3.1.7 Chiếu sáng thông minh
H ệ thống chi u sáng thông minh giúp kiế ểm soát đ n đường giúp giàm tiêu hao năng lượng l n nh t c a 1 thành ph . H ớ ấ ủ ố ệ thống chiếu sáng thông minh giúp điều ki n h ể ệ thống chi u sáng t ế ừ xa, điều ch nh lượng thời gian đ n được bật để ảm chi phí năng gi lượng t i ớ m c th p nh t mà không ứ ấ ấ ảnh hưởng đến an toàn công c ng. H ộ ệ ốth ng chi u ế sáng thông minh còn giảm đáng kể chi phí bảo dưỡng đ n đường và đơn giản hóa việc qu n lý tài s n. H ả ả ệ thống còn có th phân phát kể ết nối và năng lượng cho các ng d ng ứ ụ thành ph thông minh khác. Ví d , ố ụ ở Los Angeles microphone được gắn vào đ n đường ở những nơi giao nhau đông đúc để thu ti ng ế ồn và ngay l p tậ ức xác định được các trường h p xợ ảy ra như va chạm xe hơi.
Nhờ thực hi n gi i pháp chi u sáng thông minh k t h p v i các sensor và gateway ệ ả ế ế ợ ớ g n vào cùng v i công ngh Lora và m ng không gian rắ ớ ệ ạ ộng năng lượng th p d a vào ấ ự giao th c (protocol) LoRaWan, thành ph có th c t gi m bứ ố ể ắ ả ớt chi phí năng lượng tốt hơn mà v n gi ẫ ữ an toàn cho người dân.
Hình 3.7: Mô hình chi u sáng thông minh ế
Hình 3.8 mô tả ấ c u trúc h ệ thống chiếu sáng đ n thông minh trong thành phố Các s n phả ẩm của Semtech s d ng trong ng d ng: ử ụ ứ ụ Các sensor: • SX1271/3 • SX1276/7/8/9 Gateway: • SX1301
1. Các sensor g n v i mắ ớ ỗi đ n đường có kh ả năng kiểm soát chức năng của đ n. 2. Công ngh Lora trong sensor k t n i vệ ế ố ới đ n đường thông qua gateway của Lora.
3. Gateway Lora t p h p lậ ợ ại dữ liệ ừ ấ ả đ n đườ u t t t c ng xung quanh khu vực. 4. Các sensor cho các ng d ng thành ph thông minh khác k t nứ ụ ố ế ối đến cùng gateway.
5. Gateway gửi thông tin đến Cloud, tại đó dữ liệu được x lý bử ởi ứng d ng server ụ (application server).
6. Application server ki m soát chi u sáng. ể ế
7. Server g i thông báo bử ảo dưỡng khi đ n cháy bóng hoặc các vấn đề khác.
3.2 ng d ng thành ph thông minh Hàn Qu c Ứ ụ ố ở ố
3.2.1 Khu giao thương miễn phí Inchone
Sự phát triển này bao gồm Thành phố Thương mại quốc tế Songdo. Nó được xây dựng trên một bán đảo ở bờ biển của Seoul và nó bao gồm văn phòng, nhà ở, khu mua sắm, khách sạn và không gian cộng đồng.[16]
Cisco, một công ty công nghệ thông tin lớn của Mỹ, đã được giao nhiệm vụ lắp đặt cáp sợi quang cho thành phố để kết nối các hệ thống khác nhau giữ Songdo hoạt động. TelePresence sẽ được lắp đặt trong nhà, văn phòng, bệnh viện và trung tâm mua sắm để mọi người có thể gọi điện video bất cứ nơi nào họ muốn. Cảm biến được gắn trên đường phố và trong nhà để giám sát mọi thứ từ nhiệt độ đến trạng thái trên đường cho phép thành phố để hoạt động hiệu quả và nhanh chóng phản ứng lại các vấn đề phát sinh. Những cảm biến này cũng theo dõi những thứ như cháy và an toàn trong nhiều