báo cáo nghiên cứu ứng dụng mạng cảm biến không dây vào công tác phòng chống cháy rừng

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG
MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VÀO
CÔNG TÁC PHÒNG CHỐNG CHÁY
RỪNG
SVTH:
TẠ ĐÌNH SANG
HOÀNG VÕ NGỌC ANH
NGUYỄN THANH SANG
Lớp 12ES-Khoa Điện-Điện tử-Trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng.
GVHD :
NGUYỄN TRUNG KIÊN
I. TÓM TẮT NỘI DUNG
Công tác phòng chống cháy rừng thông qua việc sử dụng
mạng cảm biến không dây, nhằm thay thế cho các phương
pháp thủ công kém hiệu quả, cũng như các phương pháp
hiện đại nhưng giá thành đắt đỏ.

Bằng cách ứng dụng các công nghệ cảm biến như: cảm
nhiệt độ, độ ẩm, khói để thiết kế các node cảm biến, sau đó
phân tán chúng vào môi trường rừng cần giám sát để tiến
hành thu thập dữ liệu và gửi về trung tâm giám sát thông
qua công nghệ truyền dữ liệu số không dây để tiến hành xử
lý , mạng cảm biến không dây có khả năng theo dõi, dự
báo, cảnh báo và chống cháy rừng một cách hiệu quả.
II. Yêu cầu thiết kế hệ thống
2.1 Tiêu thụ năng lượng.
2.2 Truyền thông.
2.3 Thiết kế phần cứng và phần mềm.
2.1 TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG

-Đóng vai trò quan trọng :


Phân tán vào trong các khu vực rừng núi hẻo lánh, khó
khăn trong việc tiếp cận để thay thế nguồn điện.

Việc tiếp cận để thay thế nguồn điện, do đó bản thiết
kế phải đảm bảo được mục tiêu thụ và tiết kiệm năng
lượng.

TỐI ƯU HÓA THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ CÁC
THUẬT TOÁN PHẦN MỀM.
2.2 Truyền thông.
Có 3 loại truyền thông chính :
1. Loại truyền thông 1 chiều chỉ hỗ trợ từ node cảm
biến về trạm gốc.
2. Loại truyền thông 2 chiều có thể giao tiếp giữa
node và trạm gốc.
3. Loại truyền thông đa chiều các node có thể giao
tiếp với nhau để truyền thông tin.
Nhằm hạ giá thành và nâng cao hiệu quả làm
việc bài báo cáo chỉ tập trung vào loại 1.
2.3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM

PHẦN CỨNG:

Tích hợp một số loại cảm biến khác nhau, như
cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, khói nhằm
nâng cao độ chính xác và tính tin cậy.

PHẦN MỀM:


Tối ưu hóa các thuật toán định tuyến ,các quá
trình xử lý tín hiệu số tại các node cảm biến,
giúp tiết kiệm năng lượng trong việc truyền
nhận dữ liệu.
3.THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Cung cấp mô hình thiết kế cho hệ thống giám sát và
cảnh báo cháy rừng dựa trên mạng cảm biến không
dây.

Phần này trình bày các vấn đề như mô hình tổng
quát của hệ thống, nguyên tắc hoạt động của các
thành phần, giới thiệu về chương trình quản lý và
mô hình node cảm biến.
3.1MÔ HÌNH TỔNG QUÁT

Hệ thống có mô hình mạng hình sao với:

Một node xử lý trung tâm- Access Point, có nhiệm vụ thu
thập và xử lý dữ liệu

Nhiều node cảm biến- End Device, được phân bố trong
phạm vi giám sát, có nhiệm vụ cảm biến các thông số môi
trường và truyền dữ liệu về node trung tâm.
MÔ HÌNH MẠNG HÌNH SAO
MÔ HÌNH MẠNG HÌNH SAO

Ưu điểm:

một node cảm biến bị sự cố thì mạng vẫn hoạt động bình

thường.

Cấu trúc mạng đơn giản, thuật toán điều khiển ổn định.

Có thể mở rộng hoặc thu hẹp tùy nhu cầu sử dụng.

Nhược điểm:

Khi node trung tâm bị sự cố thì mạng không thể hoạt động.

Khoảng cách thông tin hạn chế.
3.2 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG

End device (ED)

Kết nối với Access Point.

Hoạt động ở chế độ công suất thấp.

Liên tục tính các thông số môi trường và gửi về Access Point
để xử lý
THUẬT TOÁN CHO END DEVICE
3.2 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG

Access Point (AP):

Khởi tạo phần cứng, chuẩn giao tiếp, liên kết mạng.

Lắng nghe tín hiệu và kết nối với ED.


Sau khi nhận dữ liệu từ ED thì tiến hành đọc dữ liệu và truyền tới mấy
tính trung tâm hiển thị lên giao diện chương trình giám sát.

Quá trình diễn ra liên tục và lặp đi lặp lại.
THUẬT TOÁN CHO ACCESS POINT
3.3 THIẾT KẾ NODE CẢM BIẾN

Node cảm biến cần có khả năng thu thập một
số loại dữ liệu khác nhau như ánh sáng, nhiệt
độ, độ ẩm, khói và có thể xử lý tín hiệu và
truyền các gói tin về node thu thập dữ liệu
trung tâm.
Khối xử lý
trung tâm
Khối phát
sóng RF
Khối nguồn
Cảm
biến
nhiệt
dộ
Cảm
biến
độ ẩm
Cảm
biến
khói
Cảm
biến ánh
sáng

3.3.1 KHỐI XỬ LÝ
Sử dụng KIT MSP430F5510 là một
sản phẩm ứng dụng của MSP430với
các đặc tính sử dụng nguồn tiêu thụ
cực thấp,tiết kiệm năng lượng rất
phù hợp cho việc thiết kế node.
Hỗ trợ chuyển đổi ADC, timer,
hỗ trợ giao tiếp UART.
3.3.2 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ

Cảm biến nhiệt độ được tích hợp sẵn trong
MSP430 tại channel A10 của ADC (Port6.1).
3.3.2 Bộ truyền tín hiệu

Sử dụng Zigbee CC2500 tích hợp sẵn trên KIT
làm nhiệm vụ truyền dẫn vô tuyến giữa các
node. Đặc điểm truyền nhận vô tuyến

- Độ nhạy cao

- Tiêu thụ dòng thấp

- Tốc độ dữ liệu từ 1.2 đến 500Kbaud

- Dãy tần số từ 2.4GHz đến 2.4835GHz