Thiết kế và thi công nút nhấn khẩn cấp sử dụng mạng lora Đồ Án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật máy tính

Trong những tình huống mà người dùng không còn ý thức, hoặc còn nhưng không thể thực hiện bất kì thao tác nào trong việc vận hành thiết bị, thì thiết bị vẫn có thể được bất kỳ một người

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH

GVHD: ĐẬU TRỌNG HIỂN SVTH: TRẦN VĂN NGUYÊNTHIẾT KẾ VÀ THI CÔNG NÚT NHẤN KHẨN CẤP

SỬ DỤNG MẠNG LORA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG NÚT NHẤN KHẨN

CẤP SỬ DỤNG MẠNG LORA

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH

Sinh viên: TRẦN VĂN NGUYÊN

MSSV: 18119178

Hướng dẫn : TS ĐẬU TRỌNG HIỂN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG NÚT NHẤN KHẨN

CẤP SỬ DỤNG MẠNG LORA

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH

Sinh viên: TRẦN VĂN NGUYÊN

MSSV: 18119178

Hướng dẫn : TS ĐẬU TRỌNG HIỂN

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến nhà trường, các thầy cô trong trường nói chung cũng như các thầy cô khoa Điện – Điện tử nói riêng đã tạo điều kiện giúp đỡ cũng như

đã dạy dỗ em các môn từ đại cương đến chuyên ngành để em có đủ lượng kiến thức thực hiện đồ án này

Cuối cùng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã ở bên động viên, quan tâm, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập cũng như hoàn thành đồ án này

Với hạn chế về mặt kiến thức cũng như hạn chế về mặt thời gian, đồ án này không thể tránh được những thiết sót Em rất mong nhận được những lời góp ý của thầy cô để

em có thể nâng cao được lượng kiến thức và kinh nghiệm của mình, phục vụ cho quá trình học tập và làm việc sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT

Cứu hộ cứu nạn vẫn luôn là vấn đề cấp thiết và được quan tâm từ xưa đến nay Các giải pháp cứu hộ hiệu quả luôn là mối quan tâm hàng đầu của mọi cá nhân và được phát triển hằng ngày Vì tính cấp thiết của một hệ thống tối ưu hóa, đơn giản và

