BÁO CÁO TỐT NGHIỆP CHUYÊN ĐỀ: ỨNG DỤNG MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY

Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

LỜI CẢM ƠN
Trước hết em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo hướng
dẫn Ngô Văn Tuấn đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo em trong những năm học qua và đã
dành rất nhiều thời gian quí báu để giúp em hoàn thành bài báo cáo tốt nghiệp
này.Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, các Thầy cô giáo của Trường Cao
Đẳng Công Nghệ Bắc Hà đã giảng dạy chúng em trong suốt quãng thời gian qua,
cung cấp cho chúng em những kiến thức chuyên môn cần thiết và quý báu giúp
chúng em hiểu rõ hơn các lĩnh vực đã nghiên cứu để hoàn thành đề tài được giao
.Xin cảm ơn các bạn bè và gia đình đã động viên cổ vũ, đóng góp ý kiến, trao đổi,
động viên trong suốt quá trình học cũng như làm tốt nghiệp, giúp em hoàn thành đề
tài đúng thời hạn.Và qua đây em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới ban lãnh đạo, các
anh chị nhân viên trong công ty đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ nhiệt tình, cho
em hoàn thành báo cáo thực tập với chuyên đề :”ứng dụng mạng cảm nhận không
dây” đúng thời hạn.
Bắc Ninh, ngày 1 tháng 5 năm 2013.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Anh Phương

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

1


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

MỤC LỤC

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

2


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

lời mở đầu

LỜI MỞ ĐẦU
Trên thế giới, mạng không dây phát triển mạnh và được chuẩn hoá thành các
loại khác nhau. Về bản chất chúng đều là mạng truyền thông không dây, nhưng cấu
hình, quy mô, mục đích sử dụng khác nhau nên chúng có những điểm giống nhau
và những điểm khác nhau. Trong số các mạng không dây, mạng cảm nhận không
dây ra đời trên cơ sở ứng dụng những thành tựu cao của công nghệ chế tạo linh kiện
điện tử và sự chín muồi trong việc hiểu biết và làm chủ kiến thức phần mềm hệ điều
hành mạng. Mỗi nút mạng trong mạng cảm nhận không dây được xem như những
hạt bụi (motes) vì kích thước của chúng rất bé, tiêu thụ năng lượng rất ít nhưng
chính chúng có thể đảm đương chức năng nút mạng, và hơn thế, chúng còn có chức
năng đo các thông số môi trường (chức năng cảm nhận) nơi chúng có mặt
Với các nhận thức trên và mong muốn được tìm hiểu, thử nghiệm ứng dụng
công nghệ mạng không dây em đã chọn đề tài “Xây dựng ứng dụng của mạng cảm
nhận không dây”
Đề tài gồm 4 chương như sau:
Chương 1: Giới thiệu về mạng cảm nhận không dây
Chương 2: Những ứng dụng của mạng cảm nhận không dây trên thế giới
Chương 3: Những ứng dụng của mạng cảm nhận không dây có thể ứng
dụng ở nước ta.
Chương 4: Thực nghiệm của mạng cảm nhận không dây

