Report final DA2luanvantotnghiep

file báo cáo đồ án 2 công nghệ thông tin Kể CLEAR nghe, bài hát đầu tiên khiến bạn trở thành 1 WANNABLE là bài hát nào và vì sao bạn lại yêu thích 11 anh chàng này vậy :D Tự tin đo độ fan cứng“, rinh ngay 03 set quà siêu đặc biệt, mỗi phần gồm 1 CD mới nhất “11=0” có chữ ký tay của thần tượng và 1 cặp vé xem phim CGV chỉ với 02 bước sau: 1.Comment trả lời câu hỏi trên, kèm một dãy số may mắn gồm 05 chữ số từ 00001 đến 50000 (các bạn hoàn toàn có thể comment nhiều lần với nhiều số để có thêm nhiều cơ hội may mắn nha) 2.Share post này ở chế độ công khai với hashtag ClearNothingToHide ClearMAMA2017. Thể lệ tại http:bit.ly2AHQMmV Cơ hội nhận quà cuối cùng rồi đó, các Wannables đừng bỏ lỡ nha :D Play 0:03 Additional Visual SettingsEnter Watch And ScrollEnter Fullscreen UnmuteKể CLEAR nghe, bài hát đầu tiên khiến bạn trở thành 1 WANNABLE là bài hát nào và vì sao bạn lại yêu thích 11 anh chàng này vậy :D Tự tin đo độ fan cứng“, rinh ngay 03 set quà siêu đặc biệt, mỗi phần gồm 1 CD mới nhất “11=0” có chữ ký tay của thần tượng và 1 cặp vé xem phim CGV chỉ với 02 bước sau: 1.Comment trả lời câu hỏi trên, kèm một dãy số may mắn gồm 05 chữ số từ 00001 đến 50000 (các bạn hoàn toàn có thể comment nhiều lần với nhiều số để có thêm nhiều cơ hội may mắn nha) 2.Share post này ở chế độ công khai với hashtag ClearNothingToHide ClearMAMA2017. Thể lệ tại http:bit.ly2AHQMmV Cơ hội nhận quà cuối cùng rồi đó, các Wannables đừng bỏ lỡ nha :D Play 0:03 Additional Visual SettingsEnter Watch And ScrollEnter Fullscreen UnmuteKể CLEAR nghe, bài hát đầu tiên khiến bạn trở thành 1 WANNABLE là bài hát nào và vì sao bạn lại yêu thích 11 anh chàng này vậy :D Tự tin đo độ fan cứng“, rinh ngay 03 set quà siêu đặc biệt, mỗi phần gồm 1 CD mới nhất “11=0” có chữ ký tay của thần tượng và 1 cặp vé xem phim CGV chỉ với 02 bước sau: 1.Comment trả lời câu hỏi trên, kèm một dãy số may mắn gồm 05 chữ số từ 00001 đến 50000 (các bạn hoàn toàn có thể comment nhiều lần với nhiều số để có thêm nhiều cơ hội may mắn nha) 2.Share post này ở chế độ công khai với hashtag ClearNothingToHide ClearMAMA2017. Thể lệ tại http:bit.ly2AHQMmV Cơ hội nhận quà cuối cùng rồi đó, các Wannables đừng bỏ lỡ nha :D Play Kể CLEAR nghe, bài hát đầu tiên khiến bạn trở thành 1 WANNABLE là bài hát nào và vì sao bạn lại yêu thích 11 anh chàng này vậy :D Tự tin đo độ fan cứng“, rinh ngay 03 set quà siêu đặc biệt, mỗi phần gồm 1 CD mới nhất “11=0” có chữ ký tay của thần tượng và 1 cặp vé xem phim CGV chỉ với 02 bước sau: 1.Comment trả lời câu hỏi trên, kèm một dãy số may mắn gồm 05 chữ số từ 00001 đến 50000 (các bạn hoàn toàn có thể comment nhiều lần với nhiều số để có thêm nhiều cơ hội may mắn nha) 2.Share post này ở chế độ công khai với hashtag ClearNothingToHide ClearMAMA2017. Thể lệ tại http:bit.ly2AHQMmV Cơ hội nhận quà cuối cùng rồi đó, các Wannables đừng bỏ lỡ nha :D Play 0:03 Additional Visual SettingsEnter Watch And ScrollEnter Fullscreen UnmuteKể CLEAR nghe, bài hát đầu tiên khiến bạn trở thành 1 WANNABLE là bài hát nào và vì sao bạn lại yêu thích 11 anh chàng này vậy :D Tự tin đo độ fan cứng“, rinh ngay 03 set quà siêu đặc biệt, mỗi phần gồm 1 CD mới nhất “11=0” có chữ ký tay của thần tượng và 1 cặp vé xem phim CGV chỉ với 02 bước sau: 1.Comment trả lời câu hỏi trên, kèm một dãy số may mắn gồm 05 chữ số từ 00001 đến 50000 (các bạn hoàn toàn có thể comment nhiều lần với nhiều số để có thêm nhiều cơ hội may mắn nha) 2.Share post này ở chế độ công khai với hashtag ClearNothingToHide ClearMAMA2017. Thể lệ tại http:bit.ly2AHQMmV Cơ hội nhận quà cuối cùng rồi đó, các Wannables đừng bỏ lỡ nha :D Play 0:03Kể CLEAR nghe, bài hát đầu tiên khiến bạn trở thành 1 WANNABLE là bài hát nào và vì sao bạn lại yêu thích 11 anh chàng này vậy :D Tự tin đo độ fan cứng“, rinh ngay 03 set quà siêu đặc biệt, mỗi phần gồm 1 CD mới nhất “11=0” có chữ ký tay của thần tượng và 1 cặp vé xem phim CGV chỉ với 02 bước sau: 1.Comment trả lời câu hỏi trên, kèm một dãy số may mắn gồm 05 chữ số từ 00001 đến 50000 (các bạn hoàn toàn có thể comment nhiều lần với nhiều số để có thêm nhiều cơ hội may mắn nha) 2.Share post này ở chế độ công khai với hashtag ClearNothingToHide ClearMAMA2017. Thể lệ tại http:bit.ly2AHQMmV Cơ hội nhận quà cuối cùng rồi đó, các Wannables đừng bỏ lỡ nha :D Play 0:03 Additional Visual SettingsEnter Watch And ScrollEnter Fullscreen Unmute Additional Visual SettingsEnter Watch And ScrollEnter Fullscreen Unmute 0:03 Additional Visual SettingsEnter Watch And ScrollEnter Fullscreen Unmute

