Thiết kế mô hình nhà thông minh ứng dụng mạng cảm biến không dây

MỤC LỤC MỤC LỤC CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan đồ án 1.1.1 Mục đích đồ án 1.1.2 Các vấn đề cần giải đồ án 1.1.3 Giải pháp giải vấn đề 1.2 Tổng quan mạng cảm biến không dây 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Node cảm biến 1.2.3 Đặc điểm cấu trúc mạng cảm biến .8 1.2.4 Ưu nhược điểm mạng cảm biến không dây .9 1.2.5 Ứng dụng mạng cảm biến không dây 1.3 Khái quát ZigBee/ IEEE 802.15.4 10 1.3.1 Khái niệm 10 1.3.2 Đặc điểm 10 1.3.3 Thuật toán định tuyến theo yêu cầu AODV 15 1.4 Tổng quan Xbee ZB24 25 1.4.1 Thông số kỹ thuật 25 1.4.2 Truyền thông Xbee 26 1.5 Tổng quan Arduino 31 CHƯƠNG 36 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 36 2.1 Một số mô hình mạng cảm biến thông minh hiện 36 2.1.1 Các mô hình mạng cảm biến hiện 36 2.1.2 Đánh giá các mô hình .37 2.1.3 Đề xuất mô hình sử dụng 38 2.2 Thiết kế nút cảm biến 43 2.2.1 Cảm biến linh kiện sử dụng .43 2.4 Thiết kế phần mềm 58 2.4.1 Phần mềm nhúng vào Arduino giao tiếp với Camera Arduino Wifi Shield .58 2.2.1 Mô tả nút thiết kế .59 2.2.3 Sơ đồ nguyên lý nút 61 2.3 Thuật toán truyền thông 63 2.3.1 Thuật toán gửi liệu nút cấu chấp hành 63 2.3.2 Thuật toán nhận liệu API 64 CHƯƠNG 65 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 65 3.1 Sản phẩm đồ án 65 3.1.1 Sản phầm phần cứng .65 3.1.2 Sản phầm phần mềm 68 3.2 Kết luận 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Cấu trúc liên kết mạng 12 Hình 1.2: Cấu trúc mạng hình 12 Hình 1.3: Cấu trúc mạng mesh 13 Hình 1.4: Cấu trúc mạng hình 14 Hình 1.5: Định dạng tuyến đường giao thức AODV 17 Hình 1.6: Quá trình chọn nốt gốc (CH) 18 Hình 1.7: Thiết lập kết nối CH nốt thành viên 19 Hình 1.8: Quá trình hình thành nhánh nhiều bậc .20 Hình 1.9: Gán địa nhóm trực tiếp .21 Hình 1.10 Gán địa nhóm qua nốt trung gian .22 Hình 1.11 Gán địa nhóm qua nốt gốc 23 Hình 1.12 Gán địa nhóm qua nốt gốc nốt trung gian 23 Hình 1.13 Hình ảnh Xbee ZB24 25 Hình 1.14 Hoạt động truyền thông RF 27 Hình 1.15 Khung truyền UART 27 Hình 1.16 Cấu trúc khung API chế độ 28 Hình 1.17 Khung API chế độ 28 Hình 1.18 Cấu trúc cụ thể khung API .29 Hình 1.19 API truyền 64 bít địa 29 Hình 1.20 API truyền 16 bít địa 30 Hình 1.21 Khung trạng thái truyền 30 Hình 1.22 Khung nhận 64 bít địa 30 Hình 1.23 Khung nhận 16 bít địa 31 Hình 1.24 Phần mềm lập trình Arduino 32 Hình 1.25 Board mạch Arduino Uno 33 Hình 1.26 Máy in 3D .33 Hình 1.27 Robot .34 Hình 1.28 Máy bay không người lái 34 Hình 1.29 Lập tình game tương tác 34 Hình 1.30 Điều khiển hiệu ứng ánh sáng 35 Hình 2.2 Mô hình mạng cảm biến giám sát nông nghiệp .37 Hình 2.3 Đề xuất mô hình hệ thống 39 Hình 2.4.Nút Sink (Số 1) 40 Hình 2.5 Nút chấp hành (Số 5) 41 Hình 2.6 Nút đánh giá lượng nút (Số 3) 42 Hình 2.7 Nguyên lý hoạt hiệu ứng Hall chưa có từ trường 43 Hình 2.8 Nguyên lý hiệu ứng Hall có từ trường đặt vào 43 Hình 2.9 IC cảm biến dòng ACS712 đóng gói .45 Hình 2.10 Ứng dụng mạch phát đỉnh 46 Hình 2.11 Cấu hình mạch