đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. • Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chương này trình bày về những lí thuyết liên quan đến đề tài nghiên cứu. và thông số kĩ thuật của phần cứng dùng trong đề tài.
• Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán. Chương này trình bày về thiết kế sơ đồ khối, chỉ ra chức năng của từng khối và tính toán các thông số cần thiết trong mạch. • Chương 4: Thi công hệ thống. Chương này trình bày về kết quả thi công phần cứng cũng như cách thức hoạt động của hệ thống về phần mềm.
• Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá. Chương này trình bày kết quả nhận xét và đánh giá về độ hoàn thành của hệ thống. • Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển. Chương này trình bày kết luận của nhóm về kết quả sau khi đã hoàn thành được hệ thống là đạt được bao nhiêu phần trăm ban đầu đã đề ra và nêu lên các hướng khả quan có khả năng thực hiện được để phát triển hệ thống.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 LoRa và LoRaWan 2.1 Giới thiệu về LoRa LoRa (Long Range) là một công nghệ truyền thông dữ liệu không dây kỹ thuật số được phát triển bởi Cycleo of Grenoble (Pháp) và hãng Semtech mua lại vào năm 2012. Băng tần làm việc của LoRa từ 430 MHz đến 915 MHz cho từng khu vực khác nhau trên thế giới: 433MHz cho châu Á,780MHz cho Trung Quốc, 868Mhz ở châu Âu, 915Mhz ở châu Mỹ. Các gói tin LoRa có thể truyền xa đến 5 Km trong khu vực thành thị và đến 15 Km ở khu vực ngoại ô với tốc độ dữ liệu khoảng 0,3 đến 22 Kbps (điều chế LoRa) hoặc 100 Kbps).
Do đó thường sử dụng ở môi trường ngoài trời như các nông trường, trang trại. Công nghệ này bao gồm hai phần - LoRa (lớp vật lý) và LoRaWAN (Long Range Wide Area Network cho các lớp trên). LoraWan là một kiến trúc hệ thống và giao thức truyền thông trong mạng, đây cũng là lớp mạng LoRa hoạt động. Đây là những nhân tố có ảnh hưởng đến việc xác định tuổi thọ pin của một thiết bị,dung lượng mạng, chất lương dịch vụ, mức độ bảo mật và các ứng dụng khác.
LoRaWan có nhiều ưu điểm giúp mạng LoRaWan ngày càng ứng dụng rộng rãi. - Cảm biến công suất thấp và vùng phủ sóng rộng được đo bằng km. - Hoạt động trên tần số miễn phí (không có license), không có chi phí cấp phép trả trước để sử dụng công nghệ. - Công suất thấp có nghĩa là tuổi thọ pin dài cho các thiết bị.
Pin cảm biến có thể tồn tại trong 2 năm 5 năm. - Thiết bị gateway LoRa đơn được thiết kế để chăm sóc hàng ngàn thiết bị đầu cuối hoặc node. - Chi phí kết nối thấp. - Không dây, dễ cài đặt và triển khai nhanh.
Ngoài ra, LoRaWan có những nhược điểm tồn tại. - Không dành cho tải trọng dữ liệu lớn, tải trọng giới hạn ở 100 byte. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Nhược điểm của tần số mở là bạn có thể bị nhiễu tần số đó và tốc độ dữ liệu có thể thấp.
(Đối với GSM hoặc tần số được cấp phép, bạn có thể truyền trên tần số đó mà không bị nhiễu. Các nhà khai thác GSM sử dụng tần số nhất định phải trả phí cấp phép lớn cho chính phủ để sử dụng các tần số đó. LoRa hoạt động trên các tần số mở và không cần trạng thái license).2 Cấu trúc mạng điển hình Các thiết bị LoRaWan kết nối với nhau theo mô hình sao trong đó các thiết bị “node” sẽ gửi dữ liệu đến cá thiết bị Gate để từ đó gửi lên server và xử lý dữ liệu trên server.1 Mô hình mạng LoRa thực tế Kiến trúc mạng điển hình của LoRa được sử dụng là kiến trúc hình sao. Thông thường cấu trúc này sẽ có hai loại thiết bị: • End node: là các thiết bị cảm biến, hoặc các thiết bị giám sát được lắp đặt tại các vị trí làm việc ở xa để lấy và gửi dữ liệu về các thiết bị trung tâm.
• Gateway: là các thiết bị trung tâm sẽ thu thập dữ liệu từ các device node và gửi lên 1 server trung tâm để xử lý dữ liệu. Các thiết bị Gateway thường sẽ được đặt tại 1 vị trí có nguồn cung cấp và có các kết nối network như Wifi, LAN, GSM để có thể gửi dữ liệu lên server. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.2 Mô hình mạng sao LoRa Mỗi gateway LoRa có thể xử lý hàng triệu node.
Điều đó, cộng với thực tế là các tín hiệu có thể kéo dài khoảng cách đáng kể, có nghĩa là cần ít cơ sở hạ tầng mạng hơn, do đó làm cho việc xây dựng mạng LoRa rẻ hơn. Các mạng LoRa có thể được đặt cùng với các thiết bị liên lạc khác, như các tháp điện thoại di động, làm giảm đáng kể các hạn chế xây dựng. Ngoài ra, LoRa cũng có các dạng mô hình có thể sử dụng: hình sao (Star topology), hình lưới (Mesh topology), và hình cây (Cluster Tree topology). Mỗi mô hình đều có những ưu điểm riêng và được ứng dụng trong các trường hợp khá nhau.
