NGHIÊN cứu và xây DỰNG mô HÌNH THU THẬP, PHÂN TÍCH và lưu TRỮ về dữ LIỆU KHÍ hậu PHÂN tán (có code)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH THU THẬP, PHÂN TÍCH VÀ LƯU TRỮ VỀ DỮ LIỆU KHÍ HẬU PHÂN TÁN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT UART Universal Asynchronous Receiver – Transmitter MQQT Message Queuing Telemetry Transport HTTP Hyper Text Transfer Protocol MCU Multipoint Control Unit SPI Serial Peripheral Interface API Application Programming Interface ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3/43 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH DỰ BÁO THỜI TIẾT 1.1 Tổng quan dự báo thời tiết Dự báo thời tiết vấn đề quan trọng đối vơi khu vực nhiệt đới ẩm gió mủa Việt Nam Ở Việt Nam thường hay xảy báo với mưa lớn gió dật vành đai miền Trung gây ảnh hưởng lớn đến nhà cửa tài sản người dân, việc dự báo trước khí hậu đưa cảnh báo cách sớm cho người dân vấn để quan trọng Ở em xin trình bày đề tài đồ án mơ hình dự báo khí tượng qua thiết bị IOT để phân tích để đưa thơng số xác khí hậu sau dự báo để có phương án chuẩn bị hạn chế hậu đáng tiếc 1.1.1 Giới thiệu mô hình dự báo thời tiết có  Thành phần mơ hình dự báo thời tiết gồm có:  Cảm biến nhiệt độ độ ẩm  Cảm biến lượng mưa  Cảm biến gió  Cảm biến khí áp  Cảm biến ánh sáng  Bo mạch xử lý trung tâm gốm phận như: MCU phận truyền thơng tín hiệu  Bộ nguồn cung cấp lượng cho mơ hình Nghiên cứu xây dựng mơ hình thu thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân tán ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 4/43 Hình 1-1: Một mơ hình trạm dự báo thời tiết 1.2 Yêu cầu thông số kỹ thuật đề tài Đề tài nghiên cứu thông số trạm thời tiết nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, gió, khí áp, cách để lấy thơng số từ cảm biến sau truyền liệu để nghiên cứu lưu trữ đưa dự báo khí hậu có khả xảy Đề tài sử dụng loại cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến khí áp, cảm biến lưu lượng mưa với xử lý chip AT MEGA 32 sau truyền tải thông qua modul thu phát RF xử lý đưa lên web server esp 8266 1.3 Hướng thực mơ hình Nghiên cứu xây dựng mơ hình thu thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân tán ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 5/43 Để thực đề tài cần nghiên cứu loại cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến khí áp, cảm biến đo lưu lượng mưa Mơ hình gồm trạm, trạm giống để thu liệu từ hai địa điểm khác thông qua cảm biến liệu truyền không dây đến trạm trung tâm để đưa liệu lên web server Các cảm biến trạm thu kết nối với ATMEGA 32 để xử lý liệu sau truyền không dây qua modul thu phát RF Trạm nhận liệu thơng qua modul RF xử lý liệu đưa giữ liệu lên web server qua ESP 8266 đồng thời đưa cảnh báo CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHẦN CỨNG CỦA MẠCH Nghiên cứu xây dựng mơ hình thu thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân tán ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 6/43 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI TỒN HỆ THỐNG Hình 2-2: Sơ đồ khối hệ thống Hai khối thu khối thu có gắn cảm biến giống nhiệt độ độ ẩm, khí áp, cảm biến đo lưu lượng mưa, MCU MCU vi điều khiên ATMEAGA 32 có nhiệm vụ xử lý liệu thu từ khối Khối liên lạc module lora RF có nhiệm vụ liên lạc trao đổi giữ liệu trạm thu trạm trung tâm, MCU khối trung tâm vi điều khiển ESP 8266 có nhiệm vụ xử lý liệu nhận từ trạm thu đưa giữ liệu lên web server đồng thời đưa cảnh báo 2.1.1 Phần cứng khối thu Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT 11  Giới thiệu Bảng 2-1: Thông số cảm biến dht11 Nghiên cứu xây dựng mơ hình thu thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân tán ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 7/43 Do độ ẩm 20%-95% Nhiệt độ 0-50ºC Sai số độ ẩm ±5% Sai số