Xây dựng chương trình thu thập dữ liệu, nhận thông tin cảnh báo và dk ngược lại với mạng cảm biến z1 bằng SMS

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG .4 LỜI MỞ ĐẦU .5 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu chung mạng cảm biến không dây .6 1.2 Cấu trúc nút cảm biến 1.3 Cấu trúc toàn mạng 1.3.1 Cấu trúc mạng cảm biến 1.3.2 Đặc điểm cấu trúc mạng cảm biến 10 1.3.3 Cấu trúc đặc trưng mạng cảm biến 12 1.3.4 Kiến trúc giao thức mạng 15 1.4 Ứng dụng mạng cảm biến không dây 16 1.4.1 Ứng dụng nông nghiệp, lâm nghiệp 17 1.4.2 Giám sát y tế chuẩn đoán từ xa 18 1.4.3 Những ứng dụng thiên nhiên, môi trường 19 1.4.4 Ứng dụng quân đội 20 1.4.5 Những ứng dụng giao thông 21 1.4.6 Ứng dụng gia đình .21 1.5 Ngôn ngữ java 22 1.6 Tập lệnh AT 24 1.7 Một số loại modem không dây hỗ trợ tập lệnh AT .26 1.7.1 Modem GSM .26 1.7.2 Modem GPRS .28 1.7.3 Điện thoại động .29 1.7.4 Dcom 3G 30 1.8 Các lệnh AT gửi nhận tin nhắn SMS máy tính với điện thoại 30 1.9 Hệ điều hành contiki 32 1.9.1 Giới thiệu .32 1.9.2 Cấu trúc hệ điều hành Contiki 34 1.9.3 Phương thức hoạt động Contiki 35 a) Cơ chế điều khiển kiện Contiki 35 1.10 Nền tảng Z1 Zolertia .38 1.10.1 Khái quát tảng Z1 38 1.10.2 Các ứng dụng modul Z1 .39 1.10.3 Các đặc điểm tảng Z1 39 1.10.4 Các đặc tính tảng Z1 40 1.10.5 Kích thước chiều môđun Z1 41 1.10.6 Cấp nguồn cho Z1 42 CHƯƠNG PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 45 2.1 Ý tưởng thiết kế .45 2.2 Sơ đồ khối tổng quát toàn hệ thống 45 2.2.1 Kết nối modem G2403U với máy tính HyperTerminal 46 2.2.2 Kiểm tra DCOM với câu lệnh AT 49 2.2.3 Cài đặt thư viện java truyền thông API windows 50 2.3 Thiết kế module chương trình 51 2.3.1 Lớp ComModem 53 2.3.2 Lớp Content 55 2.3.3 Lớp JFrame 56 2.3.4 Lớp searchCom 57 CHƯƠNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 58 3.1 Mô hình xây dựng đồ án .58 3.2 Giao diện hệ thống 58 3.3 Module phần cứng 61 KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 64 DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG LỜI MỞ ĐẦU Những năm gần đây, nhờ có phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật với tiến vượt bậc công nghệ chế tạo tạo điều kiện cho hệ mạng đời - mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor NetworkWSN) Với kích thước nhỏ gọn, tiêu thụ lượng đa chức năng, mạng cảm biến không dây nghiên cứu, phát triển ứng dụng sâu rộng đời sống hàng ngày khắp lĩnh vực y tế, quân sự, môi trường, giao thông Trong tương lai gần, số lượng lớn thiết bị cảm biến tích hợp vào hệ thống, mạng cảm biến không dây trở thành phần thiếu xã hội đại nhằm mang lại tiện nghi ứng dụng thiết thực nâng cao chất lượng sống cho người Một ứng dụng quan trọng mạng cảm biến không dây thu thập đo lường thay đổi môi trường vật lý xung quanh mục đích giám sát điều khiển lại môi trường Trong điều kiện nước ta nay, với phổ biến thiết bị di động với có sẵn modem GSM với giá thành rẻ, nhóm Z1 kết hợp xây dựng lên hệ thống giám sát an ninh thực chức chống trộm cảnh báo cháy sử dụng cảm biến Zolertia Z1 với gửi tin nhắn cảnh báo đến điện thoại người dùng Hệ thống chia làm module : module thiết kế phần cứng, module thiết kế phần mềm quản lý hệ thống, module kết nối gửi/nhận tin nhắn từ máy tính chủ đến điện thoại người dùng Đồ án “Xây dựng chương trình thu thập liệu, nhận thông tin cảnh báo điều khiển ngược lại với mạng cảm biến Z1 tin nhắn SMS.” tập trung vào việc tìm hiểu xây dựng phần mềm quản lý hệ thống, cảnh báo từ xa dạng tin nhắn SMS cho phép người dùng giám sát cố cháy, dò khí ga nơi mà cần có điện thoại di động có sóng điện thoại CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu chung mạng cảm biến không dây Những tiến vượt bậc công nghệ gần hội tụ hệ thống công nghệ kỹ thuật vi điện tử, công nghệ mạch tích hợp, giao tiếp không dây, công nghệ nano, vi mạch cảm biến, xử lý tính toán tín hiệu nói riêng, tạo tiền đề cho thiết bị cảm biến có kích thước nhỏ, đa chức năng, công suất tiêu thụ thấp đời Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network–WSN) hiểu đơn giản mạng liên kết nút cảm biến với thông qua truyền thông vô tuyến nút mạng thường thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp, đa chức năng, công suất tiêu thụ thấp có số lượng lớn, phân bố cách hệ thống (non-topology) diện tích rộng lớn (phạm vi hoạt động rộng), sử dụng nguồn lượng hạn chế (pin), có thời gian hoạt động lâu dài (vài tháng đến vài năm) có nhiệm vụ cảm nhận, đo đạc, tính toán, thu thập, tập trung liệu để đưa định toàn cục môi trường tự nhiên Các thành phần tạo nên mạng cảm biến:  Các cảm biến xây dựng theo mô hình tập trung hay phân bố, kết nối truyền thông vô tuyến  Điểm trung tâm tập hợp liệu (Cluster) Bộ phận xử lý liệu trung tâm Mạng cảm biến không dây có số đặc điểm sau:  Các nút phân bố dày đặc có khả tự tổ chức, yêu cầu can thiệp người nhiên số lượng lớn nên không đồng toàn hệ thống  Truyền thông quảng bá phạm vi hẹp định tuyến đa chặng  Cấu hình giao thức mạng thay đổi thường xuyên phụ thuộc vào fading hư hỏng nút  Trên nút cảm biến có gắn xử lý bên trong, thay gửi liệu thô (chưa xử lý) tới đích chúng gửi liệu qua tính toán đơn giản  Các nút bị giới hạn mặt lượng, công suất phát, nhớ, khả tính toán  Các nút phân bố ngẫu nhiên địa hình phức tạp, dễ bị hư hỏng 1.2 Cấu trúc nút cảm biến Mạng cảm biến không dây hình thành từ số lượng lớn nút cảm biến riêng lẻ phân bố bao phủ vùng địa lý Trên nút vi xử lý nhỏ, nhớ giới hạn, phận cảm biến, thu phát không dây, nguồn nuôi Các nút có khả liên lạc vô tuyến với nút lân cận để truyền liệu trung tâm Mỗi nút cảm biến cấu thành thành phần (hình 1.1): • Đơn vị cảm biến (sensing unit) • Đơn vị xử lý (processing unit) • Đơn vị truyền dẫn (transceiver unit) • Bộ nguồn (power unit) Ngoài có thêm thành phần khác tùy thuộc vào ứng dụng hệ thống định vị (location finding system), phát nguồn (power generator) phận di động (mobilizer) Các đơn vị cảm biến (sensing units) bao gồm cảm biến chuyển đổi tương tự-số Dựa tượng quan sát được, tín hiệu tương tự tạo nút cảm biến chuyển sang tín hiệu số ADC, sau đưa vào xử lý Hình 1 Cấu trúc nút cảm biến Đơn vị xử lý thường kết hợp với lưu trữ nhỏ (storage units), định thủ tục làm cho nút kết hợp với để thực nhiệm vụ định sẵn Phần thu phát vô tuyến kết nối nút vào mạng Một phần quan trọng nútmạng cảm biến nguồn Bộ nguồn số loại pin Để nút có thời gian sống lâu nguồn quan trọng, phải có khả nạp điện từ môi trường lượng mặt trời Ngoài có thành phần phụ khác phụ thuộc vào ứng dụng Hầu hết kỹ thuật định tuyến nhiệm vụ cảm biến mạng yêu cầu có độ xác cao vị trí Các phận di động đôi lúc cần phải dịch chuyển nút cảm biến cần thiết để thực nhiệm vụ ấn định Tất thành phần cần phải phù hợp với kích cỡ module Ngoài kích cỡ, nút cảm biến số ràng buộc nghiêm ngặt khác, phải tiêu thụ lượng, hoạt động mật độ cao, có giá thành thấp, tự hoạt động, thích nghi với biến đổi môi trường 1.3 Cấu trúc toàn mạng 1.3.1 Cấu trúc mạng cảm biến Các nút cảm biến phân bố trường mạng cảm biến hình Mỗi nút cảm biến có khả thu thập liệu định tuyến lại đến sink Dữ liệu định tuyến lại đến sink cấu trúc đa điểm hình Các sink giao tiếp với nút quản lý nhiệm vụ (task manager node) qua mạng Internet vệ tinh Sink thực thể, thông tin yêu cầu Sink thực