Báo cáo cuối kỳ Đồ Án ii Đề tài hệ thống giám sát nhiệt Độ các Đầu máy trong nhà máy

ƯU TIÊN 1: DẢI ĐO VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC• Tuy nhiên, việc lựa chọn cảm biến cũng liên quan đến các vấn đề khác: Do làm việc trong môi trường nhiệt độ cao nên cảm biến cần bền và cần đảm bảo mạ

BÁO CÁO CUỐI KỲ ĐỒ ÁN II

Đề tài: Hệ thống giám sát nhiệt độ các

đầu máy trong nhà máy

GVHD: Nguyễn Thị Lan Hương

Sinh viên: Vũ Hữu Hiếu - 20202627

1 PHÂN TÍCH CÁC YÊU CẦU

- Độ phân giải hiển thị: 0.1oC

1 2 -Nguồn pin, thời gian hoạt động của thiết bị là 4h (nâng cao: 8h) Pin có thể

sạc trực tiếp trên máy hoặc tháo ra ngoài

3 3 - Kích thước (dự kiến): 70x50x100 mm (kiểu trụ để dễ lắp vào các thiết bị giám

sát)

- Trọng lượng (dự kiến): <150g

2 4 - Thời gian đo một mẫu : <20s (nâng cao < 5s)

1 5 - Kết nối máy tính: RF Khoảng cách truyền trong phạm vi 20m từ hệ thống đo

đến trạm thu RF có nối nguồn và mạng

2 6 -Quản lý tối thiểu cho 11 thiết bị đo (nâng cao: phương án mở rộng số thiết bị

với khoảng cách từ thiết bị đến trạm tiếp nhận có thể lên tới 100m)

2 7 - Phần mềm máy tính: thu thập giá trị đo từ thiết bị đo, quản lý dữ liệu, xuất

báo cáo dạng excel, giao diện theo mẫu thống nhất

2 8 -Có nút bấm bắt đầu đo; Đèn LED báo ngưỡng nhiệt độ (3 LED); Các ngưỡng

- Độ phân giải hiển thị: 0.1oC

1 2 -Nguồn pin, thời gian hoạt động của thiết bị là 4h (nâng cao: 8h) Pin có thể sạc

trực tiếp trên máy hoặc tháo ra ngoài

1 5 - Kết nối máy tính: RF Khoảng cách truyền trong phạm vi 20m từ hệ thống đo

đến trạm thu RF có nối nguồn và mạng

2 4 - Thời gian đo một mẫu : <20s (nâng cao < 5s)

2 6 -Quản lý tối thiểu cho 11 thiết bị đo (nâng cao: phương án mở rộng số thiết bị

với khoảng cách từ thiết bị đến trạm tiếp nhận có thể lên tới 100m)

2 7 - Phần mềm máy tính: thu thập giá trị đo từ thiết bị đo, quản lý dữ liệu, xuất báo

cáo dạng excel, giao diện theo mẫu thống nhất

2 8 -Có nút bấm bắt đầu đo; Đèn LED báo ngưỡng nhiệt độ (3 LED); Các ngưỡng

nhiệt độ có thể cập nhật từ máy tính

3 3 - Kích thước (dự kiến): 70x50x100 mm (kiểu trụ để dễ lắp vào các thiết bị giám

sát)

- Trọng lượng (dự kiến): <150g

- Độ phân giải hiển thị: 0.1oC

1 2 -Nguồn pin, thời gian hoạt động của thiết bị là 4h (nâng cao: 8h) Pin có thể

sạc trực tiếp trên máy hoặc tháo ra ngoài

3 3 - Kích thước (dự kiến): 70x50x100 mm (kiểu trụ để dễ lắp vào các thiết bị giám

sát)

- Trọng lượng (dự kiến): <150g

2 4 - Thời gian đo một mẫu : <20s (nâng cao < 5s)

