Thiết Kế Và Chế Tạo Thiết Bị Thu Thập Dữ Liệu Qua Mạng Mesh Sử Dụng Công Nghệ LoRa

• Tác giả: Lâm Vĩnh Hường
• Người hướng dẫn: TS. Trịnh Lê Huy
• Trường học: Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Máy Tính
• Đề tài: Thiết Kế Thiết Bị Thu Thập Dữ Liệu Sử Dụng Công Nghệ LoRa Trong Mạng Mesh
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ TÍNH MỚI
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Một số công trình nghiên cứu liên quan
• 1.2.1. Một số nghiên cứu về Mesh Bluetooth và Mesh Zigbee
• 1.2.2. Một số nghiên cứu LoRa Mesh
• 1.3. Tính mới và sáng tạo của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH MẠNG LƯỚI KHÔNG DÂY
• 2.1. Mạng lưới không dây (Wireless Mesh Network)
• 2.2. Một số ứng dụng hiện tại
• 2.3. Công nghệ truyền thông LoRa
• 2.4. Công nghệ điều chế sóng LoRa
• 2.5. Ưu điểm của ứng dụng công nghệ LoRa
• 2.6. Nhược điểm của ứng dụng công nghệ LoRa
• 2.7. Ứng dụng hiện tại
• 3. CHƯƠNG 3: HIỆN THỰC HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU
• 3.1. Module truyền nhận LoRa RFM95W
• 3.2. Node MCU-32S ESP32
• 3.3. Cảm biến AHT10
• 3.4. Thiết kế mô hình mạng Mesh
• 3.5. Tổng quan hệ thống
• 3.6. Gateway và Server MQTT
• 3.7. Cân bằng giữa năng lượng và độ trễ
• 3.8. Giải quyết vấn đề tiết kiệm năng lượng
• 3.9. Giải quyết vấn đề đụng độ gói tin trong mạng
• 3.10. Giải thuật cho mạng Mesh
• 3.11. Phần mềm hiển thị kết quả từ MQTT
• 3.12. Kết quả thử nghiệm trên thực tế sau khi hoàn thiện
• 3.13. Hình ảnh lắp đặt trong thực tế
• 3.14. Năng lượng tiêu thụ
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 4.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về Thiết Kế Thiết Bị Thu Thập Dữ Liệu Sử Dụng Công Nghệ LoRa

Thiết kế thiết bị thu thập dữ liệu sử dụng công nghệ LoRa trong mạng Mesh đang trở thành xu hướng quan trọng trong lĩnh vực IoT. Công nghệ LoRa cho phép truyền tải dữ liệu với khoảng cách xa và tiêu thụ năng lượng thấp, phù hợp cho các ứng dụng trong môi trường đô thị. Mạng Mesh giúp kết nối nhiều nút cảm biến, tạo ra một hệ thống thu thập dữ liệu hiệu quả và linh hoạt.

1.1. Công nghệ LoRa và Mạng Mesh là gì

Công nghệ LoRa (Long Range) là một phương pháp truyền thông không dây cho phép kết nối các thiết bị IoT ở khoảng cách xa. Mạng Mesh là một cấu trúc mạng cho phép các nút kết nối với nhau, tạo ra một mạng lưới linh hoạt và mở rộng.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng LoRa trong mạng Mesh

Việc sử dụng công nghệ LoRa trong mạng Mesh mang lại nhiều lợi ích như tiết kiệm năng lượng, khả năng mở rộng cao và độ tin cậy trong việc truyền tải dữ liệu. Điều này giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống thu thập dữ liệu.

II. Thách thức trong Thiết Kế Thiết Bị Thu Thập Dữ Liệu Sử Dụng LoRa

Mặc dù công nghệ LoRa và mạng Mesh mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc thiết kế thiết bị thu thập dữ liệu. Các vấn đề như độ trễ trong truyền tải, xung đột gói tin và tiêu thụ năng lượng cần được giải quyết để đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống.

2.1. Độ trễ và xung đột gói tin

Độ trễ trong mạng Mesh có thể ảnh hưởng đến hiệu suất thu thập dữ liệu. Xung đột gói tin xảy ra khi nhiều nút cùng truyền dữ liệu, dẫn đến mất mát thông tin. Cần có các giải pháp để giảm thiểu vấn đề này.

2.2. Tiêu thụ năng lượng trong thiết bị

Tiêu thụ năng lượng là một yếu tố quan trọng trong thiết kế thiết bị IoT. Các thiết bị cần được tối ưu hóa để hoạt động lâu dài mà không cần thay pin thường xuyên, điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng ngoài trời.

III. Phương pháp Thiết Kế Thiết Bị Thu Thập Dữ Liệu Sử Dụng LoRa

Để thiết kế thiết bị thu thập dữ liệu hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp tối ưu hóa mạng và giảm thiểu tiêu thụ năng lượng. Việc sử dụng các thuật toán điều khiển và cấu trúc mạng thông minh sẽ giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống.

3.1. Thuật toán điều khiển trong mạng Mesh

Sử dụng các thuật toán điều khiển thông minh giúp tối ưu hóa việc truyền tải dữ liệu trong mạng Mesh. Điều này giúp giảm thiểu độ trễ và xung đột gói tin, nâng cao hiệu suất thu thập dữ liệu.

3.2. Tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng

Các thiết bị cần được thiết kế để tiêu thụ năng lượng thấp nhất có thể. Việc sử dụng các cảm biến tiết kiệm năng lượng và chế độ ngủ thông minh sẽ giúp kéo dài tuổi thọ pin của thiết bị.

IV. Ứng dụng thực tiễn của Thiết Bị Thu Thập Dữ Liệu Sử Dụng LoRa

Thiết bị thu thập dữ liệu sử dụng công nghệ LoRa trong mạng Mesh đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp thông minh, giám sát môi trường và thành phố thông minh. Những ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện hiệu quả công việc mà còn tiết kiệm chi phí.

4.1. Giám sát môi trường

Các thiết bị thu thập dữ liệu có thể giám sát các thông số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí. Điều này giúp đưa ra các quyết định kịp thời trong quản lý môi trường.

4.2. Nông nghiệp thông minh

Trong nông nghiệp, việc sử dụng thiết bị thu thập dữ liệu giúp nông dân theo dõi tình trạng cây trồng và đất đai, từ đó tối ưu hóa quy trình sản xuất và tiết kiệm tài nguyên.

V. Kết luận và Tương lai của Thiết Bị Thu Thập Dữ Liệu Sử Dụng LoRa

Thiết bị thu thập dữ liệu sử dụng công nghệ LoRa trong mạng Mesh đang mở ra nhiều cơ hội mới cho các ứng dụng IoT. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến trong việc thu thập và quản lý dữ liệu, góp phần vào sự phát triển bền vững.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ

Công nghệ LoRa và mạng Mesh sẽ tiếp tục phát triển, với nhiều cải tiến về hiệu suất và khả năng kết nối. Điều này sẽ tạo ra nhiều cơ hội mới cho các ứng dụng IoT trong tương lai.

5.2. Tác động đến xã hội

Việc áp dụng công nghệ này trong các lĩnh vực như nông nghiệp, môi trường và đô thị sẽ góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và bảo vệ môi trường. Sự phát triển của IoT sẽ tạo ra một xã hội thông minh hơn.