Tài liệu Báo cáo đề tài nghiên cứu, thiết kế chế tạo nút cảm biến không dây kết hợp dùng nguồn năng lượng mặt trời sử dụng cho mạng cảm biến cảnh báo cháy

lOMoARcPSD|16911414 TRƯỜNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO NÚT CẢM BIẾN KHÔNG DÂY KẾT HỢP DÙNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SỬ DỤNG CHO MẠNG CẢM BIẾN CẢNH BÁO CHÁY Sinh viên thực hiện: Đặng Trường Giang – CT030217 Lê Ngọc Bảo – Đàm Khắc Thành - Người hướng dẫn: thầy Lê Đức Thuận Hà Nội, 17/09/2021 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) lOMoARcPSD|16911414 MỤC LỤC Chương 1.Tình hình hỏa hoạn và giải pháp khắc phục................................................ 1.1. Tình hình hỏa hoạn trên thêế giới................................................................... 1.2. Tình hình hỏa hoạn ở Việt Nam..................................................................... 1.3. Giải pháp phòng chốếng hỏa hoạn.................................................................. 1.4. Ứng dụng mạng cảm biêến khống dây trong cảnh báo cháy................. 1.4.1. Mạng cảm biến không dây........................................................................... 1.4.2. Mạng cảm biến không dây trong cảnh báo cháy.......................................... Chương 2: Thiết kế nút cảm biến không dây sử dụng năng lượng mặt trời................. 2.1. Phân tích chức năng của nút................................................................................ 2.1.1. Bộ cảm biến................................................................................................. 2.1.2. Bộ xử lý....................................................................................................... 2.1.3. Bộ truyền thông........................................................................................... 2.1.4. Bộ cảnh báo................................................................................................. 2.1.5. Bộ nguồn..................................................................................................... 2.2. Các thiêết bị câần dùng........................................................................................... 2.2.1. Modul arduino nano..................................................................................... 2.2.2. Modul NRF24N01....................................................................................... 2.2.3. DHT22......................................................................................................... 2.2.4. Cảm biến phát hiện lửa(Flame sensor)......................................................... 2.2.5. Còi báo đông Buzzer................................................................................... 2.2.6. Thiết kế mạch nguồn................................................................................... 2.2.6.1. Pin năng lượng mặt trời............................................................................ 2.2.6.2. TP4056 Mô-đun sạc pin Li-Ion có bảo vệ................................................ 2.2.6.3. Pin – Ion 18650........................................................................................ 2.2.6.4. Mạch ổn áp 5V (mạch tăng áp )................................................................ 2.3. 2.3.1. Thiêết kêế nút cảm biêến......................................................................................... Sơ đồ mạch của nút cảm biến:..................................................................... Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) lOMoARcPSD|16911414 2.3.2. Lưu đồồ thuật toán......................................................................................... Chương 3. Kết quả.......................................................................................................... 3.1. Kêết quả thực hiện................................................................................................ 3.2. Những vâến đêầ chưa thực hiện được............................................................. Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) lOMoARcPSD|16911414 MỞ ĐẦU Phòng cháy và chữa cháy (PCCC) là vấn đề luôn được quan tâm hàng đầu trong sản xuất và sinh hoạt, bởi vì nếu để xảy ra cháy thì hậu quả là không thể lường trước được. Tại Việt Nam, các quy định về PCCC đã được tổ chức thành luật Phòng Cháy và Chữa Cháy.Hàng năm, Nhà nước thường xuyên tổ chức các tuần lễ, tháng cao điểm về an toàn vệ sinh lao động và phòng chống cháy nổ nhưng nhiều vụ cháy lớn vẫn xảy ra, gây nhiều thiệt hại lớn về người và của. Theo kết luận của các cơ quan chức năng, phần lớn các vụ cháy ở trên gây hậu quả nghiêm trọng là do hệ thống báo cháy không hoạt động hoặc không phát tín hiều cảnh báo kịp thời. Thêm vào đó, do hệ thống báo cháy không được kết nối tới trung tâm PCCC nên phải mất một thời gian khá lâu lực lượng chức năng mới tiếp cận được khu vực hỏa hoạn.Việt Nam nằm trong khu vực có khí hậu gió mùa nên vào mùa khô, nhiều khu vực rừng có nguy cơ cháy rất cao. Do địa hình hiểm trở, lực lượng kiểm lâm và lâm trường còn mỏng, các trang bị phòng cháy và chữa cháy còn thiều thốn, nên nếu để xảy ra cháy thì hậu quả rất nghiêm trọng.Từ thực tế nêu trên, phát hiện sớm và cảnh báo cháy kịp thời có ý nghĩa rất lớn tròng phòng chống cháy nổ, giúp hạn chế thiệt hại khi xảy ra hỏa hoạn.Với khả năng sử dụng năng lượng hiểu quả, mô hình trao đổi thông tin tin cây, công nghệ mạng cảm biến không dây đang ngày càng chứng tỏ được ưu điểm của nó trong các hệ thống giám sát tự động. Từ những yêu cầu thực tế đó, nhóm nghiên cứu chúng em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo nút cảm biến không dây kết hợp dùng nguồn năng lượng mặt trời sử dụng cho mạng cảm biến cảnh báo cháy”, với mong muốn xây dựng nên một hệ thống có khả năng giám sát liên tục và cảnh báo sớm nguy cơ cháy, giúp hạn chế tối đa hậu quả do hỏa hoạn gây ra.Hiện nay, các hệ thống cảnh báo cháy chưa tối ưu về tính tự động cũng như chưa đảm bảo tính chính xác và xử lý một cách nhanh chóng.Mục tiêu chính của đề tài nhằm xây dựng giải pháp tối ưu cho việc phát hiện hỏa hoạn và thực hiện phương thức xử lý, chữa cháy một cách nhanh chóng kịp thời. Hệ thông cần đảm bảo tính tối ưu năng lượng, hoạt động ổn đinh và chính xác. Giải pháp đưa ra nhằm đáp ứng các yêu cầu như sau: Quản lý các thiết bị và các nút trong mạng ,Giám sát truy cập, điều khiển thông qua giao diện từ xa,Tự động đưa ra cảnh báo và xử lý hỏa hoạn ,Sử dụng nguồn năng lượng mặt trời làm nguồn nuôi cho các nút cảm biến nhằm đảm bảo tối ưu năng lượng và tính ổn định của hệ thống. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Cơ sở lý thuyết về mạng cảm biến không dây,thông số kỹ thuật các thiết bị,tính toán thông số mạch, tính chọn thiết bị phù hợp Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) lOMoARcPSD|16911414 Phương pháp thực nghiệm: Thiết kế, mô phỏng mạch trên phần mềm máy tính => xây dựng mô hình phần cứng => viết chương trình => test thử => Kết nối và thử nghiệm Đối tượng:Nghiên cứu phương thức truyền dữ liệu,cách thức giao tiếp và nguyên lý hoạt động của các thiết bị trong mạch,nghiên cứu xây dựng giao diện Phạm vi:Nghiên cứu lý thuyết,xây dựng mô hình,thử nghiệm Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) lOMoARcPSD|16911414 hương 1.Tình hình hỏa hoạn và giải pháp khắc phục 1.1. Tình hình hỏa hoạn trên thế giới Hỏa hoạn vẫn luôn là vấn đề cần được quan tâm và có biện pháp khắc phục bởi một khi đã xảy ra hỏa hoạn sẽ để lại thiệt hại cả người và của. Từ trước đến nay đã có rất nhiều biện pháp được để ra nhưng vấn đề hỏa hoạn vấn là mối lo ngại lớn đối với con người. Sau đây là một số vụ hỏa hoạn lớn trên thế giới cho thấy hậu quả nghiêm trọng nếu không phòng chống và xử lý kịp thời: * Hỏa hoạn tại nhà thờ Đức Bà Paris(15/4/2019) Nhà thờ Đức bà Paris vào chiều 15/4/2019 (giờ địa phương) đến nay đã được kiểm soát, song di sản văn hóa mà nước Pháp và nhân loại mất đi sau vụ cháy này vẫn khiến thế giới phải nuối tiếc. 1 Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) lOMoARcPSD|16911414 Công trình hàng trăm năm tuổi này đã in đậm trong ký ức mỗi người khi biết đến nền văn hóa Pháp nói riêng và châu Âu nói chung. Trong lịch sử nhân loại, nhiều vụ cháy lớn cũng đã xảy ra, phá hủy những công trình di sản văn hóa lớn của thế giới. Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) lOMoARcPSD|16911414 Hình 1.1.1. Nhà thờ Đức Bà Paris bốc cháy ngùn ngụt ngày 15/4 * Cháy rừng Amazon Có ít nhất 74.155 vụ cháy rừng ở Brazil từ tháng 1 đến tháng 8 năm 2019, đại diện cho số vụ cháy rừng cao nhất kể từ khi Brasil bắt đầu thu thập dữ liệu vào năm 2013, theo Cơ quan Vũ trụ của Brasil, Viện nghiên cứu không gian quốc gia (INPE), sử dụng các vệ tinh để theo dõi các vụ cháy.. Hình 1.1.2 Cháy rừng Amazon (ảnh 1) Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) lOMoARcPSD|16911414 Hơn 60 phần trăm của Amazon được nằm trong biên giới của Brasil, và hơn một nửa các vụ cháy rừng xảy ra trong rừng nhiệt đới Amazon, khu rừng nhiệt đới lớn nhất thế giới được coi là "quan trọng để chống lại ấm lên toàn cầu. Hình 1.1.3 Cháy rừng Amazon ( ảnh 2) Có những đám cháy đang bùng cháy trong rừng nhiệt đới ở bốn bang Amazon của Brazil gồm Amazonas, Rondônia, Mato Grosso và Pará. Ít nhất 39.194 vụ cháy đã được phát hiện ở Amazonas, đây là bang lớn nhất ở Brazil (theo khu vực) và có "vùng mưa nhiệt đới lớn nhất thế giới". Brasil đã tuyên bố tình trạng khẩn cấp vào ngày 11 tháng 8.. Tuy nhiên thủ tướng Jair Bolsonaro đã yêu cầu từ chối sự giúp đỡ các quốc gia như G7, các quốc gia châu Á, hoặc các quốc gia châu Âu,... Điều náy làm tệ hại dẫn đến khu vực rừng Amazon và ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu và 20% lượng oxy do rừng Amazon cung cấp bay đi lên khí quyển và có ảnh hưởng liên quan đến trái đất sau này. Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) lOMoARcPSD|16911414 Hình 1.1.4 Cháy rừng Amazon (ảnh 3) Bảng 1.1.1 Bảng thống kê các vụ cháy/năm trên thế giới 3 năm gần đây nhất Thời gian Số vụ cháy 2020 875.489 vụ 2019 723.621 vụ 2018 712.862 vụ Thiệt hại Con người Vật chất Thiệt hại lên Chết khoảng tới gần 500 tỷ 6.539 người. đôla Bị thương 24.956 người Thiệt hại lên Chết khoảng tới gần 521 tỷ 7.625 người. đôla Bị thương 25.853 người Thiệt hại lên Chết khoảng tới gần 497 tỷ 6.423 người. đôla Bị thương 23.519 người Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) Nguyên nhân Sự cố chập cháy ,do con người,thiên nhiên Sự cố chập cháy ,do con người,thiên nhiên Sự cố chập cháy ,do con người,thiên nhiên lOMoARcPSD|16911414 1.2. Tình hình hỏa hoạn ở Việt Nam * Vụ cháy trung tâm thương mại quốc tế ICT tại thành phố Hồ Chí Minh năm 2002 Nguyên nhân dẫn đến hỏa hoạn chiều 29/10/2019 là khi hàn các bulong định vị trên trần, thợ hàn để vảy xỉ nhiệt độ khoảng 1.700 độ C bắn vào xốp cách âm (có thể bắt cháy từ nhiệt độ 300 độ C) gây cháy lan nhanh và cháy lớn. Sau khi đám cháy lan rộng, thợ hàn không kiểm soát được đám cháy, đã đóng cửa phòng xảy ra cháy và để mặc cho đám cháy tiếp tục phát triển. Vụ hỏa hoạn cướp đi sinh mạng 60 người, làm 70 người khác bị thương. Tổng thiệt hại tài sản hơn 32 tỷ đồng. Các đơn vị thiệt hại do cháy có mua bảo hiểm gồm ITC (mua bảo hiểm của Bảo Minh 12 tỷ đồng, đã được tạm ứng đền bù 5 tỷ đồng), Công ty bảo hiểm quốc tế Mỹ AIA mua bảo hiểm 7,2 tỷ đồng đã nhận đủ. So với những vụ cháy thường gặp trong năm thường xảy ra vào mùa khô ở các khu ổ chuột, khu dân cư nghèo, đông đúc thì đây là một trong những trường hợp hoả hoạn ở trong cao ốc hiếm gặp nhưng lại có nhiều khả năng tái diễn trong tương lai, trong điều kiện các cao ốc được xây lên ngày càng nhiều tại Thành phố Hồ Chí Minh. Hình 1.2.2. trung tâm thương mại quốc tế ICT Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) lOMoARcPSD|16911414 * Cháy kho hàng Hoa Việt trên phố Ngụy Như Kon Tum – Hà Nội năm 2019 Theo ghi nhận, có khoảng 10 kho hàng bị cháy, trong đó chủ yếu là các kho hàng chứa dược phẩm của các công ty dược phẩm liên doanh Eloge France - Việt Nam, dược phẩm Đông Á, Công ty dược Vĩnh Phúc… Ngoài ra, còn có các kho hàng chứa đồ điện, đồ gỗ của một số công ty khác. Thiệt hại do vụ cháy nói trên gây ra là rất lớn, có thể lên tới hàng trăm tỉ đồng Hình 1.2.3. kho hàng Hoa Việt trên phố Ngụy Như Kon Tum – Hà Nội * Cháy rừng cùng lúc 4 nơi ở Thừa Thiên Huế 2019 Ngày 28/6/2019, tại tỉnh Thừa Thiên Huế đã cùng lúc xảy ra 4 điểm cháy rừng trên diện rộng. 20 hộ dân sống ven đồi tại phường Hương Hồ, thị xã Hương Trà gần đó đã được di dời khẩn cấp. Trên đây là một số vụ cháy điển hình ở Việt Nam trong nhưng năm gần đây.Bên cạnh đó, theo số liệu cập nhật từ Tổng cục Lâm nghiệp cho thấy, tính đến 30/11/2020, cả nước đã xảy ra 179 vụ cháy rừng gây thiệt hại 645 ha rừng. Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) lOMoARcPSD|16911414 Hình 1.2.4. Cháy rừng ở Thừa Thiên Huế Bảng 1.2.2 Bảng thống kê các vụ cháy/năm ở nước ta 3 năm gần đây nhất Thời gian Số vụ cháy Thiệt hại Con người Vật chất Thiệt hại vật chết 89 người, chất lên tới 600 bị thương 184 người. tỷ đồng 2020 5.354 vụ 2019 4.026 vụ Thiệt hại 595,179 tỷ đồng Chết 105 người ,bị thương 326 người 2018 2.012 vụ Thiệt hại 485,273 tỷ đồng Chết 98 người ,bị thương 254 người Nguyên nhân Sự cố chập cháy ,do con người,thiên nhiên Sự cố chập cháy ,do con người,thiên nhiên Sự cố chập cháy ,do con người,thiên nhiên 1.3. Giải pháp phòng chống hỏa hoạn - Ngăn chặn triệt tiêu nguồn nhiệt gây cháy, quản lý chặt chẽ nguồn lửa, nguồn nhiệt sử dụng trong sản xuất hoạt động kinh doanh, trong sinh hoạt. - Cách ly chất cháy với nguồn lửa, nguồn nhiệt với máy móc htiết bị với các khâu hoạt động sản xuất có khả năng sinh nhiệt, gây cháy. Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) lOMoARcPSD|16911414 - Hạn chế diện tích sản xuất, diện tích bảo quản chất cháy với máy móc thiết bị tới mức cần thiết. - Ngăn chặn đường phát triển của lửa như xây tường ngăn cháy, cửa ngăn cháy đê bao vành đai trống, lắp đặt thiết bị chống cháy lan. - Lắp đặt hệ thống báo cháy và chữ cháy tự động, bán tự động. 1.4. Ứng dụng mạng cảm biến không dây trong cảnh báo cháy 1.4.1. Mạng cảm biêến khống dây Một mạng cảm biến không dây bao gồm số lượng lớn các nút được triển khai dầy đặc bên trong hoặc ở rất gần đối tượng cần thăm dò, thu thập thông tin dữ liệu. Vị trí các cảm biến không cần định trước vì vậy nó cho phép triển khai ngẫu nhiên trong các vùng không thể tiếp cận hoặc các khu vực nguy hiểm. Khả năng tự tổ chức mạng và cộng tác làm việc của các cảm biến không dây là những đặc trưng rất cơ bản của mạng này. Với số lượng lớn các cảm biến không dây được triển khai gần nhau thì truyền thông đa liên kết được lựa chọn để công suất tiêu thụ là nhỏ nhất (so với truyền thông đơn liên kết) và mang lại hiệu quả truyền tín hiệu tốt hơn so với truyền khoảng cách xa. Hình 1.4.5 Cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến không dây Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) lOMoARcPSD|16911414 Các nút cảm biếến được triển khai trong một trường cảm biếến (sensor field). Mồỗi nút cảm biếến được phát tán trong mạng có khả năng thu thập thồng sồế li ệu, định tuyếến sồế liệu vếồ bộ thu nhận (Sink) để chuy ển t ới ng ười dùng (User) và đ ịnh tuyếến các bản tin mang theo yếu câồu từ nút Sink đếến các nút c ảm biếến. Sồế li ệu được định tuyếến vếồ phía bộ thu nhận (Sink) theo câếu trúc đa liến kếết khồng có c ơ sở hạ tâồng nếồn tảng (Multihop Infrastructureless Architecture), t ức là khồng có các trạm thu phát gồếc hay các trung tâm điếồu khiển. B ộ thu nh ận có th ể liến l ạc tr ực tiếếp với trạm điếồu hành (Task Manager Node) của người dùng ho ặc gián tiếếp thồng qua Internet hay vệ tinh (Satellite). Mồỗi nút cảm biếến bao gồồm bồến thành phâồn cơ bản là: b ộ c ảm biếến, b ộ x ử lý, b ộ thu phát khồng dây và nguồồn điện. Tuỳ theo ứng d ụng c ụ th ể, nút c ảm biếến còn có thể có các thành phâồn bổ sung như hệ thồếng tìm vị trí, b ộ sinh năng l ượng và thiếết bị di động. Các thành phâồn trong một nút cảm biếến được th ể hi ện trến hình 2. B ộ cảm biếến thường gồồm hai đơn vị thành phâồn là đâồu đo c ảm biếến (Sensor) và b ộ chuyển đổi tương tự/sồế (ADC). Các tín hiệu tương tự được thu nhận từ đâồu đo, sau đó được chuyển sang tín hiệu sồế băồng b ộ chuy ển đ ổi ADC, rồồi m ới đ ược đ ưa tới bộ xử lý. Bộ xử lý, thường kếết hợp với một bộ nhớ nhỏ, phân tích thồng tin c ảm biếến và quản lý các thủ tục cộng tác với các nút khác để phồếi h ợp thực hi ện nhi ệm vụ. Bộ thu phát đảm bảo thồng tin giữa nút cảm biếến và m ạng băồng kếết nồếi khồng dây, có thể là vồ tuyếến, hồồng ngoại hoặc băồng tín hi ệu quang. M ột thành phâồn quan trọng của nút cảm biếến là bộ nguồồn. Bộ nguồồn, có th ể là pin ho ặc ăếcquy, cung câếp năng lượng cho nút cảm biếến và khồng thay thếế đ ược nến nguồồn năng lượng của nút thường là giới hạn. Bộ nguồồn có thể được hồỗ tr ợ b ởi các thiếết b ị sinh điện, ví dụ như các tâếm pin mặt trời nhỏ. 1.4.2. Mạng cảm biêến khống dây trong cảnh báo cháy * Ưu điểm : Hiện nay, công nghệ cảm biến không dây chưa được áp dụng một