CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 3: Tính Toán và Thiết Kế Chương 3 thiết kế sơ đồ khối hệ thống, giải thích chức năng các khối, tính toán và thiết kế mạch và lựa chọn linh kiện. Cụ thể, tính toán và kết nối cho các khối điều khiển trung tâm, khối nguồn, khối thu thập và xử lý dữ liệu và khối website. Chương 4: Thi Công Hệ Thống Chương 4 trình bày cách cài đặt hệ điều hành, cài đặt thư viện, các phương pháp điều khiển và hiển thị, lưu đồ giải thuật chính, lưu đồ giải thuật con và giải thích.
Đồng thời trình bày các bước thi công mạch, sơ đồ mạch layout, lắp ráp, kiểm tra sản phẩm, thi công mô hình, hướng dẫn sử dụng. Chương 5: Kết quả - Nhận Xét – Đánh giá Chương 5 nêu lên kết quả đã đạt được so với mục tiêu ban đầu về giao diện website, mạch chạy thực tế. Đồng thời đưa ra nhận xét và đánh giá về kết quả thực hiện đề tài. Chương 6: Kết Luận – Hướng Phát Triển Chương này đưa ra kết luận chung về những gì đã thực hiện đồng thời đúc kết lại ưu khuyết điểm để đưa ra hướng phát triển cho đề tài để có thể ứng dụng tốt trong thực tế.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ở Chương 2, nhóm sẽ tổng hợp nêu lên những kiến thức được xem là nền tảng để có thể xây dựng được hệ thống này bao gồm: Tổng quan về website và xây dựng hệ thống webserver, hệ thống IoTs ứng dụng trong điều khiển, hệ thống WiFi và ứng dụng của hệ thống vào IoTs, giới thiệu về MySQL và tổng quan về công nghệ truyền không dây LoRa. Về phần mềm nhóm nêu lên các phần kiến thức như: sơ lược về lập trình, các công cụ lập trình.
CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN 2. Tổng quan về website World Wide Web (www), hay gọi tắt là web, là một không gian thông tin toàn cầu mà mọi người có thể truy nhập (gửi và nhận thông tin) qua các máy tính hoặc mobile có kết nối với mạng Internet. Thuật ngữ này thường được hiểu nhầm là từ đồng nghĩa với chính thuật ngữ Internet. Nhưng web thực ra chỉ là một trong các dịch vụ chạy trên Internet.
Đặc điểm tiện lợi của web: Thông tin dễ dàng cập nhật, thay đổi, khách hàng có thể xem thông tin ngay tức khắc, ở bất kỳ nơi nào, tiết kiệm chi phí in ấn, gửi bưu điện, fax, thông tin không giới hạn muốn đăng bao nhiêu thông tin cũng được, không giới hạn số lượng thông tin, hình ảnh và không giới hạn phạm vi khu vực sử dụng toàn thế giới có thể truy cập. Tổng quan về webserver Web Server là một hay nhiều máy tính mà tại đó chứa đựng mã nguồn của trang web, máy tính đó còn phải được cài các chương trình phục vụ web. Chính những chương trình này sẽ thiết lập các kết nối để người trình duyệt web có thể truy cập được vào trang web (ví dụ như IIS của Microsoft). BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. Hệ thống Webserver điển hình Trong đề tài nhóm sử dụng Web Server để đóng vai trò như một máy chủ để có thể lưu dữ liệu, cập nhật dữ liệu hoạt động của phòng, cũng như truy xuất thời gian hoạt động của mỗi phòng khi người dùng truy cập. Trong webserver của đề tài thì nhóm sử dụng hosting để tải dữ liệu lên cũng như lưu trữ dữ liệu, một database để chứa tất cả nguồn của trang webserver như là: tên đăng nhập, mật khẩu, thời gian, dữ liệu thời gian sử dụng, doanh thu của phòng theo thời gian hiện tại, theo ngày và theo tháng,. Để làm được điều đó thì cũng cần một chương trình trung gian ở server để nhận dữ liệu từ hệ thống cũng như trích xuất dữ liệu từ database.
Chương trình ở server nhóm đã lựa chọn PHP, nhóm đã sử dụng ngôn ngữ PHP để lập trình để tiếp nhận dữ liệu từ hệ thống IoTs và thiết lập cơ sở dữ liệu. Tổng quan về Internet of Things a. Giới thiệu Internet of Things (IoTs) mô tả mạng lưới kết nối vạn vật. Khi mà mỗi đồ vật hay cả con người được cung cấp một định danh riêng và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất.
IoTs phát triển từ sự kết hợp của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản IoTs là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.
