Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo và giám sát lũ từ xa trên cơ sở họ vi điều khiển arm

Thông tin tài liệu

621.382 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KÊ HỆ THÔNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO LŨ TỜ XA TRÊN CƠ SỞ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN ARM Người hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Hoa Lư SV thực : Nguyễn Quang Ý Lớp : 51K2 - ĐTVT MSSV : 1051080545 NGHỆ AN - 2015 MỞ ĐẦU Ngày nay, với công nghệ tiên tiến, hiện đại, có rất nhiều công nghệ mới đời phục vụ cho nhiều ứng dụng, nhu cầu của người, yêu cầu ứng dụng tự động hóa vào đời song sinh hoạt ,sản xuất ngày cao Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử phát triển nhanh chóng làm xuất hiện loại thiết bị điều khiển giám sát Do đó việc thiết kế thiết bị để giải quyết vấn đề giám sát mực nước lũ sông điều rất cần thiết cấp bách Với thiết kế nhằm mục đích phục vụ cho đối tượng là nhà quản lý đê đập khí tượng thủy văn Các thông tin về khoảng cách mực nước lũ giúp cho nhà quản lý có thể quản lý dễ dàng Với nguyện vọng trên, được PGS.TS Nguyễn Hoa Lư giao đề tài tốt nghiệp với nội dung: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo giám sát lũ từ xa sở họ vi điều khiển ARM” Qua thời gian tìm hiểu nghiên cứu, dưới hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS Nguyễn Hoa Lư em hoàn thành đề tài, với nội dung chính sau: Chương 1: Tổng quan về đề tài Chương 2: Cơ sở hệ thống giám sát cảnh báo lũ từ xa Chương 3: Thiết kế hệ thống giám sát cảnh báo lũ từ xa Do hạn chế về trang thiết bị hiểu biết, đề tài không tránh khỏi thiếu sót Em rất mong nhận được góp ý của q thầy Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Hoa Lư giúp đỡ em thực hiện đề tài Vinh , ngày 20 tháng 05 năm 2015 Người thực Nguyễn Quang Ý MỤC LỤC MỞ ĐẦU ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN DANH MỤC BẢNG BIỂU HÌNH VẼ DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Chương TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới Thiệu về đề tài 1.2 Khảo sát mức nước sông 11 1.2.1 Đặc điểm vị trí địa lý khu vực nghiên cứu .11 1.2.2 Đặc điểm khí tượng, khí hậu 11 1.2.3 Đặc trưng thủy văn 13 1.2.4 Đặc trưng lưu lượng 14 1.2.5 Dòng chảy lũ .14 1.2.6 Dòng chảy kiệt 15 1.2.7 Diễn biến thiên tai thảm họa 15 1.3 Phân tích và đề xuất phương án thiết kế hệ thống 15 1.3.1 Ảnh hưởng của lũ tới kinh tế 16 1.3.2 Ảnh hưởng của lũ tới nền nông nghiệp, thủy sản .17 1.3.3 Ảnh hưởng tới nghành công nghiệp 17 1.3.4 Đề xuất phương án thiết kế hệ thống 18 Chương CƠ SỞ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO LŨ TỪ XA 19 2.1 Cảm biến siêu âm 19 2.1.1 Cảm biến siêu âm nguyên tắc TOF (Time Of Flight) 19 2.1.2.Tầm quét của cảm biến siêu âm 20 2.2 Cảm biến siêu âm SRF05 và đặc điểm kỹ thuật 21 2.2.1 Giới thiệu 21 2.2.2 Các chế độ của SRF05 .21 2.2.3 Hoạt động phát nhận phản hồi sóng âm của SRF05 : 24 2.3 Vi điều khiển ARM 26 2.3.1 Cấu trúc vi điều khiền ARM .26 2.4 Giao thức TCP/IP 38 2.4.1 Tầng ứng dụng (Application Layer): 39 2.4.2 Tầng giao vận (Transport Layer) : 39 2.4.3 Tầng liên mạng (Internet Layer) : 40 2.4.4 Tầng giao diện mạng (Network Interface Layer): 40 2.5 Máy tính nhúng beaglebone_black 41 2.6 Mạng truyền thông không dây .43 2.6.1 Tổng quan về WLAN 43 2.6.2 Ưu điểm của WLAN so với mạng có dây trùn thớng 43 2.6.3 Các thiết bị của hệ thống WLAN 44 2.6.4 Các kỹ thuật sử dụng giao diện WLAN 46 2.6.5 Cấu trúc mơ hình của