đề tài đồ án Đo nhiệt độ, độ ẩm sử dụng cảm biến dht11 truyền thông qua mạng lora có bao gồm code.đề tài đồ án Đo nhiệt độ, độ ẩm sử dụng cảm biến dht11 truyền thông qua mạng lora có bao gồm code.đề tài đồ án Đo nhiệt độ, độ ẩm sử dụng cảm biến dht11 truyền thông qua mạng lora có bao gồm code.đề tài đồ án Đo nhiệt độ, độ ẩm sử dụng cảm biến dht11 truyền thông qua mạng lora có bao gồm code.đề tài đồ án Đo nhiệt độ, độ ẩm sử dụng cảm biến dht11 truyền thông qua mạng lora có bao gồm code.
Tổng quan về mạng cảm biến không dây
Mạng cảm biến không dây
Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) bao gồm một tập hợp các thiết bị cảm biến sử dụng các liên kết không dây (vô tuyến, hồng ngoại hoặc quang học) để phối hợp thực hiện nhiệm vụ thu thập thông tin dữ liệu phân tán với quy mô lớn trong bất kỳ điều kiện và ở bất kỳ vùng địa lý nào Mạng cảm biến không dây có thể liên kết trực tiếp với nút quản lý giám sát trực tiếp hay gián tiếp thông qua một điểm thu phát (Sink) và môi trường mạng công cộng như Internet hay vệ tinh Các nút cảm biến không dây có thể được triển khai cho các mục đích chuyên dụng như điều khiển giám sát và an ninh; kiểm tra môi trường; tạo ra không gian sống thông minh; khảo sát đánh giá chính xác trong nông nghiệp; trong lĩnh vực y tế; Lợi thế chủ yếu của chúng là khả năng triển khai hầu như trong bất kì loại hình địa lý nào kể cả các môi trường nguy hiểm không thể sử dụng mạng cảm biến có dây truyền thống.
Trong mạng cảm ứng không dây (WSN), các node mạng thường là các thiết bị nhỏ gọn, có chi phí thấp và số lượng lớn được phân bố trên diện tích rộng nhằm thu thập dữ liệu hiệu quả Những thiết bị này thường sử dụng nguồn năng lượng hạn chế như pin, do đó cần hoạt động lâu dài từ vài tháng đến vài năm Ngoài ra, node mạng WSN còn phải chịu đựng môi trường khắc nghiệt như chất độc, ô nhiễm và nhiệt độ cao để đảm bảo hoạt động liên tục và ổn định trong các điều kiện khó khăn.
Các node mạng cảm ứng (sensor nodes) có chức năng quan sát môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, âm thanh, độ rung, độ bức xạ và ô nhiễm, giúp theo dõi hoặc định vị các mục tiêu cố định hoặc di động Các node này giao tiếp với nhau qua mạng vô tuyến không dây phi thể thức (Wireless Ad-hoc network) và truyền dữ liệu về trung tâm xử lý (base station) bằng kỹ thuật truyền đa chặng (multi-hop), đảm bảo hoạt động liên tục và hiệu quả của hệ thống mạng cảm ứng.
Hình 1 Mô hình đơn giản của mạng cảm biến không dây
Mô hình đơn giản của mạng cảm biến không dây (WSN) được mô tả như hình 1.1, trong đó các nút cảm biến được phân bố đều trong một trường cảm biến Mỗi nút cảm biến có khả năng thu thập dữ liệu từ môi trường xung quanh, giúp giám sát các điều kiện khác nhau Các nút cảm biến giao tiếp với nhau qua mạng vô tuyến ad-hoc, tạo thành một hệ thống liên kết linh hoạt để truyền dữ liệu Dữ liệu thu thập được sẽ được truyền về trung tâm xử lý thông qua kỹ thuật truyền đa chặng, đảm bảo tính liên tục và độ tin cậy của dữ liệu trong mạng cảm biến không dây.
