DATN thiết kế bộ điều khiển đèn ứng dụng IOT

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ ĐẶNG VĂN HỮU KHÓA 13 HỆ ĐÀO TẠO KỸ SƯ DÂN SỰ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ TRUYỀN VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IOT NĂM 2019 HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ ĐẶNG VĂN HỮU KHÓA 13 HỆ ĐÀO TẠO KỸ SƯ DÂN SỰ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: ĐIỆN - ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: 52.52.02.01 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ TRUYỀN VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IOT Cán hướng dẫn khoa học: Trung tá, GV.TS Nguyễn Trung Tấn Thiếu tá, ThS Trương Anh Dũng NĂM 2019 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IOT 1.1 Định nghĩa khái niệm 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Khái niệm 1.2 Đặc điểm yêu cầu hệ thống IoT 1.2.1 Đặc điểm 1.2.2 Yêu cầu hệ thống IoT 1.3 Mô hình hệ thống IoT 1.3.1 Lớp ứng dụng 1.3.2 Lớp hỗ trợ dịch vụ hỗ trợ ứng dụng 1.3.3 Lớp mạng 1.3.4 Lớp thiết bị 1.4 Phương pháp truyền dẫn IoT 10 1.4.1 Bluetooth 10 1.4.2 Zigbee 12 1.4.3 Z-Wave 14 1.4.4 6LoWPAN 15 1.4.5 Thread 15 1.4.6 Wifi 16 1.4.7 LIFI 17 1.4.8 LoRa 18 1.5 Các ứng dụng IoT 19 1.6 Kết luận chương 20 CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐƯỜNG TRUYỀN IOT VÀ CÁCH KHẮC PHỤC 21 2.1 Nhiễu cách triệt nhiễu 21 2.1.1 Nhiễu trắng 22 2.1.2 Nhiễu liên ký tự ISI 25 2.1.3 Nhiễu liên kênh ICI 25 2.1.4 Nhiễu đồng kênh 26 2.1.5 Nhiễu broad mạch in PCB 26 2.2 Sự suy giảm biến dạng tín hiệu 29 2.2.1 Sự suy giảm 29 2.2.2 Băng thông bị giới hạn 31 2.2.3 Sự biến dạng theo trễ pha 31 2.2.4 Sự can nhiễu (tạp âm) 32 2.3 Bảo mật hệ thống IoT 33 2.3.1 Nguy an toàn IoT 34 2.3.2 Một số phương thức công IoT 34 2.3.3 Một số giải pháp khắc phục 38 2.4 Kết luận chương 39 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ TRUYỀN VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU 40 3.1 Xây dựng sơ đồ khối truyền xử lý liệu 40 3.1.1 Sơ đồ khối điều khiển trung tâm 40 3.1.2 Sơ đồ khối thu xử lý liệu 41 3.2 Thiết bị giải pháp công nghệ 41 3.2.1 Bộ điều khiển trung tâm 41 3.2.2 Bộ thu xử lý liệu 48 3.3 Thiết kế mạch chương trình 51 3.3.1 Bộ điều khiển trung tâm 51 3.3.2 Bộ thu xử lý liệu 53 3.3.3 Ứng dụng điều khiển máy tính 55 3.4 Kết thử nghiệm đạt 56 3.5 Kết luận chương 57 3.6 Phương hướng phát triển 57 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 Phụ lục 61 Phụ lục 72 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Kết nối vật IoT Hình 1.2: Tổng quan kỹ thuật IoT Hình 1.3: Các loại thiết bị mối quan hệ chúng Hình 1.4: Mơ hình IoT Hình 2.1: Nhiễu trắng 22 Hình 2.2: Mơi trường truyền dẫn với có mặt nhiễu trắng 23 Hình 2.3: Hàm phân bố Gauss 23 Hình 2.4: Mật độ phổ công suất nhiễu 24 Hình 2.5: Nhiễu liên kênh hai sóng mang kề 26 Hình 2.6: L&C ký sinh 27 Hình 2.7: Tác động nhiễu L&C ký sinh 27 Hình 2.8: Tấn cơng chuyển tiếp lựa chọn 37 Hình 2.9: Tấn công Wormhole 38 Hình 3.1: Sơ đồ khối điều khiển trung tâm 40 Hình 3.2: Sơ đồ khối thu xử lý liệu 41 Hình 3.3: Sơ đồ chân Atmega 128 44 Hình 3.4: Chuẩn DB9 sơ đồ chân kết nối 46 Hình 3.5: Module RFM69HCW 47 Hình 3.6: Anten xoắn 48 Hình 3.7: Sơ đồ chân Atmega (Chip SMD) 49 Hình 3.8: Module RFM219S 50 Hình 3.9: Module