TÊN CÔNG TRÌNH THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ

ĐỒN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH BAN CHẤP HÀNH TP HỒ CHÍ MINH _ CƠNG TRÌNH DỰ THI GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA LẦN THỨ 23 NĂM 2021 TÊN CƠNG TRÌNH: THIẾT KẾ, THI CƠNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Mã số cơng trình:……………………………… MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC .1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI – TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 3 MỤC TIÊU, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 3.1 Mục tiêu nghiên cứu: 3.2 Nội dung nghiên cứu: 3.3 Phương pháp nghiên cứu: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4.1 Đối tượng nghiên cứu: .5 4.2 Phạm vi nghiên cứu: TÍNH MỚI VÀ SÁNG TẠO 5.1 Tính mới: 5.2 Sáng tạo: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 1.1 PHẦN CỨNG HỆ THỐNG 1.1.1 Dragino LoRa Gateway 1.1.2 Giới thiệu linh kiện hệ thống 1.1.3 Node cảm biến chất lượng khơng khí nhà (Indoor sensor node) 13 1.1.4 Node cảm biến chất lượng khơng khí ngồi trời (outdoor sensor node) 15 1.1.5 Node chuyển tiếp liệu (Full – Duplex Relay node) .17 1.2 PHẦN MỀM HỆ THỐNG 19 1.2.1 Thiết kế chương trình mạng cảm biến 19 1.2.3 Thiết kế chương trình cho The Things Network 30 1.2.4 Thiết kế chương trình cho phần mềm giám sát Tago IO 35 1.2.5 Thiết kế phần mềm giám sát cho indoor sensor network – Blynk App 46 CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 2.1 KẾT QUẢ KIỂM THỬ .48 2.1.1 Đánh giá số chất lượng không khí .48 2.1.2 Đánh giá số chất lượng khơng khí AQI (AQIh) 48 2.1.3 Kết thơng số khơng khí đo node .50 2.1.4 Kết kiểm thử tín hiệu mạng LoRa theo khoảng cách truyền 63 2.1.5 Kết kiểm thử tín hiệu mạng LoRa theo tốc độ truyền 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .69 KẾT LUẬN 69 1.1 Nội dung nghiên cứu thực thiện 69 1.2 Tính đề tài 69 1.3 Tính sáng tạo đề tài .70 1.4 Ưu điểm hệ thống 70 1.5 Nhược điểm hệ thống 70 KIẾN NGHỊ 71 2.1 Ứng dụng 71 2.2 Hướng phát triển 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Sơ đồ khối hệ thống Hình Dragino LoRa Gateway LG01-N Hình Module GP2Y1010AU0F 10 Hình Schematic module GP2Y1010AU0F 10 Hình Module LoRa Ra-02 SX1278 433MHZ 11 Hình Module Heltec LoRa 32 V2 – Pinout Diagram .12 Hình Sơ đồ nguyên lý indoor sensor node 13 Hình Mạch Layout indoor sensor node 13 Hình Board mạch indoor sensor node hồn thiện 14 Hình 10 Sơ đồ nguyên lý outdoor sensor node 15 Hình 11 Mạch Layout outdoor sensor node 15 Hình 12 Board mạch outdoor sensor node hồn thiện 16 Hình 13 Sơ đồ nguyên lý Full – Duplex Relay node 17 Hình 14 Mạch Layout Full – Duplex Relay node .17 Hình 15 Board mạch Full – Duplex Relay node hoàn thiện .18 Hình 16 Lưu đồ thuật tốn indoor sensor node 20 Hình 17 Lưu đồ thuật toán outdoor sensor node .23 Hình 18 Lưu đồ thuật toán Full – Duplex node .24 Hình 19 Mơ hình hoạt động LoRaWAN 26 Hình 20 Mơ hình hoạt đọng mạng LoRa 26 Hình 21 LoRa to LoRaWAN .27 Hình 22 Lưu đồ thuật toán Dragino LoRa Gateway 28 Hình 23 Setup Wireless cho Dragino 29 Hình 24 Scan WiFi – Setup WiFi 29 Hình 25 Setup LoRaWan Gateway cho Dragino 29 Hình 26 Setup LoRaWAN Server cho Dragino 29 Hình 27 Setup Radio cho Dragino 30 Hình 28 The Things Network – Global Cloud server LoRaWAN 30 Hình 29 Giao diện tạo xong Gateway 31 