Kiến trúc ngăn xếp giao thức mạng cảm biến không dây
Kiến trúc ngăn xếp giao thức cho mạng cảm biến di động (WSN) được trình bày trong hình 1.2, bao gồm các lớp và mặt phẳng quản lý giúp các nút hoạt động hiệu quả và phối hợp chặt chẽ Các mặt phẳng này đảm bảo việc định tuyến dữ liệu chính xác trong mạng cảm biến di động và tối ưu hóa việc chia sẻ tài nguyên giữa các nút cảm biến Tính nhất quán và hiệu quả của kiến trúc này góp phần nâng cao hiệu suất vận hành của mạng cảm biến, đồng thời hỗ trợ các ứng dụng yêu cầu kết nối liên tục và ổn định.
Hình 2 Kiến trúc giao thức mạng cảm biến
Mặt phẳng quản lý công suất đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều hành cảm biến, giúp tối ưu hóa nguồn năng lượng của thiết bị Các cảm biến thường sử dụng nguồn năng lượng của chính mình và có khả năng tắt bộ thu sau khi nhận được tín hiệu nhằm tiết kiệm năng lượng Khi mức công suất của cảm biến giảm xuống thấp, nó sẽ gửi thông báo cho các cảm biến lân cận để cập nhật trạng thái và tránh tham gia vào quá trình định tuyến, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và kéo dài tuổi thọ hệ thống.
Mặt phẳng quản lý di động có vai trò phát hiện và đăng ký các sự chuyển động của các nút cảm biến trong mạng cảm biến không dây Các nút cảm biến này theo dõi và xác định các nút hàng xóm của chúng để duy trì liên kết và cập nhật trạng thái mạng một cách chính xác Điều này giúp tối ưu hóa việc truyền dữ liệu và nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống cảm biến di động.
Mặt phẳng quản lý đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng và sắp xếp nhiệm vụ cảm biến giữa các nút trong một khu vực quan tâm Điều này đảm bảo rằng không phải tất cả các nút cảm biến đều hoạt động cùng một lúc, giúp tối ưu hóa hiệu quả cảm ứng và tiết kiệm năng lượng cho mạng lưới cảm biến Việc quản lý nhiệm vụ cảm biến một cách linh hoạt và thông minh góp phần nâng cao khả năng giám sát và thu thập dữ liệu chính xác trong hệ thống cảm biến rộng lớn.
Lớp vật lý có trách nhiệm lựa chọn tần số, tạo tần số sóng mạng, phát hiện tín hiệu và điều chế dữ liệu.
Lớp liên kết dữ liệu
Lớp liên kết dữ liệu chịu trách nhiệm ghép các dòng dữ liệu, phát hiện khung dữ liệu, điều khiển lỗi và điều khiển truy nhập kênh truyền Nó đảm bảo sự tin cậy của các kết nối điểm - điểm và điểm - đa điểm trong mạng.
Các nút cảm biến được phân bố rải rác với mật độ cao trong toàn bộ trường cảm biến, giúp thu thập dữ liệu đa dạng và chính xác Lớp mạng của các mạng cảm biến thường được thiết kế theo các quy tắc tối ưu để đảm bảo khả năng truyền dữ liệu hiệu quả và mở rộng dễ dàng trong hệ thống.
Vấn đề hiệu quả năng lượng luôn là vấn đề được quan tâm nhất.
Các mạng cảm biến chủ yếu là tập trung dữ liệu.
Ngoài việc định tuyến, các nút chuyển tiếp có thể tổng hợp các dữ liệu từ các nút lân cận thông qua việc xử lý cục bộ.
Sự phát triển của các giao thức lớp giao vận đối mặt với nhiều thách thức do các nút cảm biến vốn bị giới hạn về phần cứng như năng lượng và bộ nhớ Vì vậy, mỗi nút cảm biến không thể lưu trữ lượng lớn dữ liệu như các máy chủ trên Internet, đặt ra yêu cầu tối ưu hóa hiệu quả truyền dữ liệu trong mạng cảm biến.
Lớp ứng dụng bao gồm các ứng dụng chính và chức năng quản lý, đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống Ngoài ra, lớp này còn xử lý các truy vấn và chức năng quản lý chung, giúp tối ưu hóa quá trình vận hành Các chương trình ứng dụng cụ thể hỗ trợ các nhiệm vụ riêng biệt, phối hợp nhịp nhàng với các chức năng quản lý để nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống.
