Đồ án HCMUTE: Thiết kế hệ thống giám sát tự động sử dụng công nghệ mạng cảm biến không dây

Khám phá đồ án HCMUTE thiết kế hệ thống giám sát tự động với công nghệ mạng cảm biến không dây, ứng dụng trong quản lý và giám sát hiệu quả.

• Tác giả: Võ Thị Hương Giang
• Người hướng dẫn: ThS. Trần Thanh Mai
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử - Truyền Thông
• Đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát tự động sử dụng công nghệ mạng cảm biến không dây
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. Mục đích đề tài
• 1.2. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Tóm tắt đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Khảo sát vi điều khiển PIC16F887
• 2.1.1. Tổng quan về PIC
• 2.1.2. Các dòng PIC và cách lựa chọn vi điều khiển PIC
• 2.1.3. Lý do chọn vi điều khiển PIC
• 2.1.4. Ngôn ngữ lập trình cho PIC
• 2.1.5. Hình dạng thực tế của PIC16F887 40 chân
• 2.2. Tổng quan về mạng cảm biến không dây – Wireless Sensor Network
• 2.2.1. Khái niệm về mạng cảm biến không dây - WSN
• 2.2.2. Tổ chức và hoạt động của một mạng cảm biến không dây
• 2.2.3. Module WSN Xbee ZB ZigBee
• 2.2.4. Cảm biến nhiệt độ LM35
• 2.2.5. Cảm biến khói MQ-2
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 3.1. Thiết kế phần cứng hệ thống
• 3.1.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống báo cháy
• 3.1.2. Khối vi điều khiển
• 3.1.3. Khối cảm biến
• 3.1.4. Khối hiển thị
• 3.1.5. Thiết kế mạch in
• 3.1.6. Lưu đồ chương trình
• 3.1.7. Mạch thi công
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
• 4.1. Kết quả thực hiện
• 4.2. Hướng phát triển đề tài
• LIỆT KÊ HÌNH VẼ
• LIỆT KÊ BẢNG

Tóm tắt

I. Thiết kế hệ thống giám sát tự động

Đồ án tốt nghiệp tập trung vào thiết kế hệ thống giám sát tự động sử dụng mạng cảm biến không dây (WSN). Mục tiêu chính là đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả, độ chính xác và an toàn cho hệ thống. Công trình ứng dụng kiến thức đã học để thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống. Ứng dụng thực tiễn hướng đến phòng chống cháy nổ, đặc biệt ở những khu vực khó tiếp cận hoặc cần duy trì mỹ quan công trình.

1.1. Mạng cảm biến không dây WSN và công nghệ IoT

Đồ án sử dụng mạng cảm biến không dây (WSN) như nền tảng chính. Việc lựa chọn ZigBee như giao thức truyền thông được giải thích rõ ràng. Các cảm biến không dây như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, khí gas được khảo sát và tích hợp. Công nghệ IoT được đề cập, tuy chưa được khai thác sâu nhưng tiềm năng ứng dụng trong giám sát từ xa được nêu bật. Hệ thống nhắm đến khả năng giám sát thời gian thực và báo cáo tự động, góp phần vào giám sát môi trường và giám sát an ninh. Nền tảng IoT cung cấp khả năng mở rộng và kết nối với hệ thống lớn hơn. Ứng dụng IoT trong công nghiệp được xem như hướng phát triển tiềm năng.

1.2. Thu thập dữ liệu không dây và xử lý tín hiệu

Mô hình hệ thống tập trung vào thu thập dữ liệu không dây từ các cảm biến không dây giárẻ. Xử lý tín hiệu cảm biến được thực hiện trên vi điều khiển PIC16F887. Quá trình này bao gồm việc đọc dữ liệu từ các cảm biến, xử lý và chuyển đổi dữ liệu thành thông tin hữu ích. Xử lý tín hiệu cảm biến cần được tối ưu để đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy. Phần này cần đề cập đến thuật toán xử lý và các kỹ thuật loại bỏ nhiễu. Thu thập dữ liệu không dây đòi hỏi thiết kế giao thức truyền thông hiệu quả, giảm thiểu tổn hao dữ liệu và tăng cường độ bảo mật.

