báo cáo nghiên cứu ứng dụng mạng cảm biến không dây vào công tác phòng chống cháy rừng

báo cáo nghiên cứu ứng dụng mạng cảm biến không dây vào công tác phòng chống cháy rừng

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU ỨNG

DỤNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG

DÂY VÀO CÔNG TÁC PHÒNG

CHỐNG CHÁY RỪNG

SVTH:

TẠ ĐÌNH SANG

HOÀNG VÕ NGỌC ANH NGUYỄN THANH SANG Lớp 12ES-Khoa Điện-Điện tử-Trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng GVHD :

NGUYỄN TRUNG KIÊN

I TÓM TẮT NỘI DUNG

Công tác phòng chống cháy rừng thông qua việc sử dụng mạng cảm biến không dây, nhằm thay thế cho các phương pháp thủ công kém hiệu quả, cũng như các phương pháp hiện đại nhưng giá thành đắt đỏ.

Bằng cách ứng dụng các công nghệ cảm biến như: cảm nhiệt độ, độ ẩm, khói để thiết kế các node cảm biến, sau đó phân tán chúng vào môi trường rừng cần giám sát để tiến hành thu thập dữ liệu và gửi về trung tâm giám sát thông qua công nghệ truyền dữ liệu số không dây để tiến hành xử lý , mạng cảm biến không dây có khả năng theo dõi, dự báo, cảnh báo và

chống cháy rừng một cách hiệu quả

II YÊU CẦU THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 Tiêu thụ năng lượng.

2.2 Truyền thông.

2.3 Thiết kế phần cứng và phần mềm.

2.1 TIÊU THỤ NĂNG

LƯỢNG

 -Đóng vai trò quan trọng :

 Phân tán vào trong các khu vực rừng núi hẻo lánh, khó khăn trong việc tiếp cận để thay thế nguồn điện

 Việc tiếp cận để thay thế nguồn điện, do

đó bản thiết kế phải đảm bảo được mục tiêu thụ và tiết kiệm năng lượng

TỐI ƯU HÓA

THUẬT TOÁN PHẦN MỀM.

2.2 TRUYỀN THÔNG.

Có 3 loại truyền thông chính :

1 Loại truyền thông 1 chiều chỉ hỗ trợ từ

node cảm biến về trạm gốc.

2 Loại truyền thông 2 chiều có thể giao

tiếp giữa node và trạm gốc.

3 Loại truyền thông đa chiều các node có

thể giao tiếp với nhau để truyền thông tin Nhằm hạ giá thành và nâng cao hiệu quả làm việc bài báo cáo chỉ tập trung vào loại 1.

2.3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN

MỀM

 PHẦN CỨNG:

 Tích hợp một số loại cảm biến khác nhau, như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, khói nhằm nâng cao độ chính xác và tính tin cậy

 PHẦN MỀM:

 Tối ưu hóa các thuật toán định tuyến ,các quá trình xử lý tín hiệu số tại các node

cảm biến, giúp tiết kiệm năng lượng trong việc truyền nhận dữ liệu

3.THIẾT KẾ HỆ THỐNG

 Cung cấp mô hình thiết kế cho hệ thống giám sát và cảnh báo cháy rừng dựa trên mạng cảm biến không dây

 Phần này trình bày các vấn đề như mô hình tổng

quát của hệ thống, nguyên tắc hoạt động của các

thành phần, giới thiệu về chương trình quản lý và

mô hình node cảm biến

3.1MÔ HÌNH TỔNG QUÁT

 Hệ thống có mô hình mạng hình sao với:

 Một node xử lý trung tâm- Access Point, có nhiệm vụ thu thập và xử lý dữ liệu

 Nhiều node cảm biến- End Device, được phân bố trong phạm vi giám sát, có nhiệm vụ cảm biến các thông số môi trường và truyền dữ liệu về node trung tâm.

MÔ HÌNH MẠNG HÌNH SAO

 Ưu điểm:

 một node cảm biến bị sự cố thì mạng vẫn hoạt động bình thường.

 Cấu trúc mạng đơn giản, thuật toán điều khiển ổn định.

 Có thể mở rộng hoặc thu hẹp tùy nhu cầu sử dụng.

 Nhược điểm:

 Khi node trung tâm bị sự cố thì mạng không thể hoạt động.

 Khoảng cách thông tin hạn chế

3.2 NGUYÊN TẮC HOẠT

ĐỘNG

 End device (ED)

 Kết nối với Access Point.

 Hoạt động ở chế độ công suất thấp.

 Liên tục tính các thông số môi trường và gửi về Access Point để xử lý

THUẬT TOÁN CHO END DEVICE

3.2 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG

 Khởi tạo phần cứng, chuẩn giao tiếp, liên kết mạng.

 Lắng nghe tín hiệu và kết nối với ED.

 Sau khi nhận dữ liệu từ ED thì tiến hành đọc dữ liệu và

truyền tới mấy tính trung tâm hiển thị lên giao diện chương trình giám sát.

 Quá trình diễn ra liên tục và lặp đi lặp lại.

THUẬT TOÁN CHO ACCESS POINT

3.3 THIẾT KẾ NODE CẢM BIẾN

 Node cảm biến cần có khả năng thu thập một số loại dữ liệu khác nhau như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, khói và có thể xử

lý tín hiệu và truyền các gói tin về node thu thập dữ liệu trung tâm

Khối xử lý trung tâm

Khối phát sóng RF Khối nguồn

Cảm biến nhiệt

biến

độ ẩm

Cảm biến khói

Cảm biến ánh sáng

3.3.1 KHỐI XỬ LÝ

Sử dụng KIT MSP430F5510 là một

sản phẩm ứng dụng của MSP430với các đặc tính sử dụng nguồn tiêu thụ

phù hợp cho việc thiết kế node

Hỗ trợ chuyển đổi ADC, timer,

hỗ trợ giao tiếp UART

3.3.2 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ

 Cảm biến nhiệt độ được tích hợp sẵn

trong MSP430 tại channel A10 của ADC (Port6.1)

3.3.2 Bộ truyền tín hiệu

 Sử dụng Zigbee CC2500 tích hợp sẵn

trên KIT làm nhiệm vụ truyền dẫn vô

tuyến giữa các node Đặc điểm truyền

nhận vô tuyến

 - Độ nhạy cao

 - Tiêu thụ dòng thấp

 - Tốc độ dữ liệu từ 1.2 đến 500Kbaud

 - Dãy tần số từ 2.4GHz đến 2.4835GHz