Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Hệ Thống LoRaWAN - IoT Đo Lường Cảm Biến Từ Xa

• Tác giả: Mai Văn Anh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Thái
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hệ Thống Nhúng Và IoT
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống LoRaWAN - IoT Đo Lường Cảm Biến Từ Xa
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
• 1.1. PHẠM VI GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
• 1.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 1.4. BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY LORA
• 2.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ GIAO THỨC MẠNG LORAWAN
• 2.2.1. Kiến trúc LoRaWAN
• 2.2.2. Thiết bị đầu cuối sử dụng class A
• 2.2.3. Khung truyền dữ liệu class A
• 2.2.4. Phương pháp kích hoạt vào mạng LoRaWAN OTAA
• 2.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÁY CHỦ MẠNG CHIRPSTACK
• 2.4. CƠ SỞ VỀ GIAO THỨC ỨNG DỤNG UDP PACKET FORWARDER
• 2.4.1. Giới thiệu chung
• 2.4.2. Các loại gói tin cơ bản trong giao tiếp giữa gateway với server
• 2.5. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ INFLUXDB
• 2.6. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ GRAFANA
• 2.7. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ WEBSOCKET
• 2.7.1. Giới thiệu chung
• 2.7.2. Nguyên lý hoạt động của WebSocket
• 2.8. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG UART
• 2.9. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHUẨN GIAO TIẾP RS-232
• 2.10. CHUẨN GIAO TIẾP RS-485 VÀ CHUẨN GIAO THỨC MODBUS RTU
• 2.10.1. Chuẩn giao tiếp RS-485
• 2.10.2. Chuẩn giao thức Modbus RTU
• 2.11. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍN HIỆU DÒNG ĐIỆN 4-20MA
• 2.12. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍN HIỆU ĐIỆN ÁP 0-10VDC
• 2.13. MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN OP-AMP VÀ ỨNG DỤNG
• 2.14. MODULE LORA RAK3172
• 2.15. VI ĐIỀU KHIỂN ESP32-C3
• 2.16. MÁY TÍNH NHÚNG ORANGEPI
• 2.17. MODULE LORAWAN GATEWAY ED-GW1302S-915M
• 2.18. IC QUẢN LÝ NGUỒN-SẠC PIN BQ24075
• 2.19. IC CHUYỂN ĐỔI NGUỒN DC-DC TPS63000
• 2.20. IC HẠ ÁP DC-DC XL1509
• 2.21. IC TĂNG ÁP MT3608
• 2.22. IC HẠ ÁP TPS5430-TPS5450
• 2.23. IC ĐIỀU KHIỂN VÀ TRUYỀN NHẬN RS-232 MAX3232
• 2.24. IC TRUYỀN NHẬN RS-485 MAX3485
• 2.25. CÁC PHẦN MỀM VÀ KHUNG PHẦN MỀM (FRAMEWORK) SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG
• 3.2. THIẾT KẾ MÔ HÌNH
• 3.2.1. Thiết kế phần cứng
• 3.2.2. Thiết kế phần mềm
• 3.3. KẾT QUẢ MÔ HÌNH THI CÔNG
• 3.3.1. Các Thiết bị đầu cuối (Node)
• 3.4. KẾT QUẢ PHẦN MỀM THIẾT KẾ
• 3.4.1. Thiết bị đầu cuối (Node)
• 3.4.2. Máy chủ mạng LoRaWAN
• 3.4.3. Máy chủ ứng dụng LoRaWAN
• 3.5. HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Hệ Thống LoRaWAN IoT Đo Lường Cảm Biến Từ Xa

Hệ thống LoRaWAN là một giải pháp kết nối không dây hiệu quả cho các ứng dụng IoT, đặc biệt trong việc đo lường cảm biến từ xa. Công nghệ này cho phép truyền tải dữ liệu ở khoảng cách xa với mức tiêu thụ năng lượng thấp. Việc thiết kế hệ thống này không chỉ giúp tối ưu hóa việc thu thập dữ liệu mà còn đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy trong các ứng dụng thực tiễn.

