Hệ thống giám sát sự kiện để giám sát nhiệt độ và độ ẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - TRẦN MINH THẠNH HỆ THỐNG GIÁM SÁT SỰ KIỆN ĐỂ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Công nghệ thông tin Mã số ngành: 60480201 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TÂN HẠNH TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2016 CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HCM Cán hƣớng dẫn khoa học : TS TÂN HẠNH Luận văn Thạc sĩ đƣợc bảo vệ Trƣờng Đại học Công nghệ TP HCM ngày 20 tháng 03 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ tên Chức danh Hội đồng PGS.TSKH Nguyễn Xuân Huy PGS.TS Vũ Đức Lung Phản biện TS Cao Tùng Anh Phản biện TS Hồ Đắc Nghĩa Ủy viên TS Vũ Thanh Hiền Ủy viên, Thƣ ký Chủ tịch Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn đƣợc sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƢỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày … tháng… năm 20 … NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trần Minh Thạnh Ngày, tháng, năm sinh: 19/06/1981 Chuyên ngành: Giới tính: Nam Nơi sinh: Sóc Trăng Cơng nghệ thơng tin MSHV: 1341860053 I- Tên đề tài: “HỆ THỐNG GIÁM SÁT SỰ KIỆN ĐỂ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM” II- Nhiệm vụ nội dung: - Tìm hiểu sở lý thuyết , kiện, phát kiện, luật ECA - Xây dựng hệ thống giám sát kiện để giám sát nhiệt độ độ ẩm III- Ngày giao nhiệm vụ: 17/03/2015 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 11/01/2016 V- Cán hƣớng dẫn: TS TÂN HẠNH CÁN BỘ HƢỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận văn thực dƣới hƣớng dẫn trực tiếp TS Tân Hạnh Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn tham khảo dùng luận văn đƣợc trích dẫn rõ ràng trung thực tên tác giả, tên cơng trình, thời gian, địa điểm công bố Học viên thực Luận văn (Ký ghi rõ họ tên) Trần Minh Thạnh LỜI CẢM ƠN Em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến ban giám hiệu, toàn thể cán nhân viên, giảng viên trƣờng đại học Hutech, ban lãnh đạo phòng quản lý khoa học đào tạo sau đại học, khoa công nghệ thông tin tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập nghiên cứu suốt học trình cao học Em xin chân thành tri ân đến thầy cô trực tiếp động viên, hƣớng dẫn chúng tơi suốt học trình: PGS.TS Lê Hồi Bắc, PGS.TS Nguyễn Xuân Huy, PGS.TS Quản Thành Thơ, TS Nguyễn Thị Thanh Sang, TS Võ Đình Bảy, TS Tân Hạnh, TS Nguyễn Đình Thuân, TS Lê Mạnh Hải, TS Nguyễn Tuấn Đăng, TS Lƣ Nhật Vinh Với lòng tri ân sâu sắc, em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy Tân Hạnh tận tụy nghiêm túc hƣớng dẫn em trình thực nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo phịng quản trị, phịng tổ chức hành chính, phịng tài chính, trung tâm thƣ viện đồng nghiệp trƣờng Hutech tạo điều kiện, cho phép, động viên giúp đỡ em suốt trình học cao học thực nghiên cứu TÓM TẮT Sự kiện yếu tố xuất hệ thống mà có ý nghĩa hệ thống, ngƣời sử dụng ngƣời quản lý Sự kiện có vai trị quan trọng vận hành hệ thống máy tính, hệ thống giám sát, hệ thống điều khiển, … Bài toán phát kiện đƣợc nghiên cứu ứng dụng nhiều lĩnh vực nhƣ: phân tích nhật ký kiện giao