CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG IOT TRONG NÔNG NGHIỆP
2.2. MẠNG CẢM BIẾN VÀ GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY
2.2.1. Mạng cảm biến không dây
Hình 2.11. Sơ đồ mạng cảm biến thực nghiệm nhà kính
Đề tài thiết kế và xây dựng một mạng cảm biến ngang hàng được mô tả như Hình 2.11. Các nút cảm biến có vai trò như nhau trong mạng cảm biến, dữ liệu được truyền trực tiếp về khối trung tâm mà không thông qua các nút trung gian được thực hiện theo phương thức truy cập phân chia theo thời gian với kĩ thuật TDMA cải tiến. Dữ liệu sau khi gửi về khối xử lý trung tâm sẽ được gửi lên webserver và được theo dõi thông qua các ứng dụng người dùng.
2.2.1.1. Thuật toán khối cảm biến
Khối cảm biến có chức năng thu thập những trạng thái, quá trình vật lý hay hóa học ở môi trường cần khảo sát ( nhiệt độ, độ ẩm của không khí và đất, ánh sáng…) biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái đó. Sau đó
thông tin được đưa đến vi điều khiển để xử lý và rút ra tham số định tính hoặc định lượng của môi trường .
Nguyên tắc hoạt động của khối cảm biến được diễn tả bằng lưu đồ thuật toán như Hình 2.12. Đầu tiên khối cảm biến sẽ đọc dữ liệu từ các cảm biến rồi gửi tín hiệu “Ping” đến hệ thống trung tâm rồi chờ và kiểm tra phản hồi từ hệ thống trung tâm, nếu sai thì sẽ chờ một thời gian quay lại tiếp tục gửi yêu cầu, nếu đúng sẽ gửi dữ liệu và chuyển sang chế độ ngủ ngắn để tiết kiệm năng lượng và chờ đến lượt gửi tiếp theo.
Hình 2.12. Lưu đồ thuật toán khối cảm biến
2.2.1.2. Thuật toán khối điều khiển trung tâm
Khối điều khiển trung tâm là bộ não của hệ thống, có nhiệm vụ thu thập thông tin từ các khối cảm biến, xử lý thông tin, đưa ra các quyết định để điều khiển các thiết bị cũng như giao tiếp với người dùng. Khối này còn có chức năng triển khai giao thức truyền thông không dây với các cảm biến, đóng vai trò như một máy chủ trong mạng cảm biến không dây. Bên cạnh đó, khối điều khiển trung tâm còn được hỗ trợ khả năng đảm bảo hoạt động theo thời gian thực. Điều này giúp gia tăng các tính năng hoạt động của khối.
Nguyên lý hoạt động của khối nhận dữ liệu qua mạch thu sóng RF và gửi dữ liệu lên server lưu trữ dữ liệu được diễn tả bằng lưu đồ thuật toán như Hình 2.13.
Hình 2.13. Lưu đồ thuật toán khối nhận dữ liệu
Bắt đầu vào quá trình gửi dữ liệu, nếu đã đến giờ hệ thống sẽ kiểm tra xem có dữ liệu hay chưa. Nếu có thì hệ thống sẽ gửi dữ liệu lên web rồi quay lại kiểm tra dữ liệu hoặc nếu chưa tới giờ gửi thì hệ thống cũng sẽ đi kiểm tra dữ liệu. Nếu chưa có dữ liệu thì hệ thống sẽ quay lại từ đầu đề chờ đến giờ gửi, nếu đúng là có tín hiệu thì hệ thống sẽ đọc tín hiệu từ RF để nhận “Ping”. Nếu sai thì sẽ quay lại từ đầu để chờ đến giờ gửi, nếu đúng thì sẽ gửi tín hiệu phản hồi ACK, giữ địa chỉ ID, chờ đọc dữ liệu từ RF, sau khi nhận được dữ liệu từ RF hệ thống sẽ đi kiểm tra ID, nếu đúng thì hệ thống sẽ lưu dữ liệu rồi quay lại ban đầu, chờ đến giờ để gửi dữ liệu, nếu sai ID hệ thống sẽ hủy dữ liệu để quay lại ban đầu để chờ đến lần gửi tiếp theo.
2.2.1.3. Khối internet
Chip ESP8266 được phát triển bởi Espressif để cung cấp giải pháp giao tiếp Wifi cho các thiết bị IoT. Điểm đặc biệt của dòng ESP8266 là nó được tích hợp các mạch RF, bộ khuếch đại công suất … ngay bên trong chip với kích thước rất nhỏ chỉ 5x5mm nên các bo mạch sử dụng ESP8266 không cần kích thước lớn cũng như không cần nhiều linh kiện xung quanh. Ngoài ra, giá thành của ESP8266 cũng rất thấp đủ để hấp dẫn các nhà phát triển sản phẩm IoT.
Với sự lựa chọn Arduino Mega 2560 làm bộ xử lý trung tâm ở trên thì việc giao tiếp với mạng là điều không thể vì bản thân Arduino Mega 2560 không được hỗ trợ kết nối mạng cũng như giao tiếp mạng. Vì thế yêu cầu đặt ra là phải có một khối trung gian để giúp Arduino có thể giao tiếp được với Internet, làm cầu nối để nhận dữ liệu từ khối xử lý trung tâm đưa lên website và ngược lại từ website đưa ngược về Arduino.
Với các yêu cầu kể trên, hiện nay dòng vi mạch ESP 8266 rất phổ biến và được ứng dụng rộng lớn, bản thân dòng này có rất nhiều phiên bản từ ESP 8266 V1 đến ESP 8266 V12, các dòng ESP 8266 kết tích hợp hẳn vào bo Arduino, ESP 8266 NODE MCU. Ở đây, đề tài sử dụng ESP 8266- ESP 01 như Hình 2.14, vì đây là dòng sản phẩm có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng, giá rẻ, có cổng
micro USB để nạp chương trình và cấp nguồn nên không cần mạch nạp trung gian.