HỆ THỐNG GIÁM sát HOẠT ĐỘNG TRẠM BTS (có code)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG GIÁM SÁT HOẠT ĐỘNG TRẠM BTS DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ADC Analog Digital Converter API Application Programming Interface AuC Authentication Center BTS Base Transceiver Station BSS Base Station Subsystem CDMA Code Division Multiple Access GSM Global System for Mobile Communication HLR Home Location Register HTML Hyper Text Makup Language HTTP Hyper Text Transfer Protocol IOT Internet Of Things MS Mobile Station MSC Mobile Switching Center MCU Micro Controller Unit VLR Visitor Location Register NPM Node Package Manager PWM Pulse Width Modulation RX Receiver TX Transmit WiFi Wireless Fidelity ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 4/54 CHƯƠNG - TỔNG QUAN VÀ MỤC TIÊU THỰC HIỆN 1.1 Giới thiệu trạm BTS BTS ( Base Transceiver Station) sở hạ tầng viễn thông, sử dụng để tạo giao tiếp không dây thiết bị người dùng hệ thống mạng lưới viễn thơng Các thiết bị người dùng ví dụ điện thoại di động, hệ - thống mạng mạng GSM, CDMA Thông thường trạm BTS đặt vị trí cố định dựa theo quy hoạch theo mạng tổ ong Công việc yêu cầu tính tốn nhằm tạo hiệu thu phát sóng cao với vùng phủ sóng rộng Hình 1-1 Mơ hình trạm BTS [10] Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 5/54 - BTS thiết bị quan trọng hệ thống vô tuyến di động Trong hệ thống GSM, nằm phân hệ BSS chịu giám sát, điều khiển từ BSC thực chức cung cấp kết nối vô tuyến để giao tiếp với thiết bị người - dùng BSC ( Base Station Controller ) thành phần mạng di động quan trọng, có chức điều khiển nhiều trạm BTS Chức BSC xử lý tin báo hiệu, điều khiển, O&M (vận hành bảo dưỡng) đến trạm BTS, xử lý báo hiệu tới từ MSC, quản lý chuyển giao, thiết lập gọi Hình 1-2 Trạm BTS sơ đồ GSM [10] - Các thiết bị nhà trạm BTS:  Tủ nguồn AC: Chức nhận điện từ điện lưới từ máy phát điện ( trường hợp điện ) cấp nguồn xoay chiều cho đèn, máy điều hòa, tủ nguồn DC Những ưu điểm tủ nguồn AC: Tích hợp cắt điện áp cao, chuyển đổi tự động điện máy nổ điện lưới,… Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 6/54 Hình 1-3 Tủ nguồn AC [10]  Tủ nguồn DC: Có nhiệm vụ nhận điện áp từ tủ nguồn AC, sau chỉnh lưu ổn áp để cấp nguồn DC cho thiết bị viễn thông khác trạm (tủ BTS, thiết bị truyền dẫn …) Tủ nguồn DC có thiết kế đơn giản theo module nên dễ dàng lắp ráp khắc phục cố, gồm có tủ, acquy, MCU, rectifier • Tủ: chia thành hộc để cắm Rectifier, MCU ngăn chứa acquy, có acquy ngăn, acquy 12V • Rectifier: Có chức nhận điện áp xoay chiều chỉnh lưu, ổn áp thành điện áp chiều • MCU: module điều khiển hoạt động tủ, điện chuyển sang nguồn acquy, phát cảnh báo hỏng rectifier, điện cạn nguồn • Thơng thường, tủ DC có rectifire nhằm dự phòng bị hỏng (số lượng tùy thuộc vào tải sử dụng, rectifire chịu tải tối đa 30A) Khi điện, tủ DC đưa tín hiệu cảnh báo điện cho tủ BTS, tủ BTS gởi trung tâm điều khiển, nhờ trung tâm biết trạm điện mở máy phát • Trong thời gian điện, tủ sử dụng nguồn từ acquy, điện acquy giảm xuống mức quy định tín hiệu báo cạn nguồn trung tâm, thời gian trung tâm khơng nhanh chóng khắc phục trạm ngừng hoạt động ( chết trạm) Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 7/54 Hình 1-4 Tủ nguồn DC [10]  Tủ BTS: Thiết bị tủ trạm BTS thành phần trung tâm tủ trạm, gồm khối chức sau: • Một thu phát (TRX) có tác dụng xử lý việc truyền nhận tín hiệu, gửi nhận tín hiệu từ phần tử mạng cao • Một tổ hợp: có tác dụng kết hợp nguồn cấp liệu từ nhiều thu phát để gửi thông qua anten làm giảm số lượng anten cài đặt • Một khuếch đại cơng suất: giúp khuếch đại tín hiệu để truyền thơng qua anten • Một duplexer: giúp phân tách tín hiệu gởi nhận đến từ - anten Các thiết bị BTS thường đặt nơi an toàn để bảo vệ thiết bị viễn thông tránh tác nhân môi trường ăn mòn, gió, mưa, bụi, rỉ - sét, trộm cấp… Nhiệt độ tối đa cho thiết bị nhà trạm hoạt động ổn định 45 oC điều kiện môi trường tệ Mỗi nhà trạm lắp hệ thống điều hòa khơng khí giúp làm mát không gian trạm nhiệt sinh thiết bị mơi trường, nhiệt độ cần trì mức 25 oC lý tưởng để - thiết bị hoạt động tốt kéo dài tuổi thọ Độ ẩm tương đối vấn đề quan trọng ảnh hưởng đến suy hao thiết bị, mức độ ẩm cần trì ổn định 60 % để tránh ngưng tụ nước thiết bị Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 8/54 1.2 Sơ lược hệ thống giám sát qua IoT: - Tổng quan IoT:  Thuật ngữ IoT hay “Internet of Things” xuất nhiều thu hút quan tâm ý giới công nghệ Tuy nhiên, không nhiều xu hướng cơng nghệ trước đây, chưa có định nghĩa chấp nhận rộng rãi cho khái niệm Internet of Things  Cụm từ Internet of Things đưa Kevin Ashton vào năm 1999 Ông nhà khoa học sáng lập trung tâm Auto-ID đại học MIT, nơi thiết lập quy chuẩn cho RFID ( phương thức giao tiếp khơng dây dùng sóng radio ) số loại cảm biến khác  Internet of Thing dịch theo nghĩa tiếng việt “ Mạng lưới vạn vật kết nối inetrnet” liên mạng thiết bị, phương tiện vận tải (các thiết bị kết nối ), phòng ốc trang thiết bị khác kết nối với thiết bị điện tử , cảm biến, phần mềm, với khả kết nối mạng tính giúp thiết bị thu thập truyền tải liệu  IoT có tiềm thay đổi giới cách Internet thay đổi sống Ngôi nhà thông minh với thiết bị điện thơng minh coi bước đầu IoT chúng liên kết với theo mạng LAN chí Internet  Xu hướng tính chất internet of things: • Thơng minh: Các máy móc nhận biết phản hồi lại môi trường xung quanh (ambient intelligence ), chúng tự điều khiển thân (autonomous control ) mà không cần kết nối mạng Tuy nhiên, gần người ta bắt đầu nghiên cứu việc kết hợp Iot autonomous controls với Tức thực thể có khả tự tổ chức hoạt động riêng lẻ theo mơi trường, đồng thời chúng liên lạc với để trao đổi thông tin liệu • Kiến trúc dựa trên kiện: Các thực thể, máy móc IoT phản hồi dựa theo kiện diễn lúc chúng hoạt động theo thời gian thực • Là hệ thống phức tạp: Trong giới mở, IoT mang tính chất phức tạp bao gồm lượng lớn đường liên kết Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 9/54 thiết bị, máy móc, dịch vụ với nhau, ngồi khả thêm vào nhân tố • Các hệ thống phụ IoT: khơng phải tất thứ nằm IoT thiết phải kết nối vào mạng lưới toàn cầu, chúng hoạt động hệ thống đơn lẻ (subsystem ) Ví dụ điều khiển nhà thơng minh, thiết bị tương tác với tương tác với người thông qua hệ thống mạng Wifi LAN, bluetooth hay sóng RF  Ngày nay, IoT xu tồn cầu, dần cho thấy tiện ích lĩnh vực kinh tế xã hội, đồng thời nguồn lợi lớn cho công ty viễn thông điện tử  Theo Cisco IBSG, nhà cung cấp giải pháp thiết bị mạng hàng đầu dự báo: Đến năm 2020, có khoảng 50 tỷ đồ vật kết nối vào Internet, bao gồm hàng tỉ thiết bị di động, tv, máy giặt,… [1]  