WirelessLAN 48 2.6.6 Các giao thức truyền liệu WLAN 51 2.6.7 Các chuẩn thông dụng của WLAN 54 2.6.8 Giới thiệu về LabView ………………………… ………………………….59 Chương 3.THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO LŨ TỪ XA .65 3.1 Thiết kế phần cứng .65 3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống giám sát lũ từ xa 65 3.1.2 Hệ thống giám sát mực nước 66 3.2 Sơ Đồ mạch nguyên lý 70 3.2.1 Khối Nguồn .70 3.2.2 Khối vi xử lý .74 3.3 Thiết kế phần mềm .76 3.3.1 Thuật tốn trùn thơng khơng giây 76 3.4 Phần mềm cho thiết bị đầu cuối 78 3.4.1 Yêu cầu, chức 78 3.4.2 Sơ đồ thuật toán 79 3.4.3 Ngơn ngữ lập trình node js, python va html .80 3.4.4 Website Giám sát và điều khiển .81 KẾT LUẬN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU Bảng Bảng 2.1.Thơng sớ sớ loại cảm biến siêu âm SRF 20 Bảng 2.2 Các chế độ hoạt động của RAM 29 Bảng 2.3 Các lựa chọn chuẩn 802.11 56 Bảng 2.4 Bảng tắt thông số chuẩn IEEE 802.11 thơng dụng 58 Hình Hình 2.1 Một sớ loại cảm biến siêu âm .19 Hình 2.2 Nguyên tắc TOF 19 Hình 2.3 Tầm quét của cảm biến .20 Hình 2.4 Khối cảm biến SRF05 21 Hình 2.5 Giản đồ định thời SRF05, chế độ 22 Hình 2.6 Giản đồ định thời SRF05, chế độ 23 Hình 2.7 Độ rộng phổ của SRF05 24 Hình 2.8 Phản hồi sóng âm của SRF05 .24 Hình 2.9 Phản xạ sóng âm của SRF05 .25 Hình 2.10 Vùng phát hiện của SRF05 .25 Hình 2.11 Vùng phát hiện có cảm biến SRF05 26 Hình 2.12 Mơ hình kiến trúc lõi xử lý ARM .27 Hình 2.13 Cấu trúc chuẩn cho tập lệnh của MU0 30 Hình 2.14 Đường truyền liệu của lõi xử lý MU0 30 Hình 2.15 Mơ hình ghi của ARM 31 Hình 2.16 Vị trí bit ghi CPSR 32 Hình 2.17 Chu thi lệnh theo kiến trúc đường ớng 33 Hình 2.18 Kiến trúc đường ống ba tầng 34 Hình 2.19 Kiến trúc đường ớng ba tầng tập lệnh có nhiều chu kỳ máy 35 Hình 2.20 Mơ hình giao tiếp vi điều khiển ARM 36 Hình 2.21 Sự phân táchE hai trạng thái đồ nhớ 37 Hình 2.22 Vùng RAM 38 Hình 2.23 Đường của liệu mạng .39 Hình 2.24 Mơ hình phân lớp và giao thức TCP/IP .41 Hình 2.25 Khới BeagleBone Black 41 Hình 2.26 Card mạng khơng dây sử dụng khe cắm PCI 45 Hình 2.27 Điểm truy cập 45 Hình 2.28 Cấu trúc của WirelessLAN 48 Hình 2.29 Mơ hình Ad hoc .49 Hình 2.30 Mơ hình Infrastructure .50 Hình 2.31 Mơ hình ESS 51 Hình 2.32 IEEE 802.11 OSI 54 Hình 2.31 Dải tần 5Ghz 56 Hình 2.34 Ghép phân chia theo tần sớ(OFDM) 57 Hình 2.35 Bảng giao diện mới……………………… ……………………….60 Hình 2.36 Thanh cơng cụ giao diện…………………………………… ………… 61 Hình 2.37 Sơ đồ khới của LabView…………………………………………………62 Hình 2.38 Ví dụ về sơ đồ khới……………………………………………………….62 Hình 2.39 Các kiểu dây nới sơ đồ khới……………… ……………………….63 Hình 2.40 Bảng Tools palette…………………………………………… …………63 Hình 2.41 Bảng mẫu controls…………………………………………….………….64 Hình 2.42 Bảng Function………………………………………………….…………64 Hình 3.1 Sơ đồ khới 65 Hình 3.2 Mơ hình đo và giám sát mực nước .66 Hình 3.3 khới điều khiển trung tâm 66 Hình 3.4 Cảm biến GP2Y0A21YK 67 Hình 3.5 web camera 67 Hình 3.6 Simcom900A 68 Hình 3.7 Mạch nguồn .70 Hình 3.8 Cấu trúc và sơ đồ chân của IC TPS65217 73 Hình 3.9 IC TL5209 74 Hình 3.10 Khới vi xử lý .74 Hình 3.11 Cấu trúc AM335x 76 Hình 3.12 Sơ đồ thuật Tốn lập trình socket .77 Hình 3.13 Sơ đồ thuật tốn modulo 79 Hình 3.14 Sơ đồ khối kết nối Ethernet .82 Hình 3.15 Trình duyệt đóng ngắt bằng PC 86 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Lưu trữ trạng thái SPSR Save Program Status Register DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao Thức Cấu Hình Trạm Động ARM Advanced RISC Machine Bộ vi