Hình 30 Giao diện tạo xong Application 32 Hình 31 Giao diện tạo xong Devices 32 Hình 32 Các gói liệu thô kèm theo số thứ tự gửi lên server .33 Hình 33 Giao diện sau chuyển từ OTAA sang ABP 33 Hình 34 Lưu đồ thuật tốn Payload format 34 Hình 35 Dữ liệu sau giải nén giải mã hàm 34 Hình 36 Tago IO : Cloud IoT Platform – Internet of Things 35 Hình 37 Giao diện thiết kế dashboard tạo xong 36 Hình 38 Các biểu đồ Dashboard Tago IO 37 Hình 39 Các thơng số hiển thị Dashboard INDOOR SENSOR NETWORK 37 Hình 40 Biểu đồ Air quality real time ISN 38 Hình 41 Biểu đồ Air quality for counter ISN 38 Hình 42 Biểu đồ Air quality area chart ISN 38 Hình 43 Biểu đồ The density of the component in the air ISN 39 Hình 44 Biểu đồ Dust density real time Gas density real time ISN .39 Hình 45 Biểu đồ Temperature real time Humidity real time ISN 39 Hình 46 Biểu đồ Temperature & Humidity for 10 count ISN 40 Hình 47 Biểu đồ Temperature & Humidity for hour ISN 40 Hình 48 Các thông số hiển thị Dashboard OUTDOOR SENSOR NETWORK40 Hình 49 Dữ liệu node cảm biến ngồi trời dashboard OSN 41 Hình 50 đồ Air quality real time OSN .41 Hình 51 Biểu đồ Dus-CO-CH4 density for 10 hour OSN 42 Hình 52 Biểu đồ Dust-CO-CH4 density real time OSN 42 Hình 53 Biểu đồ The density of the components in the air for hour OSN .42 Hình 54 Các thông số hiển thị Dashboard Properties system 43 Hình 55 Chức biểu đồ dashboard properties system 43 Hình 56 Ứng dụng tago IO Google play App Store 44 Hình 57 Giao diện đăng nhập vào Tago IO Smartphone App 44 Hình 58 Các thông số hiển thị Tago IO Smartphone App 45 Hình 59 Các thơng số indoor sensor network Blynk App 47 Hình 60 Chức biểu đồ Blynk App 47 Bảng Khoảng giá trị AQI đánh giá chất lượng khơng khí 48 Hình Vị trí đặt Gateway (màu đỏ) indoor sensor node (màu đen) 50 Hình 2 Chỉ số AQI PM2.5 nơi đặt node cảm biến 52 Hình Biểu đồ mật độ bụi khơng khí nơi đặt node cảm biến 53 Hình Biểu đồ mật độ bụi khơng khí nơi đặt node cảm biến 54 Hình Biểu đồ mật độ khí CO khơng khí nơi đặt node cảm biến 54 Hình Biểu đồ so sánh số AQIPM2.5 AQICO ngày với ngày phòng khách 57 Hình Biểu đồ so sánh số AQIPM2.5 AQICO ngày với ngày nhà bếp .58 Hình Đồ thị so sánh số AQIPM2.5 AQICO ngày với ngày phòng ngủ 58 Hình Đồ thị so sánh số AQIPM2.5 AQICO ngày với ngày tầng 59 Hình 10 Biểu đồ lượng điện tiêu thụ thiết bị lọc ngày với ngày 59 Hình 11 Vị trí đặt Full – Duplex Relay nodes (xanh dương) outdoor sensor nodes (đen), Gateway (đỏ) 60 Hình 12 Biểu đồ mật độ bụi quận Đà Nẵng .62 Hình 13 Biểu đồ mật độ khí CO quận Đà Nẵng 62 Hình 14 Biểu đồ mật độ khí CH4 quận Đà Nẵng 62 Hình 15 Biểu đồ thể số gói liệu theo khoảng cách truyền 64 Hình 16 Giá trị RSSI thay đổi theo khoảng cách khác hiển thị Properties system Dashboard 65 Hình 17 Biểu đồ thể giá trị RSSI theo khoảng cách truyền 66 Hình 18 Biểu đồ thể số gói liệu theo tốc độ truyền 67 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Khoảng giá trị AQI đánh giá chất lượng khơng khí 48 Bảng 2 Đánh giá số chất lượng khơng khí 50 Bảng Các thơng số khơng khí đo ngày .52 Bảng Các thơng số khơng khí đo ngày .56 Bảng Chữ điện đo ngày 56 Bảng Các thông số chất lượng khơng khí đo ngày 57 Bảng Lượng điện tiêu thụ thiết bị lọc đo ngày 57 Bảng Các thơng số khơng khí đo quận khác Đà Nẵng 61 Bảng Kết kiểm thử số lượng gói theo khoảng cách truyền 64 Bảng 10 Kết kiểm thử RSSI theo