dịch chứng khoán, dự báo thời tiết, hệ thống báo cháy, nhà thông minh (Smart home), hệ thống tƣới tiêu tự động nông nghiệp Luận văn trình bày sở lý thuyết kiện, phát kiện ứng dụng lý thuyết để xây dựng hệ thống giám sát kiện để giám sát nhiệt độ độ ẩm phục vụ nông nghiệp ABSTRACT Event is an element appearing in the system which is not only meaningful to the system itself but also users or administrators The event plays an important role in the operation of the system of computing, monitoring and controlling The algorithms in the event detection have been studied and applied in various fields such as event log analysis of stoke transactions, weather forecasts, fire- alarm systems, smart houses, automatic irrigation systems in agriculture This research paper presents the theoretical basis of the event, event detection, event monitoring and application of this theory to build event surveillance system to monitor temperature and humidity in agricultural service MỤC LỤC CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.2 Mục tiêu luận văn: .2 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: 1.4 Các cơng trình liên quan: 1.4.1 HiPAC 1.4.2 Sentinel CHƢƠNG 2: SỰ KIỆN VÀ CƠ CHẾ PHÁT HIỆN SỰ KIỆN 2.1 Sự kiện .7 2.2 Giám sát kiện: .8 2.3 Phân loại kiện: .10 2.3.1 Sự kiện đơn: 10 2.3.2 Sự kiện phức: 15 2.4 Ngôn ngữ đặc tả kiện: 16 2.4.1 Toán tử ( Disjunction - Or) .17 2.4.2 Toán tử Conjunction – AND ) 17 2.4.3 Toán tử ( Sequence – Seq ) .17 2.4.4 Toán tử ANY: .18 2.4.5 Tốn tử khơng tuần hồn (A, A*): 18 2.4.6 Toán tử tuần hoàn (P, P*) : 19 2.4.7 Toán tử NOT (): 19 2.5 Nhật ký kiện: .19 2.6 Ngữ pháp cho ngôn ngữ đặc tả kiện: 22 2.7 Cơ chế phát kiện: .23 2.7.1 Phát kiện ứng dụng: 24 2.7.2 Cơ chế phát kiện 26 2.8 Luật ECA: 29 2.8.1 Sự kiện : 30 2.8.2 Điều kiện : 31 2.8.3 Hành động : 31 Chƣơng CHƢƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG .32 3.1 Mơ tả tốn 32 3.2 Hệ thống chức năng: 33 3.3 Kiến trúc hệ thống: 33 3.3.1 Mơ hình hệ thống: 33 3.3.2 Các module điều khiển cảm biến: 34 3.3.3 Định nghĩa kiện: 40 3.3.4 Cơ sở liệu kiện, luật: 42 3.3.5 Môdul phát kiện: 43 3.3.6 Môdul xử lý kiện: 44 3.4 Giao diện chƣơng trình: 45 3.4.1 Giao diện chƣơng trình: .45 3.4.2 Giao diện cập nhật kiện phức: 46 3.4.3 Giao diện cập nhật tập luật: 46 Chƣơng 4: KẾT LUẬN .48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT Tiếng Anh: STT Viết tắt Viết rõ ECA Event Condition Action ACID atomicity, Consistency, Isolation, Durability DBMS Database Management System ADBMS Active Database Management System OODBMS Object Oriented Database Management System BOB Begin of block EOB End of block BNF Backus Normal Form EOT End Of Transation Tiếng Việt: STT Viết tắt CSDL Viết rõ Cơ sở liệu 35 Hình 3.2: Mơdul Arduino Uno - Cấu tạo đặc tính kỹ thuật mơdul Arduino uno: Chip điều khiển chính: ATmega328 Nguồn ni mạch: 5V Số chân Digital: 14 (hỗ trợ chân PWM) Số chân Analog: Dòng chân digital tối đa 40 mA Dòng chân 3.3V 50 mA Dung lƣợng nhớ Flash 32 KB (ATmega328) Dung lƣợng nhớ SRAM: KB (ATmega328) Dung lƣợng nhớ EEPROM: KB (ATmega328) Tốc độ xử lý: 16 MHz - Các chân kết nối: A0 – A5: Các chân tín hiệu vào dạng analog Các chân 3, 5, 6, 9, 10, 11: Cho phép xuất xung PWM 36 Các chân 1: dùng để gởi nhận liệu dạng TTL serial Các chân 10, 11, 12, 13: dùng để truyền liệu theo giao thức SPI với thiết bị khác Ngoài modul cịn có jack cấp nguồn cho modul hoạt động, cổng USB kết nối với máy tính để nạp chƣơng trình, nút reset để khởi động lại môdul đèn led báo trạng thái hoạt động Các modul arduino đƣợc cung cấp giao diện soạn thảo biên dịch chƣơng trình miễn phí Arduino IDE, ngơn ngữ lập trình cho arduino tƣơng tự nhƣ C++ Hình 3.3: Arduino IDE 37 3.3.2.2 Cảm biến DTH22: DTH22 môdul cảm biến nhiệt độ độ ẩm có đầu tín hiệu số Hình 3.4: cảm biến DTH22 - Chức chân: Bảng 3.1: Chức chân DTH22 Chân Chứ Cấp nguồn + Dữ liệu Không sử dụng Cấp nguồn - - Thông số kỹ thuật: Nguồn: 3,3 -> VDC Cƣờng độ dòng điện tiêu thụ: 2.5mA max (khi truyền liệu) Độ ẩm đo đƣợc 0-100%RH với sai số 2-5% Nhiệt độ đo đƣợc -40 to 80°C sai số ±0.5°C Tần số lấy mẫu tối đa 0.5Hz (2 giây lần) Kích thƣớc 27mm x 59mm x 13.5mm 38 Khoảng cách chân 0.1'' - Sơ đồ ứng dụng cho mơdul DTH22: Hình 3.5: Sơ đồ ứng dụng cho mơdul DTH22 3.3.2.3 Mơdul mạng (ethernet shield): Hình 3.6: Mơdul mạng Môdul mạng gắn bổ sung vào mudule arduino giúp cho mơdul arduino giao tiếp với máy tính thơng qua mạng LAN sử dụng giao thức TCP/IP Môdul mạng đƣợc thiết kế với chân liệu tƣơng thích với mơdul arduino uno giúp cho việc kết nối dễ dàng Thông số kỹ thuật: Hoạt động điện áp 5V đƣợc cấp từ mạch Arduino) Chip giao tiếp mạng: W5100 với đệm 16K Tốc độ kết nối: 10/100Mb 39 Kết nối với mạch Arduino qua cổng SPI Hình 3.7: Mơdul mạng kết nối với module arduino 3.3.2.4 Môdul cảm biến nhiệt độ v độ ẩm: Môdul cảm biến nhiệt độ độ ẩm hệ thống đƣợc ghép nối từ môdul: arduino uno, mơdul mạng cảm biến DTH22 Hình 3.8: Sơ đồ kết nối cảm biến DTH22 với môdul mạng sau gắn vào môdul arduino uno Cảm biến DTH22 loại cảm biến nhiệt độ độ ẩm phƣơng thức thuộc tính đƣợc hỗ trợ sẵn thƣ viện “DHT.h” phiên 0.1.20 Giá trị nhiệt độ độ ẩm đƣợc cảm biến trả thông qua hai thuộc tính dht.temperature dht.humidity có kiểu liệu kiểu int Module cảm biến đƣợc kết nối với hệ thống trung tâm thông qua cổng RJ45 40 sử dụng giao thức TCP/IP 3.3.2.5 Môdul điều khiển: Môdul điều khiển đƣợc ghép nối từ môdul: Arduino uno, môdul mạng môdul relay Môdul điều khiển nhận lệnh từ hệ thống điều khiển trung tâm thông qua mạng LAN sử dụng giao thức TCP/IP Hình 3.9: Module điều khiển 3.3.3 Định nghĩa kiện: - Trong hệ thống mô kiện nguyên thủy kiện đơn đƣợc module cảm biến gởi hệ thống trung tâm thông qua mạng LAN - Sự kiện nguyên thủy chuỗi có cấu trúc nhƣ sau thuộc tính phân cách dấu ;): ID NgayGio Loai GiaTri Ví dụ : Cảm biến nhiệt độ A gửi đến ngày 21/10/2015 lúc 14:02:15 có nhiệt độ 330C đƣợc biểu diễn nhƣ sau: ”A;21/10/2015 14:02:15;ND;33” 41 - Sự kiện phức hợp kết hợp kiện ngun thủy thơng qua tốn tử kiện (các phép toán) - Ký hiệu toán tử kiện đƣợc sử dụng hệ thống: + Toán tử ” * ” toán tử kết hợp hai kiện, tức hai kiện xuất (phép tốn AND) Ví dụ : (E1*E2) kiện E1 E2 xuất + Toán tử ” + ” toán tử „hoặc‟ hai kiện (phép tốn OR) Ví dụ : (E1+E2) : kiện E1 xuất kiện