hệ thống xác định vị trí nguồn phát sóng rf dựa trên cường độ sóng rssi

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ NGUỒN PHÁT SÓNG RF DỰA TRÊN CƢỜNG ĐỘ SÓNG RSSI Sinh viên thực hiện: Trần Học Đoan MSSV: 1110914 Lớp: Kỹ thuật Điện tử Truyền thông K37 Huỳnh Hoàng Đông MSSV: 1110915 Lớp: Kỹ thuật Điện tử Truyền thông K37 Giảng viên hƣớng dẫn: TS Lƣơng Vinh Quốc Danh Cần Thơ, tháng – 2015 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Luận văn đƣợc thực bởi: Họ tên SV: Trần Học Đoan, MSSV: 1110914, Lớp: Kỹ thuật Điện tử Truyền thông K37 Họ tên SV: Huỳnh Hoàng Đông, MSSV: 1110915, Lớp: Kỹ thuật Điện tử Truyền thông K37 Đề tài: HỆ THỐNG XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ NGUỒN PHÁT SÓNG RF DỰA TRÊN CƢỜNG ĐỘ SÓNG RSSI Luận văn nộp báo cáo Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn tốt nghiệp Đại học ngành Điện tử Viễn thông/ Kỹ thuật Máy tính, Bộ môn Điện tử Viễn thông vào ngày 19 tháng 05 năm 2015 (Quyết định thành lập Hội đồng số: 133/QĐCN ngày 24 tháng năm 2015 Trƣởng Khoa Công Nghệ) Kết đánh giá: B+ Chữ ký thành viên Hội đồng: Thành viên hội đồng 1: TS Lƣơng Vinh Quốc Danh Ký tên: Thành viên hội đồng 2: ThS Trần Hữu Danh Ký tên: Thành viên hội đồng 3: ThS Trƣơng Phong Tuyên Ký tên: SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN  CẦN THƠ, NGÀY … THÁNG … NĂM 2015 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN  CẦN THƠ, NGÀY … THÁNG … NĂM 2015 CÁN BỘ PHẢN BIỆN SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN  CẦN THƠ, NGÀY … THÁNG … NĂM 2015 CÁN BỘ PHẢN BIỆN SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh LỜI CAM ĐOAN Đề tài xác định vị trí nguồn phát có tính chất tƣơng tự đƣợc nhiều tác giả nƣớc thực Trong trình tìm hiểu nhóm nhận thấy đề tài xác định vị trí nguồn phát tần số 169MHz chƣa đƣợc tìm hiểu Việt Nam Vì thế, nhóm xin cam đoan đề tài ―Hệ thống xác định vị trí nguồn phát sóng RF dựa cƣờng độ sóng RSSI‖ công trình nghiên cứu nhóm dựa tự tìm hiểu tham khảo nguồn tài liệu khác nhau, hoàn toàn trung thực không chép kết nghiên cứu trƣớc Nếu không thật nhóm xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Cần Thơ, ngày tháng năm 2015 Nhóm thực đề tài SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh LỜI CẢM ƠN Lời nói đầu tiên, nhóm tác giả xin chân thành cám ơn thầy Lƣơng Vinh Quốc Danh, trƣởng Bộ môn Điện tử Viễn thông, Khoa Công Nghệ, Trƣờng Đại Học Cần Thơ, hƣớng dẫn tận tình cho nhiều lời khuyên quý báu trình nhóm thực đề tài ―Hệ thống xác định vị trí nguồn phát sóng RF dựa cƣờng độ sóng RSSI‖ Thầy ngƣời cung cấp tài liệu tham khảo cần thiết đề nhƣ điều chỉnh hƣớng cho nhóm Bên cạnh đó, nhóm thực xin cám ơn thầy, cô Bộ môn Điện tử Viễn thông đóng góp nhiều ý kiến quý báu trình nhóm thực đề tài Nhóm thực xin gửi lời cám ơn đến anh Nguyễn Đức Hậu, Nguyễn Duy Minh, Nguyễn Hữu Tuấn giúp đỡ nhóm tìm hiểu Module RF CC1120, giúp cho trình tìm hiểu rút ngắn nhiều thời gian Nhóm thực xin gửi lời cám ơn đến anh Trần Thanh Tú, Lê Tiến Dũng giúp đỡ nhóm trình tìm hiểu điều khiển máy bay Quadcopter Cuối cùng, nhóm xin chân thành cám ơn gia đình lo lắng ủng hộ mặt tinh thần vật chất Xin gửi lời cám ơn tất bạn bè ủng hộ, giúp đỡ, tạo động lực tinh