bên tăng độ lợi đến 610mV/A 46 Hình 2.12 Ứng dụng mạch chốt lỗi dòng 10A 47 Hình 2.13 Mạch khuếch đại dòng .47 Hình 2.14 Cảm biến nhiệt độ DHT11 .48 Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý kết nối MCU với DHT11 48 Hình 2.16 Tín hiệu start gửi tới DHT 49 Hình 2.17 Dữ liệu bit 50 Hình 2.18 Dữ liệu bit 50 Hình 2.15 Cảm biến chuyển động KX10dp 51 Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý module cảm biến ánh sáng 52 Hình 2.17 Module cảm biến ánh sáng .53 Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý module cảm biến ánh sáng 54 Hình 2.19 Module cảm biến ánh sáng .55 Hình 2.20 Nút cấu chấp hành 59 Hình 2.21 Nút thu thập liệu 59 Hình 2.22 Nút Sink kết nối với máy tính 60 Hình 2.23 Mạch nguyên lý nút cấu chấp hành 61 Hình 2.24 Sơ đồ nguyên lý nút thu thập nhiệt độ 62 Hình 2.25 Thuật toán gửi liệu từ nút cảm biến 63 Hình 2.26 Thuật toán nhận liệu API 64 Hình 3.1 Nút Sink kết nối máy tính 65 Hình 3.3 Nút thu thập liệu 65 Hình 3.2 Nút cảm biến gắn cấu chấp hành 66 Hình 3.5 Module Xbee .66 Hình 3.6 Cảm biến khí ga 67 Hình 3.7 Cảm biến ánh sáng 67 Hình 3.8 Cảm biến chuyển động .67 Hình 3.9 Hệ thống đầy đủ 68 Hình 3.8 Phần mềm quản lý điều khiển máy tính .68 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần mạng cảm biến không dây đã trở nên rất quan trọng đời sống hàng ngày Được ứng dụng nhiều lĩnh vực khác như: Giám sát môi trường, chăm sóc sức khỏe, nhà thông minh hay điều khiển thông minh…Hiện mạng cảm biến không dây được ứng dụng rộng rãi nhất mô hình nhà thông minh dùng để giám sát an ninh, thu thập cảm biến các thông số môi trường hay học tập thói quen hoạt động các thành viên gia đình Đặc biệt có thể quản lý và điều khiển các thiết bị điện một cách thông minh nhằm giúp các thành viên gia đình có cuộc sống tiện nghi và giám sát lượng tiêu thụ của các thiết bị điện gia đình Dựa vào những yêu cầu cùng với việc được tham gian nghiên cứu phát triển hệ thống mạng cảm biến không dây dự án VLIR, em thực đề tài “Thiết kế mô hình nhà thông minh ứng dụng mạng cảm biến không dây”, với mục đích xây dựng một mô hình mạng cảm biến giám sát tiêu thụ lượng của thiết bị điện có tính thực tế cao để đưa vào thương mại Đề tài em bao gồm chương: Chương 1: Cơ sở lý thuyết Chương 2: Thiết kế hệ thống Chương 3: Kết đạt Mặc dù có nhiều cố gắng trình thực Đồ án không tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý, đóng góp thầy cô bạn để đồ án áp dụng rộng rãi vào thực tế cách thiết thực CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan đồ án 1.1.1 Mục đích đồ án Mục đích đồ án thiết kế mô hình mạng cảm biến không dây triển khai tòa nhà nhằm mục đích giám sát, theo dõi thông số mối trường nhiệt độ, độ ẩm, độ sáng… Ngoài hệ thống giám sát an ninh, đảm bảo an toàn cháy nổ, giám sát lượng điện tiêu thụ thiết bị dân dụng… giúp nâng cao chất lượng sống làm việc người sử dụng hệ thống 1.1.2 Các vấn đề cần giải đồ án Đồ án “Thiết kế mô hình nhà thông minh ứng dụng mạng cảm biến không dây” có vấn đề cần giải sau: - Lập trình