E2 xuất + Toán tử ” ; ” toán tử hai kiện Ví dụ : (E1;E2) : kiện E1 xuất đến kiện E2 - Các kiện phức hợp hệ thống : Bảng 3.2: Các kiện phức hệ thống Tên kiện Biểu thức kiện E1 A*B E2 C*D Trong : A, B cảm biến nhiệt độ C, D cảm biến độ ẩm - Các luật ECA : mô ta xét luật rule) đơn giản, luật gồm có tên thành phần kiện, điều kiện, hành động (event, condition, action) Cú pháp nhƣ sau: Rule ON CONDITION DO - Các luật hệ thống: 42 Rule R1 ON E1 CONDITION 320C DO bật hệ thống phun sƣơng Rule R3 ON E2 CONDITION 95% DO bật hệ thống thơng gió 3.3.4 Cơ sở liệu kiện, luật: - Cấu trúc liệu dùng để lƣu trữ thông tin nhật ký kiện: Bảng 3.3: Danh sách thuộc tính nhật ký kiện STT Thuộc tính Kiểu liệu ID nvarchar Loai nvarchar NgayGio DateTime Giatri TinyInt - Cấu trúc liệu dùng để lƣu trữ thông tin kiện phức: Bảng 3.4: Danh sách thuộc tính lƣu trữ kiện phức STT Thuộc tính Kiểu liệu ID nvarchar BieuThuc nvarchar - Cấu trúc liệu dùng để lƣu trữ thông tin tập luật: Bảng 3.5: Danh sách thuộc tính lƣu trữ thông tin tập luật STT Thuộc tính ID Kiểu liệu nvarchar 43 TenLuat nvarchar E_ID nvarchar DieuKien nvarchar HanhDong nvarchar 3.3.5 Môdul phát kiện: Giải thuật phát kiện sử dụng ngữ cảnh recent Tạo nhị phân cho biểu thức với nút toán tử kiện Trƣờng hợp cho nút toán tử loại: AND(E1, E2): Nếu kiện trái e1 đƣợc kích hoạt (signalled) Nếu danh sách kiện nút E2 không rỗng Truyền đến nút cha Thay e1 danh sách kiện nút E1 Nếu kiện phải e2 đƣợc kích hoạt Nếu danh sách kiện nút E1 không rỗng Truyền đến nút cha Thay e2 danh sách kiện nút E2 OR(E1,E2): Cho kiện đƣợc kích hoạt, truyền đến nút cha SEQ(E1,E2): Nếu kiện trái e1 đƣợc kích hoạt 44 Thay e1 danh sách kiện nút E1 Nếu kiện phải e2 đƣợc kích hoạt Nếu danh sách kiện nút E1 không rỗng Truyền đến nút cha 3.3.6 Môdul x lý kiện: Môdul xử lý kiện hoạt động theo giải thuật sau: Phát kiện Sai Đúng Sự kiện có gắn với luật Sai Đúng Kiểm tra điều kiện Sai Đúng Thực hành động Hình 3.10: Lƣu đồ hoạt động môdul xử lý kiện 45 3.4 Giao diện hƣơng trình: 3.4.1 Giao diện hƣơng trình: Hình 3.11: Giao diện chƣơng trình Các nút chức năng: - Nút “Chạy”: kích hoạt chƣơng trình - Nút “Ngừng”: thơi kích hoạt chƣơng trình - Nút “Sự kiện phức”: mở giao diện cập nhật kiện phức - Nút “Tập luật”: mở giao diện cập nhật tập luật Các nhãn “ND1”, “DA1”, “ND2”, “DA2” cảm biến nhiệt độ độ ẩm, chƣơng trình chạy hiển thị giá trị nhiệt độ độ ẩm Nhãn “DK” đại diện cho hệ thống điều khiển trung tâm Các nhãn “BOM”, “QUAT” đại diện cho bơm phu sƣơng quạt thơng gió, đƣợc kích hoạt có màu đỏ ngƣợc lại có màu xanh 46 3.4.2 Giao diện cập nhật kiện phức: Hình 3.12: Giao diện cập nhật kiện phức Các kiện phức hệ thống đƣợc liệt kê danh sách Text box “ID” nhập ID kiện phức Text box “Biểu thức” nhập biểu thức kiện Các nút chức dùng để cập nhật kiện phức 3.4.3 Giao diện cập nhật tập luật: Hình 3.13: Giao diện cập nhật tập luật Các tập luật hệ thống đƣợc liệt kê danh sách Trong đó: 47 Cột “ID” id luật Cột “Tên luật” tên luật tƣơng ứng Cột “E_ID” id kiện phức gắn với luật tƣơng ứng Cột “Điều kiện” mô tả điều kiện tƣơng ứng với luật (Ví dụ: “ND>35” nhiệt độ lớn 35 độ C, “DA>85” độ ẩm lớn 