cách rộng rãi ở nước ta, do điều kiện về kỹ thuật, kinh tế và nhu cầu sử dụng. Song công nghệ này vẫn đem lại những ưu điểm và lợi ích vượt trội, hứa hẹn sẽ được lắp đặt và sử dụng phổ biến trong tương lai không xa. Như chúng ta đã biết, đối với hệ thống cảnh báo có dây nếu xảy ra sự cố về đường truyền hoặc hỏng bất kì một bộ phận, một nút nào đó thì sẽ ảnh hưởng tới cả hệ thống. Mặt khác, việc thay thế và sửa chữa cho hệ thống có dây cũng khá phức tạp và ảnh hưởng đến hệ thống chung, chưa kể vấn đề nhiễu tín hiệu trên đường truyền, hệ thống có cấu trúc phức tạp. Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) lOMoARcPSD|16911414 Khắc phục được các vấn đề đó, hệ thống cảnh báo cháy không dây có thể hoạt động một cách ổn định bởi các nút và các bộ phận được liên kết với nhau nhưng một khi mỗi bộ phận gặp vấn đề thì hoàn toàn có thể khắc phục và xử lý một cách độc lập mà không ảnh hưởng đến hoạt động của mạng. Bên cạnh đó, việc thay thế và sửa chữa cũng dễ dàng hơn rất nhiều. * Lợi ích của việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời cho hệ thông cảnh báo cháy không dây: - Trong các vụ cháy, việc duy trì nguồn điện cho mạng có dây là vô cùng khó khăn - Trường hợp nếu nguồn cấp tổng bị hoản hoạn làm hỏng thì hệ thống sẽ bị ảnh hưởng => Với phương pháp sử dụng nguồn năng lượng mặt trời để duy trì nguồn điện cho hệ thống, các nút trong mạng hoàn toàn có thể hoạt động một cách ổn định, nếu một nút bị hỏa hoạn phá hủy thì không ảnh hưởng đến các nút khác và quá trình truyền dữ liệu của mạng. Nguồn điện sẽ được tích trữ và nạp vào pin để cấp nguồn cho hệ thống mỗi khi cần để đảm bảo hệ thống sẽ không bị mất nguồn điện. Một ưu điểm lớn của việc sử dụng nguồn điện bằng năng lượng mặt trời đó là tiết kiệm một lượng chi phí lớn so với việc cấp nguồn điện trực tiếp. Như vậy việc lắp đặt một hệ thống phát hiện cảnh báo cháy kịp thời là vô cùng quan trọng. Hiện nay đã có rất nhiều hệ thống cảnh báo cháy đã được lắp đặt nhưng nhìn chung vẫn chưa đáp ứng được độ chính xác cao và cảnh báo kịp thời. Do vậy, với mong muốn cảnh báo sớm nguy cơ cháy, giúp hạn chế tối đa hậu quả do hỏa hoạn gây ra, nhóm chúng em đã xây dựng Hệ thống mạng cảm biến cảnh báo cháy sử dụng năng lượng mặt trời . Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) lOMoARcPSD|16911414 hương 2: Thiết kế nút cảm biến không dây sử dụng năng lượng mặt trời 2.1. Phân tích chức năng của nút Để xây dựng một mạng cảm biến, trước hết phải xây dựng các nút cấu thành mạng – Nút cảm biến. Các nút này phải thoả mãn một số nhu cầu nhất định, tuỳ theo ứng dụng, chúng phải có: kích thước nhỏ, giá thành rẻ, hoạt động hiệu quả về năng lượng, có các thiết bị cảm biến chính xác có thể cảm nhận, thu thập các thông số của môi trường, có khả năng tính toán, mã hoá và khả năng truyền thông thu phát sóng để giao tiếp với các nút lân cận. Mỗi nút cảm biến được cấu thành bởi 4 thành phần cơ bản: bộ cảm nhận (a sensing unit), bộ xử lý (a processing unit), bộ nguồn (a power unit), bộ truyền thông (a transreceiver unit). Trong mạng cảm biến không dây chống cháy rừng, một nút sẽ có 4 bộ cơ bản ngoài ra có thêm bộ cảnh báo, cấu trúc của một nút như sau: * Sơ đồ khối : Hình 2.1.6 sơ đồ khối của một nút cảm biến Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) lOMoARcPSD|16911414 2.1.1. Bộ cảm biêến Trong mạng cảm biến chống cháy rừng, Bộ cảm biến của một nút thành viên trong mạng