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

KHOA KĨ THUẬT MÁY TÍNH

NGUYỄN THANH SANG NGUYỄN ANH PHÁT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

KHOA KĨ THUẬT MÁY TÍNH

NGUYỄN THANH SANG – 13520699 NGUYỄN ANH PHÁT – 13520609

ĐỒ ÁN 2

HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU NHIỆT DỘ CỦA TOÀ NHÀ THÔNG QUA MẠNG ZIGBEE VÀ HIỂN THỊ LÊN

WEBSITE

KỸ SƯ NGÀNH KĨ THUẬT MÁY TÍNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN THS TRƯƠNG VĂN CƯƠNG

DANH SÁCH HỘI ĐỒNG BẢO VỆ KHÓA LUẬN

Hội đồng chấm khóa luận tốt nghiệp, thành lập theo Quyết định số

……… ngày ……… của Hiệu trưởng Trường Đại học Côngnghệ Thông tin

1 ……… – Chủ tịch

2 ……… – Thư ký

3 ……… – Ủy viên

4 ……… – Ủy viên

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Công nghệThông tin - Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh đã tận tình chỉ dạy em trong suốt 9học kì vừa qua Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong khoa

Kỹ thuật Máy tính, các thầy cô đã luôn tạo điều kiện cho em học tập và nghiên cứutrong suốt những năm học đại học

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Trương Văn Cương, thầy đã tận tìnhgiúp đỡ, hướng dẫn em trong quá trình chọn đề tài và chỉ bảo em trong suốt thờigian làm khóa luận vừa qua

Tôi cũng xin cảm ơn đến các bạn sinh viên lớp KTMT2013 giúp đỡ tôi trongquá trình học tập và nghiên cứu đề tài này

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, những người luôn ở bên độngviên và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt khóa luận này

Với thời gian thực hiện đề tài ngắn, kiến thức còn hạn hẹp, dù đã rất cố gắngnhưng vẫn không tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự thông cảm vàlời chỉ dẫn thêm của quý thầy cô và bạn bè

XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!

Hồ Chí Minh, ngày 00 tháng 00 năm 2017.Khoa Kỹ thuật Máy tính, Lớp KTMT2013

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thanh Sang Nguyễn Anh Phát

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 2

1.1 Tổng quan 2

1.2 Tình hình trong và ngoài nước 3

1.2.1 Ngoài nước 3

1.2.2 Trong nước 6

1.3 Mục tiêu nghiên cứu và giới hạn của đề tài 7

1.3.1 Mục tiêu 7

1.3.2 Giới hạn của đề tài 8

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 9

2.1 Mạch thu phát tín hiệu Zigbee 9

2.1.1 Zigbee là gì? 9

2.1.2 Mô Hình mạng Zigbee 11

2.1.3 Cấu trúc của Zigbee 12

2.1.4 Nguyên lý hoạt động 14

2.2 Giới thiệu chung về Module DRF1605H (Sử dụng chíp CC2530) 22

2.3 Kits Raspberry Pi 3 19

2.3.1 Giới thiệu về Raspberry Pi 3 19

2.3.2 Chi tiết về bo mạch Raspberry Pi 22

2.3.3 Hệ điều hành Raspbian 22

2.4 Board xử lý Aduino UNO R3 và ATmega328 15

2.4.1 Giới thiệu về Aduino 15

2.4.2 Chi tiết về board 16

2.4.3 ATmega328 18

2.5 Cảm biến nhiệt độ ML35 22

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 33

3.1 Mô hình tổng thể 33

3.1.1 Giải thuật cho Router 37

3.1.2 Giải thuật cho Coordinator 37

3.1.3 Giải thuật cho Sever 37

3.1.4 Giải thuật cho Client 37

3.2 Thiết kế hệ thống 37

3.2.1 Phần cứng 37

3.2.1.1 Khối Router 41

3.2.1.2 Khối Coordinator 42

3.2.2 Phầm mềm 41

3.2.2.1 Khối Router 41

3.2.2.2 Cấu hình Zigbee 42

3.2.2.3 Khối Coordinator 44

3.3 Ứng dụng quản lý 45

3.3.1 Mô tả ứng dụng 45

3.3.2 Cấu trúc 45

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ 48

4.1 Quy trình thực hiện 48

4.1.1 Các thành phần của hệ thống 48

4.1.2 Nạp chương trình cho từng thành phần 49

4.1.3 Kết nối các thành phần 51

4.2 Kết quả 53

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 55

5.1 Kết luận 55

5.2 Hướng phát triển 56

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1: Nanosatellite của vệ tinh VELOX-I trước và sau khi hoàn tất

Hình 2 Các mô hình mạng Zigbee

Hình 3: Các tầng hệ thống của Zigbee

Hình 4: Module Zigbee CC2530 (DRF1605H)

Hình 5: Đế cắm DRF1605H

Hình 6: Bo mạch Raspberry Pi bên cạnh iPhone 4

Hình 7: Sơ đồ cấu tạo Raspberry Pi

Hình 8: Sơ đồ chân Raspberry 3

Hình 9: Hệ điều hành Raspbian

Hình 10: Phần mềm Win32DiskImager

Hình 11: Hộp thoại Raspi-config

Hình 12: Chọn hệ điều hành muốn cài đặt

Hình 13: Chọn ngôn ngữ và Keyboard

Hình 14: Board Aduino UNO R3 dùng trong đề tài

Hình 15: Sơ đồ chân ATmega328

Hình 16: Sơ đồ chân và hình dạng của LM35

Hình 17: Mô hình tổng thể

Hình 18: Lưu đồ Router

Hình 19: Lưu đồ Coordinator

Hình 21: Giải thuật quản lý website

Hình 22: Giải thuật trang chính

Hình 23: Khối Router

Hình 24: Khối Coordinator

Hình 25: Đế cắm Module Zigbee DRF1605H

Hình 26: Giao diện phần mềm Zigbee Configure V51 cấu hình Coordinator

Hình 27: Giao diện phần mềm Zigbee Configure V51 cấu hình Router

Hình 28: Cài đặt sử dụng UART (1)

Hình 29: Code đọc nhiệt độ từ cảm biến và in ra màn hình

Hình 30: Sơ đồ lắp mạch thu nhiệt độ

Hình 31 : Kết quả nhiệt độ thu được từ cảm biến

Hình 32 : Khi cài đặt Coordinator thành công

Hình 33: Sơ đồ chân Module Zigbee DRF1605H

Hình 34: Kết nối với 1 thiết bị router

Hình 35: Kết nối với 2 thiết bị router

Hình 36: Dữ liệu được thêm vào database

Hình 37: Giao diện đang nhập

Hình 38: Danh sách user

Hình 39 : Bảng danh sách thiết bị và nhiệt độ mới nhất

Hình 40 : Chi tiết nhiệt độ thiết bị từng thời điểm

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1.1: So sánh xu hướng ứng dụng giữa các giao thức wireless khác và Xbee

Bảng 2.3.2.1: Những đặc điểm cơ bản

Bảng 2.3.2.2: Các cổng nhập xuất cơ bản

Bảng 2.3.2.3: Các kết nối được hỗ trỡ

Bảng 2.3.2.4: Các thông số khuyến cáo trên mạch

Bảng 2.4.1: Một vài thông số của Arduino UNO R3

Bảng 3.2.2.1: Sơ đồ nối chân Aduino và zigbee

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Hệ thống quản lý nhiệt độ gồm 4 thành phần chính là:

+ Khối thu thập thông tin môi trường được đặt ở các phòng, hành lang, hoặc cácnơi cần thiết trong một tòa nhà cao tầng Khối này gồm cảm biến nhiệt độ, dữ liệu

từ cảm biến được xử lý thông qua board Arduino để nhận và phân tích dữ liệu sau

đó truyền tiếp sang module Zigbee

+ Khối truyền tải thông tin, ở đề tài này nhắm đến việc sử dụng module Zigbee

mà cụ thể là DRF1605H V4 Module Zigbee có khả năng truyền thông tin với độ tincậy cao và tiêu thụ năng lượng ở mức tối thiểu, ngoài ra với việc sử dụng Zigbee sẽkhông bị giới hạn về khoảng cách truyền tin như những thiết bị khác, thông tin cóthể chuyển tiếp nhau từ node này đến node khác cho đến khi đến đích Tổng thểgồm 3 mạch Zigbee(Router) đặt ở các phòng khác nhau và 1 mạch ở máy chủ(Coordinator)

+ Khối lưu trữ xử lý, là khối đặt ở trung tâm cụ thể là Kits Raspberry Pi 3 giao tiếp uart với Zigbee Coordinator có chức năng nhận tín hiệu từ các node router và truyền về cho Sever Tại một chương trình đóng vai trò như web service, thiếp nhậnnhững thông tin từ zigbee Coordinator, xử lý và lưu trữ thông tin vào cơ sở dữ liệu + Khối Client là một website có bảo mật được xây dựng với những tính năng như hiển thị nhiệt độ của các node được lấy từ cơ sở dữ liệu theo dạng bảng hoặc biểu đồ, cũng như cảnh báo cho người dùng khi một khu vực có nhiệt độ tăng cao bất thường để người quản lý có hành động kịp thời ngăn chặn