Kiến trúc một mô hình IoTs điển hình b. Ứng dụng của IoTs IoTs có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: công nghiệp (điều khiển hệ thống máy tự động trong nhà máy, giám sát hệ thống cảm biến trong nhà máy, tự động hóa điều khiển các thiết bị tự động trong nhà máy), quản lí các ngành, phản hồi trong các tinh huống khẩn cấp, quản lí các thiết bị cá nhân, đồng hồ đo thông minh, tự động hóa ngôi nhà và các thiết bị cần thiết. Giới thiệu về MySQL MySQL là một Database Server, là hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ. Trong việc lưu trữ, tìm kiếm, sắp xếp và truy vấn dữ liệu, nó rất nhanh và mạnh mẽ.
MySQL Server điều khiển truy cập dữ liệu đa người dùng cùng một thời điểm, cung cấp khả năng truy cập dữ liệu nhanh, bảo đảm cho người sử dụng được cấp quyền truy cập dữ liệu của hệ thống. Do vậy, MySQL là đa người dùng, đa luồng. MySQL có thể quản lý tới hàng Terabyte dữ liệu, hàng triệu bản ghi, chạy trên nhiều môi trường khác nhau, có giao diện tương đối dễ sử dụng, có thể truy vấn dữ liệu thông qua câu lệnh SQL. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT MySQL được sử dụng chung với PHP trong những trang web cần sử dụng đến cơ sở dữ liệu. Tổng quan về công nghệ LoRa a. Giới thiệu LoRa là viết tắt của Long Range Radio được nghiên cứu và phát triển bởi Cycleo và sau này được mua lại bởi công ty Semtech năm 2012. Với công nghệ này, chúng ta có thể truyền dữ liệu với khoảng cách lên hàng km mà không cần các mạch khuếch đại công suất; từ đó giúp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ khi truyền/nhận dữ liệu.
Do đó, LoRa có thể được áp dụng rộng rãi trong các ứng dụng thu thập dữ liệu và gửi dữ liệu về trung tâm cách xa hàng km và có thể hoạt động với battery trong thời gian dài trước khi cần thay pin. Nguyên lý hoạt động 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. Theo Semtech công bố thì nguyên lý này giúp giảm độ phức tạp và độ chính xác cần thiết của mạch nhận để có thể giải mã và điều chế lại dữ liệu; hơn nữa LoRa không cần công suất phát lớn mà vẫn có thể truyền xa vì tín hiệu LoRa có thể được nhận ở khoảng cách xa ngay cả độ mạnh tín hiệu thấp hơn cả nhiễu môi trường xung quanh.
Băng tần làm việc của LoRa từ 430MHz đến 915MHz cho từng khu vực khác nhau trên thế giới: 430MHz cho châu Á BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 780MHz cho Trung Quốc 433MHz hoặc 866MHz cho châu Âu 915MHz cho USA Nhờ sử dụng chirp signal mà các tín hiệu LoRa với các chirp rate khác nhau có thể hoạt động trong cùng một khu vực mà không gây nhiễu cho nhau. Điều này cho phép nhiều thiết bị LoRa có thể trao đổi dữ liệu trên nhiều kênh đồng thời (mỗi kênh cho một chirprate). Kích thước và sơ đồ chân Module RF LoRa SX1278 Bảng 2.
Tên và chức năng các chân của Module RF LoRa SX1278 Ký hiệu Tên Chức năng 1 M0 Ghép với M1 và quyết định bốn chế độ hoạt động. 2 M1 Ghép với M0 và quyết định bốn chế độ hoạt động. Đầu vào TTL UART, kết nối với đầu ra TXD bên 3 RDX ngoài ( Node MCU ESP8266) Đầu ra TTL UART, kết nối với đầu vào TXD bên 4 TDX ngoài ( Node MCU ESP8266) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 AUX Để biểu thị trạng thái làm việc của module 6 VCC Cung cấp nguồn 2.5V 7 GND Nối đất Các chế độ hoạt động của module RF LoRa SX1278 được điều khiển bởi hai chân M0, M1 được trình bày ở bảng sau.
Các chế độ hoạt động của Module RF LoRa Sx1278 Mod M1 M0 Mô tả Ghi chú e Thiết bị nhận nên 0 (Normal) 0 Thiết bị phát truyền được đặt ở mode 0 liên tục 0 hoặc mode 1 Thiết bị nhận có Thiết bị truyền được thể làm việc ở 1(Wake-up) 0 1 đặt ở mode 1 mode 0, mode 1, mode 2 Thiết bị truyền 2 (Power-saving) 1 0 Thiết bị nhận được không được phép đặt ở mode 2 đặt ở mode này 3 (Sleep) 1 1 Cấu hình thông số Module RF LoRa SX1278 có ba cách để truyền dữ liệu giữa các module với nhau: Truyền điểm – điểm: các module phải được cấu hình cùng kênh và cùng địa chỉ. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. Mô tả truyền điểm – điểm Truyền cố định: các module khác kênh, khác địa chỉ có thể truyền nhận dữ liệu với nhau với điều kiện thiết bị truyền phải gửi kèm kênh + địa chỉ của thiết bị nhận khi gửi dữ liệu.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.