khoảng cách truyền .65 Bảng 11 Kết kiểm thử số lượng gói liệu theo tốc độ truyền 67 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Ký hiệu chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ ABP Activation By Personalization AQI Air Quality Index EUI Extended Unique Identifier HTTP HyperText Transfer Protocol IC Integrated Circuit IoT Internet of Things MCU Multipoint Control Unit MQTT Message Queue Telemetry Transport OTAA Over-The-Air Activation 10 PHY Physical Layer 11 TTN The Things Network 12 WSN Wireless Sensor Network 13 ISN Indoor Sensor Network 14 OSN Outdoor Sensor Network 15 LoRaWAN Long Range Wireless Area Network 13 LoRa Long Range Trang MỞ ĐẦU TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Trong năm gần đây, phát triển vượt bậc công nghệ điện tử công nghệ thông tin tạo động lực thúc đẩy cho việc phát triển hệ thống thông minh hầu hết lĩnh vực xã hội công nghiệp, nông nghiệp, y tế, thủy sản dân dụng Hiện có nhiều hệ thống thơng minh dựa tảng (IoT) [1],[2] sử dụng thực tế mang lại hiệu cao Điều tạo nhiều động lực để phát triển hệ thống thông minh Và hệ thống giám sát cải thiện chất lượng không khí (sử dụng giao tiếp LoRa [5]-[6] mạng cảm biến không dây WSN [3],[4] ) quan tâm WSN tập hợp nút cảm biến sử dụng liên kết không dây (vô tuyến, hồng ngoại quang học) để phối hợp thực thu thập thông tin liệu phân tán với quy mô lớn điều kiện vùng địa lý [3] Người ta phát triển nhiều giao thức truyền thông cho mạng cảm biến không dây Bluetooth, WiFi, BLE, Zigbee, LoRa, NB-IoT LTE-M Trong đó, giao tiếp LoRa - LoRaWAN thu hút nhiều quan tâm giới nghiên cứu LoRa công nghệ không dây phát triển phép truyền tốc độ liệu thấp diện tích lớn Nó hỗ trợ liên lạc lên đến 10 - 15km hoạt động tốt khoảng 3km Lora cung cấp vùng phủ sóng mạng di động tốc độ truyền dẫn LoRa tiêu tốn điện (dịng điện tiêu thụ đỉnh mA), LoRa có khả tuỳ biến tốt hỗ trợ liên lạc node cảm biến Vì lý đó, LoRa thích hợp để ứng dụng hệ thống thơng minh với mục đích truyền tải liệu từ cảm biến LoRaWAN định nghĩa kiến trúc hệ thống giao thức truyền thông mạng khơng dây, LoRa lớp vật lý (physical layer) cho phép thiết lập kết nối truyền thông tầm xa Trong cấu trúc LoRaWan bao gồm LoRa Mac (Class A, Class B, Class C) hoạt động dựa lớp PHY chip LoRa Ở khu vực khác giới thiết bị LoRaWan phải cấu hình cho chip Lora hoạt động dải băng tần cho phép ví dụ EU 868MHz, US 915MHz,… Để biết xác tần số cho phép hoạt động LoRa khu vực giới, bạn tìm kiếm tài liệu “LoRaWAN Regional Parameter” cung cấp tổ chức LoRa Trang Alliance Tất thiết bị, module hoạt động theo chuẩn giao tiếp LoRaWAN kết nối với nhau, khơng phân biệt sản xuất đâu, công ty Dữ liệu mạng LoRaWAN dễ dàng chuyển đến Cloud Server quốc tế, phần mềm giám sát quốc tế Swati Dhingra cộng đề xuất hệ thống giám sát nhiễm khơng khí báo [7].Cụ thể, hệ thống dựa giao tiếp WiFi với phần cứng node cảm biến, camera ứng dụng giám sát liệu Android Các node cảm biến nhận biết chất khí độc hại như: CO2, CO,… camera thu thập liệu mức độ ô nhiễm tuyến đường thành phố Dữ liệu lưu trữ Cloud Server ứng dụng Android giúp người dùng nhận biết tuyến đường có mức nhiễm khơng khí cao lựa chọn tuyến đường phù hợp để di chuyển Tuy nhiên tác giả chưa khảo sát mức độ nhiễm khơng khí nơi sinh hoạt làm việc Hơn nữa, tác giả chưa đề cập đến khói bụi – tác nhân gây nhiễm đứng