thần lớn để nhóm vƣợt qua khó khăn hoàn thành đề tài Cần Thơ, ngày tháng năm 2015 Nhóm thực đề tài SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH 10 DANH MỤC BẢNG 12 KÍ HIỆU VIẾT TẮT 13 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU .1 1.4 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI THỰC HIỆN 1.4.1 Mục tiêu .1 1.4.2 Phạm vi thực CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ĐỊNH HƢỚNG THỰC HIỆN 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.1 Anten Yagi 2.1.2 Kỹ thuật RSSI 2.1.3 Định vị GPS .5 2.1.4 Bộ Lọc Feedback filter 2.1.5 Mô hình Free Space .6 2.1.6 Mô hình Two – Ray 2.1.7 Mô hình Peréz – Vega Zamanillo .7 2.1.8 Quan hệ cƣờng độ tín hiệu khoảng cách 2.1.9 Thuật toán xác định vị trí dựa vào khoảng cách, vị trí hƣớng 2.2 ĐỊNH HƢỚNG THỰC HIỆN CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 11 3.1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH 11 3.2 MODULE THU PHÁT RF CC1120 .11 3.2.1 Giới thiệu chip CC1120 11 3.2.2 Cách đọc giá trị RSSI 14 3.3 MODULE NAZA GPS/COMPASS 14 3.4 THIẾT KẾ BOARD GIAO TIẾP 15 3.4.1 Giới thiệu MCU MSP430G2553 .15 3.4.2 Giới thiệu chuẩn giao tiếp MSP430G2553 .16 SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh 3.4.3 Board giao tiếp sử dụng MSP430G2553 18 3.5 ANTEN YAGI ĐỊNH HƢỚNG 22 3.6 MÁY BAY MÔ HÌNH QUADCOPTER NAZA M LITE 25 3.7 NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM 26 3.7.1 Sơ đồ khối lƣu đồ giải thuật trạm phát 26 3.7.2 Sơ đồ khối lƣu đồ giải thuật hệ thống máy bay 28 3.7.3 Sơ đồ khối lƣu đồ giải thuật trạm mặt đất 30 3.8 PHẦN MỀM HIỂN THỊ THÔNG TIN 32 CHƢƠNG 4: ĐỊNH VỊ TRÍ SỬ DỤNG RSSI 35 4.1 KHẢO XÁC GIÁ TRỊ RSSI TỪ MODULE CC1120 35 4.1.1 Mô hình khảo sát .35 4.1.2 Phƣơng thức khảo sát 35 4.1.3 Xác định thông số .37 4.2 VẤN ĐỀ KHẢO SÁT .37 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI .39 5.1 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 39 5.1.1 Mô hình không vật cản 40 5.1.2 Mô hình nhà thấp .41 5.1.3 Mô hình nhà cao 42 5.2 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI 44 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .45 6.1 KẾT LUẬN 45 6.2 ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 45 PHỤ LỤC 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh DANH MỤC HÌNH Hình 2.1- 1: Cấu tạo anten Yagi Hình 2.1- 2: Búp sóng anten Yagi Hình 2.1- 3: Mô hình truyền sóng không gian Hình 2.1- 4: Hệ thống GPS Hình 2.1- 5: Mô hình truyền sóng Free Space Hình 2.1- 6: Mô hình truyền sóng Two – Ray .7 Hình 3.1- 1: Mô hình xác định trạm phát 11 Hình 3.2- 1: Sơ đồ chân chip CC1120 12 Hình 3.2- 2: Kit CC1120 Evaluation Module 169MHz 13 Hình 3.2- 3: Giao diện phần mềm SmartRF Studio .13 Hình 3.3- 1: Module Naza GPS/Compass 14 Hình 3.4- 1: MSP430G2553 .15 Hình 3.4- 2: Cấu trúc gói tin UART 16 Hình 3.4- 3: Sơ đồ kết nối giao tiếp SPI 18 Hình 3.4- 4: Sơ đồ khối board giao tiếp 18 Hình 3.4- 5: Khối nạp data cho board .19 Hình 3.4- 6: Khối cấp nguồn .19 Hình 3.4- 7: Khối phát tần số 169Mhz 20 Hình 3.4- 8: Board giao tiếp trạm mặt đất thiết kế hoàn chỉnh 20 Hình 3.4- 9: Hình ảnh thực tế trạm phát trạm thu mặt đất 21 Hình 3.4- 10: Khối nhận GPS 21 Hình 3.4- 11: Board giao tiếp trạm máy bay thiết kế hoàn chỉnh .22 Hình 3.4- 12: Hình ảnh thực tế trạm máy bay 22 Hình 3.5- 1: Anten Yagi 23 Hình 3.5- 2: Bộ thu tín hiệu Terratec 23 Hình 3.5- 3: Giao diện phần mềm SDRSharp chƣa nhận đƣợc tín hiệu .24 Hình 3.5- 4: Giao diện phần mềm SDRSharp nhận đƣợc tín hiệu .25 Hình 3.6- 1: Máy bay Quadcopter 26 Hình 3.7- 1: Sơ đồ khối hệ thống trạm phát .26 Hình 3.7- 2: Lƣu đồ giải thuật hệ thống trạm phát .27 Hình 3.7- 3: Sơ đồ khối hệ thống đặt máy bay Quadcopter 28 Hình 3.7- 4: Lƣu đồ giải thuật hệ thống đặt máy bay Quadcopter 29 Hình 3.7- 5: Sơ đồ khối hệ thống đặt mặt đất 30 Hình 3.7- 6: Lƣu đồ giải thuật hệ thống đặt mặt đất .31 Hình 3.8- 1: Giao diện phần mềm hiển thị đồ số .32 Hình 3.8- 2: Cửa sổ hiển thị liệu phần mềm 33 Hình 4.1- 1: Kết đo đạc Khoa Công Nghệ 35 Hình 4.1- 2: Kết đo đạc mặt đất KTX Cà Mau 36 Hình 4.1- 3: Kết đo đạc cao KTX Cà Mau 36 Hình 4.1- 4: So sánh giá trị tổn hao so với thực tế 37 Hình 4.2- 1: Độ suy hao sóng vô tuyến theo khoảng cách 38 SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Luận văn tốt nghiệp - CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh Hiển thị vị trí trạm phát, trạm thu, máy bay Quadcopter lên đồ số Cửa số hiển thị giá trị phần mềm: Lựa chọn cổng COM Kết nối với cổng COM Hiển thị vĩ độ, kinh độ độ cao trạm thu Hiển thị vĩ độ, kinh độ độ cao máy bay Quadcopter Hƣớng trạm phát so với trạm thu (Bắc: độ) Kiểu môi trƣờng xung quanh Giá trị RSSI thu đƣợc Click vào để bắt đầu nhận giá trị RSSI Click vào để tính khoảng cách vị trí trạm phát Hiển thị khoảng cách, vĩ độ, kinh độ trạm phát Xóa để thực lại từ đầu Hình 3.8- 2: Cửa sổ hiển thị liệu phần mềm Giải thích nguyên lý hoạt động phần mềm: Khi phần mềm hoạt động, phần mềm tải đồ số Google hiển thị lên hình đợi kết nối với cổng COM ngƣời dùng lựa chọn Sau kết nối thành công, phần mềm liên tục đọc liệu từ cổng COM Dữ liệu đọc từ cổng COM có dạng nhƣ Bảng 3.7-3 SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Trang 33 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh Vì sử dụng GPS nên phần mềm không tự động nhận dạng đƣợc vĩ độ, kinh độ độ cao máy bay trạm thu Vì thế, phần mềm bắt đầu hoạt động, giá trị vĩ độ, kinh độ, độ cao đƣợc gán vào vị trí trạm thu hiển thị lên đồ số Sau thu đƣợc vị trí trạm thu, ta click vào chữ ―Vị trí Quad‖ phần mềm chuyển sang nhận vị trí máy bay Quadcopter Giá trị RSSI giá trị cƣờng độ sóng thu đƣợc từ trạm phát Hƣớng hƣớng trạm phát so với trạm thu SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Trang 34 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh CHƢƠNG 4: ĐỊNH VỊ TRÍ SỬ DỤNG RSSI 4.1 KHẢO XÁC GIÁ TRỊ RSSI TỪ MODULE CC1120 4.1.1 Mô hình khảo sát Nhƣ trình bày Chƣơng 1, có nhiều mô hình khảo sát nhƣ Free Space, Two Ray, Perez-Vega Zamanillo Phải chọn mô hình cho kết gần với thực tế để tiến hành khảo sát, nhằm làm giảm sai số hệ thống Nhóm tiến hành khảo sát mặt đất cách cho trạm thu đặt cố định, trạm phát 30 giây lại di chuyển 1m đến vị trí tiếp tục không nhận đƣợc tín hiệu Kết đo đƣợc nhƣ hình: Kết đo đạc Sảnh Khoa Công NghệKhoảng cách (m) 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 325 350 375 400 425 -20 -40 RSSI (dBm) -60 -80 -100 Giá trị RSSI thực tế Free Space (v = 2.5) Two Ray Pérez-Vega Hình 4.1- 1: Kết đo đạc Khoa Công Nghệ Từ hình: ta thấy rằng, mô hình Free Space thich hợp cho giá trị gần với giá trị thực tế Vì vậy, nhóm chọn mô hình Free Space mô hình khảo sát 4.1.2 Phƣơng thức khảo sát Sau lựa chọn mô hình khảo sát, nhóm tiến hành xác định phƣơng thức khảo sát Có hai cách để khảo sát đặt trạm thu mặt đất đặt trạm thu cao Trạm thu mặt đất có ƣu điểm hệ thống đơn giản tất hệ thống hoàn mặt đất, dễ lắp đặt Tuy nhiên, khoảng cách xác định không đƣợc lớn, giá trị RSSI trả biến động mạnh fading môi trƣờng lớn có nhiều vật cản Trạm thu cao khắc phục nhƣợc điểm trạm thu đặt mặt đất, lúc vật cản đƣợc loại bỏ đáng để, đạt đến độ cao thích hợp loại bỏ đƣợc gần nhƣ hoàn toàn vật cản (LOS), giúp cho giá trị RSSI nhận đƣợc tốt nhiều SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Trang 35 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh khoảng cách xác định xa so với trạm thu mặt đất Tuy nhiên có bất lợi nhỏ làm để đƣa trạm thu lên cao, lợi dụng tòa nhà cao để đặt trạm thu Sẽ bất lợi cần tiến hành đo mà xung quanh tòa nhà nào, giải pháp đƣợc đƣa sử dụng máy bay Quadcopter để đƣa trạm thu lên độ cao mong muốn Bằng biện pháp khảo sát nơi mong muốn Chúng ta nên cân nhắc thời lƣợng bay Quadcopter để tiến hành đo hiệu Kết khảo sát Hình 4.1-2 Hình 4.1-3 chứng minh đƣợc phƣơng pháp đặt trạm thu cho kết tốt đặt trạm thu mặt đất Kết đo đạc mặt đất KTX Cà Mau Khoảng cách (m) -20 105 113 121 133 141 149 157 165 173 181 189 197 205 213 221 229 237 245 253 261 269 277 285 293 301 -40 RSSI (dBm) -60 -80 -100 -120 Giá trị RSSI thực tế Free Space (v = 2.3) Two Ray Pérez-Vega Hình 4.1- 2: Kết đo đạc mặt đất KTX Cà Mau Kết đo đạc cao KTX Cà Mau Khoảng cách (m) -10 105 119 133 147 161 175 189 203 217 231 245 259 273 287 301 315 329 343 357 371 387 401 415 429 443 -20 -30 RSSI (dBm) -40 -50 -60 -70 -80 -90 Giá trị RSSI thực tế Free Space (v = 2.3) Two Ray Pérez-Vega Hình 4.1- 3: Kết đo đạc cao KTX Cà Mau Vì vậy, nhóm chọn phƣơng pháp đặt trạm thu cao để tiến hành khảo sát SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Trang 36 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh 4.1.3 Xác định thông số 4.1.3.1 Chuẩn tổn hao RSSId0 Để áp dụng công thức theo mô hình Free Space phải xác định chuẩn tổn hao RSSId0, phải chọn chuẩn tổn hao thích hợp để tính toán cho kết hợp lý Ba chuẩn RSSId0 đƣợc khảo sát 10m, 20m, 50m Dựa vào giá trị RSSI đo đƣợc chuẩn công thức (10e) ta suy đƣợc hệ số môi trƣờng n phù hợp biến động Hình 4.1-4 cho thấy chuẩn RSSI10m phù hợp 800 700 600 500 So sánh sai số ngưỡng d0 Khoảng cách thực tế Khoảng cách tính toán (d0 = 10m) Khoảng cách tính toán (d0 = 20m) Khoảng cách tính toán (d0 = 50m) Khoảng cách (m) 400 300 200 100 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 106 113 120 127 134 141 148 155 162 169 Vị trí Hình 4.1- 4: So sánh giá trị tổn hao so với thực tế 4.1.3.2 Hệ số ôi trường Hệ môi trƣờng n đóng vai trò quan trọng độ xác việc xác định vị trí nguồn phát, hệ số n đƣợc lựa chọn không phù hợp với môi trƣờng khảo sát, dẫn đến sai số lớn Qua thực nghiệm có bốn môi trƣờng tiêu biểu Bảng 4.1-1 cho thấy hệ số môi trƣờng đặc trƣng cho môi trƣờng Bảng 4.1- 1: Hệ số môi trƣờng Môi trƣờng Hệ số môi trƣờng Không vật cản 2.00 Nhà thấp 2.35 Nhà cao 2.70 4.2 VẤN ĐỀ KHẢO SÁT Do mang tính khảo sát nên hệ thống trạm phát đƣợc đặt trƣớc công suất phát để trình tính toán đo đạc dễ dàng Nhƣng thực tế, ta đƣợc công suất phát, khiến cho toán ẩn số khoảng cách, lại có thêm ẩn số công suất phát Công suất phát (Pt) = Công suất nhận (Pr) + Suy hao (L) Nếu có Pt ta dễ dàng tìm đƣợc L tính toán đƣợc khoảng cách (d) L hàm số quan hệ với d, tần số cao L lớn, nhƣng suy hao L đƣờng cong có dạng không đổi, thay đổi độ lớn SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Trang 37 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh Suy hao theo khoảng cách 70 60 50 Suy hao 40 (dB) 30 20 10 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 127 136 145 154 163 172 181 190 199 Khoảng cách (m) Hình 4.2- 1: Độ suy hao sóng vô tuyến theo khoảng cách Nếu ta đƣợc Pt tìm L, không tìm đƣợc d Để giải vấn đề này, nhóm tìm giải pháp, ta nhận thấy thiết bị thị trƣờng đƣợc nhà sản xuất cung cấp công suất phát, ví dụ nhƣ đàm (xem công suất phát phần phụ lục) Vì vậy, ta ƣớc lƣợng đƣợc công suất phát khoảng giá trị biết Biện pháp hay nhiều thời gian tùy thuộc vào khả ƣớc lƣợng ngƣời kiểm tra Tuy chƣa có tính thuyết phục cao nhƣng giải đƣợc phần vấn đề Hiện nay, giới ngƣời ta áp dụng phƣơng pháp DRSSI [14] để loại bỏ phụ thuộc công suất phát, nhiên phƣơng pháp sử dụng chênh lệch công suất nhận trạm thu đặt máy bay UAV thời điểm, cặp UAV xác định thông số DRSSI để tạo đƣờng tròn có đƣờng kính khoảng cách từ trạm thu đến trạm phát, nhiều cặp UAV tạo nhiều đƣờng tròn Các đƣờng tròn giao với để xác định vị trí nguồn phát xác Phƣơng pháp tốn nhiều chi phí, nhóm thực đề tài xin chọn phần khảo sát sử dụng máy bay quadcopter với công suất biết để chứng minh nguyên lý sử dụng giá trị RSSI để xác định vị trí nguồn phát khả thi Hình 4.2- 2: Sử dụng phƣơng pháp DRSSI để xác định nguồn phát SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Trang 38 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI 5.1 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Một số hình ảnh thực tế hệ thống: Hình 5.1- 1: Trạm phát Hình 5.1- 2: Anten Yagi kết nối với máy tính SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Trang 39 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh Hình 5.1- 3: Trạm thu đặt máy bay Quadcopter 5.1.1 Mô hình không vật cản Môi trƣờng đƣợc khảo sát nơi thoáng, dƣờng nhƣ cối hay nhà cửa cản chở truyền sóng Nhìn chung, mô hình không vật cảng khó áp dụng thành phố mật đồ nhà cao Mô hình phù hợp với khu vực nông thôn Hình 5.1- 4: Các điểm khảo sát mô hình không vật cản Các giá trị tính toán thực tế đƣợc thể Bảng 5.1-1 với độ sai số khảo sát lớn 6.4% Bảng 5.1- 1: Sai số tính toán so với thực tế mô hình không vật cản Vị trí Tính toán 219.4m 301.8m 267.9m Thực tế 220m 310m 285m Sai số 0.6m (0.5%) 8.2m (3%) 17.1m (6.4%) SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Trang 40 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh Mô hình không vật cản 350 300 250 Khoảng cách (m) 200 150 100 50 Vị trí Tính toán Thực tế Hình 5.1- 5: Chênh lệch tính toán thực tế mô hình không vật cản 5.1.2 Mô hình nhà thấp Mô hình mật độ nhà thấp phù hợp thành phố, đặc biệt thành phố phát triển nhƣ thành phố Cần Thơ, số lƣợng nhà dày đặc nhƣng độ cao tƣơng đối, nhà cao tầng Hình 5.1- 6: Các điểm khảo sát mô hình nhà thấp SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Trang 41 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh Hình 5.1- 7: Hình ảnh thực tế mô hình nhà thấp Bảng 5.1- 2: Sai số tính toán so với thực tế mô hình nhà thấp Vị trí Tính toán 337.8m 393.6m 192.6m Thực tế 320m 410m 200m Sai số 17.8m (5.1%) 16.4m (4.2%) 7.4m (4%) Mô hình nhà thấp 430 380 330 Khoảng cách (m) 280 230 180 Vị trí Tính toán Thực tế Hình 5.1- 8: Sự chênh lệch tính toán thực tế mô hình nhà thấp 5.1.3 Mô hình nhà cao Mô hình mật độ thấp thích hợp cho trạm phát đƣợc đặt điểm có nhà cao tầng SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Trang 42 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh Hình 5.1- 9: Các điểm khảo sát mô hình mật độ thấp Hình 5.1- 10: Hình ảnh thực tế mô hình nhà cao Bảng 5.1- 3: Sai số tính toán so với thực tế mô hình nhà cao Vị trí Tính toán 220.1m 242.9m 200m Thực tế 198m 257m 220m Sai số 22.1m (10.4%) 14.1m (5.5%) 20m (10%) SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Trang 43 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh Mô hình nhà cao 300 250 200 Khoảng cách (m) 150 100 50 Vị trí Tính toán Thực tế Hình 5.1- 11: Sự chênh lệch tính toán thực tế mô hình nhà cao 5.2 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI - Giá trị RSSI nhận đƣợc không ổn định, bị ảnh hƣởng nhiều yếu tố bên : môi trƣờng, nhiệt độ, độ ẩm… Điều làm cho kết nhận đƣợc bị sai số lớn Bên cạnh đó, việc xác định khoảng cách phụ thuộc vào công suất phát, hạn chế lớn đề tài - Các thông số kỹ thuật module CC1120 hạn chế nên khoảng cách truyền nhận chƣa đƣợc xa - Thời lƣợng pin đáp ứng đƣợc cho máy bay thời gian tƣơng đối ngắn khoảng 15 phút nên thời gian khảo sát gặp nhiều khó khăn Bên cạnh, việc điều khiển máy bay từ xa bị ảnh hƣởng nhiều sóng Wi-Fi SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Trang 44 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 6.1 KẾT LUẬN Sau khảo xác tìm phƣơng thức để tối ƣu hệ thống nhằm đạt đƣợc độ xác cao nhất, sai số đạt đƣợc khoảng 10%, phạm vi tối đa hệ thống xác định lớn 500m nhỏ tùy vào môi trƣờng cụ thể, xác định vị trí nguồn phát cách tƣơng đối Nhóm xây dựng đƣợc hệ thống xác định vị trí nguồn phát sóng RF dựa cƣờng độ sóng RSSI Kết đƣợc hiển thị phần mềm thuận tiện để theo dõi RSSI phƣơng pháp hay việc xác định vị trí, nhiên lại chịu ảnh hƣởng nhiều yếu tố môi trƣờng nhƣ fading, thời tiết, thiết bị.v.v Là nguyên nhân gây nên sai số lớn cho hệ thống Hệ thống xác định vị trí nguồn phát sóng RF dựa cƣờng độ sóng RSSI phần hạn chế đƣợc nhƣợc điểm 6.2 ĐỊNH HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Đề tài hoàn thiện mức bản, hƣớng xác định chƣa có xác gây sai số hệ thống, cần phải sử dụng anten có định hƣớng tốt Cần tăng thời lƣợng bay máy bay để khảo sát thời gian dài nhiều điểm Định hƣớng phát triển đề tài: - Tối ƣu thông số hệ thống, đặc biệt sử dụng loại lọc hiệu để giảm sai số hệ thống, Phát triển hệ thống để khảo sát nhiều tần số, không 169Mhz nhƣ Tìm giải pháp để hạn chế phụ thuộc vào công suất phát việc xác định vị trí trạm phát SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Trang 45 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh PHỤ LỤC Nhóm có tìm hiểu công suất số đàm thông dụng đƣợc liệt kê Bảng 7-1 Bảng 7- 1: Công suất số đàm Bộ đàm Công suất (W) Kenwood TK2107 Kenwood TK3107 Kenwood TK361 Icom V8 Icom V82 Icom G80 Icom F24 Icom F4002 Icom F14 Icom F3003 Motorola GP328 Motorola CP1100 Motorola CP1300 Motorola CP1660 5.5 5.7 5 5 5 5 SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Công suất (dBm) 37 36 38.5 37.4 37.56 37 36 37 37 37 37 37 37 37 Tần số 136-174 MHz 400-470 MHz 440-470 MHz 136-174 MHz 136-174 MHz 136-174 MHz 400-470 MHz 400-470 MHz 136-174 MHz 136-174 MHz VHF VHF VHF VHF Trang 46 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Purnima K Sharma, Comparative Analysis of Propagation Path loss Models with Field Measured Data, Vol 2, 2010 [2] Constantine A Balanis, Antenna Theory - Analysis and Design_3rd Edition, Chapter 1-5, 2005 [3] Nguyễn Đức Hậu, Nguyễn Duy Minh, Nguyễn Hữu Tuấn, Kỹ thuật x c ịnh vị trí dựa cường ộ sóng vô tuyến, 2014 [4] P Mohana Shankar, Introduction to Wireless Systems, Chapter [5] Christoph Sommer, Falko Dressler, Using the Right Two-Ray Model A Measurement-based Evaluation of PHY Models in VANETs [6] Constantino Pérez-Vega and José M Zamanillo, Path-Loss Model for Broadcasting Applications and Outdoor Communication Systemsin the VHF and UHF Bands, Vol 48, 2002 [7] http://www.movable-type.co.uk/ [8] CC112X RSSI and CS Response Time (http://www.ti.com/lit/an/swra413/swra413.pdf) [9] Trần Thanh Tú, Lê Tiến Dũng, Thiết kế hệ thống lái tự ộng cho quadcopter ứng dụng nông nghiệp xác, 2014 [10] MSP430x2xx Family User's Guide (http://www.ti.com/lit/ug/slau144j/slau144j.pdf) [11] http://www.ocfreaks.com/uart-tutorial-basics/ [12] https://learn.sparkfun.com/tutorials/serial-peripheral-interface-spi [13] GMap.NET Tutorial (http://www.websofia.com/2013/02/gmap-net-tutorialmaps-markers-and-polygons/) [14] Seyyed M Mehdi Dehghan, Hadi Moradi, Optimal Path Planning for DRSSI based Localization of an RF Source by Multiple UAVs, 2014 SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Trang 47 [...]... kiểm tra trên diện rộng Để khắc phục vấn đề này, một hệ thống xác định vị trí nguồn phát để hạn chế những khuyết điểm trên là cần thiết, vì vậy nhóm thực hiện đề tài Xác định vị trí nguồn phát sóng RF dựa trên cƣờng độ sóng RSSI là một hệ thống có thể xác định vị trí của trạm phát với sai số chấp nhận, giá thành phù hợp, và có thể ứng dụng rộng rãi 1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ HIện nay, trên thế... Nhóm thực hiện đề tài Hệ thống xác định vị trí nguồn phát sóng RF dựa trên cƣờng độ sóng RSSI với mục tiêu có thể xác định đƣợc vị trí nguồn phát, mà cụ thể ở tần số 169MHz với độ chính xác tƣơng đối so với thiết bị chuyên dụng, góp phần tìm ra SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng Đông Trang 1 Luận văn tốt nghiệp CBHD: TS Lương Vinh Quốc Danh phƣơng pháp xác định vị trí nguồn phát sóng đơn giản, tiết kiệm... 169Mhz và thu nhận tín hiệu RSSI và một anten dùng để xác định hƣớng nguồn phát Dựa vào hƣớng và RSSI của tín hiệu ta có thể xác định đƣợc vị trí nguồn phát Trong quá trình thực hiện đã cho ra các kết quả với độ sai số khoảng 10% so với thực tế Từ khóa: RSSI, tần số 169 MHz Tiêu đề: Hệ thống xác định vị trí nguồn phát sóng RF dựa trên cƣờng độ sóng RSSI ABSTRACT The Authority of Radio Frequency Management... thể hiện mối quan hệ giữa khoảng cách và cƣờng độ RSSI : ( ) (10e) 2.1.9 Thuật toán xác định vị trí dựa vào khoảng cách, vị trí hiện tại và hƣớng Để xác định vị trí của trạm phát sóng vô tuyến, ta cần phải biết các thông số của trạm phát: vị trí của trạm thu (kinh độ, vĩ độ) , khoảng cách giữa trạm phát và trạm thu, hƣớng của trạm phát so với trạm thu Sau khi biết đƣợc các giá trị trên, ta sẽ đƣa các... Hệ thống xác định vị trí nguồn phát sóng RF dựa trên cƣờng độ sóng RSSI nhằm mục đích tìm ra phƣơng phƣơng pháp xác định vị trí nguồn phát với giá thành hợp lý cũng nhƣ có thể áp dụng rộng rãi để tiết kiệm chi phí đem lại hiệu quả kinh tế Đề tài này nhóm thực hiện ở băng tần 169Mhz, sử dụng kit CC1120 giao tiếp với MSP430G2553 hai sản phảm của hãng TI để phát tần số 169Mhz và thu nhận tín hiệu RSSI. .. văn ―Kỹ thuật xác định vị trí dựa trên cƣờng độ sóng vô tuyến‖ của nhóm sinh viên Nguyễn Đức Hậu, Nguyễn Duy Minh, Nguyễn Hữu Tuấn – Đại học Cần Thơ Tuy nhiên, đề tài này chỉ xác định vị trí trong một phạm vi nhất định Vì thế, nhóm đã kế thừa những ƣu điểm về phần cứng để phát triển đề tài có thể xác định vị trí ở môi trƣờng bên ngoài 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Vấn đề sử dụng RSSI để xác định khoảng cách... nay, trên thế giới có rất nhiều phƣơng pháp để xác định vị trí của trạm phát Những phƣơng pháp trên yêu cầu chi phí cao, phần cứng phức tạp, khó thực hiện… Bên cạnh đó, có một phƣơng pháp có thể giải quyết phần nào những đề trên, đó là phƣơng pháp xác định vị trí trạm phát sóng RF dựa trên cƣờng độ sóng RSSI Ở Việt Nam, phƣơng pháp này không đƣợc phổ biến nhƣ trên thế giới Tuy nhiên vẫn có ngƣời thực hiện,... đƣa qua mạch lọc nhằm hạn chế sai số khi tính toán Kỹ thuật định vị dựa vào giá trị RSSI tuy kết quả cho độ chính xác không cao, nhƣng đây là một kỹ thuật không quá phức tạp, chi phí thực hiện không cao, phù hợp cho mục đích nghiên cứu và xây dựng một ứng dụng xác định vị trí sóng vô tuyến cơ bản RSSI là tham số chính cho việc xác định vị trí sử dụng trong đề tài này SVTH: Trần Học Đoan, Huỳnh Hoàng... ANTEN YAGI ĐỊNH HƢỚNG Ngoài việc xác định thông số RSSI để xác định đƣợc khoảng cách thì hƣớng nguồn phát cũng là một yếu tố rất quan trọng quyết định đến độ chính xác của hệ thống Anten Yagi có tính định hƣớng tốt nên đƣợc ứng dụng để sử dụng trong đề tài này Anten Yagi đƣợc kết nối với bộ thu kỹ thuật số Terratec để hiển thị phổ tín hiệu quan sát đƣợc lên máy tính từ đó ta có thể xác định đƣợc phƣơng... [7] để suy ra kinh độ và vĩ độ của trạm phát ( ( ) ( ( ) ( ( ( ) ( ) ) ( ) ( ( ) ( ) )) )) (11) ( ) (12) Trong đó :  là vĩ độ, kinh độ của trạm phát, đơn vị radian  là vĩ độ, kinh độ của trạm thu, đơn vị radian  d là khoảng cách giữa trạm thu và trạm phát, đơn vị m  R là bán kính trái đất, có giá trị là 6371000m  Bear là hƣớng của trạm phát so với trạm thu, đơn vị radian 2.2 ĐỊNH HƢỚNG THỰC HIỆN