nhúng với tảng Arduino - Thiết kế nút mạng cảm biến thu thập liệu điều khiển thiết bị - Sử dụng chuẩn truyền thông Zigbee/802.15.4 để gửi nhận liệu máy tính - Mạch chạy ổn định, đo thông số môi trường giám sát an ninh cách xác 1.1.3 Giải pháp giải vấn đề Các giải pháp đưa để giải toán mà đồ án đặt sau: - Thiết kế nút cảm biến bao gồm: 01 nút SINK giao tiếp máy tính, 02 nút cảm biến đơn giản thu thập thông số môi trường, 02 nút cảm biến đầy đủ bao gồm cảm biến cấu chấp hành - Thiết kế cảm biến như: cảm biến ánh sáng, cảm biến gas,… ghép nối với Arduino - Lập trình Arduino với Board mạch Arduino Uno Arduino Fio - Lập trình gửi liệu từ Arduino tới máy tính thông qua chuẩn truyền thông Zigbee/802.15.4 sử dụng Xbee ZB24 - Lập trình java máy tính xử lý liệu thu thập, hiển thị gửi lệnh bật tắt số thiết bị (đèn, quạt loa báo động) cách tự động 1.2 Tổng quan mạng cảm biến không dây 1.2.1 Khái niệm Mạng cảm biến không dây (WSN) hiểu đơn giản mạng liên kết node với kết nối sóng vô tuyến (RF connection) node mạng thường thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp… có số lượng lớn, phân bố cách hệ thống (non-topology) diện tích rộng (phạm vi hoạt động rộng), sử dụng nguôn lượng hạn chế (pin), có thời gian hoạt động lâu dài( vài tháng đến vài năm) hoạt động môi trường khắc nhiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ…) 1.2.2 Node cảm biến Một node cảm biến cấu tạo thành phần sau: vi điều khiển, sensor, phát radio Ngoài ra, có cổng kết nối máy tính - Vi điều khiển: Bao gồm CPU, nhớ ROM, RAM, phận - chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ngược lại Sensor: Chức cảm nhận giới bên ngoài, sau chuyển - liệu qua phận chuyển đổi để xử lí Bộ phát radio: Bởi node cảm biến thành phần quan trọng WSN, việc thiết kế node cảm biến cho tiết kiệm tối đa nguồn lượng vấn đề quan trọng hàng đầu 1.2.3 Đặc điểm cấu trúc mạng cảm biến Đặc điểm mạng cảm biến bao gồm số lượng lớn node cảm biến, node cảm biến có giới hạn giàng buộc tài nguyên đặc biệt lượng khắt khe Do đó, cấu trúc mạng có đặc điểm khác với mạng truyền thống Sau ta phân tích số đặc điểm bật mạng cảm biến sau: - Khả chịu lỗi Khả mở rộng Ràng buộc phần cứng Môi trường hoạt động Phương tiện truyền dẫn Cấu hình mạng cảm biến 1.2.4 Ưu nhược điểm mạng cảm biến không dây a Ưu điểm Mạng không dây không dùng cáp cho kết nối, thay vào đó, chúng sử dụng sóng radio, tương tự điện thoại không dây Ưu mạng không dây khả di động va tự do, người dùng không bị hạn chế không gian vị trị kết nối Những ưu điểm mạng không dây bao gồm: - Khả di động tự – cho phép kết nối từ đâu Không bị hạn chế không gian vị trí kết nối Dễ lắp đặt triển khai Không cần mua cáp Tiết kiệm thời gian lắp đặt cáp Dễ dàng mở rộng b Những thách thức trở ngại Để WSNs thực trở nên rộng khắp ứng dụng, số thách thức trở ngại cần phải vượt qua • • • • • • • • Chức giới hạn, bao gồm vấn đề kích thước Yếu tố nguồn cung cấp Giá thành node Yếu tố môi trường Đặc tính kênh truyền Giao thức quảng lý mạng phức tạp phân bố rải node