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

3


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 1:Giới thiệu

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT
1.1.Giới thiệu vài nét về đơn vị thực tập
Công Ty TNHH Dịch Vụ Tin Học Thùy Linh
Tên chính thức : Công Ty TNHH Dịch Vụ Tin Học Thùy Linh
Tên giao dịch : THUYLINH ISC.CO.,LTD
Mã số ĐTNT : 2500438821
Ngày cấp : 22-06-2011
Địa chỉ trụ sở : Tổ Bảo An, Thị xã Phúc Yên, Vĩnh Phúc
Điện thoại :
Tên giám đốc : Lê Việt Quang
Ngành nghề KD :
máy vi tính, thiết bị ngoại vi, phần mềm và thiết bị viễn thông trong các cửa hàng
chuyên doanh
Chiến lược phát triển và định hướng của công ty
Giữ vững và ngày càng tăng tốc độ phát triển mọi thành quả mà Công ty đã đạt
được như các chỉ tiêu: Doanh số, thị phần, nhân lực, số lượng cửa hàng bán lẻ...
Công Ty TNHH Dịch Vụ Tin Học Thùy Linh sau khi thành lập và phát triển đã có
nhiều năm kinh nghiệm hoạt động trong lĩnh vực dịch vụ sau bán hàng cho các sản
phẩm công nghệ thông tin và viễn thông hiện nay công ty đang tiếp tục đẩy mạnh
các loại hình dịch vụ hỗ trợ chuyên nghiệp và nâng cấp và mở rộng hệ thống bán lẻ
tại công ty.Thùy Linh luôn chiếm được sự tin tưởng của các khách hàng bởi quan
điểm làm việc, chính sách bán hàng, bảo hành... mà nhiều công ty khác không làm

được. Công ty Thùy Linh có một đội ngũ nhân viên tốt được đào tạo chính quy sẵn
sàng đáp ứng những yêu cầu dù là khắt khe nhất của Quý khách hàng. Đến đây sẽ
mang lại những trải nghiệm thú vị của quý khách hàng khi đến thăm và mua hàng
tại công ty.

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

4


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 1:Giới thiệu

1.2 Giới thiệu về mạng cảm nhận không dây
1.2.1. Định nghĩa về mạng cảm nhận không dây
Mạng cảm nhận không dây (Wireless Sensor Network - WSN) là một mạng
không dây mà các nút của nó sử dụng các vi điều khiển, cảm biến, Bộ truyền tín
hiệu sóng Radio,… với kích thước rất nhỏ, tiêu thụ năng lượng ít, tự tổ chức, giá
thành thấp dùng để đo các dữ liệu và truyền thông không dây giữa các nút trong
mạng.

Hình 1.1: một mô hình của mạng cảm nhận không dây
1.2. Yêu cầu của WSN
1.2.1. Khả năng tự cấu hình
- Ưu điểm mấu chốt của WSN đó là tính dễ triển khai, để triển khai thành công , thì
khi đưa ra sử dụng các nút mạng phải có chức năng tự cấu hình . Các nút khi được
đặt vào môi trường và có thể hoạt động ngay. Một vài nút vì một số lí do không
hoạt động , để mạng tiếp tục hoạt động nó phải có khả năng tự cấu hình lại, Nghĩa
là phải phát hiện ra các nút bị hỏng hoặc định kỳ thực hiện cấu hình lại mạng.

- Việc mạng phải thực hiện cấu hình có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau như :
càn phải thích ứng với sự thay đổi của môi trường, do khoảng cách giữa các nút
mạng bị thay đổi… Chính vì vậy việc cấu hình lại là việc cần thiết để duy trì hoạt
động của mạng.
SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

5


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 1:Giới thiệu

- Để khắc phục điều này thì giải pháp tốt nhất đó là dùng kiến trúc bó và khẳ năng
tự cấu hình của bó. Kiến trúc bó là kiến trúc mà các nút mạng theo một tiêu chuẩn
nào đó mà thành lập bó ( Vd các nút ở cạnh nhau có thể được tạo thành một bó,
trong mỗi bó thì có một nút đầu bó để nhận dữ liệu gửi về từ các nút trong bó sau đó
các nút đầu bó có thể gửi dữ liệu cho nhau để chuyền về máy tính…)