khẩn cấp nên tôi lựa chọn đề tài “Thiết kế và thi công nút nhấn khẩn cấp sử dụng

2 Nghiên cứu tổng quan

3 Phương pháp thực hiện – phân tích thiết kế

4 Kết quả thực nghiệm

5 Tóm lược và kết luận

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH X

DANH MỤC BẢNG XI

CÁC TỪ VIẾT TẮT XII

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 GIỚI THIỆU 1

1.2 PHẠM VI ÁP DỤNG 3

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 4

2.1 TÌNH HÌNH HIỆN TẠI CỦA CÁC HỆ THỐNG CỨU HỘ KHẨN CẤP 4

2.2 CÔNG NGHỆ VÀ PHƯƠNG PHÁP HIỆN ĐẠI TRONG LĨNH VỰC AN TOÀN VÀ CỨU HỘ 8

2.3 MẠNG LORA VÀ TIỀM NĂNG TRONG VIỆC XÂY DỰNG HỆ THỐNG CỨU HỘ KHẨN CẤP 11

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN – PHÂN TÍCH THIẾT KẾ 15

3.1 PHẦN CỨNG 15

3.1.1 LÝ DO CHỌN PHẦN CỨNG 15

3.1.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 17

3.1.3 SƠ ĐỒ KHỐI 25

3.1.4 KẾT NỐI PHẦN CỨNG 26

3.1.5 SƠ ĐỒ ĐI CHÂN PHẦN CỨNG QUA PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PROTEUS 27

3.2 GIAO THỨC TRUYỀN DỮ LIỆU 30

3.2.1 UART 30

3.2.2 SPI 32

3.2.3 LORA 33

3.3 PHẦN MỀM 34

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 37

4.1 KẾT QUẢ SAU KHI HOÀN THÀNH THI CÔNG 37

4.2 KẾT QUẢ CHẠY THỰC NGHIỆM 39

CHƯƠNG 5 TÓM LƯỢC VÀ KẾT LUẬN 43

5.1 TÓM LƯỢC 43

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

PHỤ LỤC 46

DANH MỤC HÌNH

Hình 3.1: Hình ảnh thực tế NodeMCU ESP8266 17

Hình 3.2: Sơ đồ chân nodeMCU ESP8266 17

Hình 3.3: Hình ảnh thực tế module Lora Ra-01 18

Hình 3.4: Sơ đồ chân module Lora Ra-01 19

Hình 3.5: Hình ảnh thực tế module GPS NEO-6M 20

Hình 3.6: Sơ đồ chân module GPS NEO-6M 20

Hình 3.7: Hình ảnh giao diện bot chat Telegram 21

Hình 3.8: Hình ảnh sau khi tìm kiếm từ khóa “BotFather” 22

Hình 3.9: Hình ảnh sau khi tạo bot mới 23

Hình 3.10: Hình ảnh sau khi đặt tên cho bot 23

Hình 3.11: Hình ảnh tạo thành công sau khi đặt username cho bot 24

Hình 3.12: Sơ đồ khối toàn hệ thống 25

Hình 3.13: Sơ đồ kết nối chân khối truyền dữ liệu 26

Hình 3.14: Sơ đồ kết nối chân khối nhận dữ liệu 27

Hình 3.15: Hình ảnh sơ đồ đi chân khối truyền dữ liệu 27

Hình 3.16: Hình ảnh mô phỏng mặt trước khối truyền dữ liệu 28

Hình 3.17: Hình ảnh mô phỏng mặt sau khối truyền dữ liệu 28

Hình 3.18: Hình ảnh sơ đồ đi chân khối nhận dữ liệu 29

Hình 3.19: Hình ảnh mô phỏng mặt trước khối nhận dữ liệu 29

Hình 3.20: Hình ảnh mô phỏng mặt sau khối nhận dữ liệu 30

Hình 3.21: Lưu đồ khối truyền dữ liệu 34

Hình 3.22: Lưu đồ khối nhận dữ liệu 36

Hình 4.1: Hình ảnh thực tế khối truyền dữ liệu sau khi thi công 37

Hình 4.2: Hình ảnh thực tế khối nhận dữ liệu sau khi thi công 37

Hình 4.3: Hình ảnh khối truyền dữ liệu sau khi hoàn thiện 38

Hình 4.4: Hình ảnh khối nhận dữ liệu sau khi hoàn thiện 38

Hình 4.5: Hình ảnh thông báo của bot chat Telegram sau khi khởi động khối nhận dữ liệu 39

Hình 4.6: Hình ảnh thông báo của bot chat Telegram sau khi nhấn nút 40

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Điện áp sử dụng cho khối truyền 25Bảng 3.2: Điện áp sử dụng cho khối nhận 26

CÁC TỪ VIẾT TẮT

MCU: Micro Control Unit (Vi xử lý)

GPIO: General Purpose Input/Output (Đầu vào/ra đa năng)

IoT: Internet of Things (Mạng lưới vạn vật kết nối)

SPI: Serial Peripheral Interface (Giao thức truyền dữ liệu đồng bộ)

UART: Universal Asynchronous Receiver – Transmitter (Giao thức truyền dữ liệu không đồng bộ)

LoRa: Long Range Radio (Giao thức truyền dữ liệu không dây tầm xa)

GPS: Global Locationing System (Hệ thống định vị toàn cầu)

đủ trang thiết bị hoặc không đủ tỉnh táo để xử lý vấn đề, chúng ta cần phát tín hiệu thông báo khẩn cấp cho người có thể giúp đỡ Vậy nên cần có một thiết bị gửi thông tin cảnh báo mang tính đơn giản trong việc vận hành, gọn nhẹ dễ mang theo bên mình và hiệu quả trong việc báo tin khẩn cấp khẩn cấp Dựa vào những

lý do trên, tôi đã nghiên cứu, thiết kế và thi công thiết bị “Nút nhấn khẩn cấp sử

dụng mạng lora” Người dùng chỉ cần nhấn một nút thì một thông báo khẩn cấp

kèm theo vị trí của người dùng sẽ được gửi đến cho thiết bị nhận và xử lý dữ liệu trung tâm Và sau đó thiết bị trung tâm sẽ xử lý và gửi thông tin cho người có khả năng giúp đỡ đã được cài đặt trước

Với các giải pháp phát thông tin khẩn cấp hiện tại như: gọi điện thoại, nhắn tin,… luôn yêu cầu thực hiện hàng loạt các thao tác phức tạp cần sự tỉnh táo và thông tin cá nhân của người dùng như mật khẩu, nhận diện khuôn mặt, vân tay,…thêm vào đó là cần những thiết bị đắt tiền và phức tạp thì yêu cầu đặt ra cho giải pháp mới là sự đơn giản trong vận hành, tính kinh tế và tính hiệu quả trong các điều kiện khác nhau như môi trường không có sóng điện thoại, trong những tình huống mà nguồn năng lượng cho thiết bị phát tín hiệu bị hạn chế Vì vậy một thiết bị mang tính đơn giản dễ sử dụng cho mọi đối tượng, giá trị kinh tế

dễ tiếp cận, hiệu quả cao, sử dụng ít năng lượng là mục tiêu mà tôi nhắm tới trong quá trình nghiên cứu và phát triển đề tài này