85%, “ND>35;DA>85” nhiệt độ lớn 35 độ C độ ẩm lớn 85%) Cột “Hành động” mô tả hành động đƣợc thực thi điều kiện cột “điều kiện” (Ví dụ: “BOM=1” kích hoạt bơm phu sƣơng, “QUAT=0” thơi kích hoạt quạt thơng gió, “BOM=0;QUAT=1” thơi kích quạt bơm phu sƣơng kích hoạt quạt thơng gió) Các nút chức dùng để cập nhật tập luật 48 Chƣơng 4: KẾT LUẬN Luận văn tập trung tìm hiểu xây dựng hệ thống giám sát kiện để giám sát nhiệt độ độ ẩm phục vụ việc tƣới tiêu tự động nông nghiệp Về luận văn đạt đƣợc mục tiêu đề với kết làm đƣợc nhƣ sau: - Về lý thuyết: tìm hiểu đƣợc lý thuyết kiện, ngôn ngữ đặc tả kiện chế phát kiện dựa vào ngữ cảnh khác nhau; xây dựng tập luật ECA để đáp ứng yêu cầu việc điều khiển máy bơm phun sƣơng quạt thơng gió - Về mặt ứng dụng: khảo sát, phân tích yêu cầu hệ thống giám sát tƣới tiêu cho nông nghiệp; Qua xây dựng hệ thống giám sát kiện, với chƣơng trình đƣợc viết ngơn ngữ lập trình Java, để thu thập kiện từ cảm biến điều khiển bơm phun sƣơng quạt thơng gió để ổn định nhiệt độ độ ẩm, giao tiếp thông qua mạng cục LAN sử dụng giao thức TCP/IP Về hạn chế: Do thời gian điều kiện thử nghiệm cịn hạn chế nên chƣơng trình mang tính minh họa lý thuyết kiện, chế phát kiện thực thi luật ECA Định hƣớng phát triển tƣơng lai : - Hoàn thiện chức xây dựng giao diện ngƣời dùng - Xây dựng tiếp chức nhƣ cấu hình tham số, quản trị hệ thống thống kê báo cáo để phục vụ tốt triển khai môi trƣờng thực tiễn - Hệ thống mở rộng nhiều cảm biến 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Deepak Mishra, SNOOP: An event specification language for active database systems, University of Florida 1991 [2] N H Gehani, H V Jagadish, O Shmueli Composite Event Specification in Active Databases: Model & Implementation AT&T Bell Laboratories Murray Hill, New Jersey 07974 [3] S Chakravarthy, V.Krishnaprasad, E.Anwar, S.-K.Kim Composite Events for Active Database: Semantics, Contexts and Detection Database Systems Research and Development Center Computer and Information Sciences Department University of Florida, Gainesville, FL 32611 [4] Martin Sköld Active Database Management Systems for Monitoring and Control Department of Computer and Information Science Linköping University, Linköping, Sweden 1997 [5] Umeshwar Dayal, Eric N.Hanson, Jennifer Widom Active Database Systems Massachusetts, Sep 1994 [6] https://www.arduino.cc/ trang chủ arduino [7]http://sta.soctrang.gov.vn/index.php/khoa-h-c-cong-ngh/c-m-nang-k-thu-t/97-k-t hu-t-tr-ng-n-m-bao-ngu kỹ thuật trồng nấm bào ngƣ ... Bơm nƣớc Hệ thống trung tâm Cảm biến nhiệt độ ẩm Quạt thơng gió CSDL Hình 3.1: mơ hình hệ thống giám sát kiện nhiệt độ độ ẩm Trong đó: - Cảm biết nhiệt độ độ ẩm ghi nhận giá trị gởi hệ thống trung... nghệ thông tin MSHV: 1341860053 I- Tên đề tài: “HỆ THỐNG GIÁM SÁT SỰ KIỆN ĐỂ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM? ?? II- Nhiệm vụ nội dung: - Tìm hiểu sở lý thuyết , kiện, phát kiện, luật ECA - Xây dựng hệ. .. trì nhiệt độ độ ẩm nằm ngƣỡng quy định 33 3.2 Hệ thống năng: Hệ thống có chức năng: - Ghi nhận kiện nhiệt độ độ ẩm từ module cảm biến sau gởi hệ thống trung tâm sau lƣu trữ vào CSDL - Phát kiện