xử lý MIMO multiple input, multiple output công nghệ đa đường truyền OFDM orthogonal frequency division multiplexing ghép kênh phân chia tần số trực giao TCP Transmition Control Protocol Giao thức điều khiển truyền vận IP Internet Protocol Giao thức dùng cho mạng internet UDP User Datagram Protocol Giao thức truyền gói liệu LAN Local Area Network Mạng cục OSI Open Systems Interconnection Reference Model Mơ hình tham chiếu kết nới hệ thớng mở WAAS Wide Area Augmentation System Hệ tăng vùng rộng NMEA National Marine Electronics Hiệp hội điện tử hàng hải quốc gia (Hoa Kỳ) Association ASCII Chuẩn mã trao đổi thông tin Hoa Kỳ American Standard Code for Information Interchange UART Universal Asyncronous Receiver Transmitter Truyền thông nối tiếp không đồng DoD Department of Defense Mơ hình của q́c phòng Mỹ IGMP Internet Group Management Protocol điều khiển truyền đa hướng ICMP ICMP thông báo lỗi trường hợp truyền Internet Control Message Protocol liệu bị hỏng ARP Address Resolution Protocol biên dịch địa IP của máy đích thành địa MAC SPI Series peripheral interface Chuẩn giao tiếp ngoại vi UDP User Datagram Protocol Giao Thức Gói Người Dùng SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao Thức Truyền Thư Đơn Giản TFTP Trivial File Transfer Protocol Giao Thức Truyền Tập Tin Bình Thường FTP File Transfer Protocol Giao Thức Truyền Tập Tin DNS Domain Name System Hệ Thống Tên Miền SNMP Simple Network Management Protocol Giao Thức Quản Lý Mạng Đơn Giản TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án này trình bày về hệ thớng giám sát cảnh báo lũ từ xa dựa vi điều khiển ARM Nội dung đồ án được nghiên cứu về hệ thống điều khiển BeagleBone Black cấu trúc, nguyên tắc hoạt động, mạng LAN công nghệ Ethernet, kĩ thuật và phương pháp truyền dẫn Hiểu được cấu trúc vi điều khiển AM335x, dòng họ vi xử lý ARM Các nguyên tắc đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm cảm biến GP2Y0A21YK Trên sở đó ta vào phân tích và thiết kế cấu trúc của hệ thống, chức nhiệm vụ thành phần hệ thống Thiết kế phần cứng phần mềm cho hệ thống giám sát cảnh báo mực nước lũ Đưa giải pháp tối ưu nhằm nâng cao chất lượng hệ thống, hướng phát triển đề tài Qua đó cho ta thấy được ứng dụng của đề tài để áp dụng vào thực tê ABSTRACT This project has presented the surveillance system and remote flood warning based on ARM microcontrollers Contents are research projects on control systems such as structural BeagleBone Black, principles of operation, LAN and Ethernet technology, techniques and methods of transmission Understand AM335x microcontroller architecture, and the ARM processor family The principle of distance measurement by ultrasonic sensors and sensor GP2Y0A21YK On that basis, we go into the analysis and design of system structure, functions and duties of the components in the system Designing hardware and software for system monitoring and warning flood level Offering the optimal solution in order to improve system quality, development topics Through that shows the application of the research to practical application Chương TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới Thiệu đề tài Diễn biến lịng sơng ln gắn liền với q trình vận động tự nhiên của dịng sơng q trình hoạt động của nó Đó là kết của mối tương tác dịng chảy và lịng sơng, mà ngun nhân là mất cân bằng về bùn cát Trong năm gần , việc khai thác nguồn nước và bãi sông ngày càng phát triển Cùng với nó là hiện tượng xói bồi lịng sơng lũ lụt, sạt lở bờ sông diễn mạnh mẽ hầu hết tất hệ thống sông đất nước ta, nó gây thiệt hại trực tiếp đến đời sống kinh tế xã hội của người dân ven sông đe doạ đến an toàn của hệ thống đê điều lũ lụt, sạt lở bờ sông gây là vô to lớn Hiện vấn đề lũ Lụt, sạt lở đoạn sông là vấn đề được quan tâm nhiều nhất cơng tác phịng chớng lũ lụt, khu vực miền trung có hai hệ thống sông lớn là hệ thống sông Mã và hệ thống sông Lam, hai hệ thống sông này thường xuyên xảy hiện sạt lở lũ lụt Trong hệ thống sông Lam đoạn sơng Lam qua Tĩnh Nghệ An và Hà Tĩnh hiện là điển hình Mưa lũ biến đổi phức tạp xảy thường xuyêntrên sông là thay đổi của khí hậu Một nguyên nhân không nói đến đó là hoạt động kinh tế của người, người làm thay đổi dịng chảy, lấn chiếm bãi ven sơng làm khu du lịch làm nhà Trong đó có việc khai thác cát lịng sơng diễn cách phổ biến,mặc dù có quản lý của nhà nước việc khai thác diễn nơi không được phép khai thác nó ảnh hưởng tới dòng chảy gây lũ và sạt lỡ ven sông.Tuy nhiên theo kế hoạch phát triển kinh tế xã hội của Tĩnh Nghệ An và Hà Tĩnh đoạn sông này có rất nhiều dự án hạ tầng giao thông, thuỷ lợi và giao thông xã hội, dịch vụ đuợc thực hiện tác động của chúng tới đoạn sông Lam phạm vi Nghệ An và Hà Tĩnh rất đáng kể Các tác động này chắn gây thay đổi về chế độ thuỷ văn, thuỷ lực lòng dẫn tại đoạn sông này.Mưa lũ ảnh hưởng rất lớn đến phát triển kinh tế của vùng khu vực đặc biện là tỉnh Nghệ An Hà Tĩnh nói chung Vì chúng ta phải có biện pháp hợp lý nhất để ngăn chặn và chống lũ Nghiên cứu hiện tượng lũ lụt hay nghiên cứu diễn biến lịng dẫn đoạn sơng chúng ta có rất nhiều phương pháp nghiên cứu, nhiều biện pháp chống lũ được đề xuất Làm thế nào để ngăn lũ kịp thời và giám sát lũ, giảm thiểu thiệt hại lũ gây là vấn đề cần được giải quyết.Theo tinh thần và đề trên, đề tài này được lựa chọn.Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo và giám sát lũ từ xa sở vi điều khiển arm” Nước ta nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa Các yếu tố mưa ẩm biến đổi theo mùa năm và mưa là nguồn cung cấp chủ yếu của nước sông.Trong mùa mưa, trận mưa lưu vực sông tạo nên trận lũ sông suối Lũ lớn từ thượng lưu đổ về hạ lưu, nước lũ có thể tràn bờ sơng, bờ đê lịng sơng khơng đủ khả tải nước lũ, gây nên ngập lụt vùng trũng ven sông và vùng đồng bằng rộng lớn hạ lưu dịng sơng Ngoài ra, lũ đặc biệt lớn có thể gây vỡ đập, tràn đê, vỡ đê và đó gây nên ngập lụt dẫn đến hậu khôn lường ảnh hưởng trực tiếp tới đời sống người dân sống ven sông nếu người không chủ động phịng tránh và tìm cách khớng chế nó Trên sông suối vừa và nhỏ, mưa có cường độ lớn có thể gây lũ quét với sức tàn phá rất ác liệt.Lũ lụt có thể trở thành thiên tai, gây nên thiệt hại rất nghiêm trọng về người, của cải và tác động xấu đến môi trường tự nhiên Do việc phịng chớng lũ là chương trình ảnh hưởng lớn đến phát triển kinh tế của tất Quốc gia nói chung và Việt Nam nói riêng.Trong thời gian gần đây, Việt Nam lũ lụt xảy với cường độ ác liệt gây thiệt hại về vật chất và tính mạng người Nghệ An và Hà Tĩnh là hai tĩnh chịu ảnh hưởng từ lũ lụt rất lớn Những năm vừa qua tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh có nhiều nỗ lực công tác đầu tư, tu bổ nâng cấp hệ thống đê điều của tỉnh gia cố mặt đê và tu bổ sửa chữa số tuyến kè bảo vệ bờ Nhưng nguồn vốn có hạn, việc đầu tư chủ yếu tập trung vào số trọng điểm xung yếu có tính chất khẩn cấp, nên cịn thiếu đồng bộ.Qua q trình đầu tư phát triển, hệ thớng cơng trình chớng lũ của tỉnh Nghệ An đó chủ yếu là hệ thống đê vận hành tốt và bảo vệ an toàn cho tỉnh śt thời gian dài Tuy nhiên tình hình phát triển kinh tế xã hội vùng ven sông mức đáng báo động, đê bối ngày càng lấn phía lịng sơng và được tơn tạo cao hơn, dân cư vùng bãi sơng 10 Hình 3.9 IC TL5209 Hạn chế hiện tại nhiệt Bảo vệ Ổn định với tải tối thiểu của mA Reverse-Battery Bảo vệ ứng dụng Ứng dụng di động (PDA, Máy tính xách tay, điện thoại di động) 3.2.2 Khối vi xử lý Nhiệm vụ: - Đóng vai trò trung tâm của thiết bị đầu cuối; - Điều khiển khối truyền nhận tín hiệu; - Tiền xử lý liệu trước gửi lên server thông qua khối Simcom; - Điều khiển cảm biến, lấy thông tin truyền lên server Thiết kế: Hình 3.10 Khới vi xử lý 74 Các vi xử AM335x, dựa xử lý Cortex-A8 ARM, được tăng cường với hình ảnh, xử lý đồ họa, thiết bị ngoại vi tùy chọn giao diện công nghiệp EtherCAT PROFIBUS Các thiết bị hỗ trợ hệ điều hành cấp cao (HLOS) Linux® và Android ™ được cung cấp miễn phí từ TI Các vi xử lý AM335x chứa hệ thống mô tả ngắn gọn về sau: Các vi xử lý (MPU) hệ thống được dựa xử lý Cortex-A8 ARM hệ thống phụ PowerVR SGX ™ Graphics Accelerator cung cấp cho khả tăng tốc đồ họa 3D để hỗ trợ hiển thị và chơi game hiệu ứng Các lập trình Real-Time Unit Subsystem công nghiệp truyền thông Subsystem (PRU-ICSS) tách biệt với lõi ARM, cho phép hoạt động độc lập clocking cho hiệu cao và linh hoạt Các PRU-ICSS cho phép giao diện ngoại vi bổ sung giao thức thời gian thực EtherCAT, PROFINET, EtherNet / IP, PROFIBUS, Ethernet Powerlink, Sercos, người khác Ngồi ra, chất lập trình của PRU-ICSS, với khả tiếp cận tới chân, kiện tất (SoC) tài nguyên hệ thống-on-chip, cung cấp linh hoạt việc thực hiện phản ứng nhanh chóng, thời gian thực, liệu chuyên ngành xử lý hoạt động, giao diện tùy chỉnh ngoại vi , giảm tải công việc từ lõi xử lý khác của SoC Tính Năng : - AM335x xử lý thuộc dòng họ chip GHz Sitara ™ ARM ® Cortex®-A8 32-Bit kiến trúc RISC với tớc độ GHz lõi NEON ™ SIMD coprocessor - Dữ liệu của L1 32kb, data cache 32 kb, phát hiện lỗi; - 256 kb của L2 phát hiện lỗi cade( ECC); - 176 kb của boot Room; - 64 Kb RAM; - Gỡ rối bằng JTAG; - Bộ điều khiển ngắt 128 nguồn; - Bộ nhớ bên chip L3 RAM 64 Kb điều khiển (OCMC); - Cung cấp IP điều khiển nhanh; - Giao tiếp với nhớ ngoài: mDDR(LPDDR), DDR2, DDR3, DDRBL; - Bộ điều khiển mDDR: 200 MHz, DDR2 266MHz, DDR3 400 MHz, DDR3L 400 MHz; 75 - Chứa 16 Bus liệu Cấu trúc AM335x Hình 3.11 Cấu trúc AM335x 3.3 Thiết kế phần mềm Sau thiết kế phần cứng, bắt đầu tiến hành viết phần mềm thiết kế giao diện cho thiết bị Các phần mềm cần thiết kế gồm có: Lập trình nhúng cho vi điều khiển Beaglebone Black (thiết bị đầu cuối); Phần mềm giao diện máy tính để giao tiếp trực tiếp với thiết bị đầu ći; Lập trình website và sở liệu sql sever 3.3.1 Thuật tốn truyền thơng khơng giây 76 Sơ đồ thuật tốn lập trình socket Hình 3.12 Sơ đồ thuật Tốn lập trình socket Mơ tả: - Server mở cổng chuyên lắng nghe, theo nguyên tắc đến trước thực hiện trước - Khi lắng nghe thấy kết nối từ khách (client), Server gửi chấp nhận kết nối tới khách - Nếu khách báo chấp nhận kết nối, Server mở thread mới để xử lý kêt nối, Trong đó, cổng lắng nghe tiếp tục trì hoạt động Việc tạo threadmới 77 không hạn chế (số lượng thread – luồng tối đa lên tới 65000 nên khả xung đột truy cập của client khác với Server rất thấp) - Sau tạo thread để xử lý kết nối, Server kiểm tra có liệu trao đổi khơng Nếu có, kiểm tra mã sớ ID, nếu đúng tính tốn và lưu trữ liệu Nếu