Trong những tình huống mà người dùng không còn ý thức, hoặc còn nhưng không thể thực hiện bất kì thao tác nào trong việc vận hành thiết bị, thì thiết bị vẫn có thể được bất kỳ một người nào đó sử dụng để thông báo khẩn cấp về cho người có khả năng giúp đỡ đã được chỉ định trước mà không cần bất kì sự cho phép hay thông tin cá nhân của người dùng Điều này mang lại khả năng sống sót cao cho người dùng trong những tình huống liên quan tới tính mạng

Do sử dụng mạng Lora trong việc truyền tải thông tin nên thiết bị nút nhấn vẫn có thể hoạt động trong môi trường không sóng điện thoại, không internet Đây cũng là một ưu điểm của thiết bị so với các thiết bị gửi thông tin như smartphone hiện nay

Với giá trị kinh tế thấp và chức năng chỉ dùng để phát tín hiệu khẩn cấp tới những người đã được cài đặt trước thì thiết bị cũng không phải là mục tiêu được nhắm tới trong các tình huống cướp giật diễn ra hằng ngày như hiện nay Điều này lại trở thành một ưu điểm cho một thiết bị báo tin khẩn cấp

Bên cạnh những ưu điểm thì thiết bị “Nút nhấn khẩn cấp sử dụng mạng Lora” cũng có nhược điểm là không thể truyền tải thông báo khẩn quá xa Thiết

bị chỉ cho phép gửi thông báo trong phạm vi bán kính 10km so với thiết bị trung tâm nhận và xử lý dữ liệu Thêm vào đó là thiết bị nhận dữ liệu cần có internet và nguồn cấp liên tục Điều này khiến cho thiết bị có phần hạn chế trong quá trình

áp dụng thực tiễn

Với những ưu nhược điểm trên, thiết bị “Nút nhấn khẩn cấp sử dụng mạng Lora” vẫn được kì vọng là một giải pháp giúp giảm thiểu thiệt hại trong những tình huống khẩn cấp, tối thiểu là tăng tỉ lệ sống sót trong những tình huống liên quan trực tiếp tới tính mạng người sử dụng

1.2 PHẠM VI ÁP DỤNG

Với mục tiêu là đơn giản hóa tối đa thao tác sử dụng, thiết bị “Nút nhấn khẩn cấp sử dụng mạng Lora” phù hợp với tất cả mọi đối tượng Đặc biệt là những cá nhân cảm thấy rằng có khả năng gặp phải tình huống khẩn cấp và muốn có một phương tiện để gửi cảnh báo và thông tin vị trí của họ cho người khác hoặc các tổ chức cứu hộ Dưới đây là một số tình huống mà việc sử dụng thiết bị này có thể hữu ích:

- Người lái xe: Người lái xe có thể sử dụng thiết bị để gửi cảnh báo và

vị trí của họ trong trường hợp tai nạn giao thông

- Người đi bộ hoặc đi xe đạp: Những người di chuyển bằng bộ hoặc xe đạp có thể sử dụng thiết bị để gửi cảnh báo khi họ gặp sự cố hoặc cảm thấy bị đe dọa

- Người tham gia các hoạt động ngoài trời: Các vận động viên, dã

ngoại, và người tham gia các hoạt động ngoài trời khác có thể sử dụng thiết bị để cảnh báo về tình trạng khẩn cấp trong khi đang ở xa cơ sở

- Người làm việc một mình: Các cá nhân làm việc một mình trong môi trường công nghiệp hoặc hoang dã có thể sử dụng thiết bị để gửi cảnh báo khi họ gặp sự cố

- Người già hoặc người khuyết tật: Những người có nhu cầu đặc biệt như người già hoặc người khuyết tật có thể sử dụng thiết bị để yên tâm hơn khi di chuyển một mình

CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

2.1 TÌNH HÌNH HIỆN TẠI CỦA CÁC HỆ THỐNG CỨU HỘ KHẨN CẤP

2.1.1 Các vấn đề gặp phải trong việc truyền tải thông tin vị trí trong

tình huống khẩn cấp

Truyền tải thông tin vị trí trong tình huống khẩn cấp là một phần quan trọng trong việc đảm bảo sự phản ứng nhanh chóng và hiệu quả từ các dịch vụ cứu hộ Tuy nhiên, các hệ thống cứu hộ hiện nay vẫn đối diện với một số vấn đề và hạn chế trong việc truyền tải thông tin vị trí của người dùng, bao gồm:

- Độ chính xác của vị trí: Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo

độ chính xác của vị trí được truyền tải Các hệ thống định vị hiện đại thường phụ thuộc vào tín hiệu từ GPS hoặc mạng di động, nhưng trong một số tình huống nhất định, tín hiệu này có thể bị che khuất hoặc không

có sẵn, dẫn đến việc đưa ra thông tin vị trí không chính xác

- Thời gian phản ứng: Đôi khi, việc truyền tải thông tin vị trí mất quá nhiều thời gian, điều này có thể ảnh hưởng đến thời gian phản ứng của các dịch

vụ cứu hộ Đặc biệt là trong các môi trường có kết nối mạng không ổn định hoặc điều kiện thời tiết xấu

- Kết nối mạng không ổn định: Trong một số trường hợp, kết nối mạng có thể không ổn định, đặc biệt là trong các vùng nông thôn hoặc xa xôi Điều này có thể làm giảm khả năng truyền tải thông tin vị trí hoặc gây mất kết nối hoàn toàn

- Khả năng tích hợp và tương thích: Các hệ thống cứu hộ phải có khả năng tích hợp với nhiều loại thiết bị và giao thức truyền thông khác nhau Tuy nhiên, sự không tương thích giữa các hệ thống và thiết bị có thể gây ra khó khăn trong việc truyền tải thông tin vị trí một cách chính xác và kịp thời

- Bảo mật thông tin: Trong khi truyền tải thông tin vị trí là quan trọng để cung cấp sự giúp đỡ nhanh chóng, việc bảo vệ thông tin cá nhân của người dùng cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét

Những vấn đề này đòi hỏi sự đổi mới trong phát triển các hệ thống cứu hộ khẩn cấp, với sự tập trung vào việc cải thiện độ chính xác, thời gian phản ứng, và khả năng tích hợp, cũng như đảm bảo tính bảo mật của thông tin người dùng

2.1.2 Hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống cứu hộ truyền thống

Đánh giá về hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống cứu hộ truyền thống là một phần quan trọng để đảm bảo sự phản ứng nhanh chóng và hiệu quả trong xử

lý các tình huống khẩn cấp Dưới đây là một số đánh giá về các yếu tố này:

- Khả năng đáp ứng nhanh chóng: Các hệ thống cứu hộ truyền thống thường phải dựa vào các cuộc gọi điện thoại hoặc thông báo từ người dùng để phát hiện và đáp ứng tình huống khẩn cấp Tuy nhiên, việc này có thể mất thời gian và dễ bị trễ hạn, đặc biệt là trong tình huống mà người dùng không thể giao tiếp hoặc không thể xác định vị trí chính xác

- Hiệu suất trong điều kiện khẩn cấp: Các hệ thống cứu hộ truyền thống có thể gặp khó khăn trong việc hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khẩn cấp như thời tiết xấu, mạng mất kết nối hoặc vùng không có tín hiệu Điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng truyền tải thông tin và làm giảm hiệu suất của hệ thống

- Độ tin cậy của thông tin: Trong một số trường hợp, thông tin nhận được từ người dùng có thể không chính xác hoặc không đầy đủ, gây ra sự hiểu lầm hoặc hạn chế trong việc đưa ra phản ứng đúng đắn

- Phản hồi và hỗ trợ: Các hệ thống cứu hộ truyền thống thường dựa vào các

tổ chức như cơ quan cứu hộ, cảnh sát hoặc dịch vụ y tế để phản ứng và cung cấp hỗ trợ trong tình huống khẩn cấp Tuy nhiên, thời gian phản ứng

và cách thức hỗ trợ có thể không đáp ứng được nhu cầu cụ thể của từng tình huống

- Thiết bị và công nghệ sử dụng: Các hệ thống cứu hộ truyền thống thường dựa vào thiết bị và công nghệ có sẵn như điện thoại di động hoặc đài phát thanh, và do đó có thể bị hạn chế trong việc cung cấp thông tin vị trí chính xác và đáng tin cậy

