Thu thập dữ liệu phục vụ phân loại đặc trưng:
Hoạt động thu thập dữ liệu phục vụ phân loại đặc trưng hành vi cá thể bò được thể hiện như trong Hình 3.5.
Hình 3.5. Minh họa hoạt động thu thập dữ liệu để gắn nhãn hành vi các thể bò.
Phần cứng để cấu thành các node thu thập dữ liệu bao gồm 3 thành phần chính là cảm biến, vi điều khiển và module truyền thông vô tuyến.
- Cảm biến (sensor): Do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ MEMS (Hệ thống vi cơ điện tử), các cảm biến dựa trên MEMS có thể được tìm thấy trong các loại ứng dụng khác nhau. Cảm biến IMU6050 được sử dụng để gắn vào cổ bò để cảm nhận sự dịch chuyển theo các trục X, Y và Z. Cảm biến này cũng có thể được gắn vào chân bò trong một số nghiên cứu trước đây. Có thể thấy rằng cả hai vị trí đều nhạy cảm với sự di chuyển toàn thân của bò. IMU6050 bao gồm một con quay hồi chuyển 3 trục và cảm biến gia tốc 3 chiều MPU-6050. Bên cạnh đó, MPU-6050
còn có một đơn vị xử lý tín hiệu cho cảm biến thu thập và thực hiện các tính toán cần thiết giúp tăng tốc phần cứng. Do đó, giúp giảm bớt đáng kể phần xử lý tính toán của vi điều khiển, cải thiện tốc độ xử lý và cho ra phản hồi nhanh hơn. Đây chính là một điểm khác biệt đáng kể của MPU-6050 so với các cảm biến gia tốc và
gyro khác.
Hình 3.6. Module MPU-6050.
Cảm biến MPU-6050 sử dụng bộ chuyển đổi ADC 16 bit để cho ra kết quả chi tiết về gócquay, tọa độ, … giúp tăng độ chính xác đáng kể so với cảm biến gia tốc khác, xử lý với 10 bit. Phạm vi làm việc của cảm biến gia tốc này có thể được chọn trong khoảng ± 2, 4, 8 hoặc 16g (1g = 9,8 m / s2). Trong thực nghiệm, dải ± 4g được sử dụng để phù hợp với sự di chuyển toàn thân của bò.
- Vi điều khiển: Có thể sử dụng một số loại vị điều khiển để thực hiện tiền xử lý dữ liệu được đưa đến từ module cảm biến. Chẳng hạn như vi điều khiển PIC 18F4520 của hãng Microchip INC, vi điều khiển Atmega328 hoặc một số loại vi điều khiển khác. Trong thực nghiệm, tác giả sử dụng vi điều khiển PIC18F4520. Đây là một đơn vị xử lý mạnh để xây dựng dự án điện tử mong muốn. Nó là CPU kiểu RISC nhỏ, mỏng và hiệu năng cao. Nó kết hợp một loạt các tính năng có thể giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng trong quá trình hoạt động như: chế độ chạy xen kẽ, nhiều chế độ không tải, mức tiêu thụ thấp trong các mô-đun chính, độ bền bộ nhớ, bộ chuyển đổi A/D 10-13 bit. Đối với PIC18F4520, nó có bộ nhớ chương trình 32 Kbyte Flash, giao tiếp địa chỉ cải tiến USART, 13 kênh A/D, 5 cổng I/O và cổng slave song song. Hình 3.7 minh họa sơ đồ chân và mạch tích hợp của
(a) (b)
Hình 3.7: (a) Sơ đồ chân PIC18F4520, (b) IC PIC18F4520. - Module truyền thông:
Đối với công đoạn thu thập dữ liệu cho mục đích phân loại đặc trưng về hành vi “Đứng” và “Nằm” của cá thể bỏ, tác giả sử dụng module thu phát Bluetooth để thực hiện truyền dữ liệu từ node cảm biến trên cổ bò đến điện thoại smart phone. Trên điện thoại này được cài đặt một phần mềm để có thể giao tiếp được với node cảm biến, cho phép nhận dữ liệu và lưu dưới dạng file.txt trên máy điện thoại smart phone.
Thiết bị giám sát hành vi bò theo thời gian thực
Node cảm biến sử dụng các bộ phận cấu thành gồm: Module Arduino nano,
cảm biến MPU6050 và module thu phát LoRA E32 100 mW:
- Module Thu Phát RF Lora SX1278 433Mhz UART 3Km (E32- 433T20DT) sử dụng chip SX1278 của nhà sản xuất SEMTECH chuẩn giao tiếp LORA (LoRa spread spectrum), chuẩn LORA mang đến hai yếu tố quan trọng là tiết kiệm năng lượng và khoảng cách phát rất xa. Ngoài ra nó còn có khả năng cấu hình để tạo thành mạng nên hiện tại được phát triển và sử dụng rất nhiều trong các nghiên cứu về IoT.
Hình 3.8. Module thu phát LoRA.
- Nano Arduino Module:
Hình 3.9. Minh hoạ Kit Arduino nano.
Thông số kỹ thuậtcủa thiết bị này: - Vi điều khiển: ATmega328
- Điện áp hoạt động 5V
- Điện áp vào 7-12V - Ngõ I/O: 14
- Ngõ vào ADC: 6
- Dòng điện trên mõi chân: 40 mA
- Dòng điện cho chân 3.3V: 50 mA
- Bộ nhớ flash: 32 KB (ATmega328), trong đó 0.5 KB dùng bootloader
- SRAM: 2 KB (ATmega328)
- EEPROM: 1 KB (ATmega328)