Intel, đơn vị tham gia vào thị trường sản xuất chip cho thiết bị phục vụ iot thu tỷ USD năm 2014 từ lĩnh vực này, tăng 19 % so với năm 2013 [1]  Internet of things đến năm 2020 dự kiến đạt đến: • tỷ người kết nối với • ngàn tỷ USD doanh thu • Hơn 25 triệu ứng dụng • Hơn 25 tỷ hệ thống nhúng thơng minh • 50 ngàn tỷ Gigabyte liệu Hình 1-5 Số liệu IoT tương lai [1] Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 10/54  Trong lĩnh vực sản xuất, theo thống kê PwC, có 35% nhà sản xuất sử dụng cảm biến thơng minh.[1]  Trong lĩnh vực dầu khí, dự kiến có 5,4 triệu thiết bị iot triển khai sở khai thác tới năm 2020 Chủ yếu cảm biến kết nối internet giúp cung cấp thông tin môi trường.[1]  Trong lĩnh vực quốc phòng: chi tiêu cho thiết bị bay không người lái dự kiến đạt 8,7 tỉ USD vào năm 2020 Ngoài theo dự báo Fast & Sullivan, có khoảng 126000 robot quân triển khai vào năm 2020.[1]  Về lĩnh vực nhà thông minh, tới năm 2030, phần lớn thiết bị gia đình kết nối vào internet Các nhà sản xuất trang bị tính kết nối cho sản phẩm họ sản xuất ra.[1]  Trong nơng nghiệp, dự kiến có 75 triệu thiết bị IoT triển khai năm 2020[1] Chủ yếu cảm biến đặt đất giúp theo dõi độ axit, nhiệt độ thông số giúp canh tác vụ mùa hiệu  Các thách thức IoT: • An ninh bảo mật IoT trở ngại lớn người hệ thống IoT • Về mặt thiết kế, lây lan liệu cá nhân khiến hệ thống dễ bị công phần mềm độc hại khác Các thiết bị thu thập, lưu trữ liệu, tự động hóa hoạt động đồng thời bị cơng hacker khiến hệ thống bị vơ hiệu hóa hay bị liệu • Trong tương lai, IoT không ngừng phát triển, phạm vi không ngừng mở rộng, dần phải thích nghi với hình thức truyền thơng internet Đó lý việc triển khai chiến lược an ninh để bảo mật thông tin cá nhân doanh nghiệp quan hết • Khi tự động hóa có kết nối internet triển khai đại trà nhiều lĩnh vực, IoT tạo lượng lớn sữ liệu từ đa dạng nguồn, kéo theo cần thiết cho việc tập hợp liệu nhanh, lưu trữ xử lý liệu hiệu Cơ sở hạ tầng cho trung tâm liệu, công cụ quản lý liệu kiểu truyền thống khơng phù hợp Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 41/54 Hình 4-35 Giao diện trang dashboard - Ta click vào mục dashboard, website trả bảng cập nhật liệu thời điểm - Bảng liệu gồm có nhiệt độ, độ ẩm, tình trạng điện nhà trạm, cơng suất tải nhà trạm thời gian cập nhật liệu - Nhận xét: liệu cập nhật liên tục suốt thời gian nhà trạm hoạt động Nếu nhà trạm điện, hệ thống sử dụng nguồn dự phòng để gửi thơng báo điện cho người giám sát Dữ liệu gửi nhà trạm bị rớt mạng Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 42/54 Hình 4-36 Giao diện trang danh sách liệu - Trong mục danh sách liệu, website trả bảng liệt kê tất liệu cập nhật database - Ta biết cơng suất trung bình, nhiệt độ trung bình độ ẩm trung bình hệ thống Đồng thời, ta xuất liệu file excel để dễ dàng xử lý liệu - Nhận xét: Mọi liệu sở liệu liên tục cập nhật liệt kê thành bảng Vì lượng liệu nhiều nên việc load trang web bị chậm Do đó, người giám sát cần xuất liệu file excel để lưu liệu lâu dài máy tính xóa liệu cũ sở liệu để trang web nhanh chóng cập nhật liệu Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 43/54 Hình 4-37 Giao diện trang biểu đồ trạm - Trong mục biểu đồ trạm, website trả đồ thị đường dựa 20 giá trị liệu cập nhật lên database - Nhận xét: Dựa vào biểu đồ, người giám sát so sánh