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

• 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

• 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

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.