Tóm lại, mặc dù các hệ thống cứu hộ truyền thống có thể có hiệu suất và độ tin cậy tốt trong một số tình huống, nhưng vẫn còn nhiều hạn chế cần được cải thiện để đáp ứng được nhu cầu ngày càng đa dạng và phức tạp của xã hội hiện đại

đa dạng

Triển khai hệ thống cứu hộ trong các môi trường đa dạng như đô thị, nông thôn và vùng xa xôi đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật và môi trường đáng kể Dưới đây là một số phân tích về những thách thức này:

- Mật độ dân số và cơ sở hạ tầng: Trong các khu vực đô thị, mật độ dân số cao và cơ sở hạ tầng phức tạp có thể tạo ra các thách thức trong việc triển khai hệ thống cứu hộ Đặc biệt, việc xử lý lượng thông tin lớn và đảm bảo

độ chính xác của thông tin vị trí có thể trở nên khó khăn trong môi trường

có nhiều tòa nhà cao tầng và cấu trúc phức tạp

- Khả năng truy cập và địa hình: Trong các khu vực nông thôn và vùng xa xôi, địa hình đa dạng và khó khăn có thể làm giảm khả năng truy cập của các dịch vụ cứu hộ Sự thiếu hụt hạ tầng giao thông và việc xử lý các điều kiện địa hình khắc nghiệt có thể làm giảm hiệu suất của các hệ thống cứu

hộ

- Kết nối mạng và viễn thông: Môi trường đô thị thường có sẵn kết nối mạng tốt hơn, trong khi các khu vực nông thôn và vùng xa xôi thường gặp khó khăn về kết nối mạng và viễn thông Điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng truyền tải thông tin và đáp ứng nhanh chóng của các hệ thống cứu hộ

- Điều kiện thời tiết: Các vùng nông thôn và vùng xa xôi thường có thời tiết khắc nghiệt và khó lường trước được, có thể gây ra các rủi ro như mưa lũ, tuyết rơi, hoặc điều kiện thời tiết khắc nghiệt khác Điều này có thể làm giảm khả năng hoạt động của các hệ thống cứu hộ và làm tăng nguy cơ cho người dân cần sự can thiệp khẩn cấp

- Sự cần thiết của phối hợp và hợp tác: Triển khai hệ thống cứu hộ trong các môi trường đa dạng đòi hỏi sự phối hợp và hợp tác chặt chẽ giữa các tổ chức và cơ quan chính phủ địa phương Điều này đảm bảo rằng các hệ thống được triển khai một cách hiệu quả và đáp ứng được nhu cầu cụ thể của từng khu vực

Tóm lại, việc triển khai hệ thống cứu hộ trong các môi trường đa dạng đòi hỏi sự cẩn trọng và quan tâm đặc biệt đến các yếu tố kỹ thuật và môi trường

cụ thể của từng khu vực

2.2 CÔNG NGHỆ VÀ PHƯƠNG PHÁP HIỆN ĐẠI TRONG LĨNH VỰC AN TOÀN VÀ CỨU HỘ

2.2.1 Tổng quan về các công nghệ định vị và truyền thông hiện đại

Tổng quan về các công nghệ định vị và truyền thông hiện đại là một phần quan trọng trong việc hiểu về cách các công nghệ này có thể được áp dụng trong việc truyền tải thông tin trong các hệ thống cứu hộ khẩn cấp Dưới đây là một sơ lược về các công nghệ như GPS, LoRa và mạng di động và cách chúng hoạt động:

• GPS (Global Positioning System):

- GPS là một hệ thống định vị toàn cầu dựa trên mạng lưới các vệ tinh được đặt trong quỹ đạo của Trái Đất

- Các thiết bị GPS thu nhận tín hiệu từ các vệ tinh và sử dụng dữ liệu này để xác định vị trí của chính mình với độ chính xác cao

- Thông tin vị trí được truyền đi thông qua tín hiệu radio hoặc kết nối dây nối để sử dụng hoặc chia sẻ với các hệ thống khác

• LoRa (Long Range Radio):

- LoRa là một công nghệ truyền thông không dây được thiết kế để có khả năng truyền dẫn xa và tiêu thụ năng lượng thấp

- Các thiết bị LoRa sử dụng một phương thức truyền dẫn gọi là "chirp spread spectrum" để truyền dữ liệu ở khoảng cách xa mà không cần nhiều năng lượng

- LoRa thích hợp cho việc truyền tải dữ liệu nhỏ, nhưng có thể được sử dụng để truyền tải thông tin vị trí thông qua giao thức truyền thông như LoRaWAN