1.3. Kiến trúc và thiết kế phần cứng

Đồ án trình bày chi tiết kiến trúc hệ thống giám sát. Sơ đồ khối hệ thống được minh họa rõ ràng. Thiết kế phần cứng bao gồm lựa chọn vi điều khiển, cảm biến và module giao tiếp. Thiết kế mạch in được mô tả, đảm bảo tính khả thi và độ tin cậy. Vi điều khiển PIC16F887 đóng vai trò trung tâm, xử lý dữ liệu từ các cảm biến và điều khiển các thiết bị đầu ra. Thiết kế phần cứng cần tính toán đến khả năng tiêu thụ năng lượng thấp, đặc biệt quan trọng đối với hệ thống hoạt động không dây. Các thành phần phần cứng cần được chọn lựa phù hợp để đảm bảo tính ổn định và độ bền của hệ thống.

1.4. Phần mềm và thuật toán

Thiết kế phần mềm bao gồm việc lập trình vi điều khiển PIC16F887 sử dụng mikroC PRO for PIC. Lưu đồ chương trình được cung cấp, mô tả rõ ràng các bước xử lý. Thuật toán xử lý dữ liệu và điều khiển được trình bày chi tiết. Phần mềm cần đảm bảo khả năng thu thập, xử lý, truyền dữ liệu hiệu quả. Việc tối ưu phần mềm giúp giảm thiểu thời gian xử lý và tăng cường khả năng đáp ứng của hệ thống. Độ tin cậy và khả năng tự phục hồi của phần mềm cũng rất quan trọng.

1.5. Triển khai và quản lý hệ thống

Đồ án trình bày quá trình triển khai hệ thống giám sát. Việc kiểm tra và đánh giá chất lượng hệ thống được đề cập. Quản lý hệ thống được nhấn mạnh, bao gồm việc giám sát hoạt động, bảo trì và nâng cấp. An ninh mạng cho hệ thống giám sát cần được xem xét để bảo vệ dữ liệu và tránh truy cập trái phép. Chi phí triển khai hệ thống giám sát cần được cân nhắc, tìm kiếm giải pháp tối ưu về chi phí. Hiệu quả năng lượng của hệ thống giám sát cũng cần được đánh giá, đặc biệt đối với các hệ thống hoạt động bằng pin.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY GVHD: ThS. TRẦN THANH MAI NGUYỄN NGỌC MINH SVTH: VÕ THỊ HƯƠNG GIANG MSSV: 11941009 SKL 0 0 4 1 8 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 2/2016 do an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬCÔNG NGHIỆP --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY.

Trần Thanh Mai Nguyễn Ngọc Minh SVTH: Võ Thị Hương Giang Lớp: 11941DT MSSV: 11941009 TP. Hồ Chí Minh – 02/2016 do an TRƢỜNG ĐH. SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp.

Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 1 năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Thông tin sinh viên Họ và tên: Võ Thị Hƣơng Giang. MSSV: 11941009 Tel: [phone] Email: huonggiangspk301292@gmail. Thông tin đề tài Tên của đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát tự động sử dụng công nghệ mạng cảm biến.

Mục đích của đề tài: là đề xuất những giải pháp nâng cao hiệu quả an toàn, chính xác trong hệ thống giá sát tự động sử dụng công nghệ mạng cảm biến không dây. Vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống tự động, từ đó đƣa vào ứng dụng thực tiễn. Giúp cho việc phòng chống cháy nổ ở nƣớc ta có những phƣơng án mới và đạt đƣợc hiệu quả. Đồ án tốt nghiệp đƣợc thực hiện tại: Bộ môn Điện Tử Công Nghiệp, Khoa Điện - Điện Tử, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.

Thời gian thực hiện: Từ ngày 12/10/2015 đến 21/1 /2016 3. Các nhiệm vụ cụ thể của đề tài - Tìm hiểu kiến trúc và chức năng vi điều khiển PIC16F887. - Nghiên cứu mô hình mạng cảm biến không dây ZigBee chuẩn EEE802. - Khảo sát cảm biến cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, cảm biến khí ga.

- Thiết kế và kiểm tra chất lƣợng, độ tin cậy của hệ thống. Lời cam đoan của sinh viên Tôi – Võ Thị Hƣơng Giang cam đoan ĐATN là công trình nghiên cứu của bản thân tôi dƣới sự hƣớng dẫn của thạc sỹ Trần Thanh Mai và cao học Nguyễn Ngọc Minh. Các kết quả công bố trong ĐATN là trung thực và không sao chép từ bất kỳ công trình nào khác.HCM, ngày 21 tháng 2 năm 2016 SV thực hiện đồ án Võ Thị Hƣơng Giang Tp.HCM, ngày tháng năm 2016 Xác nhận của Bộ Môn Giáo viên hƣớng dẫn do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Thiết kế hệ thống giám sát tự động sử dụng công nghệ mạng cảm biến TRƢỜNG ĐH. SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP.

HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp. Hồ Chí Minh, ngày …. tháng 1 năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Võ Thị Hƣơng Giang. Tên đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát tự động sử dụng công nghệ mạng cảm biến.

Tuần/ngày Nội Dung Xác nhận GVHD Tuần 1 (12- 18/10) Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, tiến hành chọn đồ án. Tuần 2 (19 -25/10) Tìm hiểu lý thuyết về cảm biến. Tuần 3 (26/10-1/11) Tìm hiểu lý thuyết về vi điều khiển. Tuần 4 (2-8/11) Tìm hiểu lý thuyết về mạng không dây.

Tuần 5(9-15/11) Vẽ sơ đồ khối và mạch nguyên lý. Viết code và mô phỏng. Tuần 6(16-22/11) Viết code và mô phỏng. Tuần 7 (23-29/11) Tuần 8(30/11-6/12) Thi công mạch Tuần 9(7-13/12) Thi công mạch.

Tuần 10(14-20/12) Thi công mạch. Tuần 12 (28/12-3/01) Kiểm tra hoạt động của toàn hệ thống và hoàn thiện báo cáo. GV HƢỚNG DẪN Võ Thị Hƣơng Giang - 11941009 Page 2 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Thiết kế hệ thống giám sát tự động sử dụng công nghệ mạng cảm biến LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin kính gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến Cô hƣớng dẫn, Th.s Trần Thanh Mai và C.h Nguyễn Ngọc Minh. đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ em trong quá trình thực hiện, trong quá trình hƣớng dẫn Cô luôn có những đóng góp ý kiến và chỉ dẫn rất tận tình cũng nhƣ tạo những điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thiện đồ án một cách tốt nhất trong thời gian cho phép.

Em xin kính gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả quý Thầy (Cô) trong khoa Điện- Điện tử trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh nói chung và bộ môn Điện Tử Công Nghiệp nói riêng đã tận tình giảng dạy những kiến thức chuyên ngành làm nền tảng để từ đó em có thể ứng dụng và phát triển lên nhằm phục vụ cho công tác nghiên cứu và thực hiện đồ án. Ngoài ra em cũng cảm ơn gia đình, bố mẹ đã hỗ trợ, giúp đỡ động viên em trong quá trình thực hiện đồ án này. Sau cùng đó là lời cảm ơn đến các bạn lớp Sƣ phạm kỹ thuật Điện – Điện tử những ngƣời bạn đã luôn cùng sát cánh bên nhau trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và có những đóng góp ý kiến rất thiết thực để em có thể tìm ra những hƣớng giải quyết khác nhau để hoàn thành đồ án một cách tốt nhất.

Ngƣời thực hiện đề tài Võ Thị Hƣơng Giang Võ Thị Hƣơng Giang - 11941009 Page 3 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Thiết kế hệ thống giám sát tự động sử dụng công nghệ mạng cảm biến MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .1 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.4 LIỆT KÊ HÌNH VẼ .6 LIỆT KÊ BẢNG. Tổng Quan Về Lĩnh Vực Nghiên Cứu. Mục đích đề tài. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài.

Phƣơng pháp nghiên cứu.10 CHƢƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Khảo sát vi điều khiển PIC16F887. Tổng quan về PIC. Các dòng PIC và cách lựa chọn vi điều khiển PIC :.

Lý do chọn vi điều khiển PIC :. Ngôn ngữ lập trình cho PIC :. Tổng quan về mạng cảm biến không dây – Wireless Sensor Network .1 Khái niệm về mạng cảm biến không dây - WSN .2 Tổ chức và hoạt động của một mạng cảm biến không dây. Module WSN Xbee ZB ZigBee.

Cảm biến nhiệt độ LM35. Cảm biến khói MQ-2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG .38 Võ Thị Hƣơng Giang - 11941009 Page 4 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Thiết kế hệ thống giám sát tự động sử dụng công nghệ mạng cảm biến 3. Thiết kế phần cứng hệ thống.

Thiết kế sơ đồ khối hệ thống báo cháy. Khối vi điều khiển. Khối cảm biến. Khối hiển thị.