Tiêu chuẩn quyền sở hữu Các vấn đề mở rộng 1.2.5 Ứng dụng mạng cảm biến không dây WSN bao gồm node cảm biến nhỏ gọn, thích ứng môi trường khắc nghiệt Những node cảm biến này, cảm nhận môi trường xung quanh, sau gửi thông tin thu đến trung tâm xử lí theo ứng dụng Các node liên lạc với node xung quanh nó, mà xử lí theo ứng dụng Các node liên lạc với node xug quanh nó, mà xử lí liệu trước gửi đến node khác WSN cung cấp nhiều ứng dụng hữu ích nhiều lĩnh vực sống - Ứng dụng quân an ninh thiên nhiên Ứng dụng giám sát xe cộ thông tin liên quan Ứng dụng cho việc điều khiển thiêt bị nhà - Ứng dụng tòa nhà tự động Ứng dụng trình quản lý tự động công nghiệp Ứng dụng y sinh học 1.3 Khái quát ZigBee/ IEEE 802.15.4 1.3.1 Khái niệm Cái tên ZigBee xuất phát từ cách mà ong mật truyền thông tin quan trọng với thành viên khác tổ ong Đó kiểu liên lạc “Zig-Zag” loài ong “honeyBee” Và nguyên lý ZigBee hình thành từ việc ghép hai chữ đầu với Việc công nghệ đời giải cho vấn đề thiết bị tách rời làm việc để giải vấn đề 1.3.2 Đặc điểm Đặc điểm công nghệ ZigBee tốc độ truyền tin thấp, tiêu hao lượng, chi phí thấp, giao thức mạng không dây hướng tới ứng dụng điều khiển từ xa tự động hóa Tổ chức IEEE 802.15.4 bắt đầu làm việc với chuẩn tốc độ thấp thời gian ngắn tiểu ban ZigBee tổ chức IEEE định sát nhập lấy tên ZigBee đặt cho công nghệ Mục tiêu công nghệ ZigBee nhắm tới việc truyền tin với mức tiêu hao lượng nhỏ công suất thấp cho thiết bị có thời gian sống từ vài tháng đến vài năm mà không yêu cầu cao tốc độ truyền tin Bluetooth Một điều bật ZigBee dùng mạng mắt lưới (mesh network) rộng sử dụng công nghệ Bluetooth Các thiết bị không dây sử dụng công nghệ ZigBee dễ dàng truyền tin khoảng cách 10-75m tùy thuộc môi trường truyền mức công suất phát yêu cầu với ứng dụng, Tốc độ liệu 250kbps dải tần 2.4GHz (toàn cầu), 40kbps dải tần 915MHz (Mỹ + Nhật) 20kbps dải tần 868MHz (Châu Âu) Các nhóm nghiên cứu Zigbee tổ chức IEEE làm việc để rõ toàn khối giao thức công nghệ IEEE 802.15.4 tập trung nghiên cứu vào tầng thấp giao thức (tầng vật lý tầng liên kết liệu) Zigbee thiết lập sở cho tầng cao giao thức (từ tầng mạng đến tầng ứng dụng) bảo mật, liệu, chuẩn phát triển để đảm bảo chắn khách hàng dù mua sản phẩm từ hãng sản xuất khác theo chuẩn riêng để làm việc mà không tương tác lẫn 10 • Nếu cấu hình cho DS18B20 theo 9,10,11,12 bit ta có độ xác tương ứng là: 0.5°C , 0.25°C ,0.125°C, 0.0625°C.Theo mặc định nhà sản xuất không cấu hình chế độ chuyển đổi tự cấu hình 12 bit Khi bắt đầu chuyển đổi nhiệt độ chân DQ kéo xuống mức thấp chuyển đổi xong mức cao Như ta vào tượng để xác định chuyển đổi xong nhiệt độ Như ta thấy DS18B20 có độ xác cao, áp dụng để đo thân nhiệt thể Các tập lệnh DS18B20 • READ ROM (33h) Cho phép đọc byte mã khắc laser ROM, bao gồm: bit mã định tên linh kiện (10h), 48 bit số xuất xưởng, bit kiểm tra CRC Lệnh dùng bus có cảm biến DS1820, không xảy xung đột bus tất thiết bị tớ đáp ứng • MATCH ROM (55h) Lệnh gửi với 64 bit ROM tiếp theo, cho phép điều khiển bus