đầu Mặc dù ứng dụng Android giúp người dùng tìm tuyến đường bị ô nhiễm để chuyển giao diện đơn giản, chưa đáp ứng nhu cầu giám sát trực quan thơng qua đồ thị Nghiên cứu chưa nói rõ thông số quan trọng mạng WiFi cụ thể khoảng cách truyền liệu Ở hệ thống khác, giao tiếp Zigbee [9] sử dụng thay Wifi Trong báo [8], Abraham cộng đề xuất mơ hình giám sát chất lượng khơng khí nhà dựa WSNs Mơ hình phần cứng triển khai nhà với node cảm biến đo chất lượng khơng khí nhà, đồng thời sử dụng mạng Zigbee triển khai module Arduino module truyền nhận Xbee Các node cảm biến nhận biết chất khí gây hại CO2, CO, … thơng số thu thập gửi đến Base Station lưu trữ Server Tác giả trau chuốt phần xử lý số liệu đo thông số biểu diễn dạng biểu đồ khách quan Tuy nhiên, khả ứng dụng hệ thống hạn hẹp, nghĩa hệ thống giám sát chất lượng khơng khí nhà Dữ liệu khơng khí mà hệ thống đo khí gây hại cho sức khỏe (CO, CO2,…) chưa nói đến tác nhân gây nhiễm khơng khác khói bụi, Hơn nữa, tác giả chưa nêu rõ khoảng cách truyền liệu Zigbee nhược điểm Zigbee không nhắc đến Trong báo [11], Goncalo Marques cộng đề xuất mơ hình giám sát chất lượng khơng khí nhà Hệ thống sử dụng cảm biến MHZ-16 để đo CO2 Trang 59 TẦNG 20 18 16 14 12 10 2 PM10 ( day2 ) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 PM10 ( day3 ) CO ( day2 ) CO ( day3 ) Hình Đồ thị so sánh số AQIPM2.5 AQICO ngày với ngày tầng Nhận xét: Biểu đồ – hình 6, hình 7, hình 8, hình − Nhìn chung sử dụng thiết bị lọc số AQI khơng khí giảm xuống rõ rệt − Chỉ AQI khu vực đặt node cảm biến ổn định mức tốt − So sánh số khơng khí việc bật thiết bị lọc hoạt động liên tục tự động bật cần thiết khơng có chênh lệch lớn CHỮ SỐ ĐIỆN TIÊU THỤ 8.5 6.3 3.78 2.64 2.2 1.44 Ngày Ngày Quạt thơng gió Máy tạo ion - Tổng Hình 10 Biểu đồ lượng điện tiêu thụ thiết bị lọc ngày với ngày Nhận xét: Biểu đồ – hình 10 − Ta thấy lượng điện tiêu thụ giảm rõ rệt bật chế độ tự động điều khiển thiết bị lọc hệ thống so với bật thiết bị lọc liên tục Trang 60 − Qua biểu đồ ta thấy lượng điện tiêu thụ ngày ngày giảm nửa − Ở ngày tổng chữ điện 8,5 nhân với 30 ngày tổng chữ điện tháng 255 chữ, nhân với giá bán điện bật ( 1.678 đồng / chữ điện ) số tiền phải trả cho thiết bị lọc là: 427 nghìn đồng − Ở ngày tổng chữ điện 3.78 nhân với 30 ngày tổng chữ điện tháng 113 chữ, nhân với giá bán điện bật ( 1.678 đồng / chữ điện ) số tiền phải trả cho thiết bị lọc : 190 nghìn đồng 2.1.3.4 Outdoor sensor Network Sau hồn thành đo thơng số Indoor sensor network, bắt đầu vào việc đo số khơng khí ngồi trời: Hình 11 Vị trí đặt Full – Duplex Relay nodes (xanh dương) outdoor sensor nodes (đen), Gateway (đỏ) Kịch kiểm thử sau: − Bước 1: Đặt Gateway cố định phịng trọ Chọn địa điểm ngồi trời để đặt node cảm biến: Liên Chiểu, Sơn Trà, Hoà Vang, Hải châu, sau tiến hành lắp đặt node đo chất lượng khơng khí Trang 61 − Bước 2: Đặt node cột đèn điện ven đường, hay bên nhà − Đặt cố định Full – Duplex Relay node trung tâm giao thoa outdoor sensor node Gateway để thuận tiện cho việc thu phát liệu, hình 3.10 − Bước 3: Tổng hợp liệu đo từ node khung khác ngày a) Tiến hành đo Các thông số không khí ngồi trời TB PM2.5 – Đơn vị: µg/m3, CO – Đơn vị: mg/m3, CH4 – Đơn vị: µg/m3,Humidity(H) – Đơn vị : % Giờ Liên chiểu Hải Châu Sơn Trà Hoà Vang PM CO CH4 H PM CO CH4 H PM CO CH4 H PM CO CH4 H 18.2 8.2 5.2 83 16.1 8.0 2.1 87 14.1 