Thiết kế mạch in. Lƣu đồ chƣơng trình. Mạch thi công.46 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN .2 Kết quả thực hiện .3 Hƣớng phát triển đề tài .49 Võ Thị Hƣơng Giang - 11941009 Page 5 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Thiết kế hệ thống giám sát tự động sử dụng công nghệ mạng cảm biến LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình 2.1 Kích thước vi điều khiển PIC .2 Hình dạng thực tế một số vi điều khiển PIC .3 Giao diện chương trình mikroC PRO for PIC .4 Hình dạng thức tế của PIC16F887 40 chân .5 Sơ đồ chân của PIC 16F887.6: Cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến không dây. Mô hình mạng cảm biến không dây ZigBee.

Quá trình trao đổi thông tin về trạng thái đườngliên kết. Quá trình gửi gói tin đến đích trong mạng ZigBee. Bảng định tuyến của một nút mạng WSN. Nút mạng R3 tìm đường đi đến nút mạng R6 theo thuật toán AODV.

Nút mạng R6 phản hồi bản tin tìm đường cho nút mạng R3. Module XBee ZB ZigBee của hãng Digi International®.14 Sơ đồ chân của module XBee ZB ZigBee.15 Quá trình trao đổi thông tin của module XBee. Trạng thái của chân SLEEP_RQ và ON/SLEEP theo thời gian. Cấu trúc dữ liệu của khung tin API.18 Cấu trúc dữ liệu của khung tin API.

Cấu trúc dữ liệu khung API ZigBee Transmit Request. Cấu trúc dữ liệu khung API ZigBee Transmit Status. Cấu trúc dữ liệu khung API ZigBee Receive Packet. Cấu trúc dữ liệu khung API Remote AT Command Request.24: Hình dạng thực tế LM35 .25: cảm biến khói MQ-2 .26: chân cảm biến MQ-2 .1 Sơ đồ khối hệ thống báo cháy.2 vi điều khiển 16F887 .3 khối reset và nạp chương trình .4 cảm biến nhiệt độ LM35 .5 cảm biến khí gas MQ2 .6 module hiển thị.7 nguyên lý module cảnh báo .8 Mặt trên mạch in.9 Mặt dưới mạch in.

Lưu đồ chương trình.11 Ttrạng thái bình thường .12 Trạng thái phát hiện có khói.13 Trạng thái quá nhiệt.14 Trạng thái vừa quá nhiệt vừa có khói. 48 Võ Thị Hƣơng Giang - 11941009 Page 6 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Thiết kế hệ thống giám sát tự động sử dụng công nghệ mạng cảm biến LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2. Các thông số kỹ thuật cơ bản của module Xbee ZBZigBee. Các loại khung tin API.3: Thông số cảm biến nhiệt độ LM35.4 Thông số cảm biến MQ-2 .1 Mức logic cảm biến hiển thị.

46 Võ Thị Hƣơng Giang - 11941009 Page 7 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Thiết kế hệ thống giám sát tự động sử dụng công nghệ mạng cảm biến TÓM TẮT Nội dung đồ án nghiên cứu và xây dựng một hệ thống cảnh báo cháy sử dụng công nghệ mạng cảm biến không dây (wireless sensor network), với khả năng phát hiện sớm nguy cơ cháy và giám sát hệ thống theo thời gian thực từ xa thông qua phần mềm quản lý và mạng Internet/GPRS/3G. Sử dụng công nghệ mạng cảm biến không dây, hệ thốngđƣợc thiết kế để sử dụng ở những khu vực khó tiếp cận, đòi hỏi năng lƣợng tiêu thụ thấp và không yêu cầu cấp nguồn bằng điện lƣới nhƣ: rừng, núi…; hoặc không làm thay đổi thiết kế cũng nhƣ mỹ quan của công trình nhƣ: khu chung cƣ, văn phòng, kho lƣu trữ hàng hóa, siêu thị… Võ Thị Hƣơng Giang - 11941009 Page 8 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Thiết kế hệ thống giám sát tự động sử dụng công nghệ mạng cảm biến CHƢƠNG 1. Tổng Quan Về Lĩnh Vực Nghiên Cứu Việt Nam là một đất nƣớc nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới nên không thể tránh khỏi có rất nhiều vụ cháy, nổ xảy ra hàng năm gây thƣơng tích cho con ngƣời cũng nhƣ thiệt hại rất lớn về tài sản.Vì vậy hỏa hoạn luôn là một nguy cơ tiềm ẩn nhiều rủi ro trong sản xuất và sinh hoặt hàng ngày.