• Mạng di động:

- Mạng di động là một hệ thống giao tiếp không dây được xây dựng trên cơ

sở của các trạm cơ sở và các thiết bị di động như điện thoại di động và máy tính bảng

- Các thiết bị di động giao tiếp với các trạm cơ sở thông qua sóng radio để truyền tải thông tin giữa các thiết bị và mạng

- Mạng di động cung cấp khả năng kết nối liên tục và liên lạc trong nhiều điều kiện khác nhau, từ đô thị đến vùng nông thôn

Các công nghệ này cung cấp các phương tiện hiệu quả để định vị và truyền tải thông tin vị trí trong các hệ thống cứu hộ khẩn cấp Sự kết hợp giữa GPS để xác định vị trí, LoRa để truyền tải dữ liệu ở khoảng cách xa, và mạng

di động để kết nối và chia sẻ thông tin là một phần quan trọng của việc xây dựng các hệ thống cứu hộ hiện đại và hiệu quả

2.2.2 Ưu điểm và hạn chế của từng công nghệ

2.2.2.1 GPS

• Ưu điểm:

- Độ chính xác cao: GPS cung cấp thông tin vị trí với độ chính xác rất cao, thường trong khoảng vài mét đến vài chục mét

- Phạm vi toàn cầu: GPS hoạt động trên toàn cầu, cung cấp khả năng định vị

ở bất kỳ nơi nào trên Trái Đất

- Khả năng hoạt động độc lập: GPS không phụ thuộc vào bất kỳ mạng lưới nào, do đó có thể hoạt động trong các khu vực không có mạng di động hoặc LoRa

• Nhược điểm:

- Cần tầm nhìn trực tiếp với vệ tinh: Để đảm bảo độ chính xác, các thiết bị

2.2.2.2 LoRa

• Ưu điểm:

- Khả năng truyền dẫn xa: LoRa có khả năng truyền dẫn dữ liệu xa mà không cần nhiều năng lượng, làm cho nó phù hợp cho việc truyền tải thông tin từ các thiết bị cứu hộ xa

- Tiêu thụ năng lượng thấp: LoRa tiêu thụ năng lượng rất ít, cho phép các thiết bị hoạt động trong thời gian dài mà không cần sạc lại

- Chi phí thấp: Thiết bị LoRa có giá thành thấp và cài đặt hạ tầng cũng không đòi hỏi nhiều chi phí

• Nhược điểm:

- Tốc độ truyền dữ liệu thấp: Tốc độ truyền dữ liệu của LoRa thấp hơn so với một số công nghệ khác, làm giảm khả năng truyền tải thông tin trong thời gian ngắn

- Giới hạn về dung lượng dữ liệu: LoRa có giới hạn về dung lượng dữ liệu

mà nó có thể truyền dẫn trong một khoảng thời gian nhất định

2.2.2.3 Mạng di động

• Ưu điểm:

- Kết nối liên tục: Mạng di động cung cấp kết nối liên tục, cho phép truyền tải thông tin vị trí và cung cấp hỗ trợ ngay lập tức trong các tình huống khẩn cấp

- Dung lượng dữ liệu lớn: Mạng di động có khả năng truyền tải dữ liệu lớn, cho phép truyền tải thông tin chi tiết và đa dạng trong các tình huống khẩn cấp

• Ưu điểm: Kết hợp các công nghệ như GPS, LoRa và mạng di động

cho phép tạo ra các hệ thống cứu hộ khẩn cấp có khả năng định vị chính xác, truyền tải thông tin vị trí trong thời gian thực và cung cấp

hỗ trợ nhanh chóng và hiệu quả

• Nhược điểm: Tuy nhiên, tích hợp các công nghệ này đòi hỏi sự phức

tạp trong việc quản lý và duy trì hạ tầng, cũng như cần có các chuẩn giao tiếp để đảm bảo tương thích giữa các thiết bị và hệ thống khác nhau

Tóm lại, việc kết hợp các công nghệ như GPS, LoRa và mạng di động có thể tạo ra các hệ thống cứu hộ khẩn cấp hiệu quả, nhưng đòi hỏi sự cân nhắc

kỹ lưỡng và kỹ thuật cao để tối ưu hóa hiệu suất và đáp ứng được các yêu cầu

• Đặc điểm của mạng LoRa:

- Khả năng truyền dẫn xa: LoRa có khả năng truyền dẫn dữ liệu ở khoảng cách xa, lên đến vài km trong điều kiện môi trường lý tưởng và có thể lên đến hàng chục km trong điều kiện thuận lợi