chọn cảm biến DS1820 cụ thể bus có nhiều cảm biến DS1820 nối vào Chỉ có DS1820 có 64 bit ROM trung khớp với chuỗi 64 bit vừa gửi tới đáp ứng lại lệnh nhớ Còn cảm biến DS1820 có 64 bit ROM không trùng khớp tiếp tục chờ xung reset Lệnh sử dụng trường hợp có cảm biến dây, trường hợp có nhiều cảm biến dây • SKIP ROM (CCh) Lệnh cho phép thiết bị điều khiển truy nhập thẳng đến lệnh nhớ DS1820 mà không cần gửi chuỗi mã 64 bit ROM Như tiết kiệm thời gian chờ đợi mang hiệu bú có cảm biến • SEARCH ROM (F0h) Lệnh cho phép điều khiển bus dò tìm số lượng thành viên tớ đấu vào bus giá trị cụ thể 64 bit ROM chúng chu trình dò tìm 56 • ALARM SEARCH (ECh) Tiến trình lệnh giống hệt lệnh Search ROM, cảm biến DS1820 đáp ứng lệnh xuất điều kiện cảnh báo phép đo nhiệt độ cuối Điều kiện cảnh báo định nghĩa giá trị nhiệt độ đo lớn giá trị TH nhỏ giá trị TL hai giá trị nhiệt độ cao nhiệt độ thấp đặt ghi nhớ cảm biến Sau thiết bị chủ (thường vi điều khiển) sử dụng lệnh ROM để định địa cho cảm biến dây đấu vào bus, thiết bị chủ đưa lệnh chức DS1820 Bằng lệnh chức thiết bị chủ đọc ghi vào nhớ nháp (scratchpath) cảm biến DS1820 khởi tạo trình chuyển đổi giá trị nhiệt độ đo xác định chế độ cung cấp điện áp nguồn Các lệnh chức mô tả ngắn gọn sau: • WRITE SCRATCHPAD (4Eh) Lệnh cho phép ghi byte liệu vào nhớ nháp DS1820 Byte ghi vào ghi TH (byte nhớ nháp) byte thứ hai ghi vào ghi TL (byte nhớ nháp) Dữ liệu truyền theo trình tự bit có ý nghĩa bit có ý nghĩa giảm dần Cả hai byte phải ghi trước thiết bị chủ xuất xung reset có liệu khác xuất • READ SCRATCHPAD (BEh) Lệnh cho phép thiết bị chủ đọc nội dung nhớ nháp Quá trình đọc bit có ý nghĩa nhấy byte tiếp tục byte rhứ (byte – CRC) Thiết bị chủ xuất xung reset để làm dừng trình đọc lúc có phần liệu nhớ nháp cần đọc • COPYSCRATCHPAD (48h) Lệnh copy nội dung hai ghi TH TL (byte byte 3) vào nhớ EEPROM Nếu cảm biến sử dụng chế dộ cấp nguồn l bắt đầu việc đo • CONVERT T (44h) Lệnh khởi động trình đo chuyển đổi giá trị nhiệt độ thành số (nhị phân) Sau chuyển đổi giá trị kết đo nhiệt độ lưu trữ 57 ghi nhiệt độ byte nhớ nháp Thời gian chuyển đổi không 200 ms, thời gian chuyển đổi thực lệnh đọc giá trị đọc • READ POWER SUPPLY (B4h) Một lệnh đọc tiếp sau lệnh cho biết DS1820 sử dụng chế độ cấp nguồn nào, giá trị đọc cấp nguồn đường dẫn liệu cấp nguồn qua đường dẫn riêng 2.4 Thiết kế phần mềm Để hệ thống hoạt động tốt, nhịp nhàng với phần mềm máy tính ta cần có phần mềm nhúng Arduino để giao tiếp điều khiển Camera Wifi Shield Phần mềm máy tính dựa theo phần mềm nhúng để thiết kế lập trình truyền thông dư liệu với mạch cứng thông qua Wifi 2.4.1 Phần mềm nhúng vào Arduino giao tiếp với Camera Arduino Wifi Shield a Yêu cầu Phần mềm nhúng vào Arduino phải điều khiển giao tiếp với camera để lấy dư liệu hình ảnh từ truyền thông với Arduino Wifi Shield đưa dư liệu máy tính, đồng thời giao tiếp với cảm biền chuyển động, cảm biến ánh sáng lấy dư liệu để xử lý Phần mềm xử lý điều khiển chuông báo động chụp ảnh 58 2.2.1 Mô tả nút thiết kế a Nút cảm