tòa nhà, và kiểm soát mực nước và chất lượng tại Công viên Trung tâm của Songdo. Những thông tin này có thể được chuyển thành báo động cho người dân biết khi nào một chiếc xe bus đến bến hoặc thông báo chính quyền khi xuất hiện hành vi phạm tội. Thẻ RFID trên xe ô tô sẽ đảm bảo việc nới lỏng tắc nghẽn bằng cách quản lý giao thông đường bộ; đ n giao thông sẽ được sử dụng đ n LED rất hiệu quả. Điện năng tiêu thụ của ngôi nhà và các thiết bị điện của họ được theo dõi tự động để nắm rõ hơn về cách thức người dân sử dụng năng lượng và thích ứng lưới điện để cung cấp cung và cầu kết hợp hiệu quả. Hơn nữa, khoảng 40% của Songdo sẽ là không gian xanh, bao gồm cả thảm thực vật trên mái nhà để giúp làm mát thành phố. Bẫy nước mưa và việc tái chế 'nước xám' từ bồn rửa và máy rửa chén sẽ làm giảm nhu cầu nước sạch. Xe chở rác cũng sẽ là quá khứ với một hệ thống thu gom chất thải khí nén mà hút ẩm và làm khô rác rồi đưa thẳng đến bãi chứa thông qua một mạng lưới ống.
3.8 ng h p tham kh o c a d ng c
Hình : Trườ ợ ả ủ ụ ụ đo thông minh.
3.8 khái quát các thi t b a thành ph i qu c t
Hình ế ị đo thông minh củ ố thương mạ ố ế
Songdo.
3.3 ng d ng thành ph thông minh Châu Âu Ứ ụ ố ở
3.3.1 Smart city Hà Lan ở
Vào 2016, Amsterdam được trao giải thưởng “Giải thưởng Trung tâm sáng tạo Châu Âu”. Amsterdam đã đặc biệt thành công trong quy hoạch đô thị, với thực tế là mọi cư dân thành phố đều tiếp cận với điều kiện vệ sinh có thể chấp nhận. Với cộng đồng khởi nghiệm dày dạn kinh nghiệm, Amsterdam đã thành lập các chương trình nuôi dưỡng thành công như StarupDelta và Startup Amsterdam. Nỗ lực của thành phố để giữ sự đổi mới và sử dụng năng lượng tái tạo bao gồm xe tải điện để thu gom rác, cùng với tấm pin mặt trời nạp năng lượng cho phòng chờ xe bus, bảng dán thông báo và đ n. Hàng ngàn doanh nghiệp và hộ gia đình đã được sửa đổi bằng cách lợp mái bằng năng lượng hiệu quả, tự động làm mờ các thiết bị ánh sáng, đồng hồ thông minh và đ n LED năng lượng cực thấp.
3.3.2 Smart city ở Thuỵ Điển
Stockholm được vinh danh là Trung tâm xanh của Châu Âu vào 2010 bởi hội đồng ủy ban Châu Âu. Hơn nữa, Stockholm là thành phố đầu tiên giới thiệu dịch vụ di động 4G/LTE. Stockholm xếp hạng cao về cư dân (cư dân thành phố tái chế khoảng 100kg chất thải một người), số hóa của chính phủ và tốc độ internet. Mạng lưới giao
thông công cộng phức tạp bao gồm phà, tàu tốc độ cao, lên đến 2000 xe bus thành phố, 1000 tàu địa phương và xe điện (đa số chúng chạy trên năng lượng sạch). Đa số phương tiện giao thông sử dụng nhiên liệu từ 2 nhà máy xử lý nước thải sản xuất biodiesel. Thành phố cung cấp mức giảm thuế cho công ty lắp đặt sensor có chức năng tắt đ n khi tòa nhà không có người. Stockholm còn có 3000 công ty công nghệ sạch mục tiêu giúp thành phố xanh sạch hơn.