Tổng quan về Internet of Things (IoTs)
Mạng lưới vạn vật kết nối Internet (IoT) là một mạng lưới các thiết bị, đồ vật và con người được gán định danh riêng, có khả năng truyền tải và trao đổi thông tin qua một nền tảng duy nhất mà không cần tương tác trực tiếp IoT phát triển từ sự kết hợp của công nghệ không dây, vi cơ điện tử và Internet, tạo thành tập hợp các thiết bị có thể kết nối với nhau, với Internet và thế giới bên ngoài để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.
Hình 3 Hình ảnh mô tả Internet of Things
Một vài mô hình ứng dụng về IoTs
Lưới điện thông minh (hay hệ thống điện thông minh) là hệ thống sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông để tối ưu hóa việc truyền tải và phân phối điện năng từ nhà sản xuất đến hộ tiêu thụ Hệ thống này hợp nhất cơ sở hạ tầng điện với cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc, nhằm nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của mạng lưới điện Một hệ thống điện thông minh gồm hai lớp chính: lớp 1 là hệ thống điện truyền thống, trong khi lớp 2 gồm hệ thống thông tin, truyền thông và đo lường giúp giám sát và điều khiển hiệu quả hơn.
Hình 4 Mô hình hệ thống lưới điện thông minh
1.4.2 Công nghệ chống ồn cho cửa sổ thông minh: Để chống ồn cho những ngôi nhà nằm trong thành phố đông đúc, sôi động, các nhà khoa học tại Viện nghiên cứu âm thanh và rung động tại Đại học Southampton (Anh) và các đồng nghiệp tại Singapore, Nhật Bản đã thử nghiệm áp dụng công nghệ chống ồn chủ động (như ở thiết kế các tai nghe chống ồn) lên cửa sổ, biến chúng thành các cửa sổ thông minh loại bỏ được các tạp âm từ môi trường bên ngoài Theo đó, các nhà nghiên cứu đã trang bị cho cửa sổ thiết bị cảm biến ghi lại những sóng âm diễn ra liên tục, lặp đi lặp lại như tiếng tạo ra từ bánh xe chạy trên đường, tiếng cánh quạt quay, tiếng còi xe… Sau đó, các thiết bị điện tử sẽ lập biểu đồ sóng âm và tạo ra những sóng âm ngược pha với những sóng âm thu được Hai hỗn hợp sóng âm này gặp nhau, vì chúng dao động ngược hướng nhau nên sẽ triệt tiêu lẫn nhau, nhờ đó các tiếng ồn không thể dội vào trong nhà.
Hình 5 Công nghệ chống ồn cho cửa sổ thông minh.
Chuẩn truyền thông LoRaWan
Cấu trục mạng LoRaWan
Một thiết bị hỗ trợ LoRaWan sẽ có cấu trúc software như sau:
Hình 6 Các cấu trúc của Lora
Thiết bị đầu cuối định hướng hai chiều Class A cho phép truyền thông hai chiều với mỗi thiết bị truyền đường lên theo sau bởi hai cửa sổ thu nhận đường xuống ngắn hạn chế, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu truyền dữ liệu đơn giản Các khe truyền dẫn được lên kế hoạch dựa trên nhu cầu riêng của từng thiết bị, sử dụng biến thể nhỏ dựa trên cơ sở thời gian ngẫu nhiên (giao thức ALOHA) Hoạt động của Class A là hệ thống thiết bị đầu cuối thấp nhất, chỉ cần truyền dữ liệu đường xuống ngay sau khi gửi đường truyền đường lên, trong khi liên lạc xuống từ máy chủ tại các thời điểm khác sẽ phải chờ đợi đến lượt tiếp theo.
Thiết bị đầu cuối định hướng hai chiều với các khe tiếp nhận theo lịch trình (Lớp B) mở rộng khả năng nhận dữ liệu ngoài các cửa sổ nhận ngẫu nhiên của lớp A Các thiết bị lớp B nhận thêm các cửa sổ theo lịch đã được định sẵn, giúp đảm bảo dữ liệu được tiếp nhận đúng thời gian đã lập trình Để thiết bị đầu cuối mở cửa sổ nhận đúng lịch, nó nhận chỉ dẫn đồng bộ hóa thời gian từ gateway, giúp máy chủ xác định chính xác thời điểm thiết bị đang lắng nghe dữ liệu.
Thiết bị đầu cuối định hướng hai chiều với khe tiếp nhận cực đại (Class C) hoạt động liên tục mở các cửa sổ nhận để tối ưu hóa khả năng bắt tín hiệu, chỉ đóng khi có hoạt động truyền dữ liệu.
Hình 7 Các lớp của LoraWAN
Trong cấu trúc này thì LoraWan bao gồm Lora Mac (Class A, Class
B, Class C) và hoạt động dựa trên lớp PHY là chip Lora Ở mỗi vùng khác nhau trên thế giới thì thiết bị LoraWan phải cấu hình cho chip Lora hoạt động ở dãy băng tần cho phép như 433Mhz, 915MHz, v.v
Kiến trúc LoRaWAN
Các thiết bị LoRaWan kết nối với nhau theo mô hình Star trong đó các thiết bị node sẽ gửi dữ liệu đến các thiết bị Gateway để từ đó sẽ gửi lên server và thực hiện xử lý dữ liệu trên server
Hình 8 Kiến trúc mạng Lora.
Do đó trong 1 mạng LoRaWan sẽ có 2 loại thiết bị:
Device node: là các thiết bị cảm biến, hoặc các thiết bị giám sát được lắp đặt tại các vị trí làm việc ở xa để lấy và gửi dữ liệu về các thiết bị trung tâm Có 3 loại device node là Class A, Class B và Class C
Gateway là thiết bị trung tâm chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu từ các thiết bị node và truyền dữ liệu lên máy chủ trung tâm để xử lý Các Gateway thường được lắp đặt ở vị trí có nguồn năng lượng ổn định và tích hợp các kết nối mạng như Wifi, LAN, GSM giúp dễ dàng gửi dữ liệu đến server một cách hiệu quả.
Điều khiển truy cập theo kênh truyền
Cấu trúc LoraWAN network thì thường được đặt trong mô hình star- of-stars mà Gateways là một cầu nối được ẩn đi chuyển tiếp các message giữa thiết bị đầu cuối với server trung tâm network ở backend CácGateway được kết nối với server của network thông qua kết nối IP chuẩn trong khi thiết bị đầu cuối dùng giao tiếp không dây single-hop đến một hoặc nhiều gateway.
Nguyên lý hoạt động của LoRa
LoRa sử dụng kỹ thuật điều chế gọi là Chirp Spread Spectrum Có thể hiểu nôm na nguyên lý này là dữ liệu sẽ được băm bằng các xung cao tần để tạo ra tín hiệu có dãy tần số cao hơn tần số của dữ liệu gốc (cái này gọi là chipped); sau đó tín hiệu cao tần này tiếp tục được mã hoá theo các chuỗi chirp signal (là các tín hiệu hình sin có tần số thay đổi theo thời gian; có 2 loại chirp signal là up-chirp có tần số tăng theo thời gian và down-chirp có tần số giảm theo thời gian; và việc mã hoá theo nguyên tắc bit 1 sẽ sử dụng up-chirp, và bit 0 sẽ sử dụng down-chirp) trước khi truyền ra anten để gửi đi.
Sử dụng tín hiệu chirp giúp các thiết bị LoRa hoạt động trong cùng một khu vực mà không gây nhiễu lẫn nhau nhờ vào các chirp rate khác nhau Điều này cho phép nhiều thiết bị LoRa truyền dữ liệu đồng thời trên nhiều kênh khác nhau, mỗi kênh tương ứng với một chirp rate riêng biệt Công nghệ này nâng cao khả năng truyền dẫn dữ liệu hiệu quả và giảm thiểu xung đột giữa các thiết bị trong mạng LoRa.
Radio packet của LoRa như hình sau:
- Các dữ liệu trong 1 radio packet của LoRa, bao gồm:
Preamble: Là chuỗi binary để bộ nhận detect được tín hiệu của LoRa packet trong không khí.