1 5 - Kết nối máy tính: RF Khoảng cách truyền trong phạm vi 20m từ hệ thống đo

đến trạm thu RF có nối nguồn và mạng

2 6 -Quản lý tối thiểu cho 11 thiết bị đo (nâng cao: phương án mở rộng số thiết bị

với khoảng cách từ thiết bị đến trạm tiếp nhận có thể lên tới 100m)

2 7 - Phần mềm máy tính: thu thập giá trị đo từ thiết bị đo, quản lý dữ liệu, xuất

báo cáo dạng excel, giao diện theo mẫu thống nhất

2 8 -Có nút bấm bắt đầu đo; Đèn LED báo ngưỡng nhiệt độ (3 LED); Các ngưỡng

- Độ phân giải hiển thị: 0.1oC

1 2 -Nguồn pin, thời gian hoạt động của thiết bị là 4h (nâng cao: 8h) Pin có thể sạc

trực tiếp trên máy hoặc tháo ra ngoài

1 5 - Kết nối máy tính: RF Khoảng cách truyền trong phạm vi 20m từ hệ thống đo

đến trạm thu RF có nối nguồn và mạng

2 4 - Thời gian đo một mẫu : <20s (nâng cao < 5s)

2 6 -Quản lý tối thiểu cho 11 thiết bị đo (nâng cao: phương án mở rộng số thiết bị

với khoảng cách từ thiết bị đến trạm tiếp nhận có thể lên tới 100m)

2 7 - Phần mềm máy tính: thu thập giá trị đo từ thiết bị đo, quản lý dữ liệu, xuất báo

cáo dạng excel, giao diện theo mẫu thống nhất

2 8 -Có nút bấm bắt đầu đo; Đèn LED báo ngưỡng nhiệt độ (3 LED); Các ngưỡng

ƯU TIÊN 1: DẢI ĐO VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC

Nguồn cấp 4-20Vdc Tùy người thiết

kế Tùy người thiết kế 3-5.5Vdc Dòng tiêu

thụ Max 10mA Tùy người thiết kế Tùy người thiết kế Max 10mA Phương

thức đọc

giá trị

Nguồn cấp 4-20Vdc Tùy người thiết

kế Tùy người thiết kế 3-5.5Vdc Dòng tiêu

thụ Max 10mA Tùy người thiết kế Tùy người thiết kế Max 10mA Phương

thức đọc

giá trị

ƯU TIÊN 1: DẢI ĐO VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC

• Tuy nhiên, việc lựa chọn cảm biến cũng liên quan đến các vấn đề khác:

Do làm việc trong môi trường nhiệt độ cao nên cảm biến cần bền và cần đảm bảo mạch xử lý tín hiệu đo luôn hoạt động ổn định

Cần cách ly mạch xử lý tín hiệu đo với đối tượng cần

đo  Đầu đo nhiệt độ cần đặt xa mạch xử lý tín hiệu đo.

Vấn đề tiết kiệm năng lượng (do yêu cầu dùng pin).

ƯU TIÊN 1: DẢI ĐO VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC

• Phương án sử dụng LM35 và để mạch xử lý tín hiệu cách xa LM35 có khả năng sử dụng được:

Ý tưởng là đo sụt áp trên đường dây kéo dài

từ chân đọc ADC của LM35 và sau đó sẽ bù

điện áp sụt bằng OP-AMP hoặc bằng vi xử lý.

Tuy nhiên phương án này không lựa chọn vì

phải tính toán, thử nghiệm rất nhiều; việc xử lý sụt áp có thể gây tốn tài nguyên của vi xử lý

hoặc phải sử dụng thêm nhiều linh kiện

Tiêu thụ nhiều năng lượng hơn.

