Ta có các thành phần sau:
- Arduino nano: 1 cái
- Cảm biến DHT22, cảm biến lửa: 1 cái
- Modul RF24L01: 1 cái
- Pin mặt trời 6-9V, 3x5cm: 2 cái
- Còi báo: 1 cái
- Pin 18650 1200mah: 2 cái
- Mạch ổn áp 5v: 1 cái
- Mạch sạc pin 18560: 1 cái
SƠ ĐỒ MẠCH NÚT CẢM BIẾN:
2.3.2. Lưu đồ thuật toán
Mạng cảm biến không dây chống cháy rừng được triển khai thực hiện bao gồm 3 thành phần chính bao gồm:
-Nút thành viên
-Nút trạm cơ sở
-Giao diện giám sát điều khiển Winform
Các thành phần có khả năng thực hiện giao tiếp qua lại với nhau thông qua các tín hiệu truyền nhận không dây qua modul RF24l01 (giữa node trạm cơ sở với node thành viên), và thông qua cổng Serial port (giữa node trạm cơ sở với giao diện giám sát điều khiển).
NODE THÀNH VIÊN (SLAVE):
Node thành viên sẽ là node mang theo các cảm biến và được lắp đặt trong môi trường xác định để giám sát chỉ số môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, hồng ngoại).
Hình 2.3.2 Lưu đồ thuật toán cho node thành viên
Node có nhiệm vụ đọc các giá trị đo được từ mạng, thực hiện mã hoá và gửi tín hiệu đó về node trạm cơ sở để báo cáo, khi giá trị môi trường trở nên bất thường sẽ kích hoạt còi cảnh báo và tự chuyển thời gian cập nhật về trạng thái mạnh 1s/lần. Bên cạnh đó node thành viên cũng sẽ kiếm tra các tín hiệu điều khiển từ node trạm cơ sở để thực hiện các nhiệm vụ điều khiển từ người dùng hoặc từ chính node trạm cơ sở.
NODE TRẠM CƠ SỞ (MASTER):
Node trạm cơ sở là node k mang cảm biến. Node này làm nhiệm vụ như một header cấp địa chỉ cho toàn bộ mạng, thu nhận tất cả các dòng tín hiệu từ các node con trong toàn mạng truyền về, phân tích và xử lý tín hiệu đưa lên giao diện giám sát điều khiển winform. Node trạm cơ sở cũng như một node trung gian giúp người dùng thực hiện các lệnh điều khiển cho mạng bằng việc giao tiếp với winform thông qua cổng serial port.
Hình 2.3.3 Thuật Toán cho node trạm cơ sở
Chế độ main: là chế độ cập nhật liên tục các tín hiệu từ tất cả các node trong mạng và xử lý và đưa toàn bộ hiển thị lên winform
Chế độ detail: là chế độ giúp người dùng giám sát chi tiết 1 node. Ở chế độ này, node trạm cơ sở sẽ lọc các tín hiệu nhận được từ các node trong mạng và chỉ gửi lên tín hiệu từ node được người dùng chỉ định từ winform.
Chế độ này gồm 2 khối:
- khối xử lý tín hiệu và đẩy lên serialport
- khối xử lý tín hiệu từ serialport gửi về
Chế độ detail dùng giám sát và điều khiển chi tiết thông tin 1 node trong toàn mạng.
Hình 2.3.6 Thuật toán cho chế độ detail
Ở trạng thái này, node trạm cơ sở sẽ thực hiện lọc các tín hiệu nhận được và chỉ gửi lên cổng serial port dữ liệu được gửi từ node đã chọn bao gồm: ID node, địa chỉ đăng ký trong mạng, nhiệt độ, độ ẩm, tín hiệu hồng ngoại, thời gian cập nhật. Người dùng có thể điều khiển thay đổi thời gian cập nhật của node.
hương 3. Kết quả 3.1. Kết quả thực hiện
…
3.2. Những vấn đề chưa thực hiện được
Bên cạnh các ưu điểm, thành tựu đã đạt được, hệ thống mạng cảm biến chống cháy rừng do nhóm em cũng có một vài hạn chế, dưới đây là những vấn đề nhóm em vẫn chưa thực hiện được để cải thiện mô hình:
Việc giám sát điều khiển chưa linh hoạt, vẫn cứng nhắc, chưa giúp người dùng cấu hình, can thiệp sâu vào mạng cảm biến: cụ thể giao diện giám sát vẫn còn sơ xài chưa hiển thị được chi tiết về giá trị cảm biến lên trực tiếp nút mà phải hiển thị qua list view, chưa hiển thị được đường đi của cấu hình nút cảm biến trong mạng, dẫn đến việc giao diện vẫn chưa thực sự dễ dàng cho việc giám sát
Hướng khắc phục: tìm hiểu thêm về lập trình winform, tìm hiểu về cách sử dụng các control động (dynamic controll) để việc sử dụng các controll linh hoạt hơn.
