Hệ thống đo kiểm chất lượng không khí sử dụng công nghệ truyền sóng lora (4)

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: HỆ THỐNG ĐO KIỂM CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ TRUYỀN SĨNG LORA Phần 1/6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢM BIẾN CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ SỬ DỤNG SÓNG LORA Giảng viên hướng dẫn: ThS LÊ THỊ CÚC Sinh viên thực : TRẦN THỊ HUẾ Lớp : K16B Khoá Hệ : 2013 – 2017 : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Hà Nội, tháng 05 năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: TRẦN THỊ HUẾ Khố: 2013-2017 Lớp: K16B Khoa: Cơng nghệ điện tử - thông tin Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử,Truyềnthơng Hệ đào tạo:Đại học quy Tên đề tài đồ án: “HỆ THỐNG ĐO KIỂMCHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ TRUYỀN SĨNG LORA” Phần 1/6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢM BIẾN CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ SỬ DỤNG SĨNG LORA Các số liệu liệu ban đầu: • Kiến thức sensor cảm biến • Kiến thức lập trình C, C++… • Kiến thức thiết kế mạch altium • Dựa vào tài liệu tham khảo https://vi.wikipedia.org kiến thức học để hoàn thành báo cáo cách đầy đủ hoàn chỉnh Đồng thời tương lai em hi vọng đề tài nhanh chóng nghiên cứu hoàn thành để sớm đưa vào thực tiễn Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 19/12/2016 Ngày hoàn thành đồ án: 06/05/2017 Ngày tháng năm 2017 Giảng viên hướng dẫn Ths Lê Thị Cúc BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên: TRẦN THỊ HUẾLớp: K16B Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử- Truyền Thơng Khố: 2013-2017 Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Thị Cúc Cán phản biện: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp Ngày tháng Cán phản biện năm LỜI NÓI ĐẦU Ngày vấn đề ô nhiễm môi trường vấn đề đe dọa trược tiếp đến đời sống sức khỏe người nhiễm bụi vấn đề quan tâm Rất nhiều thiết bị đo chuẩn chất lượng khơng khí đời nhằm giúp người hạn chế tác hại ô nhiễm không khí Xuất phát từ vấn đề này, em lựa chọn đề tài: “Hệ thống đo kiểm chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ truyền sóng LoRa, Phần 1/6 : Thiết kế xây dưng hệ thống mạch cảm biến chất lượng khơng khí sử dụng sóng lora” dự án mẻ thú vị nhằm cung cấp cho người thông số cần thiết khí, bụi khơng khí địa điểm khoảng thời gian khác nhau, để từ có giải pháp phòng tránh chủ động sống Đề tài xuất phát từ việc sử dụng sóng Lora để đo kiểm chất lượng khí, bụi từ truyền dẫn, mô tả hiển thị thông số thời điểm mà người muốn truy cập Với phát triển công nghệ, vi mạch ngày thu nhỏ khả ứng dụng ngày mở rộng Chính phát triển giúp cho người nâng cao hiệu làm việc q trình sản xuất, góp phần nâng cao giá trị hàng hóa làm mà chi phí giảm Việc ứng dụng vi mạch tích hợp sống ví dụ điển hình Một thiết bị đo đạc thơng số mơi trường khơng khí giúp thiết lập điều chỉnh thơng số mơi trường, giúp cho người có thểnắm rõ mức độônhiễm môi trường LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy cô bạn Khoa Công Nghệ Điện Tử-Thông Tin, Viện Đại Học Mở Hà Nội Đặc biệt ThS.Lê Thị Cúc trực tiếp hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành đề tài Cám ơn bạn nhóm hỗ trợ em nhiều suốt thời gian làm đồ án Hoạt động nhóm ln tạo thành cơng lớn Ngồi q trình hồn thành đề tài em nhận hỗ trợ giúp đỡ nhiệt tình anh/chị Lab 618 Bách Khoa Thầy Dũng Em xin cảm ơn người thời gian qua Do kiến thức kinh nghiệm hạn hẹp nên trình thực đề tài em khơng thể tránh khỏi sai sót mong thầy bạn bổ sung góp ý để chúng em có thêm kinh nghiệm hồn thiện đồ án sau Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Trần Thị Huế TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài :“ HỆ THỐNG ĐO KIỂM CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ TRUYỀN SĨNG” Phần 1/6 : “THIẾT KẾ XÂY DỰNG HỆ THỐNGMẠCH CẢM BIẾN CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ SỬ DỤNG SĨNG LORA” Chương I : Tổng quan