Hình 3.9: Thành ph thông minh Stockholm ố ở
3.4 K t lu ế ận chương
Trong chương này, tôi đã trình bày các ứng d ng c a LoRa trong thành ph thông ụ ủ ố minh và gi i thi u v các thành ph thông minh trên th gi Các ng d ng trong thành ớ ệ ề ố ế ới. ứ ụ ph thông minh rố ất đa dạng, phong phú, có ý nghĩa thực ti n cao ph c v và giúp nâng ễ ụ ụ cao đờ ống người s i dân, ti t kiế ệm năng lượng và b o v môi trư ng. ả ệ ờ
Chương 4: Ứ ng d ng LoRa ụ ở Việt Nam, các d ự án đang nghiên cứu và th c hi n ự ệ
4.1 Các nghiên c u và tri n khai m ng LoRa ứ ể ạ ở Việt Nam
n nay, công ngh LoRa còn khá m i m ng IOT
Hiệ ệ ớ ẻ ở Việt Nam. Xu hướ ở Việt
Nam đang bắt đầu phát tri n và công ngh ể ệ được s d ng ph bi n nh t v n là wifi, 3G/4G, ử ụ ổ ế ấ ẫ zigbee, …Hiệ ạ ởn t i nư c ta vớ ẫn chưa có mộ ựt d án IOT nào s d ng công ngh LoRa ử ụ ệ được triển khai và đưa vào thự ếc t . Vi c s dụng băng tầệ ử n của LoRa cũng chưa được B ộ Thông Tin và Truy n Thông c p phép s dề ấ ử ụng. Đây là một công ngh r t mệ ấ ới ở Việt Nam và vì v y vi c s d ng công ngh ậ ệ ử ụ ệ này đang ở ức độ m nghiên c u và phát tri n tứ ể ại các phòng Lab của các trường đạ ọi h c. Mới đây, tập đoàn công nghệ ễ vi n thông quân đội Viettel cũng đang quan tâm và phát tri n công ngh này t i Vi t Nam. ể ệ ạ ệ
4.2 Băng tần LoRa tại Vi t Nam ệ
Băng tần s d ng LoRa ử ụ ở Việt Nam được b Thông tin và Truyền thông quy định ộ qua thông tư: Quy định danh m c thi t b vô tuyụ ế ị ến điện được mi n gi y phép ễ ấ s d ng t n s vô tuy n ử ụ ầ ố ế điện, điều ki n k thuệ ỹ ật và khai thác ngày 26 tháng 12 năm 2016.[17]
u ki n k i v i thi t b dùng trong m
Theo đó, điề ệ ỹ thuật và khai thác đố ớ ế ị ục đích
chung được mi n gi y phép s d ng t n s vô tuyễ ấ ử ụ ầ ố ến điện khi tho mãn các yêu c u: ả ầ - Băng tần 918 923 MHz, công su t phát ho– ấ ặc trường t từ ối đa của thi t b ế ị
25 Wm . Đoạn băng tầ ừn t 918 – 918.4 MHz đượ ử ụng làm băng tầc s d n b o v ả ệ h ệ thống thông tin vô tuyến điện s dử ụng băng tần li n k . T ề ề ổ chức, cá nhân có liên quan không cài đặt thi t bịế hoạt động ở đoạn băng tần này
Theo như yêu cầu trên, ta thấy LoRa được phép s d ng d i t n s t 918.5 ử ụ ở ả ầ ố ừ MHz đến 923 MHz vì công su t phát cao nh t là 14dBm (25mW), tho ấ ấ ả mãn quy định trên.