thể bên mạng (là nút cảm biến) mạng Thực thể mạng thiết bị thực ví dụ máy tính xách tay mà tương tác với mạng cảm biến, đơn gateway mà nối với mạng khác lớn Internet nơi mà yêu cầu thực thông tin lấy từ vài nút cảm biến mạng Hình Cấu trúc mạng cảm biến 1.3.2 Đặc điểm cấu trúc mạng cảm biến Đặc điểm mạng cảm biến bao gồm số lượng lớn nút cảm biến, nút cảm biến có giới hạn ràng buộc tài nguyên đặc biệt lượng khắc khe Do đó, cấu trúc mạng có đặc điểm khác với mạng truyền thống: A: Khả chịu lỗi (fault tolerance): số nút cảm biến không hoạt động thiếu lượng, hư hỏng vật lý ảnh hưởng môi trường Khả chịu lỗi thể việc mạng hoạt động bình thường, trì chức số nút mạng không hoạt động Ở sử dụng phân bố Poisson để xác định xác suất sai hỏng khoảng thời gian (0,t): Rk (t) = e –λkt (1.1) Trong đó: λk : tỉ lệ lỗi nút k T : khoảng thời gian khảo sát Rk(t): độ tin cậy khả chịu lỗi nút cảm biến B: Khả mở rộng (scale ability): triển khai mạng cảm biến nghiên cứu tượng đó, số lượng nút cảm biến triển khai đến hàng trăm nghìn, phụ thuộc vào ứng dụng số vượt hàng triệu Những kiểu mạng phải có khả làm việc với số lượng nút sử dụng tính chất mật độ cao mạng cảm biến Mật độ tính toán theo công thức: µ (R) = (NπR2) /A (1.2) Trong N : Số lượng nút cảm biến phân bố vùng A R : Là phạm vi truyền sóng C: Chi phí sản xuất (production costs):vì mạng cảm biến bao gồm cố lượng lớn nút cảm biến phí nút quan trọng việc điều chỉnh chi phí toàn mạng Nếu chi phí toàn mạng đắt chi phí triển khai 10 request.flush(); request.close(); String line = ""; InputStreamReader isr = new InputStreamReader( connection.getInputStream()); BufferedReader reader = new BufferedReader(isr); StringBuilder sb = new StringBuilder(); while ((line = reader.readLine()) != null) { sb.append(line + "\n"); } response = sb.toString(); isr.close(); reader.close(); return ":" + response + ":"; } catch (IOException e) { return "Error: \n" + e.toString(); } } 2.3.3 Lớp JFrame Lớp thiết kế để tạo giao diện ứng dụng chương trình điều khiển Jframe thiết kế đơn giản cách kéo thả NetBeans tạo kiện jframe Để sử lý kiện tác động Jframe ta có hàm sử lý sau: 56 • Hàm sử lý tương tác Jframe • private void WindowOpened(java.awt.event.WindowEvent evt){} • Hàm sử lý nút bấm Jbutton • private void START(java.awt.event.ActionEvent evt) { } • private void STOP(java.awt.event.ActionEvent evt) {} • private void EXIT_PROGRAME(java.awt.event.ActionEvent evt){} Đây hàm sử lý kiện Ngoài lớp có hàmMain(String arg[]) để chạy chương trình 2.3.4 Lớp searchCom Lớp có tác để tìm kiếm cổng com máy tính chưa sử dụng cho hệ thống Mục đích để tìm kiếm cổng Com sử dụng để kết nối với modem để gửi tin nhắn SMS mà ko xung đột với cổng Com hệ thống Đây số lớp để xây dựng chương trình hệ thống Ngoài số lớp khác sử dụng chương trình mà không nhắc tới báo cáo lớp Dateuntil để lấy thời gian chuẩn hệ thống… 57 CHƯƠNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Chương trình bày kết đạt thực xây dựng chương trình điều khiển thu thập liệu từ mạng cảm biến zolertia Z1 3.1 Mô hình xây dựng đồ án Hình Mô hình gửi nhận tin nhắn SMS Trong mô hình mobile user thực chức gửi tin nhắn điều khiển đến window client thông qua modem GSM để điều khiển thiết bị Chương trình java chạy window client thực việc xử lý tin nhắn SMS đến để điều khiển thiết bị mạng cảm biến nhận lại thông tin nhiệt độ , độ ẩm thông tin cảnh báo Nhiệt độ sau thu thập từ mạng cảm biến Z1 hiển thị Form chương trình Mô hình phần toàn hệ thống thực dự án VLIR 3.2 Giao diện hệ thống Giao diện cho phép cho phép người dùng nhìn thấy kết việc thực thi kết nối mở cổng com để