị trí hiện tại đã vượt qua bán kính tính từ vị trí an toàn Do vậy hệ thống sẽ gửi tin nhắn tọa độ về điện thoại và nội dung cảnh báo về telegram của phụ huynh
Hình 4 8 Hình ảnh cảnh báo tọa độ về tin nhắn điện thoại và
Hình ảnh trên là các tin nhắn cảnh báo được gửi về tin nhắn điện thoại lẫn Telegram khi trẻ vượt quá khoảng cách thiết lập tại địa điểm tọa độ an toàn
Khi trẻ bị té ngã, hệ thống sẽ cập nhật trạng thái té ngã lên web như dưới hình 4.9 dưới đây
Hình 4 9 Trạng thái té ngã cập nhật trên trang web hệ thống
Sau khi phát hiện trẻ bị té ngã, hệ thống sẽ gửi tin nhắn cảnh báo về telegram và gửi tọa độ vị trí của trẻ về tin nhắn điện thoại của phụ huynh qua hình 4.10 sau:
Hình 4 10 Tin nhắn cảnh báo té ngã
Hình 4.10 trên là nội dung cảnh báo té ngã và tọa độ vị trí của trẻ được hệ thống gửi về telegram và tin nhắn điện thoại của phụ huynh khi phát hiện trẻ bị té ngã
Hình 4 11 Giao diện thay đổi mật khẩu tài khoản
Hình 4.11 là giao diện cho phép người dùng thay đổi cập nhật mật khẩu để đảm bảo tính bảo mật của hệ thống
Hình 0.12 Giao diện đăng nhập
Hình 4.12 là giao diện đăng nhập của trang web hệ thống Người dùng sẽ đăng nhập qua email và mật khẩu người dùng thiết lập để đảm bảo tính bảo mật.
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
Hệ thống định vị GPS hoạt động tương đối chính xác, cung cấp vị trí của trẻ theo thời gian thực Trong điều kiện môi trường mở, tín hiệu GPS mạnh và ổn định Tuy nhiên, trong môi trường kín hoặc khi trẻ ở trong nhà nhiều tầng, tín hiệu có thể bị yếu hoặc mất hoàn toàn, dẫn đến việc xác định vị trí bị chậm trễ hoặc không chính xác Hệ thống có thể theo dõi vị trí ở mọi nơi có tín hiệu GPS và kết nối internet, đảm bảo phụ huynh có thể giám sát trẻ từ xa một cách hiệu quả
Khi xảy ra té ngã, hệ thống nhanh chóng gửi cảnh báo đến phụ huynh qua telegram và tin nhắn SMS Tính năng này rất hữu ích trong việc đảm bảo an toàn cho trẻ, đặc biệt là trẻ nhỏ hoặc trẻ có nguy cơ cao bị té ngã
Các giá trị từ các cảm biến cung cấp các thông số sức khỏe quan trọng như nhịp tim và mức bão hòa oxy trong máu một cách chính xác Với việc dữ liệu các cảm biến được gửi đến máy chủ IoT và web, phụ huynh có thể theo dõi thông tin sức khỏe của trẻ và kịp thời phản ứng khi có dấu hiệu bất thường, góp phần bảo vệ sức khỏe và sự an toàn của trẻ Ưu điểm của hệ thống:
• Hệ thống cung cấp khả năng giám sát liên tục vị trí và tình trạng của trẻ, từ đó phát hiện kịp thời các sự cố như té ngã hoặc di chuyển ra khỏi vùng an toàn
• Khi phát hiện tình trạng khẩn cấp như té ngã hoặc di chuyển ra khỏi vùng an toàn, hệ thống sẽ gửi cảnh báo tức thì đến tin nhắn và Telegram của phụ huynh, giúp họ có thể can thiệp kịp thời
• Phụ huynh có thể dễ dàng thiết lập tọa độ và khoảng cách vùng an toàn trên trang web Hệ thống sẽ tự động giám sát và gửi cảnh báo nếu trẻ vượt ra khỏi phạm vi này, đảm bảo an toàn cho trẻ
• Cho phép người dùng truy cập từ xa thông qua Internet nhưng cần tài khoản quản lý
• Hệ thống có khả năng thực hiện cảnh báo một cách tự động thông qua việc thu thập các dữ liệu từ các thiết bị cảm biến nếu xảy ra tình trạng nguy hiểm
• Giao diện thân thiện, thông tin từ cảm biến và định vị GPS được hiển thị rõ ràng trên màn hình giám sát của bộ xử lý trung tâm và trên giao diện web, giúp phụ huynh dễ dàng theo dõi và quản lý
• Trang web có lịch sử tọa độ vị trí di chuyển của trẻ
• Hệ thống định vị GPS gặp khó khăn trong việc xác định chính xác vị trí khi hoạt động trong môi trường kín, như trong nhà hoặc các tòa nhà nhiều tầng Tín hiệu GPS có thể bị yếu hoặc mất hoàn toàn do ảnh hưởng của tường, bê tông và các vật cản khác
• Không biết được lượng phần trăm pin còn lại của hệ thống
• Khi muốn thay đổi Sim phải mở cả nắp hộp
• Thiếu các biện pháp cảnh báo khi xảy ra hỏng hóc cảm biến do tác nhân bên ngoài
• Có độ trễ trong việc khởi động thiết bị (khoảng 30 giây đến 1 phút)
• Cách thiết lập vị trí an toàn chưa thân thiện với người dùng.