biến đầy đủ (FFD) Hình 2.20 Nút cấu chấp hành Nút cấu chấp hành bao gồm nút arduino Uno, module Xbee để thu phát sóng, có cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, chuyển động, khí ga, cảm biến dòng điện để thu thập tín hiệu từ cảm biển sau truyền thông qua Xbee nút chủ nhận lệnh điều khiển từ máy tính truyền để bật tắt quạt, bóng điện… cách tự động để tiết kiệm điện tiêu thụ cách thông minh b Nút cảm biến rút gọn (RFD) Hình 2.21 Nút thu thập liệu 59 Đây nút chứa cảm biến nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm chuyển động thu thập liệu kết nối với Arduino fio Dữ liệu xử lý truyền thông thông qua Xbee module nút chủ c Nút Sink Hình 2.22 Nút Sink kết nối với máy tính Đây board MaxStream PKG-U hỗ trợ kết nối Xbee với máy tính để giao tiếp phần mềm máy tính với nút mạng cảm biến Dữ liệu từ nút cảm biến gửi nút sink sau truyền máy tính qua giao tiếp USBUART, liệu hiển thị phần mềm máy tính, đồng thời dựa vào liệu mà nút cảm biến đưa về, phần mềm máy tính xử lý gửi lệnh điều đến nút cảm biến 60 2.2.3 Sơ đồ nguyên lý nút a Nút cấu chấp hành Hình 2.23 Mạch nguyên lý nút cấu chấp hành Nguyên lý hoạt động: Trên hình có cảm biến dòng điện để thu thập điện áp thay đổi vào ADC sau truyền thông máy vi tính để tính toán trạng thái hiển thị dòng điện Chân cảm biến dòng nối tới chân A2 để đọc giá trị ADC Cảm biến khí GA MQ2 nối chân số 10 đọc trạng thái có khí ga mức khí ga mức Cảm biến nhiệt độ độ ẩm nối tới chân 12 lập trình sử dụng giao tiếp dây để thu thập liệu Xbee nối chân RX TX Arduino để thực giao tiếp truyền thông 61 b Nút thu thập nhiệt độ Hình 2.24 Sơ đồ nguyên lý nút thu thập nhiệt độ Arduino Fio Shield kết nối với cảm biến nhiệt độ 18B20 nối vào chân D3, cảm biến ánh sáng nối tới chân A7 Fio Mạch sử dụng nguồn pin 3.7V, giao tiếp với cảm biến 18B20 thực giao tiếp dây 62 2.3 Thuật toán truyền thông 2.3.1 Thuật toán gửi liệu nút cấu chấp hành Hình 2.25 Thuật toán gửi liệu từ nút cảm biến Ban đầu khởi tạo Timer chương trình, tham số để truyền Xbee Sau đọc liệu nhiệt độ, ánh sáng, dòng điện, chuyển động, khí ga kiểm tra timer tràn gửi khung API Xbee kết thúc, timer chưa tràn tiếp tục đọc giá trị từ cảm biến Lưu ý trình lặp lại Arduino IDE có hàm loop Cấu trúc khung truyền liệu sau: Payload[]= {ID,nhietdo,doam,anhsang,chuyendong,gas, dongdien}; Với byte: ID: Quy định ID nút nhietdo: giá trị nhiệt độ đọc từ cảm biến 63 doam: giá trị phần nguyên độ ẩm thu thập từ cảm biến độ ẩm anhsang : giá trị ánh sáng đọc từ cảm biến ánh sáng chuyendong: giá trị cảm biến chuyển động đọc từ chân digital gas: giá trị đọc từ cảm biến gas dongdien : giá trị đọc từ cảm biến dòng điện 2.3.2 Thuật toán nhận liệu API Hình 2.26 Thuật toán nhận liệu API Chương trình đọc khung liệu Xbee, sau kiểm tra khung API=0x81 có nghĩa khung liệu nhận truyền 16 bít liệu Bếu khung liệu nhận tiến hành kiểm tra ID xem nút nào, thực nút Sau kết thúc chương trình 64 CHƯƠNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 3.1 Sản phẩm đồ án 3.1.1 Sản phầm