sai ngắt kêt nới - Để tối ưu hóa đường truyền, sau thời gian mở thread mà khơng có liệu trùn- q thời gian timeout Server tự động ngắt kết nới - Ngoài ra, lưu đồ có thuật tốn xác định mực nước thấp nhất để quy đổi mực nước thành điểm biết trước lưu trữ vào Server 3.4 Phần mềm cho thiết bị đầu cuối 3.4.1 Yêu cầu, chức - Thực hiện việc điều khiển Beaglebone Black; - Thực hiện việc giao tiếp với Sever thơng qua Ethernet; - Xử lý, bóc tách liệu cần truyền và mã hóa ID trước gửi liệu về Server; - Điều khiển thiết bị trạm đo mực nước nhận được lệnh từ nhà quản lý thông qua Ethernet 78 3.4.2 Sơ đồ thuật tốn  Sơ đồ Hình 3.13 Sơ đồ thuật tốn modulo Mơ tả hoạt động: - Bật nguồn để bắt đầu - Đọc liệu - Thêm ID, pass word vào chuỗi trước gửi lên server - Thiết lập kết nối tới Server - Kết nối thành công tiến hành gửi liệu Hủy kết nới tới server.Chờ khoảng t giây quay lại từ bước đọc giữ liệu - Nếu phạm vi lần kết nối không thành công, reset lại module 79 - Trong hoạt động của hệ thớng, người dùng thực hiện nhắn tin tới dịch vụ tra cứu thông qua hệ thống tin nhắn SMS GATEWAY truy cập internet để biết mưc nước đập Tuy nhiên, số trường hợp xự cố internet, nhà quản trị cần biết vị trí giải pháp tin nhắn SMS gọi trực tiếp tới thiết bị đầu cuối giải quyết được vấn đề đó 3.4.3 Ngôn ngữ lập trình node js, python va html Node JS gì? Node.js mã nguồn mở, môi trường cho máy chủ ứng dụng mạng Node.js sử dụng Google V8 JavaScript engine để thực thi mã, tỷ lệ lớn mô-đun được viết bằng JavaScript Các ứng dụng node.js được viết bằng JavaScript Node.js chứa thư viện built-in cho phép ứng dụng hoạt động Webserver mà không cần phần mềm Nginx, Apache HTTP Server IIS Node.js cung cấp kiến trúc hướng kiện (event-driven) non-blocking I/O API, tối ưu hóa thông lượng của ứng dụng có khả mở rộng cao Mọi hàm Node.js là không đồng (asynchronous) Do đó, tác vụ đều được xử lý thực thi chế độ nền (background processing) Ứng dụng của NodeJS Xây dựng websocket server (Chat server) Hệ thống Notification (Giống facebook hayTwitter) Ứng dụng upload file client Các máy chủ quảng cáo Các ứng dụng liệu thời gian thực khác Nhược điểm NodeJS Ứng dụng nặng tốn tài nguyên Nếu bạn cần xử lý ứng dụng tốn tài nguyên CPU encoding video, convert file, decoding encryption… ứng dụng tương tự khơng nên dùng NodeJS (Lý do: NodeJS được viết bằng C++ & Javascript, nên phải thơng qua thêm trình biên dịch của NodeJS lâu chút ) Trường hợp bạn viết Addon C++ để tích hợp với NodeJS để tăng hiệu suất tối đa ! 80 NodeJS ngơn ngữ khác NodeJS, PHP, Ruby, Python NET …thì việc cuối phát triển App Web NodeJS mới sơ khai ngơn ngữ lập trình khác Vậy nên bạn đừng hi vọng NodeJS không PHP,Ruby,Python… thời điểm này Nhưng với NodeJS bạn có ứng dụng mong đợi, điều đó là chắn! Ưu điểm NodeJS Đặc điểm bật của Node.js nhận xử lý nhiều kết nối với single-thread Điều giúp hệ thống tớn RAM nhất chạy nhanh nhất khơng phải tạo thread mới cho truy vấn giống PHP Ngoài ra, tận dụng ưu điểm nonblocking I/O của Javascript mà Node.js tận dụng tối đa tài nguyên của server mà không tạo độ trễ PHP JSON APIs Với chế event-driven, non-blocking I/O(Input/Output) mơ hình kết hợp với Javascript lựa chọn tuyệt vời cho dịch vụ Webs làm bằng JSON Ứng dụng trang( Single page Application) chúng ta định viết ứng dụng thể hiện trang (Gmail?) NodeJS rất phù hợp để làm Với khả xử lý nhiều Request/s đồng thời thời gian phản hồi nhanh Các ứng dụng ta định viết khơng ḿn tải lại trang, gồm rất nhiều