ƯU TIÊN 1: DẢI ĐO VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC

- Độ phân giải hiển thị: 0.1oC

1 2 -Nguồn pin, thời gian hoạt động của thiết bị là 4h (nâng cao: 8h) Pin có thể

sạc trực tiếp trên máy hoặc tháo ra ngoài

3 3 - Kích thước (dự kiến): 70x50x100 mm (kiểu trụ để dễ lắp vào các thiết bị giám

sát)

- Trọng lượng (dự kiến): <150g

2 4 - Thời gian đo một mẫu : <20s (nâng cao < 5s)

1 5 - Kết nối máy tính: RF Khoảng cách truyền trong phạm vi 20m từ hệ thống đo

đến trạm thu RF có nối nguồn và mạng

2 6 -Quản lý tối thiểu cho 11 thiết bị đo (nâng cao: phương án mở rộng số thiết bị

với khoảng cách từ thiết bị đến trạm tiếp nhận có thể lên tới 100m)

2 7 - Phần mềm máy tính: thu thập giá trị đo từ thiết bị đo, quản lý dữ liệu, xuất

báo cáo dạng excel, giao diện theo mẫu thống nhất

2 8 -Có nút bấm bắt đầu đo; Đèn LED báo ngưỡng nhiệt độ (3 LED); Các ngưỡng

- Độ phân giải hiển thị: 0.1oC

1 2 -Nguồn pin, thời gian hoạt động của thiết bị là 4h (nâng cao: 8h) Pin có thể sạc

trực tiếp trên máy hoặc tháo ra ngoài

1 5 - Kết nối máy tính: RF Khoảng cách truyền trong phạm vi 20m từ hệ thống đo

đến trạm thu RF có nối nguồn và mạng

2 4 - Thời gian đo một mẫu : <20s (nâng cao < 5s)

2 6 -Quản lý tối thiểu cho 11 thiết bị đo (nâng cao: phương án mở rộng số thiết bị

với khoảng cách từ thiết bị đến trạm tiếp nhận có thể lên tới 100m)

2 7 - Phần mềm máy tính: thu thập giá trị đo từ thiết bị đo, quản lý dữ liệu, xuất báo

cáo dạng excel, giao diện theo mẫu thống nhất

2 8 -Có nút bấm bắt đầu đo; Đèn LED báo ngưỡng nhiệt độ (3 LED); Các ngưỡng

ƯU TIÊN 1: THỜI GIAN HOẠT ĐỘNG

• Thời gian hoạt động của thiết bị liên quan đến mức tiêu thụ năng lượng của thiết bị:

Cần có bảng đánh giá sơ bộ mức tiêu thụ năng lượng của thiết bị trong các trạng thái khác nhau (active, sleep)

Cần lập lịch hoạt động của thiết bị hợp lý

Việc đánh giá mức tiêu thụ năng lượng cũng như lập lịch hoạt động cho thiết bị cần phải lựa chọn linh kiện

và lên phương án lập trình cho thiết bị.

Vấn đề này sẽ đánh giá chi tiết hơn sau khi lựa chọn linh kiện.

- Độ phân giải hiển thị: 0.1oC

1 2 -Nguồn pin, thời gian hoạt động của thiết bị là 4h (nâng cao: 8h) Pin có thể

sạc trực tiếp trên máy hoặc tháo ra ngoài

3 3 - Kích thước (dự kiến): 70x50x100 mm (kiểu trụ để dễ lắp vào các thiết bị giám

sát)

- Trọng lượng (dự kiến): <150g

2 4 - Thời gian đo một mẫu : <20s (nâng cao < 5s)

1 5 - Kết nối máy tính: RF Khoảng cách truyền trong phạm vi 20m từ hệ thống đo

đến trạm thu RF có nối nguồn và mạng

2 6 -Quản lý tối thiểu cho 11 thiết bị đo (nâng cao: phương án mở rộng số thiết bị

với khoảng cách từ thiết bị đến trạm tiếp nhận có thể lên tới 100m)

2 7 - Phần mềm máy tính: thu thập giá trị đo từ thiết bị đo, quản lý dữ liệu, xuất

báo cáo dạng excel, giao diện theo mẫu thống nhất

2 8 -Có nút bấm bắt đầu đo; Đèn LED báo ngưỡng nhiệt độ (3 LED); Các ngưỡng

- Độ phân giải hiển thị: 0.1oC

1 2 -Nguồn pin, thời gian hoạt động của thiết bị là 4h (nâng cao: 8h) Pin có thể sạc

trực tiếp trên máy hoặc tháo ra ngoài

1 5 - Kết nối máy tính: RF Khoảng cách truyền trong phạm vi 20m từ hệ thống đo

đến trạm thu RF có nối nguồn và mạng

2 4 - Thời gian đo một mẫu : <20s (nâng cao < 5s)