5.7 3.2 90 10.2 4.9 2.1 91 19.3 8.2 6.1 86 16.2 8.0 2.1 87 15.2 5.7 3.2 89 10.3 5.0 2.1 92 19.2 8.3 6.5 88 15.9 8.1 3.0 88 14.4 5.6 3.3 89 10.2 4.6 2.2 91 20.2 9.1 8.6 83 15.8 9.9 4.1 86 14.5 6.7 3.3 88 11.3 5.6 2.3 90 22.4 12.1 7.8 88 18.0 10.4 4.2 88 15.6 6.1 3.3 88 12.1 5.7 2.3 89 25.6 18.1 8.6 88 19.1 17.2 5.1 89 16.7 5.9 4.1 85 11.2 6.8 3.1 89 40.7 25.2 9.2 86 33.4 21.1 5.6 85 17.3 8.1 4.1 81 23.8 10.3 3.1 88 92.8 31.5 11.2 78 70.1 30.7 5.7 73 37.4 8.5 4.4 74 40.7 12.4 3.4 83 102 30.7 14.8 70 91.4 35.8 5.7 71 40.1 12.7 5.2 74 55.3 12.5 4.2 78 10 90.1 28.7 13.9 67 80.5 26.5 6.3 69 41.2 13.2 5.4 71 52.5 13.2 4.4 77 11 89.6 27.6 13.4 65 82.7 27.3 4.4 69 55.4 13.1 5.9 69 45.0 13.7 4.9 77 12 86.8 22.5 15.6 65 76.1 22.2 5.5 69 54.2 8.2 6.2 65 44.0 14.5 5.2 76 13 82.9 21.5 14.0 67 69.2 21.5 6.6 72 54.3 9.4 6.7 65 32.3 12.9 5.7 74 14 74.7 20.9 13.0 72 68.5 21.7 6.3 72 56.1 7.6 6.4 71 33.5 9.0 5.4 67 15 75.5 20.6 13.5 72 66.6 21.8 7.5 72 58.2 13.7 6.2 71 35.6 8.9 5.2 68 16 76.4 21.4 13.6 74 69.7 20.9 7.6 74 62.4 15.2 6.3 73 37.7 9.1 5.3 72 17 82.3 23.3 13.5 71 70.8 21.1 7.7 73 53.4 17.1 6.1 74 42.1 10.2 6.1 75 18 110 35.5 12.0 76 98.1 33.2 8.5 77 44.1 18.2 6.6 75 58.7 14.2 6.6 78 19 109 37.5 11.5 78 90.0 35.3 8.3 79 40.2 18.5 4.1 76 57.8 13.4 6.1 79 20 91.1 30.2 11.4 78 72.2 27.4 6.2 81 29.0 14.7 4.1 76 33.6 13.6 6.1 79 21 62.2 21.1 11.1 78 55.4 20.5 6.5 81 20.9 11.4 4.4 83 21.2 8.8 4.4 85 22 41.4 16.2 8.3 81 39.5 18.1 4.3 82 19.8 7.2 3.9 86 11.3 6.6 3.2 87 23 33.5 13.5 7.0 81 25.7 12.2 3.3 84 18.2 5.6 3.8 87 10.5 5.5 1.8 91 24 23.7 10.5 6.1 82 19.8 9.4 3.2 88 14.0 5.6 3.4 87 10.3 5.1 2.0 92 Bảng Các thơng số khơng khí đo quận khác Đà Nẵng b) Kết Kết đo biểu thị biểu đồ cột: − biểu đồ biểu diễn mật độ bụi khơng khí quận Đà Nẵng − biểu đồ biểu diễn mật độ khí CO khơng khí quận Đà Nẵng Trang 62 − biểu đồ biểu diễn mật độ khí CH4 khơng khí PM2.5 DENSITY 120 100 80 60 40 20 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Liên Chiểu Hải Châu Hồ Vang Sơn Trà Hình 12 Biểu đồ mật độ bụi quận Đà Nẵng CO DENSITY 40 35 30 25 20 15 10 5 Liên Chiểu 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hải Châu Hoà Vang Sơn Trà Hình 13 Biểu đồ mật độ khí CO quận Đà Nẵng CH4 DENSITY 18 16 14 12 10 2 Liên Chiểu 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hải Châu Hoà Vang Sơn Trà Hình 14 Biểu đồ mật độ khí CH4 quận Đà Nẵng Trang 63 Nhận xét: Biểu đồ – hình 12, hình 13, hình 14 − Qua biểu đồ, thấy rõ mật độ chất độc hại khơng khí tăng cao vào khung cao điểm – 13 17 – 21 Nguyên nhân đến từ việc xe cộ đông đúc, nhà máy xí nghiệp hoạt động thải mơi trường khơng khí nhiều chất độc hại − Liên Chiểu nơi có mật độ chất độc hại cao quận tập trung nhiều nhà máy, cơng xưởng, xí nghiệp, − Sơn Trà Hồ vang nơi mật độ chất độc hại thấp Tại Sơn Trà, gần biển nên lượng ion – nhiều dẫn đến mật độ chất độc hại thấp Tương tự Sơn Trà, Hoà Vang nơi tập trung nhiều xanh địa hình cao so với khu vực lại 2.1.4 Kết kiểm thử tín hiệu mạng LoRa theo khoảng cách truyền Tiếp theo, bắt đầu vào việc kiểm thử hệ thống môi trường kiểm thử khoảng cách tăng dần từ 10m đến 3km Kịch kiểm thử sau: − Đặt Gateway trên, gửi 1000 gói liệu kèm số thứ tự từ outdoor node đến Full – Duplex Relay node từ Full – Duplex Relay node đến Gateway − Tổng hợp gói tin mà Full – Duplex Relay node Gateway nhận − Tổng hợp số gói