Header: chứa thông tin về size của Payload cũng như có PayloadCRC hay không Giá trị của Header cũng được check CRC kèm theo.
Payload: là dữ liệu ứng dụng truyền qua LoRa.
Payload: giá trị CRC của Payload Nếu có PayloadCRC, LoRa chip sẽ tự kiểm tra dữ liệu trong Payload và báo lên nếu CRC OK hay không.
Vì sao phải sử dụng công nghệ LoRa
Sự phát triển của Internet of Things (IoT) bị giới hạn bởi dung lượng mạng, khả năng hoạt động của thiết bị không cần thay pin và tính năng mã hóa truyền dẫn bí mật Các tính năng tích hợp trong công nghệ LoRa đáp ứng đầy đủ những yêu cầu này, giúp mở rộng khả năng kết nối và phát triển của IoT trên diện rộng.
Với công nghệ LoRa, dữ liệu có thể được truyền xa tới hàng km mà không cần mạch khuếch đại công suất, giúp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ Công nghệ này thích hợp rộng rãi trong các ứng dụng thu thập dữ liệu như mạng cảm biến (sensor network), nơi các cảm biến (sensor node) gửi dữ liệu đo đạc về trung tâm cách xa hàng km và hoạt động lâu dài trên pin.
Hình 11 Bảng so sáng LoRa so với các công nghệ khác
Các thiết bị IoT ngày nay chọn từ một số công nghệ để hỗ trợ liên lạc của họ nhưng không có thiết bị nào là lý tưởng Wi-Fi có ở khắp mọi nơi, nhưng nó sử dụng nhiều năng lượng và truyền nhiều dữ liệu Đây không phải là một kết hợp hoàn hảo cho thiết bị IoT không có năng lượng dự phòng và thường gửi dữ liệu hạn chế với số lượng nhỏ Và cũng có những hạn chế về số lượng mà bộ định tuyến Wi-Fi có thế xử lý và chúng có thế hết dung lượng khi số lượng thiết bị IoT trong nhà tăng lên.
Công nghệ Bluetooth cho phép các thiết bị giao tiếp trong phạm vi hạn chế về không gian, phù hợp cho các ứng dụng truyền dữ liệu gần Giống như Wi-Fi, Bluetooth cũng tiêu tốn nhiều năng lượng để vận hành Trong khi đó, Zigbee có công suất thấp, truyền dữ liệu qua khoảng cách xa hơn và tiêu thụ năng lượng ít hơn, nhưng tốc độ truyền dữ liệu lại chậm hơn Tuy nhiên, không phải tất cả các dự án triển khai Zigbee đều tương thích với nhau, đòi hỏi sự xem xét kỹ lưỡng khi lựa chọn công nghệ phù hợp cho các ứng dụng IoT.
Thiết kế phần cứng
Kit Arduino Uno R3
Phần mềm Arduino IDE: được gọi là sketches, được tạo ra trên máy tính có tích hợp môi trường phát triển(IDE) IDE cho phép bạn viết, chỉnh sửa code và chuyển đổi sao cho phần cứng có thể hiểu IDE dùng để biên dịch và nạp vào Arduino (quá trình sử lý này gọi là UPLOAD).
Phần cứng Arduino là các board Arduino chịu trách nhiệm thực thi các chương trình lập trình, điều khiển hoặc phản hồi các tín hiệu điện Các thành phần được kết nối trực tiếp vào board Arduino để tương tác với thế giới thực, bao gồm cảm biến như cảm biến siêu âm, gia tốc và các thiết bị chuyển mạch Ngoài ra, các thiết bị truyền động như đèn, motor, loa và các thiết bị hiển thị cũng được tích hợp để mở rộng chức năng của hệ thống Arduino.
Hầu hết các board Arduino sử dụng kết nối kiểu USB dùng để cấp nguồn và upload dữ liệu cho board Arduino.
Hình 12 Board cơ bản của Arduino Uno
1.2 Thành phần phần cứng của KIT:
Hình 13 Hình mặt trên của Arduino Uno Thông số kỹ thuật:
Điện áp đầu vào tới hạn 6-20V.