2 6 -Quản lý tối thiểu cho 11 thiết bị đo (nâng cao: phương án mở rộng số thiết bị

với khoảng cách từ thiết bị đến trạm tiếp nhận có thể lên tới 100m)

2 7 - Phần mềm máy tính: thu thập giá trị đo từ thiết bị đo, quản lý dữ liệu, xuất báo

cáo dạng excel, giao diện theo mẫu thống nhất

2 8 -Có nút bấm bắt đầu đo; Đèn LED báo ngưỡng nhiệt độ (3 LED); Các ngưỡng

ƯU TIÊN 1: TẬP TRUNG DỮ LIỆU TẠI 1

truyền Max 1Mbps 0.3kbps- 22kbps 600Gbps 72Mbps- 20kbps Up to 250Kbps Công suất

tiêu thụ Tx/Rx: 0.01 – 0.5 W Tx: 0.01-1.5W Rx:

0.01-0.05W

Tx: 0.5-2W Rx: 0.1-1W Rx: 0.04W Tx: 0.2W 0.06W Rx: Tx: 0.03-

ƯU TIÊN 1: TẬP TRUNG DỮ LIỆU TẠI 1

TRẠM THU

• Từ bảng trên em chọn ra 3 loại công nghệ tối

ưu với truyền thông không dây trong khoảng cách gần (<100m) và tiêu thụ năng lượng

thấp đó là: BLE, Wi-Fi, Zigbee

ƯU TIÊN 1: TẬP TRUNG DỮ LIỆU TẠI 1

TRẠM THU

• Em lựa chọn công nghệ truyền BLE cho mạng cảm biến và kiến trúc mạng Mesh được BLE

hỗ trợ.

- Độ phân giải hiển thị: 0.1oC

1 2 -Nguồn pin, thời gian hoạt động của thiết bị là 4h (nâng cao: 8h) Pin có thể

sạc trực tiếp trên máy hoặc tháo ra ngoài

3 3 - Kích thước (dự kiến): 70x50x100 mm (kiểu trụ để dễ lắp vào các thiết bị giám

sát)

- Trọng lượng (dự kiến): <150g

2 4 - Thời gian đo một mẫu : <20s (nâng cao < 5s)

1 5 - Kết nối máy tính: RF Khoảng cách truyền trong phạm vi 20m từ hệ thống đo

đến trạm thu RF có nối nguồn và mạng

2 6 -Quản lý tối thiểu cho 11 thiết bị đo (nâng cao: phương án mở rộng số thiết bị

với khoảng cách từ thiết bị đến trạm tiếp nhận có thể lên tới 100m)

2 7 - Phần mềm máy tính: thu thập giá trị đo từ thiết bị đo, quản lý dữ liệu, xuất

báo cáo dạng excel, giao diện theo mẫu thống nhất

2 8 -Có nút bấm bắt đầu đo; Đèn LED báo ngưỡng nhiệt độ (3 LED); Các ngưỡng

- Độ phân giải hiển thị: 0.1oC

1 2 -Nguồn pin, thời gian hoạt động của thiết bị là 4h (nâng cao: 8h) Pin có thể sạc

trực tiếp trên máy hoặc tháo ra ngoài

1 5 - Kết nối máy tính: RF Khoảng cách truyền trong phạm vi 20m từ hệ thống đo

đến trạm thu RF có nối nguồn và mạng

2 4 - Thời gian đo một mẫu : <20s (nâng cao < 5s)

2 6 -Quản lý tối thiểu cho 11 thiết bị đo (nâng cao: phương án mở rộng số thiết bị

với khoảng cách từ thiết bị đến trạm tiếp nhận có thể lên tới 100m)