Việc phát hiện, khắc phục lỗi node trong mạng nếu xảy ra vẫn bị hạn chế do chưa thực hiện được. Cụ thể: khi một nút bị lỗi (mất tín hiệu, cảm biến hỏng, nguồn có vấn đề) dẫn đến việc hoạt động không đúng của nút đó trong mạng hoặc mất nút, hệ thống không thể tìm ra vị trí và phát hiện nút hỏng nên có thể mất luôn nút cảm biến gây hao phí tài nguyên.
Hướng khắc phục: tìm hiểu thêm về modul rf24l01 và cách sử dụng các chức năng trong mạng.
Khả năng quan sát, đo đạc của các node chưa đủ mạnh do phạm vi cảm biến. Cụ thể: nút cảm biến sử dụng cảm biến phát hiện lửa dang sơ cấp phạm vi nhỏ (chỉ 80cm) và cảm biến DHT22 có phạm vi đo nhiệt độ và độ ẩm giới hạn nhỏ chưa đủ với tiêu chuẩn môi trường rừng, (trong các đám cháy rừng nhiệt độ có thể lên rất cao) nên việc đo đạc có thể gặp vấn đề khi xảy ra sự cố
Hướng khắc phục: tìm hiểu thêm nhiều loại cảm biến khác hoặc các cách thức kết hợp cảm biến để đạt được phạm vi mong muốn.
Khả năng giám sát vẫn bị hạn chế do chưa có khả năng đưa lên internet. Cụ thể: do mạng cảm biến chống cháy rừng do nhóm em thực hiện chưa có bộ phận kết nối
với internet, dẫn đến các dữ liệu chỉ có thể được giám sát trên máy có nút trạm cơ sở nên khả năng giám sát không được linh hoạt.
Hướng khắc phục: tìm hiểu về các modul giúp kết nối internet hoặc giao thức lập trình wed đưa dữ liệu lên internet.
Hướng phát triển của đề tài:
+ Mở rộng các danh mục cảm biến nhằm biến nút cảm biến thành nút đa chức năng, không chỉ đo nhiệt độ và độ ẩm mà có khả năng đo được nhiều loại chỉ số môi trường tuỳ thuộc vào yêu cầu của người dùng
+ cải thiện khả năng giám sát và điều khiển trong phần giao diện thành chuyên nghiệp và đa dạng linh hoạt hơn
+ Thêm khả năng đưa dữ liệu lên internet cho mạng cảm biến nhằm giúp người sử dụng có thể giám sát ở mọi nơi mọi thời điểm không chỉ trên máy cơ sở.
+ Thêm các tính năng khác cho nút cảm biến như khả năng kiểm tra nguồn nuôi khả năng tự chuyển sang chế độ nghỉ khi phát hiện năng lượng thấp hoặc khả năng định vị nút nhằm giúp việc theo dõi rõ ràng chính xác hơn
KẾT LUẬN
Chúng em đã nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm thiết bị trên dùng để cảnh báo cháy rừng bằng phương pháp : sự thay đổi của nhiệt độ ,độ ẩm và sự xuất hiện của tia lửa
.Các kết quả thực nghiệm trong nhà ,ngoài trời cho thấy thuật toán đáp ứng được các yêu cầu đề ra.Với khả năng nổi bật như :
- thiết kế nhỏ gọn,sử dụng nguồn năng lượng mặt trời để cung cấp
- tiết kiệm được chi phi kéo dây điện hàng nghìn met
- đảm bảo được khả năng cảnh báo cháy rừng ở những nơi rừng sâu,những nơi chưa có điện
- có khả năng truyền phát không dây nhanh gọn
- lắp đặt và sử dụng dễ dàng
- giá thành hợp lý ,rất phù hợp để sử dụng trong việc sử dụng làm thiết bị báo cháy trong rừng
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ ZIGBEE – Tạp chí khoa học công nghệ HaUI.
2. Sách Các bộ cảm biến và đo lường điều khiển 3. Sách Cảm biến và ứng dụng theo xu hướng hiện đại 4. Sách Arduino và lập trình IOT
5. Sử dụng modul rf24l01 – thu phát sóng vô tuyến 2.4ghz với arduino – Arduino.vn
6. Ứng dụng: truyền dữ liệu không dây, từ xa, mạng nội bộ đơn giản rf24l01 – making.vn
7. Sách Lập trình C# từ cơ bản đến nâng cao – tác giả: Phạm Công Ngô 8. Sách Learn C# in one day and learn it well
9. Giâồ trí#nh Đồ lứợ#ng cảm biến – Lế Chí Kiến