Độ rọi của ánh sáng:
• Vào buổi tối : 0.001 – 0.02 Lux • Ánh trăng : 0.02 – 0.3 lux
• Trời nhiều mây trong nhà : 5 – 50 lux
• Trời nhiều mây ngồi trời : 50 – 500 lux • Trời nắng trong nhà : 100 – 1000 lux
• Ánh sáng cần thiết để đọc sách: 50 – 60 lux
NGHIÊN CỨU MẠNG LORA ỨNG DỤNG VÀO QUAN TRẮC KHÍ HẬU Ở KHU VỰC HÒA KHÁNH
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NGỌC TRƯỜNG Người hướng dẫn: TH.S TRẦN DUY CHUNG 30
Hình 2.17 Ngun lí hoạt động BH1750
2.7.2.Cảm biến áp suất
BMP 280 là cảm biến đo áp suất khí quyển tuyệt đối kỹ thuật số của Bosch Sensortec. Cảm biến này được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng di động, nơi kích thước nhỏ và tiêu thụ điện năng thấp là rất quan trọng.Chúng ta có thể sử dụng nó trong các ứng dụng khác nhau của mình bao gồm cả ứng dụng với Arduino.
Hình 2.18 Cảm biến áp suất
BMP 280 dựa trên công nghệ cảm biến áp suất điện trở áp, có độ chính xác cao, tuyến tính và ổn định với độ mạnh của EMC.
BMP 280 có thể được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau như Nâng cao hệ thống định vị GPS, Điều hướng trong nhà như Phát hiện tầng và phát hiện thang
NGHIÊN CỨU MẠNG LORA ỨNG DỤNG VÀO QUAN TRẮC KHÍ HẬU Ở KHU VỰC HỊA KHÁNH
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NGỌC TRƯỜNG Người hướng dẫn: TH.S TRẦN DUY CHUNG 31
máy, Điều hướng ngoài trời, Ứng dụng thể thao, Dự báo thời tiết, Chỉ báo vận tốc dọc, v.v.
Cảm biến có hai loại giao diện giao tiếp - I2C và SPI, qua đó bạn có thể trích xuất dữ liệu cảm biến.Về cơ bản, chúng ta có thể vận hành cảm biến ở hai chế độ. 1. Chế độ Bình thường - Ở chế độ này, cảm biến sẽ tự động quay vòng giữa một chu kỳ chờ nad của phép đo. Chế độ này thường được sử dụng với bộ lọc IIR tích hợp khi có nhiễu ngắn hạn trong quá trình đo thơng thường.
2. Chế độ cưỡng bức - Trong chế độ này, cảm biến thực hiện một phép đo duy nhất theo yêu cầu và sau đó trở về chế độ nghỉ. Điều này phù hợp nhất với các trường hợp chúng tơi thăm dị dữ liệu bất cứ khi nào chúng tôi yêu cầu. Điều này thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu tốc độ lấy mẫu thấp như theo dõi thời tiết.
Ngồi ra cịn có một tính năng mà chúng ta có thể lấy mẫu quá mức cho phép đo áp suất và nhiệt độ. Tùy thuộc vào ứng dụng và yêu cầu công suất, chúng ta có thể đặt tỷ lệ lấy mẫu quá mức là 1,2,4,8 hoặc 16. Có các cài đặt mặc định dễ dàng, được tối ưu hóa để phục vụ một số trường hợp ví dụ như theo dõi thời tiết, điều hướng trong nhà, phát hiện rơi, phát hiện độ cao.
Vì kích thước của cảm biến rất nhỏ và rất khó xử lý đối với bất kỳ người u thích nào, chúng tơi phải sử dụng mô-đun cảm biến áp suất BMP 280, có tất cả các kết nối cần thiết ở đầu nối chân cắm bình thường 2,54 mm.
2.7.3.Cảm biến mưa
a. Giới thiệu
Cảm biến mưa được thiết kế đơn giản gồm: một lá chắn để nhận biết có mưa hoặc có nước xuất hiện tên bề mặt của lá chắn và phần module chuyển đổi tín hiệu giúp giao tiếp với các board mạch vi điều khiển, lẫn led báo hiệu để nhận biết trạng thái trên lá chắn.