request từ người dùng cần hoạt động nhanh để thể hiện chuyên nghiệp NodeJS lựa chọn phù hợp Shelling tools unix NodeJS tận dụng tối đa Unix để hoạt động Tức NodeJS xử lý hàng nghìn Process trả luồng khiến cho hiệu xuất hoạt động đạt mức tối đa nhất tuyệt vời nhất Streamming Data (Luồng liệu) Các web thông thường gửi HTTP request nhận phản hồi lại (Luồng liệu) Giả xử cần xử lý luồng giữ liệu cực lớn, NodeJS xây dựng Proxy phân vùng luồng liệu để đảm bảo tối đa hoạt động cho luồng liệu khác Ứng dụng Web thời gian thực Với đời của ứng dụng di động & HTML nên Node.js rất hiệu xây dựng ứng dụng thời gian thực (real-time applications) ứng dụng chat, dịch vụ mạng xã hội Facebook, Twitter,… 3.4.4 Website Giám sát điều khiển BeagleBone được lưu trữ máy chủ web, thiết lập giao tiếp trình duyệt web của thiết bị và GPIOs BeagleBone Máy chủ web được tạo với 81 số mã Node.js, và ta truy cập vào địa IP http://192.168.7.2:8888, trình duyệt web yêu cầu file index.html được lưu trữ BeagleBone Sơ đồ khới kết nới Ethernet Hình 3.14 Sơ đồ khối kết nối Ethernet 192.168.7.2 là địa IP kết nối USB của BeagleBone 8888 của bạn cổng mà ta sử dụng để kết nối Khi ta nhấp vào nút trang web, kiện gây nên đàm phán với mã Node.js, đó có gói socket.io nghe cho kiện xảy Trên sở đó thông báo kiện, mã Node.js tương tác chân của BeagleBone Chương trình website điều khiển đóng ngắt máy bơm từ xa - File index.html dễ sử dụng Nó bao gồm đoạn chương trình, đoạn văn để tình trạng hiện thị của LED hai nút bấm Sau đó, nạp module socket.io viết đoạn JavaScript đơn giản để gửi thông điệp tới server.js Chương trình được viết dưới đây: code: Home Automation Web Server with BeagleBone // Establishing connection with server var socket = io.connect(); 82 // Changes the led state function changeState(state){ if (state==1){ // Emit message changing the state to socket.emit('changeState', '{"state":1}'); // Change led status on web page to ON document.getElementById("outputStatus").innerHTML = "Status: ON"; } else if (state==0){ // Emit message changing the state to socket.emit('changeState', '{"state":0}'); // Change led status on web page to OFF document.getElementById("outputStatus").innerHTML = "Status: OFF"; } } LED

Status

ON OFF Chương Trình Web Server //Loading modules var http = require('http'); var fs = require('fs'); var path = require('path'); 83 var b = require('bonescript'); // Create a variable called led, which refers to P9_14 var led = "P9_14"; // Initialize the led as an OUTPUT b.pinMode(led, b.OUTPUT); // Initialize the server on port 8888 var server = http.createServer(function (req, res) { // requesting files var file = '.'+((req.url=='/')?'/index.html':req.url); var fileExtension = path.extname(file); var contentType = 'text/html'; // Uncoment if you want to add css to your web page /* if(fileExtension == '.css'){ contentType = 'text/css'; }*/ fs.exists(file, function(exists){ if(exists){ fs.readFile(file, function(error, content){ if(!error){ // Page found, write content res.writeHead(200,{'content-type':contentType}); res.end(content); } }) } else{ // Page not found res.writeHead(404); 84 res.end('Page not found'); } }) }).listen(8888); // Loading socket io module var io = require('socket.io').listen(server); // When communication is established io.on('connection', function (socket) { socket.on('changeState', handleChangeState); }); // Change led state when a button is pressed function handleChangeState(data) { var