liệu thu nhập − So sánh số gói liệu bị Full – Duplex Relay node với Dragino − Tăng dần khoảng cách tiến hành đo lại từ đầu a) Kiểm thử số gói liệu theo khoảng cách truyền Số lượng gói Khoảng cách truyền (m) Full – Duplex Relay node Dragino 10 20 200 42 400 84 12 600 124 60 800 165 102 1000 204 120 Trang 64 1200 247 189 1400 298 244 1600 343 286 1800 478 354 2000 525 392 2200 577 413 2400 619 440 2600 689 484 2800 722 520 3000 786 562 Bảng Kết kiểm thử số lượng gói theo khoảng cách truyền SỐ GÓI DỮ LIỆU MẤT ĐI THEO KHOẢNG CÁCH 900 800 700 600 500 400 300 200 100 10 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 Full - Duplex Relay node Dragino Hình 15 Biểu đồ thể số gói liệu theo khoảng cách truyền Nhận xét: − Qua biểu đồ, ta thấy khoảng cách truyền liệu xa số gói liệu nhiều − So sánh Full – Duplex Relay node với Sink Dragino ta thấy rõ số gói liệu theo khoảng cách truyền Dragino thấp so với node chuyển tiếp b) Kiểm thử RSSI theo khoảng cách truyền Chỉ số cường độ tín hiệu – độ trễ mạng (RSSI) cơng suất tín hiệu nhận tính miliwatt đo dBm Giá trị biểu thị độ trễ gửi gói liệu đi, giống khoảng thời gian bạn mua hàng online đến nhận kiện hàng, thời gian vận chuyển nhanh bạn nhận kiện hàng sớm Trang 65 RSSI tương tự lại thể số âm, tín hiệu gần độ trễ mạng thấp, thời gian gửi gói liệu nhanh Hình 16 Giá trị RSSI thay đổi theo khoảng cách khác hiển thị Properties system Dashboard Khoảng cách (m) RSSI theo khoảng cách truyền nhận Full – Duplex Relay node Dragino 10 – 30 – 28 200 – 37 – 33 400 – 47 – 41 600 – 52 – 49 800 – 66 – 55 1000 – 81 – 62 1200 – 89 – 77 1400 – 102 – 84 1600 – 118 – 96 1800 – 134 – 107 2000 – 147 – 128 2200 – 161 – 140 2400 – 170 – 156 2600 – 182 – 171 2800 – 197 – 182 3000 – 202 – 190 Bảng 10 Kết kiểm thử RSSI theo khoảng cách truyền Trang 66 RSSI THEO KHOẢNG CÁCH 10 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 -50 -100 -150 -200 -250 Full - Duplex Relay node Dragino Hình 17 Biểu đồ thể giá trị RSSI theo khoảng cách truyền Nhận xét: − Qua biểu đồ ta thấy rõ khoảng cách truyền xa giá trị RSSI giảm − Giá trị RSSI node chuyển tiếp thấp giá trị RSSI Gateway Dragino Ở thấy độ trễ mạng Dragino thấp tốc độ truyền liệu nhanh 2.1.5 Kết kiểm thử tín hiệu mạng LoRa theo tốc độ truyền Kịch kiểm thử sau: − Bước 1: Đặt Dragino LoRa Gateway địa điểm cố định (phịng trọ) đặt outdoor sensor node cách 1.5 km Lần lượt gửi 1000 gói tin kèm theo số thứ tự từ node Gateway - Bước 2: Tổng hợp số gói tin mà chuyển đổi nhận từ node - Bước 3: Tổng hợp số liệu RSSI từ phần mềm - Bước 4: Tăng dần tốc độ truyền LoRa làm lại từ đầu Sử dụng công thức sau: Rb = SF * ( + CR ) *1000 SF BW Trong đó: • SF = Spreading Factor (từ đến 12) Trang 67 • CR = Code Rate (từ đến 4) • BW = Bandwidth in KHz (10.4, 15.6, 20.8, 31.25, 41.7, 62.5, 125, 250, 500) • Rb = Data rate Chọn SF mặc định 7, CR mặc định 1, thay đổi BW ta có tốc độ bit khác nhau, cụ thể Rb = {455, 682.5, 910, 1367.18, 1824.37, 2734.3, 5468.75, 10937.5, 21875} Tốc độ truyền RSSI theo khoảng cách truyền nhận Full – Duplex Relay node Dragino 455 20 682.5 107 910 189 36 1367.18 244 92 1824.37 412 201 2734.3 489 298 5468.75 578 367 10937.5 643 503 21875 812 598 Bảng 11 Kết kiểm thử số lượng gói liệu theo tốc độ truyền SỐ GÓI DỮ LIỆU MẤT ĐI THEO TỐC ĐỘ TRUYỀN 900 800 700 600 500 400 300 200 100 455 682.5 910 1367.18 1824.37 Full - Duplex Relay node 2734.3 5468.75 10937.5 21875 Dragino Hình 18 Biểu đồ thể số gói liệu theo tốc độ truyền Nhận xét: − Qua biểu đồ ta thấy tốc độ truyền liệu nhanh số gói liệu nhiều Trang 68 − Chúng ta thấy số gói liệu theo tốc độ truyền Dragino thấp so với node chuyển tiếp Ở chứng tỏ Dragino Gateway có khả thu liệu với tốc độ cao Trang 69 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ KẾT LUẬN Qua thời gian nghiên cứu thi cơng đề tài, nhóm hồn thành cho hệ thống phù hợp với yêu cầu đề tài “THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ” Nhóm hồn thành hệ thống đạt kết mục tiêu đề − Hệ thống đo thông số mơi trường cách xác − Thiết kế cơ cấu chấp hành tự động bật tắt thiết bị lọc nồng độ chất độc hại vượt quy định cho phép − Thiết kế phần mềm giám sát hỗ trợ đa phương tiện, giúp người dùng có góc nhìn khách quan giám sát liệu lúc nơi − Thiết kế hệ thống với khả mở rộng tốt, liệu hệ thống lưu thông ổn định 1.1 Nội dung nghiên cứu thực thiện − Tìm hiểu lập trình giao tiếp module GP2Y10, module DHT11, module MQ7, Module MQ-135 với Atmega328p ESP 32 Heltec − Tìm hiểu lập trình giao tiếp module LoRa Ra-02 SX1278 433M với Atmega328P Thí nghiệm truyền tin Lora to Lora − Gửi liệu từ ESP32 lên Blynk App sử dụng Blynk App để điều khiển bật tắt relay − Kết nối Dragino với mạng WiFi, setup tần số, setup EUI, setup Router Server − Thử nghiệm truyền tin LoRa to LoRAWAN − Kết nối Dragino với The Things Network, gửi liệu từ sensor network lên TTN − Chuyển tiếp liệu từ TNN đến Tago IO tiến hành thiết kế Dashboard − Thiết kế board mạch sử dụng cho hệ thống phần mềm OrCAD, xây dựng demo đánh giá hệ thốn g cụ thể môi trường thực tế − Thực báo cáo kết 1.2 Tính đề tài − Thiết kế node chuyển tiếp nhằm mở rộng khả phủ sóng chuẩn giao tiếp LoRAWAN Trang 70 − Node cảm biến lắp đặt nhà trời đem đến số liệu cụ thể, xác trước thực trạng nhiễm khơng khí ngày phức tạp − Phần mềm giám sát chuyên nghiệp đồng Desktop & Smartphone mang đến cho người dùng góc bao quát chân thật − Sử dụng Gateway LoRaWAN công nghiệp giúp hệ thống hoạt động mượt mà mà cịn có khả chống nhiễu cao 1.3 Tính sáng tạo đề tài − Tạo hệ thống giám sát cải thiện chất lượng khơng khí chun nghiệp hơn, thơng minh nhằm mang đến cho người sử dụng trải nghiệm tốt − Tạo phương pháp giao tiếp mạng LoRa LoRaWAN nhằm tăng khả bao phủ mạng cảm biến không dây WSNs theo chuẩn LoRaWAN 1.4 Ưu điểm hệ thống − Hệ thống dễ dàng nâng cấp phát triển mở rộng − Các thành phần hệ thống thiết kế nhỏ gọn, tính thẩm mĩ cao − Q trình hoạt động hệ thống ổn định xác cao − Phát triển hệ thống bắt kịp xu IoT − Dữ liệu lưu thông cách ổn định nhờ khả chống nhiễu cao Gateway LoRAWAN − Nhờ node chuyển tiếp nên hệ thống có khả hỗ trợ node to node chuẩn LoRaWAN − Phần mềm giám sát chun nghiệp mang đến cho người dùng góc nhìn khách quan 1.5 Nhược điểm hệ thống − Vì thực nhiều tác vụ nên vi điều khiển Full – Duplex Relay node đôi lúc xử lý lỗi giá trị − Lỗi được xử lí, khắc phục cách đơn giản nhanh chóng Trang 71 Đề NGHỊ 2.1 Ứng dụng − Trong nhà: Giúp người dùng nhận biết mức độ – thời gian – địa điểm ô nhiễm khơng khí nhà, giúp thiết bị lọc khơng khí hoạt động cách tối ưu qua nâng cao chất lượng sống hộ gia đình, giảm thiểu tỉ lệ mắc bệnh liên quan đến ô nhiễm không khí − Nhà máy, công ty, xí nghiệp, văn phịng: Giúp mdoanh nghiệp, cơng xưởng