BÀI tập lớn THIẾT kế hệ NHÚNG TRƯỜNG đại học BÁCH KHOA hà nội VIỆN điện tử VIỄN THÔNG THIẾT kế CHẾ tạo hệ THỐNG GIÁM sát, THU THẬP THÔNG TIN từ XA

LOGO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
THIẾT KẾ HỆ NHÚNG
THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG GIÁM SÁT,
THU THẬP THÔNG TIN TỪ XA
GVHD

TS. Ngô Vũ Đức

SVTH

Nguyễn Duy Thịnh – 20149575 – K56
Lê Quang Minh – 20159503 – K56
Nguyễn Việt Anh – 20121228 – K57


NỘI DUNG TRÌNH BÀY
1.
2.
3.
4.
5.

Đặt vấn đề
Cơ sở lý thuyết
Phân tích, thiết kế mạch phần cứng
Thử nghiệm và kết quả

Kết luận


1. Đặt vấn đề
SCADA
Là hệ thống xác định, giám sát thu thập
thông tin (môi trường, thiết bị, cảnh báo…)
Các thành phần cơ bản của SCADA
1. Trạm điều khiển giám sát
trung tâm
2. Trạm thu thập dữ liệu trung
gian (RTU và PLC)
3. Hệ thống truyền thông CS
4. Giao diện người máy HMI


1. Đặt vấn đề
 Với khả năng ứng dụng lớn trong nhiều lĩnh vực như sản
xuất công nghiệp, môi trường… nên việc xây dựng một hệ
thống giám sát, thu thập thông tin là hết sức cần thiết.
 Ở Việt Nam, cơ sở hạ tầng mạng hoàn toàn cho phép thực
hiện các giải pháp công nghệ
 Một hệ thống giám sát, thu thập thông tin cỡ nhỏ với các
chức năng đưa ra cảnh báo hay điều khiển thiết bị khác
chắc chắn sẽ rất hữu ích và phù hợp trong mơi trường
nghiên cứu và học tập của sinh viên

“Thiết kế chế tạo hệ thống giám sát, thu thập thông tin
từ xa”

Hệ thống giám sát, thu thập thông tin


Các giai đoạn triển khai
Giai đoạn 1
Nghiên cứu các giao thức truyền nhận với module SIM

Giai đoạn 2
Thiết kế, tối ưu phần cứng thu nhận dữ liệu từ cảm biến

Giai đoạn 3
Truyền dữ liệu thu thập được về một server giả lập trước
Giai đoạn 4
Kết hợp với phần mềm Client-Server (nếu có)


2. Cơ sở lý thuyết
Mơ hình Client-Server

 Là một kỹ thuật mới, trong đó:
 Client là một đối tượng cần được phục vụ
 Server là đối tượng phục vụ những yêu cầu đó
do nhiều Client gửi đến
 Khi cần phục vụ, Client sẽ tạo ra kết nối đến Server và gửi yêu
cầu nó cần → sau khi đuợc phục vụ, Client sẽ ngắt kết nối và trở
lại trạng thái bình thường
 Việc ứng dụng mơ hình này sẽ làm giảm chi phí, tăng tốc độ →
rất cần thiết khi truy cập dữ liệu

2. Cơ sở lý thuyết
Giao thức SMS

 SMS là một giao thức viễn thông cho phép gửi các thông điệp

dạng text ngắn (không quá 160 chữ cái)
 Định dạng dữ liệu của một tin nhắn bao gồm nội dụng tin nhắn,
thời gian và số điện thoại gửi đến
 Chi tiết tin nhắn được mô tả từ các đơn vị giao thức PDU

Cấu trúc của
một tin nhắn


2. Cơ sở lý thuyết
Giao thức TCP/IP

 Là một tập hợp các giao thức hoặc cụm giao thức (giao thức
điều khiển truyền TCP và giao thức Internet)
 TCP/IP có 4 lớp có thể kể đến: Application, Transport, Internet
và Network Interface

Cấu trúc của TCP/IP
so với mơ hình OSI


2. Cơ sở lý thuyết
Truyền thông USART

 USART là bộ truyền nhận nối tiếp đồng bộ và không đồng bộ
 Có 2 cách giao tiếp song song và giao tiếp:
•