gửi, nhận tin nhắn Các mục lại để chọn cổng com cho modem GSM … Mục số điện thoại để chọn số điện thoại điều khiển 58 hệ thống Nút START để điều khiển hệ thống bắt đầu hoạt động Nút EXIT để đóng chương trình lại thoát kết nối Hình Giao diện hệ thống Hình 3 Đồ thị nhiệt độ môi trường thu thập 59 Phần mềm hệ thống xây dựng ngôn ngữ java, bao gồm phần sau: • Ô CheckBox đặt nhãn ComModem để hiển thị cổng com hệ thống, cho phép lựa chọn cổng com kết nối đến modem • TextField có tên nhãn Phone Number để nhập số điện thoại Mobile User • Nút Start để bắt đầu khởi động chương chình , nút Stop để ngắt kết nối • TextAreal để hiển thị thông tin hệ thống bắt đầu hoạt động, thiết bị bật • TextAreal để hiển thị thông tin cảnh báo có cháy phát xâm nhập Hệ thống điều khiển thiết bị nhận thông tin cảnh báo từ mạng cảm biến kết hợp với toàn hệ thống thực dự án VLIR tạo nên mô hình điều khiển thiết bị đa dạng 60 3.3 Module phần cứng Phần cứng bao gồm module cảm biến Z1 gắn thêm sensors nhằm mục đích thu thập liệu thông tin từ môi trường Hình Cảm biến gas tích hợp module Z1 Hình Cảm biến PIR tích hợp module Z1 61 KẾT LUẬN Đồ án mô hệ thống chống trộm cảnh báo cháy , khí ga kết nối với máy tính gửi thông tin báo động cho số điện thoại điều khiển tin nhắn SMS Đồng thời sử dụng tin nhắn SMS thực điều khiển lại thiết bị mạng cảm biến Z1 Việc thực báo động giúp kiểm soát việc xâm nhập nơi có sóng GSM Trong đề tài em trình bày tất vấn đề lý thuyết để thực đề tài Hệ thống báo động báo cháy tích hợp cảm biến chuyển động cảm biến khói module Z1 để phát cảnh báo đến điện thoại tin nhắn Qua thời gian nghiên cứu, đề tài hoàn thành Bằng nỗ lực cố gắng bên cạnh hướng dẫn nhiệt tình, tận tâm thầy giáo ThS Phạm Thành Nam giúp đỡ thành viên nhóm dự án VLIR, đề tài hoàn thành đạt yêu cầu đặt Do trình thực đồ án, lượng kiến thức em có định nên thiết kế hệ thống nhiều hạn chế Vì vậy, để đề tài thêm phong phú hơn, mang nhiều tính thực tế nữa, có khả ứng dụng cao đề tài cần đưa thêm vào yêu cầu sau: - Ngoài việc điều khiển giám sát tin nhắn SMS, ta điều khiển Camera để chụp hình sau gửi tin nhắn đa phương tiện đến điện thoại Hy vọng với hướng phát triển nêu phát triển đồ án này, khắc phục hạn chế, tồn đề tài, làm cho đề tài trở nên phong phú hơn, mang tính ứng dụng cao vào thực tế sống, phục vụ cho lợi ích người tương lai 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phương Lan Java tập 1,2,3- Nhà xuất lao động xã hội, năm 2006 [2] Đoàn Văn Ban Lập trình hướng đối tượng- Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội-2005 [3] In Darwin Java Cookbook- O’Reilly, First Edition, June 2001 [4] http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html [5] http://www.developershome.com/sms/howToReceiveSMSUsingPC.asp [6] http://4tech.com.vn/forums/showthread.php/1370-Điều-khiển-từ-xa-qua- Điện-thoại-di-động-và-mạng-Điện-thoại-cố-định [7] http://www.picvietnam.com/forum/showthread.php?t=7753 [8] http://www.java2s.com/Code/Java/Chart/CatalogChart.htm 63 PHỤ LỤC A Một số đoạn code chương trình package doan; import javax.swing.ImageIcon; * @author Administrator public class Toan extends javax.swing.JFrame { * Creates new form Toan public Toan() { initComponents(); jLabel13.setIcon(new ImageIcon("./anhok.png")); } private void formWindowOpened(java.awt.event.WindowEvent evt) { // TODO add your handling code here: DateUtils date=new DateUtils(); String ngay=date.ngay; this.ngay.setText("Thái Nguyên, "+ngay); SearchCOM sc = new SearchCOM(); String tts = sc.port.trim(); int j = tts.length(); int dau=tts.indexOf("M"); int cuoi=tts.indexOf("i"); for (int i = dau; i