2 7 - Phần mềm máy tính: thu thập giá trị đo từ thiết bị đo, quản lý dữ liệu, xuất báo

cáo dạng excel, giao diện theo mẫu thống nhất

2 8 -Có nút bấm bắt đầu đo; Đèn LED báo ngưỡng nhiệt độ (3 LED); Các ngưỡng

ƯU TIÊN 2: SỐ LƯỢNG SENSOR NODE

• Sau khi đã lựa chọn công nghệ truyền BLE và kiến trúc mạng cây, em đưa ra mô hình mạng

cụ thể cho 11 sensor node.

ƯU TIÊN 2: SỐ LƯỢNG SENSOR NODE

• Phần nâng cao: Ý tưởng của em là phân

cụm các sensor node, mỗi cụm sẽ có một

master node tập trung dữ liệu của cụm, sau

đó các master node sẽ tập trung dữ liệu tại

gateway và đẩy dữ liệu lên webserver quản lý.

• Mô hình mạng:

ƯU TIÊN 2: WEBSERVER QUẢN LÝ DỮ LIỆU

Priorit

1 1 - Dải đo: 25oC ÷ 150oC

- Độ chính xác: 1oC

- Độ phân giải hiển thị: 0.1oC

1 2 -Nguồn pin, thời gian hoạt động của thiết bị là 4h (nâng cao: 8h) Pin có thể sạc

trực tiếp trên máy hoặc tháo ra ngoài

3 3 - Kích thước (dự kiến): 70x50x100 mm (kiểu trụ để dễ lắp vào các thiết bị giám

sát)

- Trọng lượng (dự kiến): <150g

2 4 - Thời gian đo một mẫu : <20s (nâng cao < 5s)

1 5 - Kết nối máy tính: RF Khoảng cách truyền trong phạm vi 20m từ hệ thống đo

đến trạm thu RF có nối nguồn và mạng

2 6 -Quản lý tối thiểu cho 11 thiết bị đo (nâng cao: phương án mở rộng số thiết bị

với khoảng cách từ thiết bị đến trạm tiếp nhận có thể lên tới 100m)

2 7 - Phần mềm máy tính: thu thập giá trị đo từ thiết bị đo, quản lý dữ liệu, xuất

báo cáo dạng excel, giao diện theo mẫu thống nhất

2 8 -Có nút bấm bắt đầu đo; Đèn LED báo ngưỡng nhiệt độ (3 LED); Các ngưỡng

- Độ phân giải hiển thị: 0.1oC

1 2 -Nguồn pin, thời gian hoạt động của thiết bị là 4h (nâng cao: 8h) Pin có thể sạc

trực tiếp trên máy hoặc tháo ra ngoài

1 5 - Kết nối máy tính: RF Khoảng cách truyền trong phạm vi 20m từ hệ thống đo

đến trạm thu RF có nối nguồn và mạng

2 4 - Thời gian đo một mẫu : <20s (nâng cao < 5s)

2 6 -Quản lý tối thiểu cho 11 thiết bị đo (nâng cao: phương án mở rộng số thiết bị

với khoảng cách từ thiết bị đến trạm tiếp nhận có thể lên tới 100m)

2 7 - Phần mềm máy tính: thu thập giá trị đo từ thiết bị đo, quản lý dữ liệu, xuất báo

cáo dạng excel, giao diện theo mẫu thống nhất

2 8 -Có nút bấm bắt đầu đo; Đèn LED báo ngưỡng nhiệt độ (3 LED); Các ngưỡng

nhiệt độ có thể cập nhật từ máy tính

3 3 - Kích thước (dự kiến): 70x50x100 mm (kiểu trụ để dễ lắp vào các thiết bị giám

sát)

- Trọng lượng (dự kiến): <150g

ƯU TIÊN 2: WEBSERVER QUẢN LÝ DỮ LIỆU

• Phần mềm hỗ trợ quản lý dữ liệu:

Thingsboard

Thu thập và quản lý dữ liệu.