- Tiêu thụ năng lượng thấp: Công nghệ LoRa tiêu thụ năng lượng rất ít, cho phép các thiết bị hoạt động trong thời gian dài mà không cần sạc lại pin, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng cần sự ổn định và liên tục như các hệ thống cứu hộ

- Băng thông linh hoạt: LoRa cho phép điều chỉnh băng thông truyền dẫn,

từ các băng thông hẹp cho đến băng thông rộng, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng

- Chi phí thấp: Thiết bị LoRa có giá thành thấp và cài đặt hạ tầng cũng không đòi hỏi nhiều chi phí, điều này làm cho LoRa trở thành một lựa chọn kinh tế cho các ứng dụng đòi hỏi sự tiết kiệm

• Lợi ích của việc sử dụng LoRa trong các ứng dụng an toàn và cứu hộ:

- Định vị chính xác: LoRa có khả năng định vị chính xác vị trí của thiết bị, cho phép người cứu hộ xác định được vị trí cụ thể của người cần cứu hộ

- Truyền tải thông tin vị trí trong thời gian thực: LoRa cho phép truyền tải thông tin vị trí trong thời gian thực, giúp người cứu hộ đáp ứng nhanh chóng và hiệu quả trong các tình huống khẩn cấp

- Kết nối ổn định: Khả năng truyền dẫn xa và tiêu thụ năng lượng thấp của LoRa giúp duy trì kết nối ổn định ngay cả trong các môi trường khó khăn như khu vực nông thôn hoặc xa xôi

- Khả năng tích hợp: LoRa có thể dễ dàng tích hợp với các hệ thống cứu hộ hiện đại khác như GPS và mạng di động, tạo ra các hệ thống cứu hộ toàn

Tóm lại, việc sử dụng LoRa trong các ứng dụng an toàn và cứu hộ mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng định vị chính xác, truyền tải thông tin vị trí trong thời gian thực và khả năng tích hợp với các công nghệ khác, tạo ra các hệ thống cứu hộ khẩn cấp hiệu quả và tin cậy

2.3.2 Các dự án và nghiên cứu liên quan đến việc áp dụng LoRa

Có nhiều dự án và nghiên cứu đã và đang sử dụng công nghệ LoRa để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống cứu hộ khẩn cấp Dưới đây là một số ví dụ:

- The Things Network (TTN): The Things Network là một cộng đồng toàn cầu của các nhà phát triển IoT sử dụng công nghệ LoRaWAN Cộng đồng này đã triển khai các dự án cứu hộ khẩn cấp sử dụng LoRa để truyền tải thông tin vị trí và thông tin cần thiết khác trong các tình huống khẩn cấp

- LoRa-based Emergency Alert System (LEAS): LEAS là một dự án nghiên cứu được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại các trường đại học và tổ chức nghiên cứu Dự án này sử dụng công nghệ LoRa để xây dựng một hệ thống cảnh báo khẩn cấp cho các tình huống như động đất, lụt lội, hoặc tai nạn giao thông

- LoRa-based Search and Rescue System: Các tổ chức cứu hộ như lực lượng cứu hỏa và cứu nạn hàng hải đã thử nghiệm và triển khai các hệ thống tìm kiếm và cứu hộ dựa trên công nghệ LoRa Các hệ thống này có khả năng định vị chính xác và truyền tải thông tin vị trí của người cần cứu

hộ, giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của quá trình tìm kiếm và cứu hộ

- Smart City Initiatives: Nhiều thành phố thông minh đang sử dụng công nghệ LoRa trong các dự án cứu hộ khẩn cấp nhằm cải thiện quy trình phản ứng và hỗ trợ trong các tình huống khẩn cấp như tai nạn giao thông, hỏa hoạn, hoặc thảm họa tự nhiên Các dự án này thường tích hợp LoRa với

Những dự án và nghiên cứu này không chỉ đang thúc đẩy sự phát triển của công nghệ LoRa mà còn cung cấp các giải pháp hiệu quả và linh hoạt cho việc cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống cứu hộ khẩn cấp trong thực

tế

• Ứng dụng IoT: ESP8266 hỗ trợ lưu trữ máy chủ web và cho phép điện thoại thông minh hoặc các thiết bị khác kết nối với nó, mở ra vô số ứng dụng trong lĩnh vực IoT Với chi phí thấp và tiện ích cao,

ESP8266 trở thành một trong những lựa chọn phổ biến nhất cho các

dự án IoT hiện nay

- Module Lora Ra-01:

• Khả năng truyền dữ liệu xa: LoRa (Long Range Radio) là giao thức truyền dữ liệu tầm xa, có khả năng truyền dữ liệu ở khoảng cách vài kilomet mà không cần khuếch đại công suất, tiêu thụ năng lượng thấp Công nghệ này sử dụng kỹ thuật CSS (Chirp Spread Spectrum) để mã hóa và truyền tải dữ liệu

• Ưu điểm của mạng LoRa: Mạng LoRa có khả năng truyền dữ liệu xa

khả năng chống nhiễu tốt và độ an toàn thông tin cao Điều này phù hợp với mục tiêu tối giản hóa phương thức vận hành của thiết bị trong

dễ tiếp cận được hầu hết tất cả mọi đối tượng sử dụng

- Bot chat Telegram:

• Tính tiện lợi: Bot chat Telegram vô cùng dễ sử dụng và là phương thức truyền tin hiệu quả hoàn toàn miễn phí

• Đa dạng và bảo mật: lập trình viên có thể tùy biến giao diện và tính năng của bot chat theo khả năng của mình Thêm vào đó, máy chủ Telegram vô cùng bảo mật với việc mã hóa đầu cuối, cùng với việc Telegram có hệ thống máy chủ toàn cầu nên vẫn đáp ứng được cho người dùng ngay cả khi một số máy chủ bị sập

Các lý do này nhấn mạnh vào tính linh hoạt, khả năng truyền dữ liệu xa, chi phí thấp, và tính an toàn của các thành phần phần cứng được chọn, phù hợp với mục tiêu và yêu cầu ban đầu đặt ra của dự án

3.1.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

3.1.2.1 NodeMCU ESP8266

Hình 3.1: Hình ảnh thực tế NodeMCU ESP8266

Hình 3.2: Sơ đồ chân nodeMCU ESP8266

ESP8266 là một hệ thống trên chip (SoC) được Espressif, một công ty Trung Quốc thành lập vào năm 2008 sản xuất Chip này tích hợp bộ vi điều khiển Tensilica L106 32-bit (MCU) và kết nối Wi-Fi trong một board nhỏ Với 11 chân GPIO (chân đầu vào/ra đa dụng) và một đầu vào analog, nó có thể được lập trình tương tự như Arduino hoặc các vi điều khiển khác Tuy nhiên, trong số 17 chân GPIO của ESP8266, 6 chân (từ chân 6 đến chân 11) được sử dụng để giao tiếp

ESP8266 cũng có kết nối Wi-Fi, cho phép nó kết nối với mạng và Internet Nó cung cấp khả năng lưu trữ máy chủ web với các trang web thực, cho phép điện thoại thông minh hoặc các thiết bị khác kết nối với nó Điều này mở ra

vô số ứng dụng trong lĩnh vực IoT

Với sự linh hoạt, tiện ích và chi phí thấp, không có gì ngạc nhiên khi ESP8266 trở thành một trong những lựa chọn phổ biến nhất cho các dự án IoT hiện nay

3.1.2.2 Module Lora Ra-01

Hình 3.3: Hình ảnh thực tế module Lora Ra-01

Hình 3.4: Sơ đồ chân module Lora Ra-01

Modue Lora Ra-01 là một sản phẩm của công ty ShenZhen AI-thinker CO.,LTD thành lập năm 2012 chuyên về Internet of things (IoT) Ai-thinker là doanh nghiệp công nghệ cao chuyên sâu về thiết kế, nghiên cứu và phát triển sản phẩm tích hợp gồm module wireless và IoT

Trong dự án này, tôi chọn giao thức truyền dữ liệu Lora là vì khoảng cách truyền xa và mức độ sử dụng năng lượng rất thấp của module Lora Ra-01

Module Lora Ra-01 sử dụng phương thức SPI để giao tiếp với vi xử lý

3.1.2.3 Module GPS NEO-6M

Hình 3.5: Hình ảnh thực tế module GPS NEO-6M

Hình 3.6: Sơ đồ chân module GPS NEO-6M

Module GPS NEO-6M được phát triển bởi nhà sản xuất chất bán dẫn và module không dây U-blox U-blox được thành lập năn 1998, là công ty con của Viện công nghệ liên bang Thụy Sĩ Module GPS NEO-6M là module định vị toàn cầu sử dụng hệ thống vệ tinh của Mỹ, có khả năng định vị nhanh, chính xác với nhiều chế độ sử dụng năng lượng và rất phù hợp cho những ứng dụng chạy bằng pin