newData = JSON.parse(data); console.log("LED = " + newData.state); // turns the LED ON or OFF b.digitalWrite(led, newData.state); } // Displaying a console message for user feedback server.listen(console.log("Server Running ")); Chạy chương trình ta được kết sau: mở trang web của lên chạy! Mở tab trình duyệt web, gõ http://192.178.7.2:8888.Ta thấy trang web tương tự hình dưới 85 Hình 3.15 Trình duyệt đóng ngắt bằng PC - Chương trình đo khoảng cách dùng cảm biến GP2Y0A21YK0F code: var b = require('bonescript'); var analogVoltage = 0; /* Check the sensor values every seconds*/ setInterval(read, 2000); function read(){ b.analogRead('P9_40', printStatus); } function printStatus(x) { var distanceInches; analogVoltage = x.value*1.8; // ADC Value converted to voltage console.log('x.value = ' + analogVoltage); distance_cm = 27.86*(analogVoltage)^-1.15; distanceInches = analogVoltage / 0.00699; console.log("There is an object " + parseFloat(distance_cm).toFixed(3) + " cm away."); } 86 KẾT LUẬN Đề tài xây dựng được hệ thống giám sát cảnh báo lũ từ xa dựa họ vi điều khiển ARM Đi từ việc xây dựng sở lý thuyết, việc xây dựng hệ thống cảnh báo giám sát sử dụng ngơn ngữ lập trình node js, python được viết bằng JavaScript, xây dựng hệ thống điều khiển cho đối tượng, đến phần thực nghiệm, thiết kế, thi công khí, bo mạch điều khiển, lẫn chương trình phần mềm giao diện điều khiển HMI, hệ thống điều khiển giám sát và đo mực nước được ứng dụng và làm sở để phát triển nghiên cứu vào thực tế Hướng phát triển đề tài - Hoàn thiện giám sát cảnh báo mực mực nước với thuật toán chất lượng cao : lọc Kalman… - Nghiên cứu giải pháp tăng tốc độ xử lý, cải tiến hệ thống giám sát, đo lường - Nghiên cứu ứng dụng thuật tốn điều khiển - Nghiên cứu, chuyển giao cơng nghệ, phát triển thành phẩm ứng dụng công nghiệp và đời sống Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Nguyễn Hoa Lư tạo điều kiện giúp đỡ em thời gian qua Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quang Ý 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình Đo Lường Điện Tử-Vũ Xuân Giáp- NXB Hà Nội-2005 [2] Giáo trình kỹ thuật đo lường_PGS.TS Nguyễn Hữu Công_NXB ĐH Quốc Gia Hà Nội-2007 [3] Giáo trình đo lường và cảm biến đo lường_Nguyễn Văn Hịa, Bùi Đăng thánh, Hoàng sỹ Hồng_NXB Giáo Dục- 2005 [4] Giáo trình kỹ thuật vi xử lý_Chu Khắc Huy_NXB Hà Nội-2006 [5] STmicroelectronis, ARM335X-STMicroelectronics-datasheet, 2011 [6] http://www.st.com [7] http://www.arm.vn [8] http://www.Beaglebone black [9] http://msdn.microsoft.com/en-us/library/system.net.sockets.socket.aspx [10] Simcom Technology, SIM900_AT Command Manual_V1.02, 2011 [11] Simcom Technology, SIM900-A_Hardware Design_V1.01, 2011 88 ... đề tài Chương Cơ sở hệ thống giám sát và cảnh báo lũ từ xa Chương Thiết kế hệ thống cảnh báo và giám sát lũ từ xa 18 Chương CƠ SỞ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO LŨ TỪ XA 2.1 Cảm biến... LabView ………………………… ………………………….59 Chương 3.THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO LŨ TỪ XA .65 3.1 Thiết kế phần cứng .65 3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống giám sát lũ từ xa. .. sau: Chương 1: Tổng quan về đề tài Chương 2: Cơ sở hệ thống giám sát cảnh báo lũ từ xa Chương 3: Thiết kế hệ thống giám sát cảnh báo lũ từ xa Do hạn chế về trang thiết bị hiểu biết,

Ngày đăng: 25/08/2021, 15:41

Xem thêm: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo và giám sát lũ từ xa trên cơ sở họ vi điều khiển arm