liệu nhà trạm thời điểm khác cách trực quan Hình 4-38 Giao diện trang liệu tháng Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 44/54 - Trong mục liệu tháng, website trả bảng gồm file liệu hàng tháng Các file quản trị viên cập nhật liên tục hàng tháng để người tải theo dõi 1.1.10 Giao diện giám sát smartphone: Hình 4-39 Giao diện ứng dụng giám sát smartphone - Ứng dụng thiết kế gồm nút nhấn liên kết với đường link dẫn đến trang website giám sát - Khi nhấn vào nút nhấn, ứng dụng mở trang web ứng với mục giám sát nút nhấn Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 45/54 Hình 4-40 Giao diện ứng dụng giám sát smartphone - Khi nhấn vào nút dashboard nút danh sách liệu, ứng dụng trả trang danh sách liệu dashboard website giám sát Hình 4-41 Giao diện ứng dụng giám sát smartphone - Khi nhấn vào nút liệu tháng, ứng dụng trả trang biểu đồ liệu tháng website giám sát CHƯƠNG 1.17 Kết luận: Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS KẾT LUẬN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 46/54 - Dữ liệu gửi đầy đủ, xác từ vi điều khiển lên website thông qua - mạng WiFi Dữ liệu từ nhà trạm giám sát cách trực quan, dễ dàng tảng - website, từ giúp ta giám sát hệ thống từ đâu Một số hạn chế:  Do chất lượng mạng WiFi chất lượng kết nối vi điều khiển module WiFi chưa thật tốt nên liệu gởi lên website bị chậm vài giây so với thời gian mong muốn  Do đề tài dừng mức độ mơ hình hạn chế mặt tài nên loại cảm biến, linh kiện, thiết bị đo dùng đề tài loại đơn giản nên số liệu khơng giống xác với thực tế, có sai số giữ thiết bị đo liệu gửi lên web  Đề tài đáp ứng việc giám sát vài thông số đơn giản nhà trạm BTS Để sử dụng vào thực tế, ta cần gia tăng thêm nhiều thiết bị, cảm biến, nâng cấp mặt phần cứng lẫn phần mềm để giám sát nhà trạm cách xác tồn diện - 1.18 Ứng dụng: Ngày nay, với phát triển nhanh chóng cơng nghệ thông tin, mạng WiFi internet ngày phổ biến khắp nơi với trào lưu IoT, - việc ứng dụng đề tài vào dự án thực tiễn hoàn toàn khả thi Hệ thống giám sát nhà trạm BTS nhà cung cấp dịch vụ viễn thơng sử dụng rộng rãi Nó giúp tạo thuận tiện cho người giám sát - không thường xun có mặt nhà trạm Ngồi ra, hiểu nguyên lý hệ thống, ta ứng dụng để giám sát thiết bị gia đình hay giám sát vụ mùa nông nghiệp - 1.19 Hướng phát triển: Đề tài dừng lại mức độ mơ hình, nên để ứng dụng thực tế cần phải có nhiều cải tiến - Trên thực tế, ta cần gia tăng thêm nhiều cảm biến thiết bị để việc giám sát hiểu cảm biến mưa, cảm biến hồng ngoại, cảm biến mực Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 47/54 nước nhà trạm bị ngập lut, hệ thống camera an ninh, chuông báo hiệu có người lạ đột nhập - Hệ thống điều khiển thiết bị thông qua website, hệ thống tự động chạy máy nổ hay acquy nhà trạm điện - Ta tăng thêm nhiều hình thức giám sát cho nhà trạm, khơng hình thức giám sát qua website, ta giám sát thơng qua tin nhắn điện thoại, giám sát qua email Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 48/54 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] www.vnezlink.com/IoTChapter1 [2] http://arduino.vn [3] https://iotmaker.vn [4] http://hocdientu.vn/threads/dht11-cam-bien-do-am.122/ [5] https://techmaster.vn [6] https://vietjack.com [7] http://eitguide.net [8] https://www.webico.vn [9] http://ecapro.com.vn [10] http://hcglobal.vn/vi/he-thong-nha-tram-bts/ Tiếng Anh: [11] https://www.theengineeringprojects.com [12] https://arduino.stackexchange.com [13] https://nodejs.org/en/ [14] https://firebase.google.com Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 49/54 PHỤ LỤC Code ATmega: #include #include #include #include const int DHTPIN = 6; const int DHTTYPE = DHT11; //Khai báo loại cảm biến, có loại DHT11 DHT22 int VQ; int ACSPin = A1; DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); const byte RX = 3; // Chân dùng làm chân RX const byte TX = 2; // Chân dùng làm chân TX SoftwareSerial mySerial = SoftwareSerial(RX, TX); SerialCommand sCmd(mySerial); // Khai báo biến sử dụng thư viện Serial Command int led1 = 4, led2 = 5; const unsigned long CHU_KY = 5000; //Cứ sau 5000ms = 5s chu kỳ lặp lại void setup() { Serial.begin(57600); Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 50/54 dht.begin(); mySerial.begin(57600); pinMode(led1,OUTPUT); pinMode(led2,OUTPUT); pinMode(13,INPUT); pinMode(12,OUTPUT); digitalWrite(12,LOW); digitalWrite(13,LOW); VQ = determineVQ(ACSPin); sCmd.addCommand("LED", led); //Khi có lệnh LED thực thi hàm led Serial.println("Da san sang nhan lenh"); } unsigned long chuky = 0; void loop() { //Khởi tạo chu kỳ lệnh, chu kỳ 5000ms if (millis() - chuky > CHU_KY) { chuky = millis(); gettemp(); Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 51/54 } sCmd.readSerial(); } void led() { Serial.println("LED"); char *json = sCmd.next(); Serial.println(json); StaticJsonBuffer jsonBuffer; //tạo Buffer json có khả chứa tối đa 200 ký tự JsonObject& root = jsonBuffer.parseObject(json);//đặt biến root mang kiểu json int led1Status = root["led"][0]; int led2Status = root["led"][1]; Serial.print("led1Status "); Serial.println(led1Status); Serial.print("led2Status "); Serial.println(led2Status); digitalWrite(led1, led1Status); digitalWrite(led2, led2Status); Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 52/54 } void gettemp() { StaticJsonBuffer jsonBuffer; JsonObject& root = jsonBuffer.createObject(); float humidity = dht.readHumidity(); //Đọc độ ẩm float temperature = dht.readTemperature(); //Đọc nhiệt độ String State; if (digitalRead(13)==0) { digitalWrite(12, HIGH); State="mat dien"; Serial.println(State); } else {digitalWrite(12,LOW); State="co dien"; Serial.println(State); } Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 53/54 float P, CongSuat; float I = readCurrent(ACSPin); Serial.print("dong dien :"); Serial.print(I); Serial.println("A"); delay(150); P=I*12; int y = P * 100; CongSuat = (float) y / 100; Serial.print("Cong suat :"); Serial.print(CongSuat); Serial.println("W"); Serial.print("Nhiet do: "); Serial.println(temperature); Serial.print("Do am: "); Serial.println(humidity); root["temperature"] = temperature; root["humidity"] = humidity; root["State"] = State; Hệ thống giám sát hoạt động trạm BTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 54/54 root["CongSuat"] = CongSuat; root.prettyPrintTo(Serial); Serial.println(); //in cổng software serial để ESP8266 nhận mySerial.print("SENSOR"); //gửi tên lệnh mySerial.print('\r'); // gửi \r root.printTo(mySerial); //gửi chuỗi JSON mySerial.print('\r'); } int determineVQ(int PIN) { Serial.print("dien ap trung binh ngo ra:"); long V = 0; for (int i=0; i