Cho phép xuất file báo cáo dạng excel.

ƯU TIÊN 2: CHỨC NĂNG CỦA SENSOR

- Độ phân giải hiển thị: 0.1oC

1 2 -Nguồn pin, thời gian hoạt động của thiết bị là 4h (nâng cao: 8h) Pin có

thể sạc trực tiếp trên máy hoặc tháo ra ngoài

3 3 - Kích thước (dự kiến): 70x50x100 mm (kiểu trụ để dễ lắp vào các thiết bị

giám sát)

- Trọng lượng (dự kiến): <150g

2 4 - Thời gian đo một mẫu : <20s (nâng cao < 5s)

1 5 - Kết nối máy tính: RF Khoảng cách truyền trong phạm vi 20m từ hệ thống

đo đến trạm thu RF có nối nguồn và mạng

2 6 -Quản lý tối thiểu cho 11 thiết bị đo (nâng cao: phương án mở rộng số

thiết bị với khoảng cách từ thiết bị đến trạm tiếp nhận có thể lên tới 100m)

2 7 - Phần mềm máy tính: thu thập giá trị đo từ thiết bị đo, quản lý dữ liệu,

xuất báo cáo dạng excel, giao diện theo mẫu thống nhất

2 8 -Có nút bấm bắt đầu đo; Đèn LED báo ngưỡng nhiệt độ (3 LED); Các

ngưỡng nhiệt độ có thể cập nhật từ máy tính

 3 9 -OTA (nâng cao)

Priorit

1 1 - Dải đo: 25oC ÷ 150oC

- Độ chính xác: 1oC

- Độ phân giải hiển thị: 0.1oC

1 2 -Nguồn pin, thời gian hoạt động của thiết bị là 4h (nâng cao: 8h) Pin có thể sạc

trực tiếp trên máy hoặc tháo ra ngoài

1 5 - Kết nối máy tính: RF Khoảng cách truyền trong phạm vi 20m từ hệ thống đo

đến trạm thu RF có nối nguồn và mạng

2 4 - Thời gian đo một mẫu : <20s (nâng cao < 5s)

2 6 -Quản lý tối thiểu cho 11 thiết bị đo (nâng cao: phương án mở rộng số thiết bị

với khoảng cách từ thiết bị đến trạm tiếp nhận có thể lên tới 100m)

2 7 - Phần mềm máy tính: thu thập giá trị đo từ thiết bị đo, quản lý dữ liệu, xuất báo

cáo dạng excel, giao diện theo mẫu thống nhất

2 8 -Có nút bấm bắt đầu đo; Đèn LED báo ngưỡng nhiệt độ (3 LED); Các ngưỡng

nhiệt độ có thể cập nhật từ máy tính

3 3 - Kích thước (dự kiến): 70x50x100 mm (kiểu trụ để dễ lắp vào các thiết bị giám

sát)

- Trọng lượng (dự kiến): <150g

Có 3 led cảnh báo 3 ngưỡng nhiệt độ

Các ngưỡng nhiệt độ có thể cập nhật từ máy tính

Thời gian đo một mẫu đảm bảo nhỏ hơn 20s

Thời gian đo một mẫu sẽ được cài đặt để đảm bảo

thời lượng hoạt động của thiết bị ít nhất 4h Các led

cảnh báo sẽ được thiết kế tại khối cảnh báo của sensor node.

1 PHÂN TÍCH CÁC YÊU CẦU

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG SENSOR NODE

• Nhiệm vụ của sensor node:

Đo nhiệt độ đầu máy.

Đo dung lượng pin của node.

Hiển thị nhiệt độ và phần trăm pin của node.

Cảnh báo vượt ngưỡng nhiệt độ.

Cảnh báo pin thấp.

Gửi dữ liệu nhiệt độ và dung lượng pin về Gateway.

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG SENSOR NODE

C

C

C C

Khối hiển thị

Đường nguồn Đường tín hiệu