4.3 D án Airmap s d ng module LoRa M2B ự ử ụ
4.3.1 Khái quát v d án ề ự n bi
Nhậ ết được xu hướng phát tri n c a công ngh , lab SPARC c a th y Hàn Huy ể ủ ệ ủ ầ Dũng cũng có các nhóm sinh viên th c hi n nghiên c u và tri n khai d án IOT s d ng ự ệ ứ ể ự ử ụ công nghệ LoRa. Trong đó có dự án Airmap b– ản đồ ấch t lư ng không khí t i Hà N i ợ ạ ộ
Hà N i luôn n m trong top 10 thành ph ô nhi m không khí nh t th gi i theo ộ ằ ố ễ ấ ế ớ như trang đánh giá ch s ô nhi m không khí aqicn.org d a trên các ch s ố ễ ự ố không khí như nồng độ CO2, SO2, b i PM2.5, Ozone, NO2. Tuy nhiên s ụ ố trạm quan tr c không khí tắ ại Hà N i r t ít vì vộ ấ ậy đòi hỏ ầi c n có nhi u trề ạm đo không khí để có th ể theo dõi và đánh giá m t cách chính xác mộ ức độ ô nhi m không khí t i Hà N i ễ ạ ộ
T ừ ý tưởng trên nhóm nghiên cứu đã thực hi n d án Airmap bệ ự – ản đồ chất lượng không khí tại Hà Nội, một dự án IOT s d ng công ngh truy n nh n LoRa ử ụ ệ ề ậ
4.3.2 T ng quan h ổ ệ thống
Hình 4.1: Sơ đồ khố ệ thối h ng Hình 4.1 miêu tả tổng quát các phần của hệ thống:
Các trạm đo gồm các cảm biến không khí CO2, SO2, bụi PM2.5, PM10 được đo đạc, xử lý bằng vi điều khiển STM32, sau đó dữ liệu sẽ được truyền bằng công nghệ LoRa lên một trạm Gateway. Gateway chuyển dữ liệu lên Server để lưu trữ. Server trả
về API để hiển thị các thông tin về ch số chất lượng không khí (AQI) lên app trên điện thoại hoặc hiển thị lên website.
4.3.2.1 Ch s AQI ỉ ố
Air Quality Index (AQI) là ch s ố chấ lượng không khí, đượt c tính b ng trung ằ bình c ng c a các ch s nộ ủ ố ồng độ các khí: SO2, NO2, CO, O3, b i PM2.5 và PM10, ụ nh m cho bi t tình tr ng chằ ế ạ ất lượng không khí và mức độ ảnh hưởng đến s c kh e con ứ ỏ người, được bi u di n qua mể ễ ột thang điểm theo 6 mức độ v i 6 màu s c khác nhau t tớ ắ ừ ốt (good) đến nguy hi m (hazardous) ể theo như bảng 4.1 dưới đây.
B ng 4.1: Ch s ả ỉ ố AQINhóm điểm Chất lư ng ợ Nhóm điểm Chất lư ng ợ không khí Ảnh hưởng s c kh e ứ ỏ Màu cảnh b áo 0-50 T t ố Không ảnh hưởng
51-100 Trung bình Không ảnh hưởng
101-200 Kém
Nhóm nh y c m nên gi i h n thạ ả ớ ạ ời gian bên ngoài
201-300 X uấ
Nhóm nh y c m không nên ra ngoài, ạ ả những người khác nên h n ch ra ạ ế ngoài
>300 Nguy h i ạ Mọi người nên trong nhà ở 4.3.2.2 Phương pháp tính toán chỉ ố AQI s
T i m i tr m AQI s ạ ỗ ạ ẽ được tính cho t ng ch t theo 2 lo i là AQI theo gi và AQI theo ừ ấ ạ ờ ngày. Công th c tính AQI theo gi cứ ờ ủa chất i:
*100 h h i i h i C AQI S = (4.1)
h i
C : Nồng độ trung bình của chất i
h i
S : Tiêu chuẩn môi trường cho phép c a chất I ủ AQI theo t ng lo i s có giá tr trung bình c ng các giá tr AQI c a các tr m thu c cùng ừ ạ ẽ ị ộ ị ủ ạ ộ
m t lo i. Ví d có 4 trộ ạ ụ ạm ven đường thì AQI ven đường giao thông s ẽ được tính như sau:
4
DO HB TN BC
GT
AQI AQI AQI AQI
AQI = + + + (4.2)
So sánh AQI max c a t t c các thông s trong tr m, giá tr AQI nào l n nh t s là ch ủ ấ ả ố ạ ị ớ ấ ẽ s ố chất lượng không khí của trạm quan trắc tương ứng trong ngày.