Chân vào ra số là 14 chân (trong đó có 6 chân băm xung PWM).
Chân đầu vào tương tự có 6 chân.
Dòng DC vào ra trên chân là 40mA.
Dòng đầu ra ở chân 3.3V là 50mA.
Bộ nhớ Flash 32KB(ATMega328) trong đó 0.5KB sử dụng cho bootloader.
Arduino IDE là nơi để soạn thảo code, kiểm tra lỗi và upload code cho Arduino
Module LoRa SX 1278 và cảm biến DHT 11
SX1278 là module truyền thông có công suất 100mW, hoạt động ở tần số 433MHz, sử dụng cổng Serial để gửi nhận dữ liệu Với khả năng truyền xa tối đa lên đến 3000m, module này phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp và IoT Được tích hợp cơ chế FEC giúp tự động truyền lại dữ liệu khi xảy ra lỗi, nâng cao độ tin cậy của truyền thông Module có 4 chế độ hoạt động khác nhau, trong đó có chế độ tiết kiệm điện năng phù hợp cho các hệ thống yêu cầu tiêu thụ điện năng cực thấp Công nghệ của SX1278 giúp tối ưu hiệu suất truyền tải dữ liệu trong các môi trường đa dạng.
Hình 15 Các chế độ truyền nhận của module LoRa SX1728
-IC chính: SX1278 từ SEMTECH.
-Điện áp hoạt đông: 2.3 - 5.5 VDC
-Điện áp giao tiếp: TTL
-Giao tiếp UART Data bits 8, Stop bits 1, Parity none, tốc độ từ
-Khoảng cách truyền tối đa trong điều kiện lý tưởng: 3000m
-Tốc độ truyền: 0.3 - 19.2 Kbps ( mặc định 2.4 Kbps)
-Hỗ trợ 65536 địa chỉ cấu hình có 32 kênh
Cảm biến đọc khoảng cách thông minh
Hệ thống thu thập dữ liệu tự động
Module sử dụng điện áp trong dải từ 1.9V - 3.6V DC
Hình 17 Tín hiệu AUX báo hiệu hoạt động của module
Khi có tín hiệu vào TXD, tín hiệu AUX xuất ra thấp, báo hiệu đã có tín hiệu truyền serial Sau khi truyền xong, tín hiệu AUX trở lại mức cao (AUX=1), cho thấy quá trình truyền dữ liệu đã hoàn tất và hệ thống quay trở về trạng thái chờ dữ liệu ban đầu.
2.2 Cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm (DHT 11):
Trong thiết kế của chúng tôi, sử dụng cảm biến DHT11 để đo nhiệt độ và độ ẩm DHT11 là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm phổ biến, ra đời sau nhằm thay thế dòng SHT1x trong các ứng dụng không yêu cầu độ chính xác cao về nhiệt độ và độ ẩm Việc lựa chọn DHT11 giúp giảm chi phí và phù hợp với các dự án cần đo đạc không đòi hỏi độ chính xác vượt trội.
DHT11có cấu tạo 3 chân như hình Nó sử dụng giao tiếp số theo chuẩn 1 dây
Dải đo nhiệt độ: -40-80 độ C.
Sai số nhiệt độ: +-0.5 độ C.
Thiết kế
3.1 Giải pháp thiết kế Node con
3.1.1 Sơ đồ ghép nối phần cứng
Hình 19 Sơ đồ ghép nối phần cứng
Sơ đồ khối ghép nối phấn cứng Node con bao gồm có 4 khối chức năng:
Khối nguồn đóng vai trò chính trong việc cung cấp nguồn điện ổn định cho toàn bộ mạch điều khiển Nó đảm bảo cung cấp điện cho các phần quan trọng như khối vi điều khiển, cảm biến và hệ thống truyền thông Việc cung cấp nguồn điện chính xác và ổn định góp phần vào hiệu suất hoạt động của hệ thống điều khiển tự động Sự ổn định của nguồn điện là yếu tố then chốt để đảm bảo các thành phần hoạt động liên tục và tin cậy.