phần cứng a Phần cứng Hình 3.1 Nút Sink kết nối máy tính Nút sink kết nối với máy tính thông qua cổng USB Nút cấu hình thành Coordinator để thu thập tất liệu từ nút xung quanh gửi Dữ liệu gửi máy tính qua cổng USB theo chuẩn UART Hình 3.3 Nút thu thập liệu 65 Nút thu thập liệu xây dựng board Arduino Fio bao gồm cảm biến nhiệt độ, cảm biến anh sáng Nút sử dụng nguồn 3,7V từ pin Lithium giúp nút có khả di động cao, nhỏ gọn để để thu thập đánh giá số liệu môi trường nơi mà mạng phủ sóng Hình 3.2 Nút cảm biến gắn cấu chấp hành Nút cảm biến gắn cấu chấp hành bao gồm đầy đủ cảm biến: Cảm biến nhiệt, cảm biến ánh sáng, cảm biến độ ẩm, cảm biến GAS, cảm biến chuyển động, cảm biến dòng Ngoài nút cảm biến có loa báo động relay bán dẫn để điều khiển thiết bị dân dụng bên Khi có chuyển động đến gần nút hay có khí gas nút tự động bật còi báo động Các thông số môi trường gửi máy tính thông qua mạng cảm biến không dây sử dụng Xbee Hình 3.5 Module Xbee 66 Hình 3.6 Cảm biến khí ga Hình 3.7 Cảm biến ánh sáng Hình 3.8 Cảm biến chuyển động 67 Hình 3.9 Hệ thống đầy đủ Hệ thống đầy đủ bao gồm nút cảm biến đầy đủ nút cảm biến nút cảm biến có chức thu thập liệu gửi máy tính nút cảm biến đầy đủ có nhiệm vụ thu thập thông số môi trường gửi máy tính, đồng thời có khả nhận lệnh điều khiển từ máy tính trung tâm để điều khiển thiết bị dân dụng chuông báo động 3.1.2 Sản phầm phần mềm Hình 3.8 Phần mềm quản lý điều khiển máy tính 68 Phần mềm điều khiển máy tính viết java, có giao diện gồm tab với chức Tab tab điều khiển, bao gồm thành phần: Phần kết nối phần điều khiển Phần kết nối có chức giúp người sử dụng tìm kiếm kết nối máy tính đến cổng COM mà nút SINK giao tiếp Phần điều khiển gồm hình ảnh tượng trưng cho thiết bị điểu khiển nút cảm biến đẩy đủ Các thiết bị bao gồm: đèn, quạt chuông Chương trình có chức xử lý tự động đèn quạt theo liệu môi trường gửi về, người dùng tắt/bật thiết bị tay cách nhấp chuột lên hình ảnh Bốn tab bốn tab vẽ giản đồ thông số thu thập theo thời gian, bao gồm thông số nhiệt độ (oC), thông số ánh sáng (tính theo thang từ -255), thông số độ ẩm (%), thông số dòng điện tiêu thụ thiết bị (mA) 3.2 Kết luận Mạng cảm biến không dây ứng dụng cho nhà thông minh hướng nghiên cứu không tiềm ứng dụng lớn Với mô hình nhà tiết kiệm thông quản lý giám sát thiết bị nhà mà không cần phải tới trực tiếp nơi xảy cố hay thời gian kiểm tra an ninh nhà Hướng nghiên cứu mở cho nhiều ý tưởng thiết thực Trong đồ án tốt nghiệp đại học em, em thực mục tiêu yêu cầu đặt Đồ án hoàn toàn đáp ứng khả triển khai thực tế đầu tư kinh phí cộng tác ủng hộ cá nhân tổ chức quan tâm 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Michael Margolis – Arduino Cookbook – O’Reilly - 2011 [2] Trang hỗ trợ Arduino - http://arduino.cc/ [3] Vũ Chiến Thắng – Mạng cảm biến không dây kiến trúc IP – Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 2012 [4] Wikipedia - https://en.wikipedia.org/ [5] Google - https://www.google.com.vn/ [6] Điện tử Việt Nam - http://www.dientuvietnam.net/ 70