NGHIÊN CỨU MẠNG LORA ỨNG DỤNG VÀO QUAN TRẮC KHÍ HẬU Ở KHU VỰC HỊA KHÁNH
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NGỌC TRƯỜNG Người hướng dẫn: TH.S TRẦN DUY CHUNG 32
Hình 2.19 Cảm biến mưa
• Cảm biến hổ trợ hai loại ngõ ra tín hiệu là analog (tương tự) và digital (số),
để có thể áp dụng linh hoạt tùy mục đích khác nhau.
• Cảm biến mưa sử dụng để phát hiện mực nước, trời mưa, hay các mơi trường có nước. Mạch cảm biến mưa được đặt ngồi trời để kiểm tra trời có mưa khơng, qua đó truyền tín hiệu điều khiển đóng / ngắt rơ le.
NGHIÊN CỨU MẠNG LORA ỨNG DỤNG VÀO QUAN TRẮC KHÍ HẬU Ở KHU VỰC HỊA KHÁNH
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NGỌC TRƯỜNG Người hướng dẫn: TH.S TRẦN DUY CHUNG 33 CHƯƠNG 3:TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ
3.1. GIỚI THIỆU
Đề tài “NGHIÊN CỨU MẠNG LORA ỨNG DỤNG VÀO QUAN TRẮC KHÍ HẬU Ở KHU VỰC HÒA KHÁNH”.
Các Node dữ liệu thu thập các thông số của thời tiết như cảm biến mưa ,áp suất, ánh sáng BH170.Tín hiệu của 3 cảm biến này sẽ được truyền gửi lên Gateway thông qua Lora sx1278.
Gateway có nhiệm vụ là lấy dữ liệu và lưu vào cơ sở dữ liệu và truyền lên Web server,hoặc Thingspeak để hiển thị cho người dùng cập nhật thời tiết .Người dùng có thể đăng nhập qua ứng dụng Mit App có thể quan sát tình hình thời tiết tại khu vực đó .
3.2. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 3.2.1.Thiết kế sơ đồ hệ thống
Theo đề tài hệ thống bao gồm 4 khối chức năng liên kết lại với nhau tạo nên một hệ thống như sau:
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống
Chức năng từng khối:
Khối xử lý trung tâm: Là khối điều chính của hệ thống, thu thập những dữ liệu từ các thiết bị cảm biến sau đó xử lý và điều khiển khối ngoại vi và khối hiển thị Web.Gateway có nhiệm vụ truyền nhận dữ liệu ổn định qua lại với các Node thông qua LoRa,và chuyển giao tín hiệu giao tiếp từ Gateway lên Thingspeak, Web server.
NGHIÊN CỨU MẠNG LORA ỨNG DỤNG VÀO QUAN TRẮC KHÍ HẬU Ở KHU VỰC HỊA KHÁNH
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NGỌC TRƯỜNG Người hướng dẫn: TH.S TRẦN DUY CHUNG 34
Khối cảm biến: Là lấy dữ liệu từ Node cảm biến sau đó thu thập các thơng số ngồi mơi trường như áp suất,ánh sáng,độ ấm,lượng mưa.. và cập nhật sự thay đổi theo thời gian với ngưỡng đặt trước đưa dữ liệu.
Khối hiển thị ứng dụng: Là hiển thị các thông số kĩ thuật ngồi mơi trường đo được tại các Node cảm biến được hiển thị trực tiếp trên websever,hoặc trên Mit App cho người dùng.
Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn bộ hoạt động của hệ thống cũng như các cảm biến dễ hoạt động.
3.2.2.Tính tốn và thiết kế mạch
❖ Khối xử lý trung tâm (Esp 32 được dùng như một khối xử lí trung tâm)
Yêu cầu khối xử lý trung tâm: Đây được xem như là trái tim của toàn bộ hệ thống, khối có chức năng tiếp nhận, xử lý mọi tín hiệu ngõ vào thu được từ các cảm biến, các cơ cấu tác động, các tín hiệu điều khiển từ web, truyền nhận dữ liệu giữa web và phần cứng để xử lý rồi đem những thông số đo được, xử lý được hiển thị lên cho người dùng theo dõi, toàn bộ hoạt động điều khiển của hệ thống được được thông qua khối xử lý trung tâm này.