Khối 2: Khối vi điều khiển
Khối vi điều khiển ARDUINO UNO R3 sẽ nhận tín hiệu từ cảm biến và gửi bản tin đến GateWay thông qua module truyền thông SX1278.
Khối cảm biến sẽ lắng nghe thay đổi của môi trường, sau đó sẽ gửi tín hiệu điện áp về vi điều khiển.
Khối 4: Khối truyền thông SX1278
Khối truyền thông có nhiệm vụ gửi các bản tin dữ liệu từ nút con đến Gateway.
3.1.2 Lưu đồ thuật toán Node con
Hình 20 Lưu đồ thuật toán Node con
Giải thích lưu đồ thuật toán:
Sau khi cấp nguồn cho Node con, vi điều khiển sẽ thực hiện cấu hình các tham số và cấu hình hệ thống Sau đó thực hiện đọc giá trị các cảm biến, nếu nhận giá trị các cảm biến thành công sẽ tiến hành truyền dữ liệu về GateWay Quá trình này lặp lại đọc dữ liệu cảm biến.
3.1.3 Sơ đồ nguyên lí thiết kế phần cứng
Bao gồm 1 Kit Arduino Uno R3, 1 module LoRa SX 1278 và 1 cảm biến DHT11
Hình 21 Sơ đồ ghép nối Node con
3.2 Giải pháp thiết kế GateWay:
3.2.1 Sơ đồ ghép nối phần cứng:
Hình 22 Sơ đồ ghép nối GateWay
Sơ đồ khối ghép nối phấn cứng Node chủ bao gồm có 4 khối chức năng :
Khối nguồn có vai trò chính trong việc cung cấp nguồn điện ổn định cho toàn bộ hệ thống điều khiển, bao gồm vi điều khiển, cảm biến và các khối truyền thông Đây là thành phần quan trọng đảm bảo hoạt động liên tục và chính xác của các thiết bị trong hệ thống Việc cung cấp nguồn điện phù hợp giúp tối ưu hiệu suất và duy trì độ bền của các phần tử khác nhau trong mạch điều khiển.
Khối 2: Khối vi điều khiển
Khối vi điều khiển Arduino Uno R3 sẽ nhận tín hiệu từ Module truyền thông SX1278 rồi chuyển đến máy tính
Khối 3: Khối truyền thông SX1278
Khối truyền thông sẽ SX1278 nhận bản tin dữ liệu từ Node con khi có tín hiệu dữ liệu từ vi điều khiển.
Khối nhận dữ liệu tử vi xử lý Arduino và cho ra kết quả trên màn hình.
3.2.2 Lưu đồ thuật toán xử lý GateWay:
Hình 23 Lưu dồ thuật toán xử lý GateWay
Sau khi cấp nguồn cho Gateway, vi điều khiển tiến hành cấu hình các tham số và thiết lập hệ thống phù hợp, đồng thời lắng nghe dữ liệu từ các node cảm biến Dữ liệu nhận được từ các cảm biến sau đó sẽ được gửi lên cơ sở dữ liệu để lưu trữ một cách an toàn và hiệu quả, hỗ trợ quản lý hệ thống IoT chặt chẽ.
3.2.3 Sơ đồ nguyên lí thiết kế phần cứng:
1 module LoRa SX 1278, 1 kit Arduino Uno R3
Hình 24 Sơ đồ ghép nối GateWay
Thiết kế phần mềm
Mã nguồn sensor node
#include const int DHTPIN ; const int DHTTYPE = DHT11;
SoftwareSerial mySerial(TX, RX); int a = 0; void setup() {
Serial.begin(9600); mySerial.begin(9600); dht.begin();
{ int x; float h = dht.readHumidity(); float t = dht.readTemperature(); a = a+1; x = a%2; if (x==1){
Mã nguồn Gateway node
SoftwareSerial mySerial(TX, RX); int y = 1; float a,b; void setup() {
} void loop() { if(mySerial.available()>1){ y = y+1; a = b;
String input= mySerial.readString(); b = input.toFloat(); float t = max(a,b); float h = min(a,b);
Kết quả thực hiện
3 Màn hình hiển thị kết quả trên máy tính: