Mạng cảm biến không dây WSN (Wireless Sensor Network) được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như cảnh báo, giám sát, điều khiển,... đặc biệt trong các lĩnh vực với môi trường làm việc có thể gây nguy hiểm cho tính mạng con người khi tương tác trực tiếp. Bài viết trung xây dựng hệ thống cảnh báo cháy tích hợp phần cứng và phần mềm quản lí dùng công nghệ cảm biến không dây.
CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 [4] J Godjevac and N Steele, “Neuro-fuzzy control of a mobile robot”, Journal of Neuro comp, Vol.28, pp 127-143, 1999 [5] M.M.Joshi and M.A Zaveri “Neuro-Fuzzy Based Autonomous Mobile Robot Navigation”, IEEE 11th Int Conf on Control, Automation, Robotics and Vision, pp.4222 - 4227, Singapore, 2010 [6] S.K.Pradhan, D.R.Parhi, A.K.Panda, “Fuzzy logic techniques for navigation of several mobile robots”, Application of Soft Computing, Vol.9, pp.290-304 2009 [7] J S R Jang, “ANFIS: Adaptive network-based fuzzy inference system”, IEEE Transaction on System, Man and Cybernetics-part B, 23(3), pp.665-685, 1993 [8] Nguyễn Minh Lợi, “Điều khiển Mobile robot bám mục tiêu áp dụng điều khiển mờ - nơ ron”, [9] Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ kỹ thuật, Đại học GTVT TP.HCM, 10/2016 Ngày nhận bài: Ngày phản biện: Ngày duyệt đăng: 10/10/2016 4/11/2016 12/11/2016 XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHÁY DÙNG CÔNG NGHỆ CẢM BIẾN KHÔNG DÂY BUILDING THE MODEL OF FIRE WARNING SYSTEM USING WIRELESS SENSOR TECHNOLOGY PHẠM CHÍ MINH(1), NGUYỄN TRỌNG ĐỨC(2) (1)Trường THPT Quốc Tuấn, An Lão, Hải Phòng (2)Khoa Cơng nghệ Thơng tin, Trường ĐH Hàng hải Việt Nam Tóm tắt Mạng cảm biến khơng dây WSN (Wireless Sensor Network) ứng dụng nhiều lĩnh vực cảnh báo, giám sát, điều khiển, đặc biệt lĩnh vực với môi trường làm việc gây nguy hiểm cho tính mạng người tương tác trực tiếp Sức mạnh WSN khả triển khai số lượng lớn thiết bị nhỏ có khả tự thiết lập cấu hình, tính linh hoạt hoạt động theo chế thời gian thực, Trong báo này, nhóm tác giả tập trung xây dựng hệ thống cảnh báo cháy tích hợp phần cứng phần mềm quản lí dùng cơng nghệ cảm biến khơng dây Từ khóa: Mạng cảm biến không dây, cảnh báo cháy, vi điều khiển Abstract Wireless Sensor Network is widely used today in many fields such as warning, monitoring and controlling, especially in fields where the working conditions can be dangerous for direct interactive workers The main advantage of WSN is the ability for deployment a huge number of small size and self-configured devices These devices are also flexible and operate in real time mechanism In this paper, the authors focus on building a fire warning system which integrates hardware and management software using wireless sensor technology Keywords: Wireless sensor network, fire warning system, microcontroller Mở đầu Sự tiến vượt bậc công nghệ vi điện tử, công nghệ thông tin truyền thông tạo xu hướng hội tụ công nghệ nhằm xây dựng hệ thống tích hợp thơng minh, với nhiều khả ứng dụng Dựa vào thơng tin thu từ mơi trường, hệ thống đưa đáp ứng phù hợp Bởi vậy, việc phát triển công nghệ cảm biến, đặc biệt cảm biến không dây cho phép thu nhận thông tin mơi trường cần thiết Bên cạnh đó, công nghệ tiên tiến IoT (Internet of Things), WoT (Web of Things), tạo hội lớn cho việc nghiên cứu, xây dựng triển khai hệ thống thơng minh tồn cầu Điều đặt yêu cầu cần phải liên kết hệ thống cảm biến với để tạo mạng cảm biến nhằm mở rộng phạm vi ứng dụng, chia sẻ liệu, nâng cao khả hiệu kinh tế Mạng cảm biến khơng dây hiểu đơn giản liên kết hay kết nối không dây nút cảm biến với nhau, nhằm trao đổi thông tin đáp ứng yêu cầu cầu người dùng [1] Mỗi nút cảm biến bao gồm thu phát vô tuyến, vi xử lý cảm biến Chúng có nhiệm vụ cảm nhận, Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 48 - 11/2016 22 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 đo đạc, thu thập thông tin, đáp ứng yêu cầu người dùng theo dõi, chụp ảnh, bật tắt thiết bị hay hệ thống Sự liên kết nút cho phép chúng phối hợp thực nhiệm vụ thông tin liệu phân tán với quy mô lớn điều kiện vùng địa lý Với mục tiêu nghiên cứu, thử nghiệm công nghệ cảm biến không dây ứng dụng thực tế, nhóm tác giả tập trung xây dựng hệ thống cảnh báo cháy tích hợp phần cứng phần mềm quản lí dùng công nghệ cảm biến không dây Hệ thống bao gồm nút Master kết nối trực tiếp với máy tính cho phép quản lí, theo dõi tình trạng nút Slave hệ thống với giao diện thân thiện Nội dung báo bao gồm 04 mục, mục - Mở đầu, mục - Thiết kế hệ thống, đưa mơ hình, kiến trúc hệ thống, mục - Xây dựng hệ thống mục - Kết luận, đánh hướng phát triển cho hệ thống Thiết kế hệ thống 2.1 Mơ hình kiến trúc hệ thống Mơ hình kiến trúc hệ thống bao gồm 02 phân hệ hình [2]: Các nút cảm biến (Slave Node - SN) đặt điểm cần giám sát Nút Trung tâm (Master Node - MN) thu nhận tín hiệu từ nút cảm biến, kết nối với Trung tâm liệu Hình Kiến trúc hệ thống Cấu trúc nút Master/Slave hình 2: a b Hình Cấu trúc nút Slave (a) Master (b) Các khối chính: Khối cảm biến: thu thập thơng tin từ mơi trường ngồi nhiệt độ, khói Khối chuyển đổi tín hiệu: chuyển đổi tín hiệu tương tự - số ngược lại Khối vi điều khiển: điều khiển hoạt động nút, đóng gói giải mã liệu đến mạng Khối thu/phát vô tuyến RF (Radio Frequency): truyền/nhận tín hiệu RF từ nút Slave tới Master Máy tính cá nhân: tạo giao diện người dùng, điều khiển hệ thống Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 48 - 11/2016 23 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 2.2 Thuật tốn điều khiển Với mơ hình kiến trúc nêu trên, thuật tốn điều khiển đề xuất (hình 3): Bước 1: Khởi tạo phiên làm việc, thiết bị kết nối Bước 2: Khởi tạo tham số thiết bị, thiết lập chế làm việc cho cổng Bước 3: Đọc thông số môi trường Bước 4: Kiểm tra điều kiện an tồn, phát tín hiệu cảnh báo t0 > 700c có khói Bước 5: Đóng gói liệu truyền nút trung tâm theo phương thức RF Bước 6: Kết thúc phiên làm việc Hình Thuật tốn điều khiển Ngồi thuật toán điều khiển chung cho hệ, thuật toán điều khiển cho nút cảm biến xây dựng Xây dựng hệ thống 3.1 Hệ thống phần cứng Để xây dựng hệ thống phần cứng, thiết bị lựa chọn: Khối cảm biến: sử dụng cảm biến nhiệt độ DS18B20 [3] cảm biến khói MQ-5 [4] Khối vi điều khiển: sử dụng mạch phát triển Arduino Nano V3 [5] Khối thu - phát: RF NRF24L01 [6] Nút cảm biến nút Trung tâm chế tạo với kích thước nhỏ gọn (4 x x 0.16 cm 3) hình a b Hình a) Nút cảm biến, b) Nút Trung tâm Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 48 - 11/2016 24 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2016 Hệ thống kiểm thử với 01 nút Trung tâm (kết nối với máy tính) 02 nút cảm biến Hình Hình Hệ thống cảnh báo cháy 3.2 Phần mềm quản lí Trên sở thuật toán điều khiển xây dựng, phần mềm quản lí hệ thống cài đặt thử nghiệm môi trường Windows với giao diện đơn giản, thân thiện (hình 6a) cho phép quản lí nút cảm biến nhiều địa điểm hệ thống đồng thời lưu trữ nhật kí sử dụng trạng thái nút (hình 6b) a b Hình Giao diện phần mềm quản lí Kết thực nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động tương đối đồng (cảm biến, xử lí hành động), phù hợp với nhiều kịch đặc biệt đảm bảo tính “thời gian thực” hệ thống cảnh báo cháy Tín hiệu cảnh báo (âm thanh, đèn hiệu) hệ thống thực (hình 5) mơi trường giả lập (hình 6a) xem sở chứng minh hệ thống xây dựng triển khai ứng dụng thực tế Kết luận Mạng cảm biến không dây ứng dụng rộng rãi thực tế xu hội tụ công nghệ nhiều lĩnh vực xem định hướng phát triển cho ngành công nghiệp công nghệ cao Trong khn khổ báo này, nhóm tác giả thiết kế xây dựng thành công hệ thống cảnh báo cháy sử dụng công nghệ cảm biến không dây Hệ thống tích hợp phần cứng phần mềm cho phép quản lí nút cảm biến nhiều địa điểm hệ, lưu trữ nhật kí sử dụng trạng thái nút Với phát triển IoT WoT, thời gian tới nhóm tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệ để nâng cao hiệu tính mở cho hệ thống Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 48 - 11/2016 25 ... thử nghiệm công nghệ cảm biến không dây ứng dụng thực tế, nhóm tác giả tập trung xây dựng hệ thống cảnh báo cháy tích hợp phần cứng phần mềm quản lí dùng cơng nghệ cảm biến không dây Hệ thống bao... khiển cho nút cảm biến xây dựng Xây dựng hệ thống 3.1 Hệ thống phần cứng Để xây dựng hệ thống phần cứng, thiết bị lựa chọn: Khối cảm biến: sử dụng cảm biến nhiệt độ DS18B20 [3] cảm biến khói MQ-5... giả thiết kế xây dựng thành công hệ thống cảnh báo cháy sử dụng công nghệ cảm biến không dây Hệ thống tích hợp phần cứng phần mềm cho phép quản lí nút cảm biến nhiều địa điểm hệ, lưu trữ nhật