chuyển đồi điện áp LS05-15B05SS 51 Hình 3.10: Mạch nguyên lý điều khiển trung tâm 51 Hình 3.11: Mạch in điều khiển trung tâm 52 Hình 3.12: Mạch điều khiển trung tâm sau hồn thiện lắp ráp 52 Hình 3.13: Mạch điều khiển trung tâm sau lắp vỏ 53 Hình 3.14: Mạch nguyên lý thu xử lý liệu 53 Hình 3.15: Sơ đồ mạch in thu xử lý liệu 54 Hình 3.16: Mạch thu xử lý liệu sau hoàn thiện lắp ráp 54 Hình 3.17: Bộ thu xử lý liệu sau lắp vỏ 55 Hình 3.18: Màn hình đăng nhập ứng dụng máy tính 55 Hình 3.19: Màn hình điều khiển 56 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Ưu nhược điểm Bluetooth 11 Bảng 1.2: Ưu nhược điểm Zigbee 14 LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển khoa học công nghệ, sống người dần thay đổi ngày tốt hơn, với trang thiết bị đại Đặc biệt, ngành kỹ thuật điện tử nói chung kỹ thuật Điện tử - Viễn thơng nói riêng góp phần khơng nhỏ phát triển Một ứng dụng quan trọng công nghệ điện tử kỹ thuật điều khiển từ xa Nó góp phần lớn việc điều khiển thiết bị từ xa hay thiết bị mà người trực tiếp chạm vào để vận hành điều khiển Xuất phát từ ứng dụng quan trọng đó, sở kiến thức học với hiểu biết thiết bị điện tử, nên em định lựa chọn đề tài: “Nguyên cứu, thiết kế chế tạo truyền xử lý liệu ứng dụng công nghệ IoT” với mục đích tìm hiểu IoT, vận dụng kiến thức học học viện vào đề tài ứng dụng thực tế Đồ án có giúp đỡ, hướng dẫn tận tình từ Trung tá, GV.TS Nguyễn Trung Tấn; Thiếu tá, Ths Trương Anh Dũng thầy cô Khoa Vô tuyến - Điện tử Trong q trình thực gặp nhiều khó khăn thầy nhiệt tình hướng dẫn, nhắc nhở em để hoàn thành tiến độ Qua em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, báo cáo nhiều hạn chế kiến thức, em mong thầy có ý kiến đóng góp để em hồn thiện báo cáo Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ IOT 1.1 Định nghĩa khái niệm 1.1.1 Định nghĩa Internet: hệ thống thơng tin tồn cầu truy nhập công cộng gồm mạng máy tính liên kết với Hệ thống truyền thơng tin theo kiểu nối chuyển gói liệu (packet switching) dựa giao thức liên mạng chuẩn hóa (giao thức IP) Hệ thống bao gồm hàng ngàn mạng máy tính nhỏ doanh nghiệp, viện nghiên cứu trường đại học, người dùng cá nhân phủ tồn cầu Internet Of Things (IoT): hay gọi “Internet vạn vật” liên mạng, thiết bị, phương tiện vận tải (được gọi "thiết bị kết nối" "thiết bị thông minh"), phòng ốc trang thiết bị khác nhúng với phận điện tử, phần mềm, cảm biến, cấu chấp hành với khả kết nối mạng máy tính giúp cho thiết bị thu thập truyền tải liệu Things: với IoT, “Things” đối tượng giới vật chất (physical things) hay giới thông tin ảo (virtual things) “Things” có khả nhận diện, “Things” tích hợp vào mạng lưới thơng tin liên lạc 1.1.2 Khái niệm IoT coi hướng phát triển tốt mà yêu cầu cải thiện sống người đặt lên hàng đầu Trên tiêu chí kỹ thuật, IoT coi sở hạ tầng mang tính tồn cầu, tạo điều kiện cho dịch vụ tiên tiến phát triển dựa kết nối “Things”.[8] IoT tích hợp nhiều cơng nghệ mới, chẳng hạn công nghệ thông tin machine-to-machine (M2M), mạng tự trị, khai thác liệu định, bảo vệ an ninh riêng tư, điện tốn đám mây Như hình 1.1, hệ thống thông tin trước mang đến chiều – “Truyền thông Thời Gian” “Truyền thông ĐỊA ĐIỂM” Giờ IoT tạo thêm chiều hệ thống thơng tin “Truyền thơng VẬT” 66 // Function: Bit4=In Bit3=In Bit2=In Bit1=In Bit0=In DDRG=(0