Xây dựng hệ thống cảnh báo cháy rừng

Công nghệ mạng cảm biến không dây  Khái niệm: Mạng cảm biến không dây Wireless Sensor Network là một kết cấu hạ tầng bao gồm các thành phần cảm nhận đo lường, tính toán và truyền thông

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

Đề suất ý tường thiết kế và chế tạo hệ thống cảnh báo cháy rừng phục vụ trong công tác bảo vệ rừng chức năng của hệ thống là thu thập nhiệt độ, độ ẩm từ môi trường để xử lý và đưa ra cảnh báo giúp cho quản trị viên có cách khắc phục sớm nhất

- Xây dựng nút cảm biến thu thập nhiệt độ, độ ẩm

- Xây dựng phần mềm giám sát và cảnh báo cháy rừng

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn:

Thầy giáo T.S Vũ Chiến Thắng, Khoa Công Nghệ Điện Tử và Truyền Thông, trường Đại Học Công nghệ thông tin và truyền thông – Đại học Thái Nguyên

Cùng các thầy cô giáo trong Khoa Công Nghệ Điện Tử và Truyền Thông –trường đại học Công nghệ thông tin và truyền thông – Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2016Sinh viên thực hiện đồ án

Hạ Văn Hùng

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan toàn bộ nội dung của báo cáo này là do em tự tìm hiểu nghiên cứu dưới sự định hướng của thầy giáo hướng dẫn Nội dung báo cáo này không sao chép và vi phạm bản quyền từ bất kỳ công trình nghiên cứu nào

Nếu những lời cam đoan trên không đúng, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước pháp luật

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2016Sinh viên thực hiện đồ án

Hạ Văn Hùng

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10

1.1 Ý tưởng bài toán 10

1.1.1 Hệ thống theo dõi cháy rừng trực tuyến 10

1.1.2 Hệ thống tự động cảnh báo và phát hiện sớm cháy rừng 12

1.1.3 Phần mềm Cảnh báo cháy rừng - CBCR 13

1.2 Công nghệ mạng cảm biến không dây 14

1.3 Chuẩn truyền thông 802.15.4 16

1.3.1 Các mô hình truyền thông 18

1.3.2 Định dạng địa chỉ theo chuẩn IEEE 802.15.419

1.3.3 Lớp vật lý theo chuẩn IEEE 802.15.4 20

1.3.4 Điều khiển truy nhập kênh truyền theo chuẩn IEEE 802.15.4 221.3.5 Cấu trúc khung dữ liệu theo chuẩn IEEE 802.15.4 23

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 26

2.1 Sở đồ khối 26

2.1.1 Khối nguồn 26

2.1.2 Khối vi điều khiển ARM 26

2.1.3 Khối cảm biến (Sensor)26

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN MỀM GIÁM SÁT 56

3.1.9 Lập trình hướng đối tượng với C# 68

3.2 Tìm hiểu về hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL 69

3.2.1 Giới thiệu hệ quản trị SQL Server 2008 69

3.2.2 Các tính năng của SQL Server 2008 70

3.2.3 Các phiên bản của SQL Server 2008 70

3.3 Môi trường lập trình phần mềm Visual studio 2010 74

3.4 Sở đồ khối bên server 75

3.5 Giao diện phần mềm giám sát và cảnh báo cháy rừng 76

3.6 Lưu đồ thuật toán phần mềm giám sát bên server77

Hình 1.6 Mô hình truyền thông Điểm - Điểm 18

Hình 1.7 Mô hình truyền thông Đa điểm - Điểm 18

Hình 1.8 Hai định dạng địa chỉ hỗ trợ IEEE 802.15.4 là địa chỉ dài (64 bit) và địa chỉ ngắn (16 bit) 19

Hình 1.9 Chuẩn IEEE 802.15.4 quy định 26 kênh vô tuyến vật lý 20

Hình 1.10 Các kênh 11-24 IEEE 802.15.4 chồng chéo lên các kênh 802.11.21Hình 1.11 Lớp vật lý IEEE 802.15.4 và các định dạng tiêu đề lớp MAC 23Hình 2.1 Sở đồ khối nút thu thập client 26

Hình 2.2 Hình ảnh thực tế của Arduino uno 27

Hình 2.3 Sơ đồ chân ATMega328 30

Hình 2.4 Sơ đồ chân của cc2530 drf1605h 33

Hình 2.5 khoảng cách các pin của module 34

Hình 2.6.Giao diện phần mềm 35

Hình 2.7 Cấu hình kiểu Coordinator 36

Hình 2.8 Cấu hình kiểu Router 36

Hình 2.9 CC2530 ZigBee Module USB to UART Module (DRF1605-USB)

37

Hình 2.10 Module sim908.39

Hình 2.11 Sơ đồ chức năng của sim 908.41

Hình 2.12 Phân cấp cấu trúc địa lí mạng GSM 42

Hình 2.18 Link download phần mềm Arduino 48

Hình 2.19 Hình ảnh khi bật giao diện arduino 48

Hình 2.20 Giao diện lập trình Arduino 49

Hình 2.21 Sử dụng giao diện lập trình 49

Hình 2.22 Ví dụ có sẵn trong Arduino 50

Hình 2.23 Sơ đồ mạch nguyên lý bên client 53

Hình 2.24 Lưu đồ thuật toán bên client 54

Hình 2.25 Hình ảnh thực tế nút thu thập dữ liệu55

Hình 2.26 Hình ảnh thực tế nút thu thập dữ liệu55

Hình 3.1 Giao diện phần mềm visual studio 2010 74Hình 3.2 Giao diện viết code trên Visual studio 2010 74Hình 3.3 Sơ đồ khối bên server 75

Hình 3.4 Nút nhận bên Server 75

Hình 3.5 Giao diện phần mềm giám sát 76

Hình 3.6 Giao diện phần mềm khi có dữ liệu 76

Hình 3.7 Lưu đồ thuật toán phần mềm giám sát.77

Hình 3.8 Nút cảm biến bên client.78

Hình 3.9 Nút cảm biến bên client.78

LỜI MỞ ĐẦU

Khoa học kỹ thuật trên thế giới phát triển không ngừng qua các thời kì Trong quá khứ là sự phát triển của công nghệ tự động hóa và năng lượng hạt nhân Ngày nay là sự phát triển mạnh mẽ của Công nghệ thông tin Và trong một tương lai gần là sự chiếm lĩnh của Công nghệ sinh học, Công nghệ Nano, xa hơn nữa là Khoa học vũ trụ Khoa học kỹ thuật phát triển không ngừng là để phục vụ cho nhu cầu ngày càng cao của cuộc sống, nhằm đem lại những thuận lợi, tiện nghi, thoái mải cho hoạt động hàng ngày của mỗi người, giúp cho việc chuyển giao thông tin

đi xa và nhanh hơn, cũng như trong việc nghiên cứu, phòng ngừa và chống lại những căn bệnh của thế kỷ nhờ công nghệ gen và sẽ tìm ra những “vùng đất sự sống mới”…

Khoa học phát triển đã thực sự hỗ trợ rất nhiều trong cuộc sống của mỗi chúng ta Nhưng khoa học và ứng dụng của nó là dành cho tất cả mọi người Vì vậy khoa học công nghệ không chỉ tiếp cận con người mà còn phải quan tâm, tiếp cận đến những khu rừng xanh lá phỗi của mẹ thiên nhiên Cháy rừng hiện nay là mối đe dọa đến những khu rừng tự nhiên vì vậy cần phải có các biện pháp phòng chống cháy rừng xảy ra

Để góp phần nhỏ vào việc bảo vệ tài nguyên thiên nhiên bảo vệ con người, dựa trên những ý tưởng đã có về việc phòng chống cháy rừng, báo cáo được hình thành với mục đích thu thập dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm để đưa ra cảnh báo thích hợp

về vấn đề cháy rừng

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Ý tưởng bài toán

Vấn đề cháy rừng trên thế giới cũng như ở việt nam là một vấn đề cấp bách Cháy rừng là mối de dọa đáng sợ và nhiều lo ngại nhất đối với hệ sinh thái rừng và cho xã hội, bởi nó gây lên những thiệt hại khó lường Cháy rừng không chỉ làm thiệt hại tới tài nguyên rừng mà còn anh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và cuộc sống của sinh vật, động vật trên trái đất Vì vậy chúng ta cần phải phát hiện kịp thời và sớm nhất để có thế nhanh chóng đưa ra cách xử lý nhăm tránh và hạn chế cháy rừng Chính vì vậy trên thế giới đã có một số hệ thống giúp phát hiện và cảnh báo cháy rừng một cách sớm nhất Qua tìm hiểu có thể thấy một số hệ thống

cảnh báo như: Hệ thống theo dõi cháy rừng trực tuyến(FireWatch Việt Nam),Hệ thống tự động cảnh báo và phát hiện sớm cháy rừng(FireWatch), Phần mềm Cảnh báo cháy rừng – CBCR.

1.1.1 Hệ thống theo dõi cháy rừng trực tuyến

Hệ thống theo dõi cháy rừng trực tuyến của Cục Kiểm lâm (gọi tắt là FireWatch Việt Nam) là một hệ thống tự động phát hiện sớm các điểm cháy (hotspots) trên toàn lãnh thổ Việt Nam từ dữ liệu ảnh MODIS và AVHRR trên vệ tinh TERRA, AQUA và các vệ tinh NOAA thu được thường xuyên tại trạm thu TeraScan đặt tại Cục FireWatch Việt Nam (Phiên bản 2.0, 2008) nhằm hỗ trợ lực lượng kiểm lâm toàn quốc và các đơn vị, người dân liên quan thực hiện PCCCR, khai thác thông tin cháy, quản lý cháy rừng kịp thời và hiệu quả

- Cung cấp, cập nhật danh mục điểm cháy, thông tin cháy chi tiết (gồm tên

vệ tinh, ngày giờ, tọa độ địa lý, thuộc đơn vị hành chính đến cấp xã, cường độ cháy

và diện tích ảnh hưởng) cho 5 phiên ảnh gần nhất

- Cung cấp, cập nhật các điểm cháy cho 3 phiên ảnh gần nhất trên nền dịch

vụ bản đồ phục vụ cho các đơn vị kiểm lâm trên toàn quốc khai thác thông tin cháy một cách tương tác giúp quản lý cháy rừng kịp thời và hiệu quả Dịch vụ bản đồ trực tuyến gồm bản đồ nền địa lý, hành chính, nền địa hình (DEM), bản đồ hiện trạng rừng và nền ảnh ghép Landsat-TM

- Cung cấp, cập nhật ảnh cháy do hệ thống trạm thu của SeaSpace tự động tạo nên và ảnh Quicklooks phục vụ việc theo dõi hiện trạng phủ mây và chất lượng ảnh

- Cơ sở dữ liệu cháy cho phép tìm kiếm tra cứu dữ liệu cháy lịch sử theo

ngày tháng năm và theo địa phương.

- Dữ liệu thống kê cháy theo tháng năm và theo địa phương

- Thông tin giới thiệu hệ thống

 Hạn chế

- FireWatch Việt Nam còn quản lý cơ sở dữ liệu MODIS và NOAA/AVHRR ở mức chuẩn 1b với ảnh quicklooks, dữ liệu cháy lịch sử và một

số bản đồ GIS của Cục Kiểm lâm

- Dịch vụ hạn chế gồm các dịch vụ cho phép tra cứu và download những

dữ liệu đó phục vụ các ứng dụng giám sát tài nguyên môi trường đa ngành (diễn biến rừng, nông nghiệp, nghiên cứu biển, thời tiết, khí hậu, phòng chống thiên tai,

lũ lụt…)

1.1.2 Hệ thống tự động cảnh báo và phát hiện sớm cháy rừng

FireWatch là hệ thống giám sát từ xa số trên mặt đất dùng để quan trắc một vùng rừng rộng lớn và phân tích, tính toán và lưu trữ dữ liệu thu thập Do có sự nhạy cảm, chính xác và ổn định cao nên hệ thống có thể dễ dàng phát hiện sớm cháy rừng

FireWatch có thể tính toán và phân loại nhiều loại thông tin đầu vào và kết nối với trạm trung tâm Trong trường hợp phát hiện đám cháy, hệ thống sẽ tự động đưa ra cảnh báo FireWatch đã được thử nghiệm thành công và sử dụng tại Đức trong nhiều năm (một số Bang như: Brandenburg, Mecklenburg-Western Pomerania, Saxony-Anhalt)

Sử dụng hệ thống cảm biến quang học (OSS – Optical Sensor System): Cảm biến quay 360 độ mất từ 4 đến 10 phút Truyền dữ liệu: Cảm biến tại nơi đặt kết nối với trung tâm qua hình thức sóng không dây Trung tâm xử lý cần có 1 máy tính, 2 màn hình và một máy in

Hình 1.2 FireWatch.

 Tính năng

- Phát hiện cháy rừng sớm một cách tự động và ổn định theo mô hình các trạm quan trắc

- Tự động phát hiện đám khói bất luận ngày hay đêm

- Xử lý dữ liệu trực tuyến trên đường truyền sóng radio hay cáp tốc độ cao

- Giám sát một diện tích rừng lớn tới 70.000 ha bằng chỉ một cảm biến

- Thu nhận và cung cấp hình ảnh chất lượng cao cho trạm xử lý

- Tự động tính toán cấp cảnh báo cháy rừng cho ra kết quả bản tin cảnh báo cháy rừng và bản đồ cấp cảnh báo cháy rừng.

- Tự động đưa bản tin cảnh báo cháy rừng và bản đồ cấp cảnh báo cháy rừng lên trang tin phòng cháy rừng trực tuyến của Chi cục Kiểm lâm

 Hạn chế

- Quản trị hệ thống: Nhập ngày chứa số liệu khí tượng, hướng dẫn sử dụng, tao mật khẩu, thay đổi mật khẩu

- Cần lấy thông số từ Trung tâm khí tượng thủy văn của các tỉnh

- Độ chính xác thực tế không được cao

Kết luận: Từ những khảo sát trên đã cho thấy những ưu, nhược điểm của

các hệ thống cảnh báo cháy rừng Từ đó em đã quyết định chọn đề tài “xây dựng

hệ thống cảnh báo cháy rừng” với mục tiêu xây dựng một hệ thống đơn giản mà

hiệu quả để áp dụng trong thực tế

1.2 Công nghệ mạng cảm biến không dây

 Khái niệm:

Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) là một kết cấu hạ tầng bao gồm các thành phần cảm nhận (đo lường), tính toán và truyền thông nhằm cung cấp cho người quản trị khả năng đo đạc, quan sát và tác động lại với các sự kiện, hiện tượng trong một môi trường xác định Các ứng dụng điển hình của mạng cảm biến không dây bao gồm thu thập dữ liệu, theo dõi, giám sát và y học

Hình 1.4 Mạng cảm biến không dây với các nút cảm biến phân bố rải rác

trong trường cảm biến

Một mạng cảm biến không dây bao gồm nhiều nút mạng Các nút mạng thường là các thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp, có số lượng lớn, thường được phân bố trên một diện tích rộng, sử dụng nguồn năng lượng hạn chế (thường dùng pin), có thời gian hoạt động lâu dài (từ vài tháng đến vài năm) và có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt (như trong môi trường độc hại, ô nhiễm, nhiệt

độ cao,…)

Các nút cảm biến thường nằm rải rác trong trường cảm biến như được minh họa ở hình 1.1 Mỗi nút cảm biến có khả năng thu thập và định tuyến dữ liệu đến một Sink/Gateway và người dùng cuối Các nút giao tiếp với nhau qua mạng vô tuyến ad-hoc và truyền dữ liệu về Sink bằng kỹ thuật truyền đa chặng Sink có thể truyền thông với người dùng cuối/người quản lý thông qua Internet hoặc vệ tinh hay bất kỳ mạng không dây nào (như WiFi, mạng di động, WiMAX…) hoặc không cần đến các mạng này mà ở đó Sink có thể kết nối trực tiếp với người dùng cuối

 Đánh giá mạng cảm biến không dây

 Ưu điểm :

 Cho phép người dùng truy xuất tài nguyên ở bất kỳ nơi đâu trong khu vực được triển khai Với sự phát triển của mạng không dây công cộng, người dùng

có thể truy cập Internet ở bất kỳ đâu

 Người dùng có thể duy trì kết nối mạng khi họ đi từ nơi này đến nơi khác, việc thiết lập hệ thống mạng đơn giản, dễ lắp đặt và mở rộng

access point, dẫn đến chi phí gia tăng.

 Vì sử dụng sóng vô tuyến truyền thông nên dễ bị nhiễu

 Tốc độ của mạng không dây (1-125Mbps) chậm so với mạng sử dụng cáp (100Mbps đến hàng Gbps)

1.3 Chuẩn truyền thông 802.15.4

Chuẩn IEEE 802.15.4 là một chuẩn truyền thông không dây cho các ứng dụng công suất thấp và tốc độ dữ liệu thấp Tiêu chuẩn này đã được phát triển cho mạng cá nhân (PAN) bởi nhóm làm việc trong Viện kỹ thuật điện và điện tử (IEEE) Chuẩn IEEE 802.15.4 có tốc độ dữ liệu tối đa là 250.000 bit/s và công suất đầu ra tối đa 1mW

Các thiết bị IEEE 802.15.4 có một phạm vi phủ sóng hẹp trong vài chục mét Điểm chính trong các đặc điểm kỹ thuật của chuẩn IEEE 802.15.4 là cho phép các bộ thu phát chi phí thấp và ít phức tạp, điều này đã làm cho chuẩn IEEE 802.15.4 phổ biến với mạng cảm biến không dây Nhiều công ty sản xuất các thiết

bị tuân thủ theo

chuẩn IEEE 802.15.4 Bởi sự có mặt khắp nơi của chuẩn IEEE 802.15.4 và

sự sẵn có của các bộ thu phát vô tuyến tương thích với IEEE 802.15.4, nên gần đây rất nhiều ngăn xếp vô tuyến công suất thấp đã được xây dựng trên chuẩn IEEE 802.15.4 như là: WirelessHART, ISA100a, IPv6 và ZigBee

Tiêu chuẩn IEEE 802.15.4 xác định 2 lớp:

-Lớp vật lý: Chỉ rõ các bản tin được gửi và được nhận trên các kênh truyền

vô tuyến vật lý như thế nào

-Lớp điều khiển truy nhập kênh truyền (MAC): Chỉ rõ các bản tin đến từ các lớp vật lý sẽ được xử lý như thế nào

Mặc dù chuẩn IEEE 802.15.4 đã xác định rõ một vài cơ chế ở lớp vật lý và lớp MAC nhưng không phải tất cả mọi chỉ dẫn đều được sử dụng rộng rãi.Ví dụ chuẩn WirelessHART sử dụng các chỉ dẫn lớp vật lý và định dạng tiêu đề gói tin ở lớp MAC nhưng không phải tất cả các quy định ở lớp MAC được sử dụng

Kích thước tối đa gói tin trong chuẩn IEEE 802.15.4 là 127 byte Các gói tin

có kích thước nhỏ bởi vì chuẩn IEEE 802.15.4 được sử dụng cho các thiết bị với tốc độ dữ liệu thấp Do lớp MAC thêm vào phần tiêu đề cho các gói tin nên lượng dữ liệu dành sẵn cho giao thức lớp trên hoặc lớp ứng dụng vào khoảng từ

86 đến 116 byte Do vậy, các giao thức ở lớp trên thường thêm vào các cơ chế phân mảnh các phần dữ liệu lớn hơn thành nhiều khung theo chuẩn 802.15.4

Các mạng IEEE 802.15.4 được chia thành các mạng PAN Mỗi mạng PAN

có một điều phối viên PAN và một tập các thành viên mạng PAN Các gói tin được truyền qua mạng PAN mang 16 bit nhận dạng cho mạng PAN để xác định mạng PAN nào mà gói được gửi đến Một thiết bị có thể tham gia vào một mạng PAN như là một điều phối viên PAN và cũng đồng thời tham gia là thành viên mạng PAN trong một mạng PAN khác

Chuẩn IEEE 802.15.4 xác định hai loại thiết bị là: Thiết bị có chức năng đầy đủ (FFDs) và thiết bị có chức năng hạn chế (RFDs) Các FFDs có nhiều khả năng hơn RFDs và có thể đóng vai trò như một điều phối viên PAN RFDs là các thiết bị đơn giản hơn được xác định dễ dàng hơn trong việc chế tạo với giá thành

rẻ hơn RFDs chỉ có thể truyền thông với FFDs Các FFDs có thể truyền thông được với cả RFDs và FFDs

Hình 1.5 Mạng IEEE 802.15.4.

Một mạng IEEE 802.15.4 với các nút FFDs thể hiện như các chấm đen và các nút RFDs thể hiện bởi các chấm trắng Hai FFDs là điều phối viên PAN trong hai mạng PAN được biểu diễn bởi những vòng tròn đen Mạng PAN bên phải bao gồm hai FFDs nhưng chỉ một FFD là điều phối viên PAN

Mặc dù chuẩn IEEE 802.15.4 định nghĩa ba loại cấu trúc mạng được hỗ trợ

là hình sao, mạng mắt lưới và hình cây nhưng hầu hết các giao thức hoạt động ở lớp trên không sử dụng các cấu hình mạng của 802.15.4 Thay vào đó, chúng xây dựng những cấu trúc liên kết mạng của riêng nó ở phía trên lớp MAC 802.15.4

Vì lý do đó, chúng ta không đi vào chi tiết các cấu trúc liên kết mạng được định nghĩa bởi chuẩn IEEE 802.15.4

1.3.1 Các mô hình truyền thông

Mô hình truyền thông Điểm Điểm: Mô hình truyền thông Điểm Điểm xảy ra khi một nút mạng truyền thông với một nút mạng khác Tuy nhiên, việc truyền thông có thể có liên quan đến nhiều nút mạng khác Trong hình 1.3, hai nút mạng truyền thông với nhau thông qua hai nút mạng khác Hai nút mạng này đóng vai trò chuyển tiếp các gói tin giữa các điểm đầu cuối của quá trình truyền thông

-Hình 1.6 Mô hình truyền thông Điểm - Điểm.

Mô hình truyền thông Điểm - Đa điểm: Mô hình này được sử dụng để gửi bản tin từ một nút tới một số nút khác và có thể là tất cả các nút khác trong mạng Mô hình truyền thông này có thể được sử dụng để gửi một lệnh thiết lập đến các nút trong mạng.

Hình 1.7 Mô hình truyền thông Đa điểm - Điểm.

1.3.2 Định dạng địa chỉ theo chuẩn IEEE 802.15.4

Mỗi nút trong mạng theo chuẩn IEEE 802.15.4 có một địa chỉ 64 bit nhận dạng thiết bị duy nhất Do kích thước gói tin bị giới hạn bởi chuẩn IEEE 802.15.4, nên độ dài 64 bit địa chỉ là không khả thi Do đó, chuẩn IEEE 802.15.4 cho phép các nút sử dụng địa chỉ với độ dài 16 bit Các địa chỉ ngắn được gán bởi điều phối viên PAN và chỉ có giá trị trong khuôn khổ của một PAN Các nút có thể lựa chọn để gửi gói tin bằng cách sử dụng cả hai định dạng địa chỉ

Địa chỉ được viết dưới dạng hệ thập lục phân (Hexa) phân cách nhau bằng dấu hai chấm Một ví dụ về độ dài một địa chỉ 802.15.4 là 00:12:75:00:11:6e:cd:fb Hình 1.8 là một ví dụ về hai địa chỉ IEEE 802.15.4 là một địa chỉ dài và một địa chỉ ngắn

Các địa chỉ dài là duy nhất trên thế giới và mỗi thiết bị IEEE 802.15.4

được gán một địa chỉ khi được sản xuất Mỗi nhà sản xuất yêu cầu 24 bit nhận dạng duy nhất OUI của nhà sản xuất (Organizational Unique Identifier) lấy từ

tổ chức IEEE Các OUI được sử dụng như là 24 bit địa chỉ đầu tiên của thiết bị Còn lại 40 bit được gán bởi nhà sản xuất và phải là duy nhất cho mỗi thiết bị

Hình 1.8 Hai định dạng địa chỉ hỗ trợ IEEE 802.15.4 là địa chỉ dài (64 bit) và địa

1.3.3 Lớp vật lý theo chuẩn IEEE 802.15.4

Lớp vật lý xác định tần số vô tuyến vật lý, kỹ thuật điều chế và mã hóa tín hiệu Chuẩn IEEE 802.15.4 hoạt động trên 3 băng tần số vô tuyến được cấp phép miễn phí Bởi những quy định khác nhau về tần số vô tuyến, nên tần số được cấp phép ở các nước trên thế giới cũng khác nhau Tại Hoa Kỳ, chuẩn IEEE 802.15.4 sử dụng băng tần 902-982MHz Tại châu Âu, chuẩn IEEE 802.15.4 sử dụng băng tần 868-868.8MHz Các nước còn lại thế giới, chuẩn IEEE 802.15.4

sử dụng băng tần 2400-2483.5MHz

Chuẩn IEEE 802.15.4 định nghĩa 26 kênh hoạt động khác nhau Trong mỗi

băng tần có quy định một số kênh như được chỉ ra trong hình 1.7 Channel 0 được quy định chỉ ở châu Âu và nằm trên băng tần 868MHz Các kênh từ 1-10 được quy định chỉ ở Hoa Kỳ trên băng tần 902-982MHz Khoảng cách giữa các kênh là 2MHz Các kênh từ 11-26 được quy định trên băng tần 2,4 GHz Khoảng cách giữa các kênh là 5MHz

Chuẩn IEEE 802.15.4 sử dụng hai loại điều chế vô tuyến tùy thuộc vào tần

số kênh Các kênh từ 0-10 sử dụng khoá dịch pha nhị phân (BPSK), trong khi đó các kênh từ 11-26 sử dụng khoá dịch pha vuông góc (QPSK) Trên tất cả các kênh, chuẩn IEEE 802.15.4 sử dụng điều chế trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)

Hình 1.9 Chuẩn IEEE 802.15.4 quy định 26 kênh vô tuyến vật lý.

Giống như kỹ thuật điều chế, tốc độ bit là phụ thuộc vào kênh vô tuyến Tốc

độ bit của kênh là 0 là 20.000 bit/s Đối với các kênh từ 1-10, tốc độ bit là 40.000 bit/s và cho các kênh 11-26 tốc độ bit là 250.000 bit/s

Hình 1.10 Các kênh 11-24 IEEE 802.15.4 chồng chéo lên các kênh 802.11.

Kênh 25 và 26 không được bao bọc bởi các kênh 802.11 Khi các kênh 1, 6

và 11 của 802.11 được sử dụng, hai kênh 15 và 20 của 802.15.4 không bị ảnh hưởng bởi 802.11 Các kênh vô tuyến IEEE 802.15.4 trong băng tần 2.4GHz chia sẻ tần số vô tuyến của chúng với chuẩn IEEE 802.11 (WiFi) và có một sự chồng lấn với các kênh 802.11

Bởi vì chuẩn IEEE 802.11 có một công suất đầu ra cao hơn nên lưu lượng theo chuẩn 802.11 làm nhiễu lưu lượng theo chuẩn 802.15.4 Hình 1.7 cho thấy sự chồng lấn giữa chuẩn 802.15.4 và chuẩn 802.11 Tất cả kênh theo chuẩn 802.15.4 ngoại trừ kênh 25 và 26 được bao bọc bởi các kênh theo chuẩn 802.11 Khi các kênh 1, 6 và 11 của chuẩn 802.11 được sử dụng thì có 2 kênh của chuẩn 802.15.4 (là kênh 15 và 20) không thấy sự can nhiễu từ lưu lượng của chuẩn 802.11

Lớp vật lý cũng cung cấp các cơ chế để đo công suất vô tuyến của một kênh cho trước Kết quả của phép đo này được sử dụng để lớp MAC biết một nút nào đócó thể đang truyền dữ liệu trên một kênh cụ thể và để điều phối viên quét các kênh có sẵn trong mạng

Cơ chế phát hiện công suất vô tuyến cũng được sử dụng để hỗ trợ cơ chế đánh giá kênh trống CCA (Clear Channel Assessment) Trong đó, lớp vật lý có

thể đánh giá để biết được một nút nào đó hiện đang truyền dẫn qua kênh vô tuyến Điều này được thực hiện bằng một trong ba cách sau:

+ Thứ nhất là đo công suất vô tuyến và so sánh nó với một mức công suất ngưỡng được xác định trước

+ Thứ hai là thực hiện giải điều chế tín hiệu vô tuyến đến để xem nó có phải là một tín hiệu hợp lệ theo chuẩn 802.15.4

+ Thứ ba là sự kết hợp của phương pháp phát hiện công suất vô tuyến và phương pháp điều chế tín hiệu Cơ chế CCA được sử dụng bởi lớp MAC để kiểm soát sự truy nhập kênh truyền vô tuyến

1.3.4 Điều khiển truy nhập kênh truyền theo chuẩn IEEE 802.15.4

Mục đích của lớp MAC là để kiểm soát truy nhập vào các kênh truyền vô tuyến Bởi vì kênh truyền vô tuyến được chia sẻ giữa tất cả các nút gửi

và nút nhận trong một khu vực lân cận với nhau nên lớp MAC cung cấp cơ chế

để các nút xác định khi nào kênh nhàn rỗi và khi nào là an toàn để gửi các bản tin

Lớp 802.15.4 MAC cung cấp cơ chế quản lý truy nhập kênh, xác nhận sự hợp lệ các khung đến và xác nhận sự tiếp nhận khung Ngoài ra, 802.15.4 MAC cung cấp các cơ chế tùy chọn cho việc đa truy nhập phân chia thời gian (TDMA)

để truy nhập kênh truyền Trong đó, điều phối viên PAN chỉ định các khe thời gian cho thiết bị giao thức chạy trên chuẩn 802.15.4

Việc quản lý truy nhập kênh truyền thực hiện theo cơ chế CCA được hỗ trợ bởi lớp vật lý Trước khi gửi một gói tin, lớp MAC yêu cầu lớp vật lý thực hiện một kiểm tra CCA Nếu CCA nhận thấy rằng một nút khác hiện đang sử dụng kênh truyền thì lớp MAC sẽ không thực hiện việc truyền gói tin của nó Thay vào đó, lớp MAC sẽ đợi một thời gian nhất định và thử gửi lại gói tin một lần nữa

Lớp MAC thực hiện xác nhận sự hợp lệ các khung đến bằng việc tính toán kiểm tra dư vòng 16 bit (CRC) của toàn bộ khung CRC được sử dụng để kiểm tra các lỗi truyền trong khung và được tính toán bởi nút gửi khung Nó

được thêm vào các gói tin được truyền đi Nếu CRC được tính toán bởi nút nhận không khớp CRC ở cuối khung thì nút nhận sẽ loại bỏ khung

Lớp MAC cung cấp một cơ chế tự động xác nhận các khung dữ liệu Nếu một khung đến có thiết lập bit xác nhận thì lớp MAC sẽ gửi đi một khung xác nhận Khung xác nhận chỉ được gửi đi khi địa chỉ đích của khung đến giống địa chỉ của thiết bị và nếu CRC của khung đến hợp lệ Khung xác nhận không được định địa chỉ rõ ràng đến nút gửi khung dữ liệu, mà được quảng bá đến tất cả các nút Chính điều này dẫn đến việc nhiều giao thức lớp trên chạy trên chuẩn 802.15.4 thực hiện các cơ chế xác nhận của riêng chúng

1.3.5 Cấu trúc khung dữ liệu theo chuẩn IEEE 802.15.4

Các giao thức truyền thông xác định một định dạng gói tin chung sao cho tất cả các nút biết cách để xây dựng và phân tích các gói tin từ những nút khác Định dạng gói tin bao gồm ba phần đó là: Phần tiêu đề, phần dữ liệu và phần kết thúc khung Phần tiêu đề bao gồm dữ liệu điều khiển như các địa chỉ, các số thứ tự và các cờ Phần dữ liệu là dữ liệu của lớp phía trên

Do đó, cấu trúc của phần dữ liệu thông thường không xác định nhưng được chuyển đến các giao thức lớp trên để xác định rõ Phần kết thúc khung thường chứa một kiểm tra tổng hoặc các chữ ký mật mã Phần kết thúc khung này có thể được tính toán trong khi gói tin được truyền đi Phần kết thúc này sẽ được gửi đi sau khi phần còn lại của gói tin đã được gửi

Hình 1.11 Lớp vật lý IEEE 802.15.4 và các định dạng tiêu đề lớp MAC.

Chuẩn IEEE 802.15.4 định nghĩa một định dạng gói tin chung cho tất cả các gói tin được truyền đi Định dạng gói bao gồm một phần lớp vật lý và một phần lớp MAC Lớp vật lý bổ sung phần tiêu đề đồng bộ hóa và lớp MAC bổ sung một phần tiêu đề và phần kết thúc khung Định dạng phần tiêu đề được minh họa trong hình 1.11

Phần tiêu đề được thêm vào bởi lớp vật lý bao gồm một mở đầu khung (Preamble), một bắt đầu giới hạn khung SFD (Start of Frame Delimiter) và một trường độ dài Mở đầu khung được sử dụng để đồng bộ hóa nút gửi và nút nhận để nút nhận có thể nhận được chính xác gói tin phía sau Bắt đầu giới hạn khung SFD báo cho nút nhận biết được sự kết thúc phần mở đầu và bắt đầu khung Trường độ dài 1 byte báo cho nút nhận biết có bao nhiêu byte ở phía sau Chiều dài tối đa của gói tin là 127 byte

Phần tiêu đề lớp MAC gán trực tiếp ngay sau phần tiêu đề lớp vật lý Phần tiêu đề lớp MAC có hai byte điều khiển, được gọi là điều khiển khung Phần chứa các cờ để báo cho nút nhận biết cách để phân tích được phần còn lại của tiêu

đề cũng như các cờ để xác định xem các khung có cần phải xác nhận hay không Sau các byte điều khiển khung là một byte số thứ tự Số thứ tự được sử dụng để

kết hợp với các gói tin xác nhận Gói tin xác nhận mang cùng số thứ tự với gói tin

dữ liệu

Sau các byte số thứ tự và điều khiển khung là các trường địa chỉ Chúng chứa địa chỉ của nút gửi gói tin và nút nhận gói tin cũng như các nhận dạng mạng PAN phía gửi và phía nhận Tất cả các trường địa chỉ này là tùy chọn Sự

có mặt của chúng được chỉ ra bởi các cờ trong trường điều khiển khung Các trường địa chỉ được sử dụng bởi phía thu để xác định xem một gói tin nhận được có phải dành cho nó hay không Theo sau các trường địa chỉ là trường bảo mật tùy chọn chứa dữ liệu cho quá trình xử lý bảo mật, chẳng hạn như trường kiểm tra tính toàn vẹn bản tin bằng mật mã MIC (Message Integrity Check)

Dữ liệu theo sau phần mào đầu lớp MAC và nó có thể dài từ 86 đến 116 byte Độ dài của phần dữ liệu phụ thuộc vào các trường tùy chọn trong lớp MAC được sử dụng Cấu trúc phần dữ liệu trong khung 802.15.4 không được xác định bởi chuẩn IEEE 802.15.4 nhưng được xác định bởi các giao thức hoặc các ứng dụng chạy trên chuẩn 802.15.4 Ở phía cuối của gói 802.15.4 là chuỗi kiểm tra khung (FCS - Frame Check Sequence), nó chứa CRC mà lớp MAC sử dụng để kiểm tra nếu như các gói tin đến cần được loại bỏ khi có các bit lỗi

Kết luận: Với những ưu điểm về mặt công nghệ khả năng đa truy cập tốt

hơn mạng hữu tuyến, thi công lắp đặt nhanh, thích hợp với địa hình không bằng phẳng đồi núi nơi mạng hữu tuyến rất khó triển khai,tiết kiệm năng lượng, lắp đặt, vận hành, cùng với sự đơn giản và tiện lợi trong việc kết nối, tính ổn định và không ngừng cải tiến về mặt kỹ thuật của công nghệ truyền không dây giúp cho mạng cảm biến có mặt hầu hết trong các ứng dụng hiện đại, trở thành xu hướng kết nối tất yếu của tương lai

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 2.1 Sở đồ khối

Hình 2.1 Sở đồ khối nút thu thập client.

Để hệ thống hoạt động ổn định thì các khối phải được giao tiếp với nhau theo các chuẩn phù hợp và nguồn cung cấp phải ổn định chính xác cho các khối làm việc.Sơ đồ khối của mạch điều khiển gồm có 5 khối chính đó là khối nguồn, khối cảm biến(Sensor), khối vi điều khiển ARM , khối GPS và khối Radio Chức năng và nhiệm vụ của từng khối sẽ được phân tích dưới đây

2.1.1 Khối nguồn

Khối nguồn có nhiệm vụ chính là cung cấp nguồn điện cho toàn bộ mạch điều khiển bao gồm khối vi điều khiển, khối cảm biến(Sensor), khối GPS và khối Radio Vi điều khiển sử dụng và cảm biến sử dụng điện áp 5V, khối Radio sử dụng nguồn 3.3V

2.1.2 Khối vi điều khiển ARM

Khối vi điều khiển ARM có nhiệm vụ chính là thu thập dữ liệu từ khối cảm biến và khối GPS Xử lý và đóng gói bản tin gửi sang cho khối Radio truyền sang bên server

2.1.3 Khối cảm biến (Sensor)

Khối cảm biến có nhiệm vụ phát hiện nhiệt độ và độ ẩm của môi trường gửi về cho khối vi điều khiển xử lý

a) Giới thiệu chung

Arduino đã và đang được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới, và ngày càng chứng tỏ được sức mạnh của chúng thông qua vô số ứng dụng độc đáo của người dùng trong cộng đồng nguồn mở (open-source).Tuy nhiên tại Việt Nam Arduino vẫn còn chưa được biết đến nhiều

Hình 2.2 Hình ảnh thực tế của Arduino uno.

Arduino cơ bản là một nền tảng tạo mẫu mở về điện tử (open-source

electronics prototyping platform) được tạo thành từ phần cứng lẫn phần mềm.Về mặt kĩ thuật có thể coi Arduino là 1 bộ điều khiển logic có thể lập trình được Đơn giản hơn, Arduino là một thiết bị có thể tương tác với ngoại cảnh thông qua các cảm biến và hành vi được lập trình sẵn Với thiết bị này, việc lắp ráp và điều khiển các thiết bị điện tử sẽ dễ dàng hơn bao giờ hết.Một điều không hề dễ dàng cho những ai đam mê công nghệ và điều khiển học nhưng là người ngoại đạo và không

có nhiều thời gian để tìm hiểu sâu hơn về về kĩ thuật lập trình và cơ điện tử

Hiện tại có rất nhiều loại vi điều khiển và đa số được lập trình bằng ngôn ngữ C/C++ hoặc Assembly nên rất khó khăn cho những người có ít kiến thức sâu

về điện tử và lập trình Nó là trở ngại cho mọi người muốn tạo riêng cho mình một món đồ mang tính công nghệ Do vậy đó là lí do Arduino được phát triển nhằm đơn giản hóa việc thiết kế, lắp ráp linh kiện điện tử cũng như lập trình trên vi xử lí và mọi người có thể tiếp cận dễ dàng hơn với thiết bị điện tử mà không cần nhiều về kiến thức điện tử và thời gian Arduino có rất nhiều module, mỗi module được phát triển cho một ứng dụng Về mặt chức năng, các bo mạch Arduino được chia thành hai loại: loại bo mạch chính có chip Atmega và loại mở rộng thêm chức năng cho bo mạch chính Các bo mạch chính về cơ bản là giống nhau về chức năng, tuy nhiên về mặt cấu hình như số lượng I/O, dung lượng bộ nhớ, hay kích thước có sự khác nhau Một số bo có trang bị thêm các tính năng kết nối như Ethernet và Bluetooth Các

bo mở rộng chủ yếu mở rộng thêm một số tính năng cho bo mạch chính Ví dụ như tính năng kết nối Ethernet, Wireless, điều khiển động cơ

Arduino được chọn làm bộ não xử lý của rất nhiều thiết bị từ đơn giản đến phức tạp Trong số đó có một vài ứng dụng thực sự chứng tỏ khả năng vượt trội của Arduino do chúng có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ rất phức tạp

Arduino Uno sử dụng 2 vi điều khiển trên board để xử lý tất cả các kết nối USB Chíp dán nhỏ (Atmega 16U2) nằm gần cổng cắm dây kết nối kiểu USB Cho phép nạp chương trình và quản lý các thiết bị USB khác cắm vào Chíp ATMega328 chứa chương trình nạp để thực thi chương trình đã được lập

trình.Trên hầu hết các board Arduino đều sử dụng 1 chip FTDI cung cấp giải pháp cho vấn đề kết nối với cổng nối tiếp của máy tính Ngoài Arduino Uno ra nhà sản xuất cung cấp nhiều board khác như: Arduino Fio Arduino Nano, Arduino Mega

2560 Với tùy vào ứng dụng có thể chọn các loại board nhỏ hoặc board hỗ trợ nhiều chân TX và RX như Arduino 2560

 Những thế mạnh của Arduino so với các nền tảng vi điều khiển khác:

 Chạy trên đa nền tảng: Việc lập trình Arduino có thể thực hiện trên các hệ điều hành khác nhau như: Window, Mac OS, Linux trên Desktop, Android trên di động

 Ngôn ngữ lập trình đơn giản dễ hiểu

 Mã nguồn mở: Arduino được phát triển dựa trên nguồn mở nên phần mềm chạy trên Arduino được chia sẻ dễ dàng và tích hợp vào các nền tảng khác nhau

 Mở rộng phần cứng: Arduino được thiết kế và sử dụng theo dạng module nên việc mở rộng phần cứng có thể dễ dàng hơn

 Đơn giản và nhanh: Rất dễ dàng lắp ráp, lập trình và sử dụng thiết bị

- Dễ dàng chia sẻ: Mọi người dễ dàng chia sẻ mã nguồn với nhau mà không lo lắng về ngôn ngữ hay hệ điều hành mình đang sử dụng

b) Cấu trúc phần cứng của Arduino

Arduino Uno là một bo mạch vi điều khiển dựa trên chip ATMega168 hoặc ATMega328

 Cấu trúc chung bao gồm:

- 14 chân vào ra bằng tín hiệu số, trong đó có 6 chân có thể sứ dụng để điều chế độ rộng xung

- 6 chân đầu vào tín hiệu tương tự cho phép chúng ta kết nối tới các bộ cảm biến bên ngoài để thu thập dữ liệu

- Sử dụng 1 dao động thạch anh với tần số dao động 16Mhz

- Có một cổng kết nối bằng chuẩn USB để chúng ta nạp chương trình vào

bo mạch và một chân cấp nguồn cho mạch, một nút reset

- Nó chứa mọi thứ cần thiết để hỗ trợ các vi điều khiển, nguồn cung cấp cho Arduino có thể là từ máy tính thông qua cổng USB hoặc là từ bộ nguồn chuyên dụng được biến đổi từ xoay chiều sang một chiều hoặc là nguồn lấy từ

pin.Trên board có cổng USB connector để cắm vào máy tính,, đèn báo nguồn màu xanh Có công tắc Reset Các pin giao tiếp LED ở chân 13 và các led báo truyền nhận nối tiếp Ngoài ra còn có các cổng đọc tín hiệu số và tín hiệu tương tự và các chân chức năng PWM và truyền nhận dữ liệu nối tiếp Và các chân giao tiếp I2C phục vụ giao tiếp hai dây SDA và SCL.

 Thông số kỹ thuật

 Khối xử lý trung tâm dùng vi điều khiển ATMega328

 Điện áp hoạt động 5V

 Điện áp đầu vào khuyến nghị 7-12V

 Điện áp đầu vào giới hạn 6-20V

 Dòng DC vào ra trên chân là 40mA

 Dòng đầu ra ở chân 3.3V là 50mA

 Bộ nhớ Flash 32KB(ATMega328) hoặc 16Kb (ATMega168) trong đó 0.5KB sử dụng cho bootloader

 SRAM là 2KB(ATMega328) hoặc 1Kb (ATMega168)

 EEPROM là 1KB(ATMega328) hoặc 1Kb (ATMega168)

 Tần số 16MHz

 Khối xử lý trung tâm

Trong bo mạch Arduino IC đóng vai trò xử lý trung tâm là: ATMega328 cấu trúc sơ đồ chân của nó như sau:

Hình 2.3 Sơ đồ chân ATMega328.

 Chân VCC (chân số 7): Chân cung cấp điện áp dương nguồn 5V

 Chân GND (chân số 8): Chân đất chung

 Chân AREF (chân số 21): Là chân tham chiếu để chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số

 Chân AVCC (chân 20): Chân cung cấp điện áp cho quá trình chuyển đổi ADC

 Port B (chân 14>19, chân 9, chân 10): Bao gồm 8 chân I/O từ (PB0 > PB7)

 Port C (chân 23>28, chân 1): Bao gồm có 7 chân I/O từ (PC0 > PC6) trong đó chân PC6 (chân số 1) là chân reset

 Port D (chân 2>6, chân 11>13): Bao gồm có 8 chân I/O từ chân PD0 > PD7

 Khối nguồn nuôi

Arduino có thể được hỗ trợ thông qua kết nối USB hoặc với một nguồn cung cấp điện bên ngoài Các nguồn năng lượng được lựa chọn tự động, hệ thống

vi điều khiển có thể hoạt động bằng một nguồn cung cấp bên ngoài từ 6V đến 20V nên cung cấp lớn hơn 7V Tuy nhiên nếu thể cung cấp ít hơn 5V hệ thống vi điều khiển có thể không ổn định Nếu sử dụng nhiều hơn 12V bộ chuyển đổi điện áp có thể nóng mạnh, phạm vi khuyến nghị là 7V đến 12V.

 Chân Vin: Điện áp đầu vào Arduino khi chúng ta dùng nguồn điện bên ngoài (khác với nguồn 5V lấy từ USB hoặc nguồn thông qua jack cắm nguồn riêng) Chúng ta có thể cung cấp nguồn thông qua chân này

 Chân 5V: Cung cấp nguồn vi điều khiển và các bộ phận khác trên bo mạch và cung cấp nguồn cho các thiết bị ngoại vi khi kết nối tới bo mạch

 Chân 3V3: Cung cấp nguồn cho các thiết bị cảm biến

 Chân GND : Chân nối đất

 Khối các chân giao tiếp vào/ra

Trong số 14 chân tín hiêu số chúng ta có thể cấu hình để làm chân nhận dữ liệu vào từ các thiết bị ngoại vi hoặc làm chân để truyền tín hiêu ra các thiết bị ngoại vi Bằng cách sử dụng các chức năng pinMode(), digitalWrite() và digitalRead() hoạt động ở điện áp 5V Mỗi chân có thể cung cấp hoặc nhận một dòng điện tối đa 50mA và có một điện trở kéo nội (ngắt kết nối theo mặc định) 20-

50 kOhms Ngoài ra có một số chân có chức năng khác

 Chân 0 (Rx) : Chân được dùng để nhận dữ liệu nối tiếp

 Chân 1 (Tx) : Chân được dùng để truyền dữ liệu nối tiếp

 Chân 2 và 3: Chân ngắt ngoài

 Chân 3, 5, 6, 9, 10 và 11: Chân để điều chế độ rộng xung PWM

 Chuẩn giao tiếp SPI: Sử dụng chân 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK)

 Chuẩn giao tiếp I2C: Sử dụng chân đầu vào tương tự A4 (SDA) và A5 (SCL)

 Chân Aref: Tham chiếu điện áp đầu vào analog

 Ứng dụng của Arduino

 Robot: Arduino được dùng để làm bộ xử lý trung tâm của rất nhiều loại robot Đó là nhờ vào khả năng đọc các thiết bị cảm biến, điều khiển động cơ,… của Arduino

 Game tương tác: chúng ta có thể dùng Arduino để tương tác với Joystick, màn hình,… để chơi các trò như Tetrix, phá gach, Mario… Còn nhiều game rất sáng tạo nữa, ví dụ bạn có thể tham khảo ở đây: http://wn.com/arduino_game

 Máy bay không người lái

 Mô phỏng Ipod …

2.2.2 Module CC2530(DRF1605h)

Module RF zigbee CC2530 DRF1605H sử dụng chip truyền sóng CC2530 của Texas Instrument cho khoảng cách lên đến 1.6km, bản thân CC2530 có tích hợp nhân vi điều khiển 8051 với các ngoại vi tích hợp sẵn như UART, SPI, I2C, GPIO, nên có thể lập trình kết nối trực tiếp với các cảm biến và ngoại vi khác

Module đã được nạp sẵn firmware mẫu truyền nhận UART và có thể sử dụng trực tiếp như một module truyền UART từ xa hoặc lập trình lại để thực hiện các chức năng khác

Module DRF1605H giao tiếp thông qua giao diện UART (TX & RX), truyền năng lượng cao nên khoảng cách truyền có thể đạt tới 1.6 km

 Một số tính chất củ module:

+Module sử dụng điện 3.3V, khoảng từ 2.6V đến 3.6V

+Giao tiếp UART với các tốc độ truyền: 9600bps, 19200bps, 38400bps, 57600bps, 115200bps

+Có thể chỉnh tần số sóng từ 2405 MHz – 2480 MHz (mỗi bước 5 MHz) +Dòng tiêu tốn tốc đa: 120mA (gửi), 45mA (nhận)

+Độ nhạy: -110dBm

a) Sơ đồ chân

Hình 2.4 Sơ đồ chân của cc2530 drf1605h.

Module cc2530 drf1605h thiết kế với 2 khối spin J1 và J2 Do mà module

có thể dùng luôn được mà không phải tác động trực tiếp tới chip cc2530 cho nên ta chỉ quan tâm tới một số chân như :

9(J2) Led_2 dùng để theo dõi hoạt động của module

3(J1) Sw1 Test truyền nhận giữa 2 module

Hình 2.5 khoảng cách các pin của module.

b) Sử dụng module

 Cấu hình

Module có thể được cấu hình theo hai dạng:

+Coordinator (nút điều phối)

+ Router (nút định tuyến)

 Coordinator: được sử dụng để tạo mạng Zigbee Khi một nút kết nối, nó

sẽ cấp cho địa chỉ cho nút con Mỗi mạng Zigbee cần và chỉ cần một Coordinator Các mạng khác nhau phải có PAN ID khác nhau Nếu có hai Coordinator có cùng PAN ID thì Coordinator khởi động sau sẽ tự động thêm một vào PAN ID để tránh xung đột