( )
i i i
AQI =Max AQI (4.3)
Để có th tính toán ch s AQI chính xác thì b ể ố ộ tài nguyên và môi trường Việt Nam đã đưa ra bảng quy định tiêu chu n nẩ ồng độ các khí như bảng 4.2
B ng 4.2 Tiêu chu n các nả ẩ ồng độ ại Việ t t Nam
STT Thông số Trung bình 1giờ Trung bình 8 giờ Trung bình 24 giờ
1 CO 40 10 5 2 NO2 0,4 - 0,1 3 SO2 0,5 - 0,3 4 Pb - - 0,005 5 O3 0,2 - 0,06 6 B i ụ 0,3 - 0,2
Cấu trúc 1 node: CO2 sensor SO2 sensor PM2.5 sensor PM10 sensor Temperature & Huminity STM32 Microcon troller LoRa M2B UART UART ADC UART UART Hình 4.2: C u trúc 1 nodeấ
Hình 4.2 miêu tả khái quát cấu trúc của 1 node hay 1 trạm đo không khí bao gồm các thành phần như sau:
− Khối nguồn: sử dụng IC LM7805 và AMS1117 cung cấp điện áp 5V và 3.3V − Khối cảm biến: sử dụng cảm biến SO2, NO2, nhiệt độ, độ ẩm, bụi PM2.5 và
PM10
− Khối truyền dữ liệu: sử dụng module LoRa M2B − Khối vi điều khiển: sử dụng STM32F103
4.3.3 Module LoRa M2B
Module LoRa M2B là một sản phẩm của công ty TNHH truyền thông M2B Tsutsumi được công ty phát triển và thử nghiệm cho các hệ thống ở châu Á và châu Phi, trong các lĩnh vực về nông nghiệp, chăn nuôi, phòng chống thiên tai bằng việc thu thập
dữ liệu từ các cảm biến và gửi về server phân tích. Sản phẩm hướng tới sử dụng ở các vùng núi hay vùng đảo, nơi kết nối 3G, LTE hay Enthernet còn hạn chế.
Hiện tại sản phẩm của công ty đang trong quá trình thử nghiệm và được cung cấp cho nhóm sinh viên thực hiện dự án Airmap của thầy Hàn Huy Dũng để triển khai một hệ thống IOT hoàn ch nh.
Hình 4.3: C u trúc c a module M2Bấ ủ
Hình 4.3 mô tả cấu trúc của module M2B bao gồm vi xử lý STM32L151 và chip điều chế Lora Semtech SX1276 là chip thuộc họ SX12xx đã được miêu tả chi tiết ở chương 2.
Hình 4.4: B ng thông s k ả ố ỹ thuật của module M2B
Hình 4.4 mô t chi ti t các thông s k ả ế ố ỹ thuậ ủt c a module LoRa M2B. Băng tần hoạt động là 902 ~ 928Mhz, tốc độ truy n d ề ữ liệu tối đa là 5469 bps, giao tiếp qua UART, công suất tối đa 19 dBm ở 915Mhz.
4.3.4 Kiểm tra truyền nhận b n tin LoRa M2B và Multiconnect ả
4.3.4.1 Kiểm tra kho ng cách ả truyền nh n module M2B và Multiconnect ậ 4.3.4.1.1 Điều ki n thệ ực nghiệm
- Ngày 15/04/2017, th i ti t test ờ ế không mưa, nhiều mây. Nhiệt độ 25 độ C, độ ẩm 62%.
- Đối tượng dùng để test: Lora M2B và Multiconnect 4.3.4.1.2 Thiết lập tham s ố cho các module
a) Lora Multitech
- T n s phát Lora: 868 Mhz ầ ố
- Công suất phát c a node Lora: 11 dBm ủ - Tốc độ truy n d u: 1.76 kpbs ề ữ liệ
b) Lora M2B
- T n s phát 920 Mhz ầ ố
- Công suất phát c a node Lora: 19 dBm ủ - Tốc độ truy n d u: 5.47 kbps ề ữ liệ