Hệ thống truyền thơng song song cồng kềnh, kém hiệu quả

•

Truyền nối tiếp thì hạn chế về
tốc độ và độ chính xác khi
truyền nhận

•

Khung truyền dữ liệu phổ biến
nhất: 1 start bit + 8 bit data +
1 stop bit

Truyền 8 bit theo phương
pháp song song và nối tiếp


3. Phân tích thiết kế mạch phần cứng
Sơ đồ khối mạch phần cứng

Nguồn
cung
cấp
Cảm
biến

MCU

Module
truyền
thông
Server


3. Phân tích, thiết kế mạch phần cứng
 Các số thông số kỹ thuật yêu cầu của phần cứng
Thông số

Giá trị

Điện áp đầu vào

+12V/2A

Điện áp nguồn (mạch tương tự)

4.3÷4.8V/3A

Điện áp logic (mạch số)

+3.3V

Truyền thông module SIM900

USART

Giao thức truyền thông

SMS, UDP, TCP/IP

Hỗ trợ mạch nạp

J-Link, ST-Link


3. Phân tích, thiết kế mạch phần cứng
Nguồn cung cấp cho mạch phần cứng

Thông số

Giá trị

Thông số

Giá trị

Linh kiện

LM2576

IC

AMS1117

Điện áp đầu vào

+12V

Điện áp đầu vào

+5V

Điện áp đầu ra

+3.3V

Dòng

1A

Dropout Voltage

1V

Điện áp đầu ra

Adjustable

Dòng

3A


3. Phân tích, thiết kế mạch phần cứng
Các thơng số của cảm biến

Thơng số

Giá trị

Sensor

DHT11

Dải đo

20÷90%RH, 0÷50oC

Độ chính xác

±5% RH, ±2% oC

Package

4-pin Single Row

Giao thức

Serial Interface

Nguồn cung cấp

3÷5.5V

3. Phân tích, thiết kế mạch phần cứng
Các đặc tính nổi bật của MCU

Thơng số

Giá trị

MCU

STM32F103C8T6

Dải điện áp

2.0÷3.6V

Tần số thạch anh tối đa

72MHz

Truyền thông

USART, I2C, SPI, CAN…

Giao thức

Serial Interface


3. Phân tích, thiết kế mạch phần cứng
Các thơng số kỹ thuật của module SIM900

Thơng số

Giá trị

Nguồn cung cấp

3.4÷4.5V/2A

Giao tiếp

AT command

Giao thức hỗ trợ

UDP, TCP/IP, SMS

External antenna

Antenna pad

GPRS data downlink / uplink

85.6kbps / 42.8kbps


3. Phân tích, thiết kế mạch phần cứng
Sơ đồ nguyên lý phần cứng hoàn thiện

3. Phân tích, thiết kế mạch phần cứng

Hình ảnh phần cứng thiết kế 3D và thực tế


3. Phân tích, thiết kế mạch phần cứng
 Các số thông số kỹ thuật đã đạt được của phần cứng
Thông số

Giá trị

Điện áp đầu vào

+12V/2A

Điện áp nguồn (mạch tương tự)

+4.5V/3A

Điện áp logic (mạch số)

+3.3V

Truyền thông module SIM900

USART

Giao thức truyền thông

SMS, UDP, TCP/IP

Hỗ trợ mạch nạp

J-Link, ST-Link


4. Thử nghiệm và kết quả
Phần mềm dùng trong quá trình thử nghiệm


4. Thử nghiệm và kết quả
Cấu hình thơng số cho Server


4. Thử nghiệm và kết quả

Quá trình kết nối, truyền
nhận dữ liệu từ Client của
Server


4. Thử nghiệm và kết quả
Bắt đầu

Lưu đồ thuật toán

Khởi tạo hệ thống

No

Đọc thông số từ
cảm biến
Yes
Gửi thông số cảm
biến về Server

Kiểm tra thông số
Server

No

Yes
Hiển thị dữ liệu thu
nhận được

No

Vượt ngưỡng cho
phép
Yes
Cảnh báo trên màn hình

Kết thúc

Thử nghiệm truyền thơng
sử dụng giao thức UDP


4. Thử nghiệm và kết quả
 Phần cứng thiết kế ra đáp ứng được các thông

số kỹ thuật đề ra ban đầu
 Dữ liệu thu nhận được có khả năng đóng gói
thành các bản tin như mong muốn (tùy thuộc
theo giao thức truyền thông được sử dụng)
 Kết quả thử nghiệm với phần cứng cho thấy độ
ổn định cao, nguồn cung cấp cho module SIM
đảm bảo
 Phần cứng hoàn toàn có khả năng tương thích
với các tầng ứng dụng bên trên


5. Kết luận
Kết quả thu được là tiền đề phát triển một
hệ thống thu thập dữ liệu hoàn chỉnh hơn
Mở ra nhiều hướng phát triển như
webserver, smartphone-apps, sercurity…