MỞ ĐẦU

Sự phát triển của khoa học nói chung và công nghệ thông tin nói riêng đãgóp phần không nhỏ trong cuộc sống và sự phát triển của con người Bên cạnh đóviệc áp dụng các nghiên cứu khoa học về các sản phẩm tự động hóa vào cuộc sốnghàng ngày giúp hiểu quả công việc hàng ngày được cải thiện rõ rệt Chính vì thế đãcho ra đời sản phẩm “Hệ thống thu thập nhiệt độ thông minh” với chức năng giámsát, quản lý nhiệt độ hoàn toàn tự động mang lại nhiều lợi ích cho con người, từ đónâng cao năng suất làm việc, tiết kiệm thời gian và chi phí… Bên cạnh đó việc sửdụng hệ thống thu thập dự liệu nhiệt độ thông minh giúp ta có thể bắt kịp với xuhướng của thế giới, khi mà các tòa nhà cao tầng ngày càng mọc lên nhiều kèm theo

đó là những mỗi đe dọa liên quan đến cháy nổ

Hệ thông thu thập nhiệt độ thông minh là một chủ đề tương đối rộng với nhiều module có thể tùy biến tùy theo nhu cầu của người sử dụng Từ đó có thể lắp thêm nhiều cảm biến khác nhau, tăng khả năng đường truyền và cải thiện ứng dụng giám sát cho phù hợp với nhiều loại người dùng, vì đề tài này được áp dụng những loại module có tính phổ biến rộng rãi, thân thiện với người kỹ thuật viên, dễ nâng cấp vàphát triển như Kits Raspberry Pi 3, board Arduini Uno R3, Zigbee CC2530, cảm biến ML35 Ứng dụng quản lý được viết bằng những ngôn ngữ đánh dấu HTML, CSS, Javascript, ngôn ngữ sever PHP, Python với cơ sở dữ liệu được xây dựng bằng ngôn ngữ Mysql Nó đem lại nhiều lợi ích cho con người, cho chủ doanh nghiệp, cơ quan quản lý và đang được các nhà khoa học quan tâm và phát triển

2

Chương 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Tổng quan

Ngày nay, công nghệ ngày càng phát triển kèm theo đó là đời sống con ngườicũng được nâng cao Ở các nước phát triển, các thiết bị, hệ thống thông minh khôngcòn là từ khóa xa lạ nhưng ở Việt Nam nói riêng, thì nó vẫn là một lĩnh vực khá mới

mẻ

Xuất phát từ ý tưởng các thiết bị có thể kết nối, tương tác qua lại và hoạt độnghiệu quả với nhau Nhận thấy Wifi và Bluetooth không thích hợp với các ứng dụngtrên, các kĩ sư công nghệ đã cho ra đời chuẩn IEEE 802.15.4 theo đó liên minhzigbee ra đời Ta có thể hiểu đơn giản zigbee là một loại ngôn ngữ không dây đượccác thiết bị sử dụng để kết nối và thực hiện ý tưởng trên

Là sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Máy tính chúng ta phải biết nắm bắt vàvận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học

kỹ thuật nước nhà Qua đó nhóm chọn đề tài “ Hệ thông thu thập nhiệt độ tòa nhà vàhiển thị lên website thông qua mạng zigbee” Này nay, các tòa nhà cao tầng ngàycàng mọc lên nhiều Việc xây dựng môt hệt thống giúp cho việc theo dõi, quản lýnhiệt độ trong tòa nhà là rất cần thiết, giúp cho người quản lý sớm đưa ra nhữnghành động ngăn chặn khi có sự cố xảy ra, nhất là trong bối cảnh ngày càng có nhiều

vụ cháy xảy ra ở các tòa nhà cao tầng

1.2 Tình hình trong và ngoài nước

10% khối lượng vệ tinh Nguyên cứu đã mở ra hướng phát triển mới cho phép đưazigbee nghiên cứu sâu hơn vào hệ thống thông tin vệ tinh với các thiết kế phức tạphơn, mở ra kỷ nguyên mới cho zigbee, kỷ nguyên làm chủ không gian [2].

Hình 1: Nanosatellite của vệ tinh VELOX-I trước (trái)

và sau khi hoàn tất (phải).

1.2.2 Trong nước

Ở Việt Nam, công nghệ zigbee được nghiên cứu và sử dụng trong loại hình căn

hộ thông minh, đơn vị kinh doanh hệ thống này là Bkav Bkav cũng cung cấp tính năng như thiết kế nhỏ gọn, truyền dữ liệu với độ tin cậy cao, tiết kiệm năng lượng,

dễ dàng kết nối các thiết bị để mở rộng số lượng cảm biến cũng như các thiết bị điều khiển khác trong mạng Ngoài ra, khả năng về bảo mật của zigbee cũng được đặc biệt quan tâm

Trong mô hình nhà thông minh, zigbee được dùng cho lĩnh vực chiếu sáng, bật

TV tự động, giám sát ngôi nhà từ xa và thiết kế hệ thống âm thanh đa vùng Nếukhông có công nghệ zigbee, mô hình nhà thông minh sẽ không phát huy được hết

ưu điểm của nó

4

Ngoài ra mạng ZigBee có ưu thế trong những vùng mà việc cung cấp nguồn chocác thiết bị mạng bị hạn chế Ví dụ: Rừng, nông trại lớn… Vì các end device có thểhoạt động bằng pin trong 2 đến 3 năm Trong nông nghiệp, zigbee được ứng dụngrộng rãi trong một số ứng dụng như:

lý thu thập thông tin của từng khu vực, các phòng, hành lang, hoặc các nơi cầnthiết trong một tòa nhà cao tầng đưa về máy chủ để phân tích, xử lý giúp đưa ranhững thông tin chính xác và giúp người quản lý có những hành động kịp thờikhi nhiệt độ tăng bất thường để ngăn chặn những điều không mong muốn

1.3.2 Giới hạn của đề tài

Để thực hiện một hệ thống hoàn chỉnh và đầy đủ chức năng là rất phức tạp và tốn kém Để đáp ứng việc thực hiện toàn bộ các chức năng như hệ thống cảnh báocháy nổ đã có trên thế giới đòi hỏi phải có một lượng thời gian, kiến thức nhất định Bên cạnh đó còn là vấn đề tài chính Với lượng thời gian và kiến thức có hạn, trong đề tài này chỉ dừng lại ở việc thực hiện một số thành phần cốt lõi và một số module làm điển hình

Chương 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT

2.1 Mạch thu phát tín hiệu Zigbee

2.1.1 Zigbee là gì ?

Ngày nay có nhiều chuẩn không dây (wireless) để truyền dữ liệu giữa các thiết bị với nhau như wifi, Bluetooth, hồng ngoại… Nhưng đối với các mạng quản lý các sensor trong các ứng dụng điều khiển – tự động hóa của cácthiết bị trong nhà, chuồng trại hay bệnh viện thì khó đáp ứng được Chúng có nhiều khuyết điểm như sử dụng băng thông rộng làm tiêu hao nhiều điện năngkhông cần thiết, sử dụng các nguồn điện trực tiếp, ít sử dụng pin, phạm vi kết nối nhỏ hẹp, độ trễ cao, cơ chế bảo mật đơn giản (BlueTooth), yêu cầu về các thiết bị phần cứng cao, chi phí lớn

Và để giải quyết những khuyết điểm đó, Zigbee đã ra đời Đối tượng mà Zigbee nhắm vào là mạng điều khiển dành cho nhà thông minh (SmartHome),

tự động hóa quá trình( Home Automation, Building Automation), trong các hoạt động theo dõi, tiếp nhận và xử lý thông tin trong lĩnh vực y tế (Health Care), quản lý năng lượng sao cho hiệu quả hơn (Smart Energy)… Và khi được sử dụng trong các hệ thống này, Zigbee được phát huy tất cả những điểm mạnh của nó như độ trễ truyền tin thấp, tiêu hao ít năng lượng, giá thànhthấp, ít lỗi, dễ mở rộng và thời gian sử dụng pin dài (1 cặp pin AA có thể hoạt động trong vòng 2 năm)

Vậy Zigbee là gì?

Zigbee là một tiêu chuẩn được định nghĩa : là tập hợp các giao thức giaotiếp mạng không dây khoảng cách ngắn có tốc độ truyền dữ liệu thấp.[4]

Tín hiệu truyền trong giao thức Zigbee thực chất là tín hiệu radio (RF) Zigbeeđược hỗ trợ trong các dải tần số sau:

Dải 868,3 Mhz: Chỉ một kênh tín hiệu Trong dải này tốc độ truyền là 20kb/s.Dải 902 Mhz - 928 Mhz: Có 10 kênh tín hiệu từ 1 - 10 với tốc độ truyềnthường là 40kb/s

Dải 2,4 Ghz - 2,835 Ghz: có 16 kênh tín hiệu từ 11 - 26 với tốc độ truyền 250kb/s

Trong nhiều ứng dụng, người ta hay dùng giao thức Zigbee ở dải tần 2,4Ghz - 2,835 Ghz Đây là dải tần phổ biến và được hỗ trợ bởi nhiều thiết bị.Hơn nữa với Zigbee, dải tần này có tới 16 kênh tín hiệu trong dải (mỗi kênhcách nhau 5MHz tần số) với tốc độ truyền lớn nhất: 250kb/s

Với những đặc điểm chính :

- Tốc độ truyền dữ liệu thấp 20-250Kbps

- Sử dụng công suất thấp, ít tiêu hao điện năng

- Thời gian sử dụng pin rất dài

- Cài đặt, bảo trì dễ dàng

- Độ tin cậy cao

- Có thể mở rộng đến 65000 node

- Chi phí đầu tư thấp

Zigbee chủ yếu được nhắm tới cho các ứng dụng chạy pin có tốc độ dữliệu thấp, chi phí nhỏ, và thời gian sử dụng pin dài Trong nhiều ứng dụng củaZigbee, tổng thời gian mà thiết bị không dây thực sự hoạt động rất ít; thiết bị

sử dụng hầu hết thời gian của nó trong chế độ tiết kiệm năng lượng, hay chế độngủ (sleep mode) Kết quả là, Zigbee cho phép các thiết bị có khả năng hoạtđộng trong nhiều năm trước khi cần phải nạp lại pin hoặc thay pin mới

Zigbee hiện nay có nhiều loại cho nhiều nhu cầu sử dụng khác nhau và ở đề tàinày mình sử dụng mạnh “Xbee S2” vì tính dễ tìm mua và phổ biến cao Chuẩn

8

mạng XBee wireless phù hợp với nhu cầu thị trường mà các kỹ thuật wirelesskhác không thể đáp ứng (xem Bảng 2.1).

Bảng 2.2.1 So sánh xu hướng ứng dụng giữa các giao thức wireless khác và

XBee

Các giao thức wireless khác Xbee

Tốc độ Truyền nhanh Truyền data thấpTính năng Nhiều tính năng Nhắm tới 1 tiny stackNhu cầu Media độ nét cao Điều khiển thiết bịThời gian sử dụng pin Vài giờ, vài ngày Hàng năm

Vòng đời sản phẩm 1 đến 2 năm Hàng thập kỉTính bảo mật Dễ bị xâm nhập Bảo mật cao

2.1.2 Mô hình mạng Zigbee

- Trong truyền thông dùng giao thức Zigbee thường hỗ trợ 3 mô hình mạng

chính: mạng hình sao (Star), mạng hình cây (Cluster tree) và mạng sơ đồ lưới(Mesh)

Hình 2: Các mô hình mạng Zigbee

 Zigbee Coordinator (ZC): Chỉ có duy nhất 1 ZC trong bất kỳ mạngZigbee nào và nó có chức năng chính là kích hoạt thông tin về mạngthông qua cấu hình các kênh, PAN ID và hiện trạng ngăn xếp Đồngthời nó điều khiển và giám sát mạng, lưu trữ các thông tin về mạng Nó

là thiết bị FFD (Full function device)

 Zigbee Router (ZR): Là một thành phần của hệ thống mạng mà chứcnăng của nó là thực hiện việc vận chuyển các gói tin trong mạng Nóthực hiện các bảng kết nối cũng như định vị địa chỉ cho các ZED của

nó Nó có thể kết nối với ZC, ZR và cả ZED Nó cũng là thiết bị FFD

 Zigbee End Device (ZED): Là một thành phần của hệ thống mạngnhưng không tham gia vào quá trình vận chuyển tin Nó được tối ưusao cho công suất tiêu thụ là nhỏ nhất nhờ các chế độ bắt tín hiệu và kỹthuật "sleep" Nó có thể nhận tin nhưng không thể chuyển tiếp tin, kếtnối được với ZC và ZR nhưng không thể kết nối với nhau Nó có thể làFFD hoặc RFD (Reduced function device)

2.1.3 Cấu trúc của Zigbee

- Ngoài 2 tầng vật lý và tầng MAC xác định bởi tiêu chuẩn 802.15.4 ở, tiêu

chuẩn ZigBee còn có thêm các tầng trên của hệ thống bao gồm: tầng mạng, tầng hỗ trợ ứng dụng, tầng đối tượng thiết bị và các đối tượng ứng dụng

10

Hình 3: Các tầng hệ thống của Zigbee

o Tầng vật lý: có trách nhiệm điều biến, hoàn điều biết và gói tín hiệu vàokhông gian đồng thời giữ cho việc truyền tín hiệu được mạnh trong môitrường nhiễu

o Tầng MAC: sử dụng như công nghệ đa truy cập nhận biết song mangCSMA để xác định hình dạng đường truyền để tránh va chạm xác định

và xác định hình dạng mạng, giúp hệ thống mạnh và vững chắc

o Tầng mạng – NWK là 1 tầng phức tạp của ZigBee, giúp tìm, kết nốimạng và mở rộng hình dạng từ chuẩn 802.15.4 lên dạng lưới Tầng nàyxác định đường truyền lên ZigBee, xác định địa chỉ ZigBee thay vì địachỉ tầng MAC bên dưới

o Tầng hỗ trợ ứng dụng – APS là tầng kết nối với tầng mạng và là nơi càiđặt những ứng dụng cần cho ZigBee, giúp lọc bớt các gói dữ liệu trùnglắp từ tầng mạng

o Tầng đối tượng thiết bị – ZDO có trách nhiệm quản lý các thiết bị, địnhhình tầng hỗ trợ ứng dụng và tầng mạng, cho phép thiết bị tìm kiếm,quản lý các yêu cầu và xác định trạng thái của thiết bị

o Tầng các đối tượng ứng dụng người dùng – APO: là tầng mà ở đâyngười dùng tiếp xúc với thiết bị, tầng này cho phép người dùng có thểtuỳ biến thêm ứng dụng vào hệ thống.

 AT mode là chế độ truyền dữ liệu “rõ ràng” Ở chế độ này bất kì dữliệu nào được gửi đến modules Zigbee ngay lập tức được gửi đếnmodule điều khiển nhận diện thông qua địa chỉ đích trong bộ nhớ.Nếu dữ liệu được gửi đi bởi Coordinator, nó sẽ được phát sóng trênPanID của nó

AT mode bị giới hạn sự truyền nhận giữa 2 Zigbee (point-to-point),thích hợp cho người mới bắt đầu sử dụng và số lượng Node mạng ít

 API mode là chế độ truyền mà dữ liệu được đóng lại thành “Frame”,trong đó chứa thông tin đích đến và nội dung cần truyền tải APImode thích hợp với mạng lưới rộng lớn gồm nhiều Node giao tiếpcùng lúc (point-to-multipoint) Nếu tiết kiệm năng lượng là vấn đềquan trọng thì API mode là lựa chọn hàng đầu, bạn có thể đặt choEnd Device ở trạng thái “sleep” đến khi dữ liệu được yêu cầu

 Ở API mode mỗi khi packet (gói tin) được gửi đi thành công sẽnhận được tín hiệu xác thực trên mỗi packet Điều này không có ở

AT mode

12

2.2 Giới thiệu chung về Module DRF1605H (sử dụng chip CC2530).

+ Giao thức truyền phát: Zigbee 2007/PRO

+Cấu hình: Router, Coordinator.( mặc định: Router PAN ID 0x199B, kênh 22 (2460MHz)

+ Khoảng cách: 1,6km

+Giao tiếp : Uart 3.3V TX-RX

+ Dòng tiêu thụ khi gửi: 34mA(max)

+ Dòn tiêu thụ khi nhận: 25mA(max)

+Độ nhạy :-96 dBm

+Chíp Zigbee : TI CC2530F, 256K Flash, peal Zigbee 2007 protocol

Hình 5: Đế cắm DRF1605H

Đế cắm sử dụng chip PL2303, cổng giao tiếp với tính USB, Baud rate 9600,

19200, 38400, 57600, 115200 Với 2 led báo hiệu trạng thái kết nối, 2 buton test

và reset module,module sử dụng nguồn 5V

2.3 Kits Raspberry Pi 3

2.3.1 Giới thiệu về Raspberry Pi 3

Raspberry Pi là cái máy tính giá 35USD kích cỡ như iPhone và chạy HĐH Linux Với mục tiêu chính của chương trình là giảng dạy máy tính cho trẻ em Được phát triển bởi Raspberry Pi Foundation – là tổ chức phi lợi nhuận với tiêu chí xây dựng hệ thống mà nhiều người có thể sử dụng được trong những công việc tùy biến khác nhau

14

Hình 6: Bo mạch Raspberry Pi bên cạnh iPhone 4

Raspberry Pi sản xuất bởi 3 OEM: Sony, Qsida, Egoman Và được phân phối chính bởi Element14, RS Components và Egoman

Nhiệm vụ ban đầu của dự án Raspberry Pi là tạo ra máy tính rẻ tiền có khả năng lập trình cho những sinh viên, nhưng Pi đã được sự quan tầm từ nhiều đối tượng khác nhau Đặc tính của Raspberry Pi xây dựng xoay quanh bộ xử lí SoC Broadcom BCM2835 ( là chip xử lí mobile mạnh mẽ có kích thước nhỏ hay được dùng trong điện thoại di động ) bao gồm CPU, GPU, bộ xử lí âm thanh /video, và các tính năng khác … tất cả được tích hợp bên trong chip có điện năng thấp này.Raspberry Pi không thay thế hoàn toàn hệ thống để bàn hoặc máy xách tay, Bạn không thể chạy Windows trên đó vì BCM2835 dựa trên cấu trúc ARM nên không hỗ trợ mã x86/x64, nhưng vẫn có thể chạy bằng Linux với các tiện ích như lướt web, môi trường Desktop và các nhiệm vụ khác Tuy nhiên Raspberry Pi là một thiết bị đa năng đáng ngạc nhiên với nhiều phần cứng có giá thành rẻ nhưng rất hoàn hảo cho những hệ thống điện tử, những dự án DIY, thiết lập hệ thống tínhtoán rẻ tiền cho những bài học trải nghiệm lập trình …

2.3.2 Chi tiết về bo mạch Raspberry Pi 3

Raspberry Pi có hai phiên bản, Model A và Model B Model B như hình dưới thông dụng hơn cả.( RASPBERRY PI 3 MODEL B)

Hình 7: Sơ đồ cấu tạo Raspberry Pi

Bảng: 2.3.2.1: Những đặc điểm cơ bản.

Kích thước Bo

mạch

8.6cm x 5.6cm x 2.1cm (thực tế là dài hơn một chút nữa

do thẻ SD trồi ra ngoài, tuy nhiên có thể khắc phụ nhược điểm này)

Bộ xử lí Broadcom BCM2835 – lõi đơn

Mô tả về bộ xử lí Thích hợp cho các thiết bị smart phones, digital TV, máy

đọc sách, phương tiện giải trí, môi trường tính toán có độbảo mật cao

Kiến trúc ARM® ARM1176™

Xung nhịp 700MHz

Kích thước tệp xử lí 32 bit

Bộ nhớ đệm 32KB L1 và 128KB L2 chia sẻ cho cả CPU và GPURAM 512MB SDRAM (được chia sẻ cho GPU)

GPU Broadcom VideoCore IV® Multimedia lõi kép

Bộ nhớ ngoài Thẻ nhớ SD (dung lượng tối đa lên đến 64GB), hỗ trợ

lưu trữ trên thiết bị USB 2.0 ngoài

Hỗ trợ video HDMI – 1080p RCA (analog), không có âm thanh DSI*

16

– cho màn hình cảm ứng

Hỗ trợ âm thanh HDMI và jack cắm stereo audio-out 3.5mm

Chỉ thị trạng thái Đèn LED chỉ thị nguồn, trạng thái thẻ SD, kết nối cổng

LAN, hoạt động ở cổng LAN, kết nối 100MbpsJTAG Có, header P2 và P3 (không có công cụ hỗ trợ)

Tương thích Có thể giao tiếp với các mạch Arduino qua cổng USB

bằng công cụ USB TTL hoặc dùng 2 chân TX, RX đã điều chỉnh hiện điện thế

Bảng 2.3.2.2: Các cổng nhập xuất cơ bản.

Analog I/O 17 chân I/O (GPIO) chung (hỗ trợ I2C, UART, và SPI.)Digital I/O 8 chân GPIO có thể được lập trình để chạy 2 chế độ

INPUT và OUTPUTPWM Digital I/O có thể phát được xung PWM (software PWM)

Bảng 2.3.2.3: Các kết nối được hỗ trỡ.

USB 2.0 2 cổng mở rộng chia sẻ chung một cổng upstream đến

chip LAN9512 mà nó kiêm luôn giao tiếp Ethernet Dòng

ra tối đa là 100mA, không phải 500mAEthernet (RJ45) Có, hỗ trợ tốc độ 10/100 Mbps

WiFi Có thể sử dụng USB WiFi hoặc các loại Router qua LAN.Khe cắm thẻ nhớ Khe cắm thẻ SD RPi phải chạy hệ điều hành trên thẻ nhớ

Serial Data (UART) Có

GPIO 17 chân (hỗ trợ I2C, UART, và SPI.), điện áp tối đa là

3.3V Gắn 5V vô hư ngay

DSI (Digital Serial

Interface)

Có

HDMI Hỗ trợ Full HD 1920 X 1080

Camera Có, nhưng cần thêm phụ kiện để kết nối

Bảng 2.3.2.4: Các thông số khuyến cáo trên mạch.

Thẻ nhớ Tổi thiểu 4GB class 4 hoặc tốt hơn

Cấp nguồn cho các Cần cấp nguồn riêng cho các thiết bị ngoại vi giao tiếp

Hình 8: Sơ đồ chân Raspberry 3

2.3.3 Hệ điều hành Raspbian

Có nhiều hệ điều hành cho RPI như Raspbian, Ubuntu Mate, OpenELEC, Pidora,… nhưng Raspbian (là một distro linux dựa trên Debian) được chính thức khuyên dùng cho RPI nên ta sẽ chỉ làm việc với HĐH này

Để cài đặt hệ điều hành cho RPI, cần có 1 thẻ nhớ (khuyên dùng thẻ 8GB) Nên chọn thẻ nhớ class 10 để có tốc độ cao, nâng cao hiệu suất làm việc của RPI

18

Hình 9: Hệ điều hành Raspbian

Có hai cách cài HĐH cho RPI: download trực tiếp image Raspbian về và ghi lên thẻ nhớ hoặc dùng NOOBS để cài đặt hệ điều hành cho RPI

Gắn màn hình, bàn phím và chuột vào RPI

a) Cài đặt Raspbian trực tiếp.

Download image Raspbian mới nhất tại đây: Raspberry Pi Downloads - Software for the Raspberry Pi

Sau khi download về giải nén ra được file có tên theo dạng: raspbian-wheezy.img

2015-05-05-Nếu cài đặt trên máy tính Windows: Download phần mềm ghi file ảnh đĩa,thường dùng Win32DiskImager và cài đặt vào máy tính Hoặc có thể dùng chương trình ghi ảnh đĩa không cần cài đặt Roadkil Image Chạy

Win32DiskImager:

Hình 12: Chọn hệ điều hành muốn cài đặt

NOOBS cho phép cài đặt nhiều hệ điều hành (multiboot) Muốn cài hệ điều hành nào thì đánh dấu mục đó Các mục có hình thẻ nhớ bên phải là các

hệ điều hành đã có sẵn trong thẻ nhớ chứa NOOBS tức không cần kết nối Internet, các mục có hình cáp mạng không có sẵn trên thẻ nhớ, cần phải kết nốivới internet để cài đặt (khá lâu)

Sau khi chọn các mục cần thiết, kích vào nút Install phía trên và chờ Sau một lúc, RPI sẽ khởi động lại và vào màn hình chọn hệ điều hành trông dạng như sau:

Hình 13: Chọn ngôn ngữ và Keyboard

Chọn hệ điều hành muốn khởi động và chờ Nếu chọn Raspbian thì sẽ vào mànhình cấu hình PRI như hình trên

2.4 Board xử lý Aduino UNO R3 và Atmega328

2.4.1 Giới thiệu về Aduino

Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng

tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Phần cứng baogồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVRAtmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit Những Model hiện tại được trang bịgồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật sốtương thích với nhiều board mở rộng khác nhau

Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắngmang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêuthích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năngtương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành

22

Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm cácrobot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động.

Nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình, cái đầu tiên mà người tathường nói tới chính là dòng “Arduino UNO” Hiện dòng mạch này đã pháttriển tới thế hệ thứ 3 (R3) Dưới đây là bảng thông số kỹ thuật của AduinoUno R3

Bảng 2.4.1 Một vài thông số của Arduino UNO R3

Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động 16 MHz

Dòng tiêu thụ khoảng 30mA

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/

EEPROM 1 KB (ATmega328)