Trong đó mô hình mạng Mesh thường được sử dụng với ưu điểm có độ tin cậy ca, mỗi nút trong mạng lưới đều có khả năng kết nối với các nút khác, nó cho phép truyền liên tục giữa các nút trong mạng.3 Giải thuật mở rộng phạm vi truyền Khác với mô hình mạng sử dụng thiết bị điểm nối điểm thì mô hình áp dụng trong đề tài được xây dựng như sau: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 Device #3 Database server 1 2 Device #1 6 Device #2 4 3 Database server Hình 2.3 Giải thuật phạm vi truyền Mô hình truyền được xây dựng có 2 loại thiết bị: - Thiết bị chủ: Là thiết bị trung tâm có nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ các thiết bị phụ và gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu. - Thiết bị phụ: Là thiết bị giám sát được đặt ở các hộ gia đình. Có chức năng thu thập và gửi dữ liệu.
Cách thức gửi dữ liệu của thiết bị giám sát: - Thiết bị sẽ ưu tiên dùng wifi để gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu - Khi không có wifi hoặc mất kết nối Internet thiết bị chuyển sang truyền đến thiết bị trung tâm bằng mạng Lora. - Ngoài ra khi ở khoảng cách quá xa so với thiết bị trung tâm thì sẽ truyền qua các thiết bị giám sát gần đó, các thiết bị giám sát đó sẽ gửi dữ liệu của các thiết bị gửi đến và dữ liệu của chính thiết bị đó lên cơ sở dữ liệu. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 CHƯƠNG 2.2 Internet và Wifi 2.1 Giới thiệu Internet: Internet là một hệ thống chia sẻ thông tin toàn cầu, là một cộng đồng các máy tính được liên kết, dựa trên một giao thức liên mạng đã được chuẩn hóa quốc tế (giao thức IP hay gọi là IP protocol). Hệ thống Internet bao gồm hàng triệu mạng máy tính nhỏ hơn của các Công ty, tổ chức, của các trung tâm nghiên cứu khoa học, các trường đại học, các chính phủ trên thế giới và hàng tỷ người dùng cá nhân.2 Giới thiệu Wifi và nguyên tắc hoạt động của Wifi Wifi là viết tắt của Wireless Fidelity là hệ thống truy cập internet không dây.
Loại sóng vô tuyến này tương tự như sóng điện thoại, truyền hình và radio. Wifi là công cụ kết nối không thể thiếu trên điện thoại, laptop, máy tính bảng và một số thiết bị thông minh khác như smartwatch. Nguyên tắc hoạt động của Wifi: Để tạo được kết nối Wifi nhất thiết phải có Router (bộ thu phát), Router này lấy thông tin từ mạng Internet qua kết nối hữu tuyến rồi chuyển nó sang tín hiệu vô tuyến và gửi đi, bộ chuyển tín hiệu không dây (adapter) trên các thiết bị di động thu nhận tín hiệu này rồi giải mã nó sang những dữ liệu cần thiết. Quá trình này có thể thực hiện ngược lại, Router nhận tín hiệu vô tuyến từ Adapter và giải mã chúng rồi gởi qua Internet.4 Mô hình Router (bộ thu phát) và các bộ chuyển tín hiệu không dây 2.3 Nguyên lý đo dòng điện xoay chiều sử dụng máy biến dòng (Current Transformer) • Khái niệm: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Máy biến dòng hay gọi tắt là biến dòng (tên tiếng anh là: Current Transformer – kí hiệu máy biến dòng CT), là thiết bị không thể thiếu trong hệ thống giám sát, đo lường điện năng. Biến dòng là 1 loại máy biến điện áp thường được sử dụng để giảm một dòng điện xoay chiều (AC). Nó tạo ra một dòng điện trong cuộn thứ cấp của nó tỷ lệ với dòng điện đi qua nó. • Cấu tạo, nguyên lý hoạt động Hình 2.5 Cấu tạo của máy biến dòng - Primary Current: Cuộn dây sơ cấp.
- Secondary Winding: Cuộn dây thứ cấp. - Hollow Core: Lõi rỗng. - Ammeter: Đồng hồ đo dòng. • Nguyên lý hoạt động máy biến dòng Hình 2.6 Nguyên lý của máy biến dòng Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
Khi dòng điện xoay chiều chạy qua 1 dây dẫn, xung quanh nó sẽ xuất hiện một điện trường, điện trường này cảm ứng lên cuộn dây BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT và sẽ xuất hiện một dòng điện trong đó. Tỷ lệ dòng điện này được căn cứ vào số vòng dây được cuốn trong cuộn dây biến dòng.4 Chuyển đổi tín hiệu analog sang digital • Thuật ngữ ADC Mạch chuyển đổi tương tự ra số hay ADC (Analog-to-Digital Converter) là là hệ thống mạch thực hiện chuyển đổi một tín hiệu analog (tín hiệu tương tự) liên tục, ví dụ như âm thanh micro, tín hiệu từ các cảm biến. thành tín hiệu kĩ thuật số.
Một hệ thống ADC có thể bao gồm một bộ phận phần cứng (như một bộ tính toán độc lập) làm nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu analog (dưới dạng điện áp hay dòng điện) thành các giá trị số (digital) đại diện cho cường độ điện áp hay tín hiệu đó. Thông thường, tín hiệu số ngõ ra (digital output) mang dạng nhị phân bù 2) tỉ lệ với giá trị ngõ vào, nhưng cũng có một số khả năng khác. Có một số kiến trúc ADC đang được sử dụng.