Nghiên cứu, chế tạo mạng cảm biến không dây giám sát nhiệt độ, độ ẩm môi trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHAN QUỐC THẮNG NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM MÔI TRƢỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Hà Nội – Năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHAN QUỐC THẮNG NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM MƠI TRƢỜNG Ngành: Cơng nghệ Điện Tử - Viễn Thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60520203 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.PHẠM MINH TRIỂN Hà Nội – Năm 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả Phan Quốc Thắng LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đƣợc luận văn này, em đƣợc học hỏi kiến thức vô quý báu từ thầy, cô giáo trƣờng Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội hai năm qua Em vô biết ơn dạy dỗ, bảo tận tình thầy, thời gian học tập cao học trƣờng Em đặc biệt bày tỏ lòng biết ơn tới thầy TS.Phạm Minh Triển – Khoa Điện Tử Viễn Thông – Trƣờng Đại Học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội bảo định hƣớng cho em nghiên cứu đề tài Thầy cho em lời khuyên bổ ích q báu suốt q trình hồn thành luận văn Do hạn chế thời gian, tài liệu trình độ thân, luận văn em khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong thầy góp ý củng cố đề luận văn đƣợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƢƠNG1 - TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VÀ ỨNG DỤNG Tổng quan mạng cảm biến không dây 1.1 Mạng cảm biến khơng dây gì? 1.2 Thành phần cấu trúc mạng cảm bi 1.2.1 Cấu trúc mạng cảm biến 1.2.2 Cấu trúc nút mạng [6] 1.3 Đặc điểm mạng cảm biến không d 1.4 Sự khác WSN mạng truyền thốn Ứng dụng mạng cảm biến không dây [3] 2.1 Mạng cảm biến môi trƣờng 2.2 Ứng dụng y tế 2.3 Ứng dụng gia đình điện dân dụng 2.4 Ứng dụng giám sát điều khiển công n 2.5 WSN nông nghiệp 2.6 WSN quân Những khó khăn hạn chế việc phát triển mạng cảm biến không dây [4] 22 3.1 Những khó khăn thƣờng thấy 22 3.2 Hạn chế việc xây dựng WSN 23 Kết luận 24 CHƢƠNG – ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 25 Những vấn đề cần quan tâm định tuyến mạng WSN[4],[8] 1.1.Tính động mạng 1.2.Trật tự xếp mạng 1.3.Khả nút mạng 1.4.Vấn đề lƣợng 1.5.Vấn đề tập trung hợp liệu Cách truyền liệu mạng cảm biến Các định tuyến hay đƣợc dùng mạng WSN[5],[11] 3.1.Định tuyến trung tâm liệu 3.1.1 Giao thức Flooding gossiping 3.1.2 Giao thức SPIN 3.2.Truyền tin trực tiếp 3.3.Định tuyến phân cấp 3.3.1 Giao thức LEAC 3.3.2 Giao thức PEGA 3.4.Định tuyến dựa vào vị trí 3.4.1 Giao thức GAF 3.4.2 Giao thức GEAR Kết luận CHƢƠNG 3–CHUẨN TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY ZIGBEE/IEEE 802.15.4 37 Tổng quan chuẩn Zigbee[1] Mơ mạng Zigbee[10] 2.1.Mạng hình (Star Network) 2.2.Mạng hình lƣới (Mesh Network) 2.3.Mạng hình (Cluster Tree Topology) Cấu trúc tầng chuẩn Zigbee[2] Tầng vật lý (PHY)[10] 4.1.Điều chế tín hiệu tầng vật lý 4.2.Thông số kỹ thuật 4.3.Định dạng khung tin PPDU 5 Tầng điều khiển liệu (MAC) [5] 5.1 Cấu trúc siêu khung 5.2 CA Thuật toán tránh xung đột đa truy cập sử dụng 48 5.3 Các mơ hình truyền liệu 5.4 Phát thông tin báo hiệu beacon 5.5 Định dạng khung tin MAC Tầng mạng Zigbee [5] 6.1 Dịch vụ mạng 6.2 Dịch vụ bảo mật Tầng ứng dụng Zigbee/IEEE 802.15.4 [5] Kết luận CHƢƠNG 4–MƠ HÌNH ỨNG DỤNG GIÁM SÁT CÁC THÔNG SỐ MÔI TRƢỜNG Bài toán đặt 1.1 Mơ hình tốn cần xây dựng 1.2 Bài tốn mơ đặt Sơ đồ khối chung mạch Chi tiết phần cứng cho mạch 3.1 Vi điều khiển ATmega[13] 3.2 Mạch cảm biến nhiệt độ, độ ẩm[14],[15] 3.3 Mạch thu phát sóng radio tần số 2.4Ghz[16 3.4 Phần mềm giám sát 3.4.1 Hoạt động chung 3.4.2 Hoạt động truyền liệu nút mạng 3.4.3 Hoạt động giao tiếp nút chủ máy tính Kết toán 4.1 Mạch thực tế 4.2 Màn hình giám sát Kết luận KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƢỚNG ĐỀ TÀI TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Chƣơng trình code cho vi điều khiển 1.1.Chƣơng trình cho nút t 1.2.Chƣơng trình cho nút chủ đo, ph Chƣơng trình code phần mềm 2.1.Hàm đọc giá trị từ nút chủ 2.2.Giao diện DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt ACK ADC BE BPSK CAP CCA CFP CSMA-CA CW FFD GAF GEAR GTS IEEE LCD LEACH MAC MCU MSK NB O-QPSK PAN PEGASIS PHY PPDU REQ RF RFD SPIN WLAN WSN ZC ZDO ... quát mạng cảm biến không dây với đặc điểm cấu trúc, đồng thời giới thiệu ứng dụng mà mạng cảm biến không dây mang lại Tổng quan mạng cảm biến không dây 1.1 Mạng cảm biến khơng dây gì? Mạng cảm biến. .. nhiều lĩnh vực, em chọn hƣớng nghiên cứu là: ? ?Nghiên cứu, chế tạo mạng cảm biến không dây giám sát nhiệt độ, độ ẩm môi trƣờng” Luận văn giới thiệu tổng quan mạng cảm biến, số phƣơng pháp định tuyến,... phổ biến đƣợc sử dụng mạng cảm biến cuối đề xuất chế tạo mơ hình mạng cảm biến không dây với số lƣợng node mạng cảm biến Luận văn có kết cấu nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan mạng cảm biến không dây