phải có khả năng đọc được các thông số của môi trường bao gồm: nhiệt độ mội trường, độ ẩm môi trường và chỉ số hồng ngoại xung quanh khu vực cảm biến, vậy nên, bộ cảm biến sẽ sử dụng 2 loại cảm biến: cảm biến DHT22 và cảm biến phát hiện lửa (flame sensor) + Cảm biến DHT22 sẽ thực hiện chức năng đọc nhiệt độ và độ ẩm môi trường sau đó đưa về bộ xử lý bằng phương thức giao tiếp 1 dây. + Cảm biến phát hiện lửa sẽ đọc chỉ số hồng ngoại của môi trường sau đó xuất ra tín hiệu dạng digital hoặc analog tuỳ theo người sử dụng. 2.1.2. Bộ xử lý Bộ xử lý thực hiện chức năng đọc giá trị trả về từ cảm biến sau đó kiếm tra đóng gói dữ liệu và gửi lên nút trạm cơ sở để giám sát. Trong mạng này, bộ xử lý là arduino nano, nó thực hiện đọc giá trị hồng ngoại từ cảm biến phát hiện lửa, giao tiếp vs dht22, kiểm tra và gửi dữ liệu này về nút cơ sở. 2.1.3. Bộ truyêần thống Mạng cảm biến chống cháy rừng không dây sử dụng modul sóng RF24L01 để thực hiện nhiệm vụ truyền thông không dây giữa các nút thành viên. Modul RF24L01 sẽ giao tiếp với bộ xử lý trung tâm (arduino nano) để truyền dữ liệu đọc đc từ cảm biến đến nút chủ trong mạng. 2.1.4. Bộ cảnh báo Bộ cảnh báo trong mạng cảm biến là loại còi báo, khi bộ xử lý kiểm tra chỉ số môi trường từ cảm biến, nếu đủ điều kiện đặt trước sẽ kích hoạt bộ cảnh báo (bật còi báo) để giúp thông báo đến những người xung quanh khu vực hoặc để đội khắc phục đám cháy dễ dàng định vị khi nghe âm thanh từ còi. 2.1.5. Bộ nguốần Trong một mạng cảm biến không dây, bộ nguồn rất quan trọng bởi nhiệm vụ cung cấp năng lượng cho nút, bộ nguồn phải có khả năng duy trì nút hoạt động trong thời gian dài và ổn định, như vậy nó phải có khả năng lấy năng lượng từ môi trường, cụ thể trong mạng này, bộ nguồn sẽ được gắn thêm tắm pin mặt trời làm nhiệm vụ cấp năng lượng cho nút và sạc cho cả pin. Việc này sẽ giúp cho nút hoạt động hoàn toàn độc lập và ổn định. Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) lOMoARcPSD|16911414 Hình 2.1.7 cấu trúc bộ nguồn của mạng cảm biến không dây dùng pin mặt trời 2.2. Các thiết bị cần dùng 2.2.1. Modul arduino nano Arduino Nano là một bảng vi điều khiển thân thiện, nhỏ gọn, đầy đủ. Arduino Nano nặng khoảng 7g với kích thước từ 1,8cm - 4,5cm. Arduino Nano có chức năng tương tự như Arduino Duemilanove nhưng khác nhau về dạng mạch. Nano được tích hợp vi điều khiển ATmega328P, giống như Arduino UNO. Sự khác biệt chính giữa chúng là bảng UNO có dạng PDIP (Plastic Dual-In-line Package) với 30 chân còn Nano có sẵn trong TQFP (plastic quad flat pack) với 32 chân. Trong khi UNO có 6 cổng ADC thì Nano có 8 cổng ADC. Bảng Nano không có giắc nguồn DC như các bo mạch Arduino khác, mà thay vào đó có cổng miniUSB. Cổng này được sử dụng cho cả việc lập trình và bộ giám sát nối tiếp. Tính năng hấp dẫn của arduino Nano là nó sẽ chọn công xuất lớn nhất với hiệu điện thế của nó. Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected]) lOMoARcPSD|16911414 Bảng 2.2.3 Đặc điểm kỹ thuật Arduino Nano Arduino Nano Số chân analog I/O Cấu trúc Tốc đô ̣ xung Dòng tiêu thụ I/O Số chân Digital I/O Bô ̣ nhớ EEPROM Bô ̣ nhớ Flash Điê ̣n áp ngõ vào Vi điều khiển Điê ̣n áp hoạt đô ̣ng Kích thước bo mạch Nguồn tiêu thụ Ngõ ra PWM SRAM Cân nă ̣ng Thông số kỹ thuật 8 AVR 16 MHz 40 mA 22 1 KB 32 KB of which 2 KB used by Bootloader (7-12) Volts ATmega328P 5V 18x45 mm 19mA 6 2KB 7gam Downloaded by Nguynhavy Ha Vy ([email protected])