CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN THIẾT BỊ
2.1. Tổng quan hệ thống
Hình 2. 1: Cấu trúc tổng quan của hệ thống
Hệ thống quan trắc gồm 3 tầng:
Tầng Device (tầng thiết bị)
Gồm 2 loại thiết bị:
- Các Node (cảm biến đo): Gồm 4 trạm giám sát,quan trắc môi trường,bo mạch xử lý,truyền thông.
- Gateway (Trung tâm thu thập dữ liệu): Gồm các module thu thập dữ liệu trung tâm và module truyền thông có khả năng xử lý và tính toán mạnh; cho phép chạy các thuật toán phức tạp như đa truy nhập (multi-access), tập hợp dữ liệu (data aggregation) trước khi truyền dữ liệu về máy chủ xử
lý dữ liệu.
Tầng Application (ứng dụng)
Cung cấp các phần mềm quản lý, giám sát và cảnh báo trên giao diện Web và trên phần mềm thiết bị di động chạy nền tảng Android. Các dạng biểu diễn kết quả bộ thông số quan trắc sẽ được cung cấp, cho phép hiển thị thông tin trực quan dạng số, đồ thị và dạng bảng biểu phù hợp.
Tầng Web server (xử lý và cung cấp dịch vụ)
Gồm máy chủ có nhiệm vụ kết nối truyền thông với gateway qua mạng internet và cung cấp các dịch vụ ứng dụng cho người dùng. Đồng thời, máy chủ cũng quản lý cơ sở dữ liệu tập trung (CSDL) để lưu trữ dữ liệu quan trắc, cung cấp các dịch vụ truy vấn CSDL cho các dịch vụ biểu diễn dữ liệu quan trắc theo thời gian thực, dữ liệu cho các mô hình cảnh báo, thống kê báo cáo. Ngoài ra, máy chủ có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ, chức năng quản trị hệ thống, quản trị người dùng, bảo mật dữ liệu, phân tích xử lý dữ liệu, chạy các
mô hình cảnh báo sớm.
2.1.1. Cấu trúc của các node.
Hình 2. 2: Cấu trúc của các node
Thiết bị gồm 5 khối chính kết hợp với nhau tạo nên một thiết bị hoạt động ổn định:
Khối nguồn và sạc pin: Nhận nguồn năng lượng được chuyển hóa từ quang năng thành điện năng(pin năng lượng mặt trời). Khối nguồn cung cấp điện năng cho toàn bộ thiết bị hoạt động và đồng thời cơ chế tự sạc pin dự phòng để sử dụng lúc cần thiết.
Vi điều khiển: Là trung tâm điều khiển mọi hoạt động của hệ thống: nhận các dữ liệu đầu vào,các yêu cầu được cài đặt, xử lý và gửi đi theo yêu cầu.
Module RF: Có chức năng gửi và nhận dữ liệu tới gateway theo phương thức truyền thông RF Lora.
Khối cảm biến: Là các cảm biến cho phép thu thập thông tin thông số
về môi trường nước trong nuôi trồng một cách chính xác nhất.
Khối hiển thị và cảnh báo: Là các đèn led cho ta biết chế động hoạt động của thiết bị.
Nguyên lý hoạt động
Vi điều khiển thu thập và xử lý các thông tin từ các cảm biến. Khi nhận được yêu cầu gửi dữ liệu từ trạm chính, trạm con sẽ gửi dữ liệu lên cho trạm chính.
Yêu cầu đối với từng khối
- Vi điều khiển: có các bộ ADC để đọc giá trị từ các cảm biến và 1 cổng truyền thông nối tiếp, giá thành thấp.
- Các cảm biến đạt chuẩn công nghiệp, có khả năng chống nước và độ chính xác cao, hoạt động ổn định, lâu dài.
- Công suất sạc của pin mặt trời lớn hơn công suất tiêu thụ của toàn mạch.
- Module RF phải có khả năng truyền nhận tín hiệu ở khoảng cách xa, không bị nhiễu tín hiệu, giá thành rẻ.
2.1.2. Cấu trúc của gateway.
Hình 2. 3: Cấu trúc của gateway
Thiết bị gateway gồm 5 khối:
Khối nguồn: Sử dụng trực tiếp nguồn điện lưới chuyển thành mức điện
áp thích hợp để duy trì hoạt động cho toàn mạch.
Vi điều khiển: Là trung tâm điều khiển mọi hoạt động của hệ thống: nhận các dữ liệu đầu vào,các yêu cầu được cài đặt, xử lý và gửi đi theo yêu cầu.
Module wifi: Có chức năng gửi và nhận dữ liệu tới Web server theo phương thức truyền thông Wifi.
Module RF: Có chức năng gửi và nhận dữ liệu tới các node theo phương thức truyền thông RF Lora.
Khối hiển thị và cảnh báo: Bao gồm màn hình LCD và đèn led cho ta biết chỉ số đo được từ các node.
Nguyên lý hoạt động:
Vi điều khiển tại gateway gửi đi tín hiệu yêu cầu cho các node. Sau
đó thu thập và xử lý các thông tin từ các node gửi về và hiển thị,đưa ra cảnh báo tại chỗ nếu có giá trị vượt ngưỡng quy định. Vi điều khiển còn
có nhiệm vụ đưa dữ đã xử lý lên web server thông qua Module WiFi. Gateway thực hiện gửi dữ liệu lên web server theo tần xuất được quy định trước.
Yêu cầu đối với từng khối
- Khối nguồn: Công suất đầu ra đáp ứng được với tổng công suất của các thiết bị trong toàn mạch.
- Vi điều khiển: Hỗ trợ chức năng WiFi và 1 cổng truyền thông nối tiếp.
- Module RF phải có khả năng truyền nhận tín hiệu ở khoảng cách xa, không bị nhiễu tín hiệu, giá thành rẻ.
- Khối hiển thị LCD có độ phân giải đáp ứng được nội dung cần hiển thị.