Esp32 là một hệ thống hoàn chỉnh với kết nối Wi-Fi, kết nối Bluetooth, ADC độ phân giải cao, DAC, kết nối nối tiếp và nhiều tính năng khác. Các thành phần RF tích hợp của nó như bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại nhận tiếng ồn thấp, công tắc ăng-ten, bộ lọc và Balun RF. Điều này làm cho việc thiết kế phần cứng xung quanh ESP32 rất dễ dàng vì bạn cần rất ít thành phần bên ngồi.
Thơng số kỹ thuật:
• Model: Wifi BLE SoC ESP32 ESP-WROOM-32E (Tương thích hồn tồn với phiên bản cũ ESP-WROOM-32 hin ó ngng sn xut).
ã ESP32-D0WD-V3 embedded, Xtensađ dual-core 32-bit LX6 microprocessor, up to 240 MHz
• Điện áp sử dụng: 3~3.6VDC • Dịng điện sử dụng: ~90mA
• 448 KB ROM for booting and core functions • 520 KB SRAM for data and instructions • 16 KB SRAM in RTC
• Kiểu Antenna: PCB
❖ Arduino Nano
Thơng số kỹ thuật:
• Thiết kế chuẩn kích thước, chân Arduino Nano. • Firmware: Arduino Nano.
NGHIÊN CỨU MẠNG LORA ỨNG DỤNG VÀO QUAN TRẮC KHÍ HẬU Ở KHU VỰC HỊA KHÁNH
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NGỌC TRƯỜNG Người hướng dẫn: TH.S TRẦN DUY CHUNG 35
• IC chính: ATmega328P-AU.
• IC nạp và giao tiếp UART: CH340.
• Điện áp cấp: 5VDc cổng USB hoặc 6-9VDc chân Raw. • Mức điện áp giao tiếp GPIO: TTL 5VDc.
• Dịng GPIO: 40mA.
• Số chân GPIO: 14 chân, trong đó có 6 chân PWM. • Số chân Analog: 8 chân (hơn Arduino Nano 2 chân). • Bộ nhớ Flash: 32KB (2KB Bootloader).
• SPAM: 2KB. • EEPROM: 1KB • Clock Speed: 16MHz.
• Tích hợp Led báo nguồn, led chân D13, LED RX, TX. • Tích hợp IC chuyển điện áp 5V LM1117.
• Kích thước: 18.542 x 43.18mm.
❖ Khối cảm biến
Đối với khối cảm biến ta có nhiệm vụ là thu thập các thơng số đo được ngồi mơi trường sau đó truyền thơng tin tới khối xử lý ,khối này lưu thơng tin xử lí so với ngưỡn đặt cập nhật từng thời gian để điều chỉnh.
Cảm biến mưa
Thơng số kỹ thuật
• Điện áp: 3V – 5V • Ngõ ra:
o DO: dạng digital – TTL có khả năng điều khiển trực tiếp Relay, Buzzer... o AO: dạng analog
• Có LED báo hiệu khi có mưa hoặc nước trên bề mặc lá chắn • Độ nhạy có thể được điều chỉnh thơng qua chiết áp
• Kích thước module chuyển đổi: 3.2cm x 1.4cm
• Lá chắn sử dụng vật liệu chất lượng cao FR-04 hai mặt, bề mặt mạ niken, chống oxy hóa
NGHIÊN CỨU MẠNG LORA ỨNG DỤNG VÀO QUAN TRẮC KHÍ HẬU Ở KHU VỰC HÒA KHÁNH
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NGỌC TRƯỜNG Người hướng dẫn: TH.S TRẦN DUY CHUNG 36
Sơ đồ kết nối chân:
Cảm biến mưa Arduino Nano
5V Vcc
GND GND
A0 A0