đề tài Khái quát chung toàn đề tài cho biết thông tin số khơng khí Chương II : Giới thiệu tổng quan IoT Có nhìn sơ khái quát mạng IoT (Internet Of Thing) Các công nghệ truyền dẫn sử dụng Chương III : Giới thiệu LoRa LoRaWAN Có nhìn đầy đủ cơng nghệ LoRa LoRa WAN Lớp hoạt động, tham số ưu nhược điểm Tìm hiểu số chuẩn thơng số cho LoRa WAN sử dụng Chương IV : Thiết kế hệ thống mạch cảm biến Thiết kế hệ thống mạch cảm biển sử dụng giao thức đăc tính cảm biển Để cảm biến nhận truyền tín hiệu qua sóng LoRa Chương IV : Xây dựng mã chương trình cho vi điều khiển ATMEGA328PPU Cách thức xây dựng mã chương trình cho vi điều khiển MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI I Vấn đề ô nhiễm môi trường 1 Vấn đề ô nhiễm môi trường phát triển công nghiệp Ơ nhiễm khói bụi đô thị Giải ô nhiễm thu thập thông tin Chỉ số chất lượng khơng khí AQI Hà Nội II Giới thiệu chung đề tài Mục tiêu đề tài Giới thiệu IoT cách mạng công nghiệp lần thứ tư Mơ hình tổng quan đề tài KẾT LUẬN CHƯƠNG I 11 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ IoT 12 I Khái quát IoT 12 Định nghĩa 12 Khả định danh 13 Tính chất IoT 14 II Những ứng dụng IOT 15 Quản lý hạ tầng 15 Y tế 15 Xây dựng tự động hóa cơng trình xây dựng 16 Giao thông 16 III Những thách thức phát triển IoT 16 Ngôn ngữ giao tiếp (giao thức) 16 Hàng rào kết nối (subnetwork) 17 Vấn đề xử lý thông tin 17 Bảo mật 18 Bài toán kinh tế 19 KẾT LUẬN CHƯƠNG II 19 CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ LORA VÀ LORA WAN 20 I Kỹ thuật trải phổ truyền thông 20 Định lý Shannon – Hartley 20 Nguyên lý trải phổ 21 Chirp Spread Spectrum 22 II Kỹ thuật trải phổ cơng nghệ sóng Lora 23 Giới thiệu Lora 23 Các tính điều chế Lora 24 III Một số lưu ý truyền thông không dây 26 Mạng không dây 26 Cơ chế sử dụng đa đường truyền 28 Vấn đề xung đột đường truyền 30 Khả hoạt động đường truyền băng rộng có tần số giao thoa 30 KẾT LUẬN CHƯƠNG III 30 CHƯƠNG IV THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠCH CẢM BIẾN 32 I Xây dựng sơ đồ khối toàn mạch cảm biến 32 II Khối nguồn 32 III Khối xử lý 33 IV Khối cảm biến 34 Cảm biến khí MQ7 34 Cảm biến bụi GP2Y1010AU0F 35 Cảm biến khí MQ136 36 Khối truyền sóng lora 38 V Thiết kế mạch 39 VI Mạch PCB thiêt kế 40 KẾT LUẬN CHƯƠNG IV 40 CHƯƠNG VI: XÂY DỰNG MÃ CHƯƠNG TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA328P-PU 41 I Giới thiệu vi điều khiển Atmega328P-PU 41 II Giới hiệu ngôn ngữ C 42 III Khởi tạo 43 KẾT LUẬN CHƯƠNG V 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Ảnh minh họa Hình 1.2: Ơ nhiễm rác thải Hình 1.3: Bảng tiêu chuẩn nồng độ cho phép số khí Hình 1.4: Mức số AQI mức ảnh hưởng tới sức khỏe người Hình 1.5: Sơ đồ tổng quan hệ thống truyền dẫn Hình 1.6: Sơ đồ mạng truyền tải LoRaWAN Hình 1.7: Hình ảnh cảm biến Hình1.8: MultiConnect Conduit 10 Hình 1.9: mDot 11 Hình 2.1: IoT Vạn vật kết nối 12 Hình 3.1: Mơ hình NB-IOT cung cấp HUAWEI 20 Hình 3.2: Mơ hình mạng LoRa 24 Hình 3.3: So sánh độ nhạy LoRa FSK 26 Hình 3.4: Cấu trúc mạng hình 27 Hình 3.5 Cấu trúc mạng hình lưới 28 Hình 1: Sơ đồ khối mạch cảm biến 32 Hình 2: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 32 Hình 3: IC LM1117 – 3,3V 33 Hình 4: Sơ đồ chân LM1117 – 3.3V 33 Hình 5: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý 34 Hình 6: Cảm biến khí MQ7 34 Hình 4.7: Đặc điểm độ nhạy cảm MQ7 35 Hình 8: Cảm biến bụi GP2Y1010AU0F 36 Hình 4.9: Cảm biến khí MQ136 36 Hình 10: Đặc điểm độ nhạy MQ136 37 Hình 11: MultiConnect mDot 38 Hình 12: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 39 Đồ án tốt nghiệp Chương V Xây dựng mã chương trình cho vi điều khiển ATMEGA328P-PU - Tính linh động (flexible): C ngơn ngữ uyển chuyển cú pháp, chấp nhận nhiều cách thể hiện, thu gọn kích thước mã lệnh làm chương trình chạy nhanh - Biên dịch (compile): C cho phép biên dịch nhiều tập tin chương trình riêng rẽ thành tập tin đối tượng (object) liên kết (link) đối tượng lại với thành chương trình thực thi (executable) thống III Khởi tạo Khai báo thư viện định nghĩa #include #define USER_DERBUG #ifdef USER_DERBUG #define printDebug Serial.print #define printDebugln Serial.println #else #define printDebug #define printDebugln #endif #define NO_DUST_VOLTAGE 400 //400 //mv #define SYS_VOLTAGE 5000 #define COV_RATIO 0.2 //ug/mmm / mv #define ledPin 13 Khai báo biến cho cảm biến bụi float dustDensity, voltage; long previousMillis = 0; GVHD: ThS Lê Thị Cúc 43 SVTH: Trần Thị Huế Đồ án tốt nghiệp Chương V Xây dựng mã chương trình cho vi điều khiển ATMEGA328P-PU long interval = 40000; int i = 0; const int measurePin = A0;// Dust sensor pin A0 int samplingTime = 280; int deltaTime = 40; int sleepTime = 9680; int voMeasured; Khai báo chân nối với module mdot SoftwareSerial mcommucation(3, 2);// RX-TX nối với TX-RX(D3,D2)của LoRa Khai báo chương trình Smart_Print String s; static void print_float(float val, float invalid, int len, int prec) { if (val == invalid) { while (len > 1) Serial.print('*'); Serial.print(' '); } else { GVHD: ThS Lê Thị Cúc 44 SVTH: Trần Thị Huế Đồ án tốt nghiệp Chương V Xây dựng mã chương trình cho vi điều khiển ATMEGA328P-PU Serial.print(val, prec); int vi = abs((int)val); int flen = prec + (val < 0.0 ? : 1); // and flen += vi >= 1000 ? : vi >= 100 ? : vi >= 10 ? : 1; for (int i=flen; i tắt đèn noti đồng thời tắt sensor để tiết kiệm lượng void loop() { float mrawdatasensor; activeSensor(); delay(100); digitalWrite(noti,HIGH); readAllDataSensor(); readAllDataAndToSend(dustDensity,mvalueCO,mvalueSO2); delay(200); readAllDataSensor(); readAllDataAndToSend(dustDensity,mvalueCO,mvalueSO2); delay(100); digitalWrite(noti,LOW); standbySensor(); // stanbycommunicate standbyCommunicate(); //change state offsensor(); delay(3000); } KẾT LUẬN CHƯƠNG V Giới thiệu chương trình hoạt động vi điều khiển ATMEGA328P-PU GVHD: ThS Lê Thị Cúc 55 SVTH: Trần Thị Huế Đồ án tốt nghiệp Chương V Xây dựng mã chương trình cho vi điều khiển ATMEGA328P-PU Bên cạnh nhiều vấn đề cần đưa hướng giải cho mã chương trình GVHD: ThS Lê Thị Cúc 56 SVTH: Trần Thị Huế Đồ án tốt nghiệp Chương V Xây dựng mã chương trình cho vi điều khiển ATMEGA328P-PU TÀI LIỆU THAM KHẢO WEBSITE: BOOKS: [1] http://iotleague.com/ [1] Kali Linux Cookbook, Willie L [2] https://www.lora-alliance.org/ Pritchett and David De Smet [3] http://automation.net.vn/ [2] Computer Networking, Kurose and [4] http://www.vnpt.vn/ [5] http://linhkienbachkhoa.com/ [6] https://hoangthinhungblog.wordpress.com/ [7] https://kali.org/ [8] http://tool.kali.org/ [9] http://hvaonline.net/ Ross [3] CEH v8, BKACAD [4] Nmap Cookbook, Nicholas Marsh [5] Learn PYTHON the hard way, Addison-Wesley, Zed A.Shaw [6] LoraWAN 101 a Technical Introduction, LoRa Alliance [7] LoRa Modem Design Guide, [10] http://kalitut.com/ SEMTECH [11] http://multitech.net/ [8] LoRA Modulation Basics, [12] http://mqtt.org/ SEMTECH [13] http://hwsensor.com/ [9] MultiConnect Conduit Programble [14] https://viblo.asia/ [15] https://ibm.com/ [16] https://nodered.org/ Gateway for the Internet of Things, MULTITECH [10] MultiConnect mDot, MULTITECH [17] https://nodejsexpress.com/ [18] http://quantracmoitruong.gov.vn/ [19] http://epa.gov/ [20] https://null-byte.wonderhowto.com/ GVHD: ThS Lê Thị Cúc 57 SVTH: Trần Thị Huế ... Khoa: Công nghệ điện tử - thông tin Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử,Truyềnthông Hệ đào tạo:Đại học quy Tên đề tài đồ án: “HỆ THỐNG ĐO KIỂMCHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ TRUYỀN SÓNG... TẮT ĐỒ ÁN Đề tài :“ HỆ THỐNG ĐO KIỂM CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ TRUYỀN SĨNG” Phần 1/6 : “THIẾT KẾ XÂY DỰNG HỆ THỐNGMẠCH CẢM BIẾN CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ SỬ DỤNG SĨNG LORA Chương I : Tổng... đồ hệ thống Mơ hình “ Hệ thống đo kiểm chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ truyền sóng LoRa ” nhóm em xây dựng chia làm bốn phần liên kết với là: • Phần một: hệ thống cảm biến • Phần hai: hệ