đảm bảo môi trường làm an tồn cho cơng – nhân viên − Khu du lịch: Hệ thống giúp đảm bảo môi trường không khí khu du lịch có chất lượng tốt nhất, phát kịp thời nguồn ô nhiễm, nơi có mật độ nhiễm cao để xử lý − Thành phố: Nhận biết ô nhiễm xuất phát từ khu vực nào, đến từ tác nhân để kịp thời xử lý góp phần tạo nên thành phố xanh, đáng sống 2.2 Hướng phát triển − Thiết kế hệ thống để đo xác thơng số sai số − Sử dụng thêm nhiều cảm biến để có số AQI xác − Thiết kế thêm chức xử lý cố tự động cho hệ thống − Hệ thống mở rộng hướng phát triển sang hệ thống WSNs khác tăng độ bao phủ chuẩn giao tiếp LoRaWAN − Thu thập liệu cách xác thơng tin đến cho người dùng − Thiết kế phần mềm giúp người dùng tuỳ biến cách chủ động Trang 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Atzori, L., Iera, A., & Morabito, G (2010) The internet of things: A survey Computer networks, 54(15), 2787-2805 [2] Zanella, A., Bui, N., Castellani, A., Vangelista, L., & Zorzi, M (2014) Internet of things for smart cities IEEE Internet of Things journal, 1(1), 22-32 [3] Othman, M F., & Shazali, K (2012) Wireless sensor network applications: A study in environment monitoring system Procedia Engineering, 41, 1204-1210 [4] Borges, L M., Velez, F J., & Lebres, A S (2014) Survey on the characterization and classification of wireless sensor network applications IEEE Communications Surveys & Tutorials, 16(4), 1860-1890 [5] Jin, J., Ma, Y., Zhang, Y., & Huang, Q (2018) Design and implementation of an Agricultural IoT based on LoRa In MATEC Web of Conferences (Vol 189, p 04011) EDP Sciences [6] Ragam, P., & Nimaje, D S (2019) Performance evaluation of LoRa LPWAN technology for IoT-based blast-induced ground vibration system Journal of Measurements in Engineering, 7(3), 119-133 [7] Dhingra, S., Madda, R B., Gandomi, A H., Patan, R., & Daneshmand, M (2019) Internet of Things mobile–air pollution monitoring system (IoT-Mobair) IEEE Internet of Things Journal, 6(3), 5577-5584 [8] Abraham, S., & Li, X (2014, August) A Cost-effective Wireless Sensor Network System for Indoor Air Quality Monitoring Applications In FNC/MobiSPC (pp 165171) [9] Ulusar, U D., Celik, G., Turk, E., Al-Turjman, F., & Guvenc, H (2019) Practical performability assessment for ZigBee-based sensors in the IoT era In Performability in internet [10] Yang, C T., Chen, S T., Den, W., Wang, Y T., & Kristiani, E (2019) Implementation of an intelligent indoor environmental monitoring and management system in cloud Future Generation Computer Systems, 96, 731-749 Trang 73 [11] Marques, G., Ferreira, C R., & Pitarma, R (2019) Indoor air quality assessment using a CO monitoring system based on internet of things Journal of medical systems, 43(3), 1-10 ... 19 1.2.1 Thi? ??t kế chương trình mạng cảm biến 19 1.2.3 Thi? ??t kế chương trình cho The Things Network 30 1.2.4 Thi? ??t kế chương trình cho phần mềm giám sát Tago IO 35 1.2.5 Thi? ??t kế... sát quốc tế mang đến tính chuyên nghiệp cho hệ thống Thi? ??t lập giao thức điều khiển thi? ??t bị lọc khơng khí cần thi? ??t Người dùng giám sát liệu thi? ??t bị thông minh thông qua phần mềm giám sát, thông... ĐỀ TÀI 3.1 Mục tiêu nghiên cứu: − Thi? ??t kế hệ thống dựa WSN − Thi? ??t kế board mạch đo nồng độ chất độc hại khơng khí − Thi? ??t kế cấu chấp hành tự động bật tắt thi? ??t bị lọc khơng khí nồng độ chất