1.1. Giới Thiệu Về Công Nghệ LoRaWAN

LoRaWAN là một giao thức mạng không dây được phát triển để tối ưu hóa việc truyền tải dữ liệu trong các ứng dụng IoT. Công nghệ này cho phép kết nối nhiều thiết bị cảm biến mà không cần dây dẫn, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian lắp đặt.

1.2. Lợi Ích Của Việc Sử Dụng Hệ Thống LoRaWAN

Hệ thống LoRaWAN mang lại nhiều lợi ích như tiết kiệm năng lượng, khả năng truyền tải dữ liệu ở khoảng cách xa và khả năng mở rộng linh hoạt. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng như nông nghiệp thông minh và giám sát môi trường.

II. Thách Thức Trong Thiết Kế Hệ Thống LoRaWAN Đo Lường Cảm Biến

Mặc dù công nghệ LoRaWAN mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc thiết kế và triển khai hệ thống. Các vấn đề như độ tin cậy của kết nối, khoảng cách truyền tải và tiêu thụ năng lượng cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Độ Tin Cậy Trong Kết Nối

Độ tin cậy của kết nối là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo dữ liệu được truyền tải chính xác. Các yếu tố như nhiễu sóng và khoảng cách truyền tải có thể ảnh hưởng đến chất lượng kết nối.

2.2. Tiêu Thụ Năng Lượng Của Thiết Bị

Tiêu thụ năng lượng của các thiết bị cảm biến là một vấn đề cần được giải quyết. Việc tối ưu hóa thiết kế phần cứng và phần mềm có thể giúp giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng, kéo dài tuổi thọ của thiết bị.

III. Phương Pháp Thiết Kế Hệ Thống LoRaWAN Đo Lường Cảm Biến

Để thiết kế một hệ thống LoRaWAN hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm. Việc tích hợp các chuẩn giao tiếp khác nhau như RS-232, RS-485, 4-20mA và 0-10V là rất quan trọng.

3.1. Tích Hợp Các Chuẩn Giao Tiếp

Hệ thống cần tích hợp nhiều chuẩn giao tiếp để đảm bảo khả năng tương thích với các thiết bị cảm biến khác nhau. Việc này giúp mở rộng khả năng thu thập dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau.

3.2. Thiết Kế Giao Diện Quản Lý

Giao diện quản lý qua trình duyệt web giúp người dùng dễ dàng theo dõi và cấu hình các thông số của hệ thống. Điều này không chỉ nâng cao tính tiện lợi mà còn giúp người dùng dễ dàng tương tác với hệ thống.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hệ Thống LoRaWAN Đo Lường Cảm Biến

Hệ thống LoRaWAN đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như nông nghiệp, quản lý đô thị và giám sát môi trường. Những ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện hiệu quả công việc mà còn nâng cao chất lượng cuộc sống.

4.1. Ứng Dụng Trong Nông Nghiệp Thông Minh

Hệ thống LoRaWAN giúp nông dân theo dõi tình trạng đất đai, độ ẩm và nhiệt độ, từ đó đưa ra quyết định chính xác hơn trong việc tưới tiêu và chăm sóc cây trồng.

4.2. Giám Sát Môi Trường

Việc sử dụng hệ thống LoRaWAN trong giám sát môi trường giúp theo dõi các chỉ số ô nhiễm không khí, nước và đất, từ đó đưa ra các biện pháp bảo vệ môi trường hiệu quả.

V. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Trong Tương Lai

Hệ thống LoRaWAN - IoT đo lường cảm biến từ xa đã chứng minh được tính hiệu quả và tiềm năng trong nhiều ứng dụng thực tiễn. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển để khắc phục các hạn chế hiện tại.

5.1. Định Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Nghiên cứu cần tập trung vào việc cải thiện độ tin cậy của kết nối và tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng. Các công nghệ mới như AI có thể được áp dụng để nâng cao hiệu quả của hệ thống.

5.2. Mở Rộng Ứng Dụng

Cần mở rộng ứng dụng của hệ thống LoRaWAN trong các lĩnh vực khác nhau như y tế, giao thông và an ninh. Điều này sẽ giúp nâng cao giá trị của công nghệ trong cuộc sống hàng ngày.