nhiệt độ ±2ºC Hình 2-3: Cảm biến dht 11  Nguyên lý hoạt động Để giao tiếp với DHT11 theo chuẩn chân vi xử lý thực theo bước:  Gửi tin hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau DHT11 xác nhận lại  Khi giao tiếp với DHT11, Cảm biến gửi lại byte liệu nhiệt độ đo Cảm biến siêu âm để đo lượng mưa Nghiên cứu xây dựng mơ hình thu thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân tán ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 8/43 Hình 2-4: Cảm biến siêu âm Bảng 2-2: Thông số kỹ thuật cảm biến siêu âm Điện áp hoạt động Dịng cấp Góc qt Tín hiệu Phát vật cản khoảng Kích thước 5VDC < 2mA 3600000) { if (h == 1) { distance2 = getDistance(); h = 0; } times = millis(); } if (distance1 0) { c = Serial.readString(); //Serial.println(c); for (int i = 0; i < c.length(); i++) { //Node1,0789,85.0,30.0 if (c.substring(i, i + 1) == ",") //Node1,0789,85.0,30.0 "NODE2,noise:%u,dust: %u" node1,noise:41.33,dust:32.84 { // tìm substring sử dụng if để tách tùy theo node if (c.substring(0, 5) == "node1") { Serial.print("node"); Nghiên cứu xây dựng mơ hình thu thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân tán ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 36/43 Serial.print(h); Serial.print(","); Serial.print(t); Serial.print(","); Serial.print(pa); Serial.print(","); Serial.print(ll); } } } } } Code trạm trung tâm Nghiên cứu xây dựng mơ hình thu thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân tán ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 37/43 #include ; #include #include ; LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4); const char* ssid = "FPT Telecom"; // your wireless network name (SSID) const char* password = "41302485"; // your Wi-Fi network password String c; String temp1, humi1, temp2, humi2, rain1, rain2, PA1, PA2; byte moc; unsigned long tx, tt; float dem = 1; int them = 0; int i = 1, j = 3; int n = 1; int btnPin = 14; int buzze = 12; int node = 0; Nghiên cứu xây dựng mơ hình thu thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân tán ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 38/43 WiFiClient client; // ThingSpeak Settings //const int channelID = "508764"; // String writeAPIKey = "KQGTGOC2OLFL463B"; // write API key for your ThingSpeak Channel const char* server = "api.thingspeak.com"; const int postingInterval = * 1000; // post data every seconds void setup() { lcd.init(); //Khởi động hình Bắt đầu cho phép Arduino sử dụng hình lcd.backlight(); //Bật đèn tx = millis(); tt = millis(); pinMode(btnPin, INPUT); // sets the digital pin as input pinMode(buzze, OUTPUT); digitalWrite(buzze, 0); //pinMode(btnPin, INPUT_PULLUP); //pull-up butto Serial.begin(9600); Serial.print("Connecting"); WiFi.begin(ssid, password); Nghiên cứu xây dựng mơ hình thu thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân tán ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 39/43 while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { Serial.print("."); delay(100); } Serial.println("\r\nWiFi connected"); Serial.write("begin"); lcd.clear(); } void loop() { truyen(); uart(); String body = "field1=" + String(temp1) + "&field2=" + String(humi1) + "&field3=" + String(rain1) + "&field4=" + String(PA1) + "&field5=" + String(temp2) + "&field6=" + String(humi2) + "&field7=" + String(rain2) + "&field8=" + String(PA2); delay(postingInterval); if (client.connect(server, 80)) { Nghiên cứu xây dựng mơ hình thu thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân tán ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 40/43 client.print("POST /update HTTP/1.1\n"); client.print("Host: api.thingspeak.com\n"); client.print("Connection: close\n"); client.print("X-THINGSPEAKAPIKEY: " + writeAPIKey + "\n"); client.print("Content-Type: application/x-www-form-urlencoded\n"); client.print("Content-Length: "); client.print(body.length()); client.print("\n\n"); client.print(body); client.print("\n\n"); //Serial.printf("Nhiet %s - Do am %s\r\n", String(temp, 1).c_str(), String(humi, 1).c_str()); } client.stop(); } void uart(void) { if (Serial.available() > 0) { c = Serial.readString(); //Serial.println(c); Nghiên cứu xây dựng mơ hình thu thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân tán ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 41/43 for (int i = 0; i < c.length(); i++) { //Node1,0789,85.0,30.0 if (c.substring(i, i + 1) == ",") //node1,59,31,0,101040.67 "NODE2,noise: %u,dust:%u" node1,noise:41.33,dust:32.84 { // tìm substring sử dụng if để tách tùy theo node if (c.substring(0, 5) == "node1") { // pass1 = c.substring(0, 5); humi1 = c.substring(6, 8); temp1 = c.substring(9, 11); PA1 = c.substring(12, 18); rain1 = c.substring(22, 25); //value3 = c.substring(16, 21); //String body = "field1=" + String(temp) + "&field2=" + String(humi) + "&field3=" + String(co2) + "&field4=" + String(dust)+ "&field5=" + String(ph); // Serial.print("NODE: "); Serial.println(pass1); Serial.print("humi1: "); Serial.println(humi1); Serial.print("temp1: "); Serial.println(temp1); Serial.print("PA1: "); Serial.println(PA1); Serial.print("rain1: "); Serial.println(rain1); Nghiên cứu xây dựng mơ hình thu thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân tán ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 42/43 } if (c.substring(0, 5) == "node2") { // pass2 = c.substring(0, 5); humi2 = c.substring(6, 8); temp2 = c.substring(9, 11); PA2 = c.substring(12, 18); rain2 = c.substring(22, 25); //Serial.print("NODE: "); Serial.println(pass1); Serial.print("humi2: "); Serial.println(humi2); Serial.print("temp2: "); Serial.println(temp2); Serial.print("PA2: "); Serial.println(PA2); Serial.print("rain2: "); Serial.println(rain2); } } } } Nghiên cứu xây dựng mơ hình thu thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân tán ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 43/43 // lcd.setCursor(0, 0); // lcd.print("NODE1"); // lcd.setCursor(0, 1); // lcd.print("Temp:"); lcd.print(temp); // lcd.setCursor(20, 0); // lcd.print("Humi:"); lcd.print(humi); // tempint = temp.toInt(); // humiint = humi.toInt(); // // if (tempint > 40) // { // lcd.clear(); // lcd.setCursor(0, 1); // lcd.print("NHIET DO QUA NGUONG"); // digitalWrite(buzze, 1); // delay(4000); // digitalWrite(buzze, 0); // lcd.clear(); // } Nghiên cứu xây dựng mơ hình thu thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân tán ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 44/43 // if (humiint > 85) // { // lcd.clear(); // lcd.setCursor(2, 1); // lcd.print("DO AM QUA NGUONG"); // digitalWrite(buzze, 1); // delay(4000); // digitalWrite(buzze, 0); // lcd.clear(); // // // } } void truyen(void) { if ( (unsigned long) (millis() - tx) > 7000 ) { Nghiên cứu xây dựng mơ hình thu thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân tán ... thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân tán ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 22/43 Hình 4-16: Mạch in trạm thu 4.2.2 Trạm trung tâm Nghiên cứu xây dựng mô hình thu thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân. .. 24/43 Hình 4-18: Mạch thu liệu 4.3.2 Trạm trung tâm Nghiên cứu xây dựng mơ hình thu thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân tán ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 25/43 Nghiên cứu xây dựng mơ hình thu thập phân. .. động mơ hình 3.2.1 Sơ đồ giải thu? ??t trạm thu Nghiên cứu xây dựng mơ hình thu thập phân tích lưu trữ liệu khí hậu phân tán ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 18/43 Hình 3-12: Sơ đồ nguyên lý mạch thu  Giải