1.2.2. Vấn đề tiết kiệm năng lượng
Nguồn năng lượng của các nút mạng cảm nhận không dây thường là pin.
Chính vì vậy mà nguồn năng lượng này là có hạn dẫn đến việc tiết kiệm năng lượng
là yêu cầu cần thiết. Theo các nhà nghiên cứu thì mức điện tiêu thụ trung bình của
một nút mạng trong mạng cảm nhận không dây là trên dưới 50 MW
- Để đảm bảo các nút mạng có thể hoạt động được trong thời gian dài (hàng năm)
thì việc cần thiết là phải sử dụng các phần cứng tiêu thụ hết it điện năng. Ngoài
nguồn điện năng là pin thì ta có thể dùng các nguồn năng lượng khác để có thể tiết
kiệm năng lượng như: Nguồn năng lượng có thể tự tạo ra từ môi trường hoạt động
của mạng ( VD: Dùng năng lượng mặt trời, năng lượng được tạo ra từ nhiệt …
- Việc sử dụng các phần mềm nhúng với các thuật toán nhằm tiết kiệm năng lượng

cũng có thể là một giải pháp hữu hiệu đối với việc tiết kiệm năng lượng.

1.2.3. Giá thành thấp
Do quy mô của mạng cảm nhận không dây la rất rộng do vậy chi phí cho mỗi
nút mạng cũng ảnh hưởng tới việc chiển khai mạng. Tổng chi phí vật tư và chi phí
triển khai ban đầu là hai yếu tố chủ chốt dẫn đến việc có thể chấp nhận các công
nghệ WSN. Với mộ ngân sách cố định thì việc làm giảm giá thành trên mỗi nút sẽ
làm cho khả mua thêm nhiều nút, triển khai một mạng thu thập với mật độ cao hơn,
và thu thập được nhiều dữ liệu hơn.

1.2.4. An toàn bảo mật dữ liệu
Mạng cảm nhận không dây thường được dùng ở ngoài môi trường, phạm vi
rộng, giao tiếp với nhau dưới dạng sóng ( sóng Radio, sóng vô tuyến.. ) chính vì vậy
mà việc khi dữ liệu gửi đi bị nhiễu là hoàn toán không thể tránh khỏi, hay việc bất
kỳ một người nào cũng có thể truy nhập vào để lấy thông tin của mạng, yêu cầu đặt
ra là phải đảm bảo an toàn và bảo mật.

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

6


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 1:Giới thiệu

- Việc mã hóa thông tin để đảm bảo tính an toàn trong mạng, cần bảo đảm cho bất
kỳ người nhận được thông báo từ người gửi không bị sửa đổi thông tin bên trong
bằng bất kỳ cách nào.
- Các nút mạng trước khi truyền dữ liệu đi cần phải được mã hóa bằng các thuật

toán mã hóa như: mã hóa DES…
1.3. Các ứng dụng của WSN
Ngày nay với sự phát triển của công nghệ cao, các mạng cảm nhận không
dây không ngừng được phát triển và được ứng dụng rất nhiều vào cuộc sống. Các
ứng dụng của mạng cảm nhận không dây mà chúng ta có thể thấy rõ nhất như là:
- Điều khiển và giám sát công nghiệp.
- Nhà điều khiển tự động và điều khiển điện tiêu dùng tự động
- Thu thập thông tin trong An ninh và Quân đội
- Theo dõi tài sản và quản lý dây chuyền cung cấp
- Nông nghiệp và cảm nhận môi trường thông minh
- Theo dõi sức khỏe...
+ Thu thập thông tin trong An ninh và Quân đội
Việc sử dụng mạng cảm nhận không dây đầu tiên là được ứng dụng trong
quân đội. Các nút mạng cảm nhận có thể thay thế các lính gác khi đó có thể đảm
bảo an toàn cho họ. Mạng có thể sử dụng để kiểm soát việc đột nhập bất ngờ
bằng cách các nút mạng có thể được gắn các cảm biến đo chấn động, đo thân
nhiệt .. khi đó có thể kiểm soát được việc đột nhập bất hợp pháp trong khi đó các
nút mạng trong mạng cảm nhận không dây là rất nhỏ do đó rễ dàng ngụy trang
cho các nút mạng này ( có thể dấu vào bụi cây, hòn đá…). Ngoài ra còn có thể
dung để thay thế con người trong các công việc nguy hiểm ( như trong hầm mỏ,
nơi nhiễm phóng xạ..)
+ Nông nghiệp và cảm nhận môi trường thông minh
Trong các trang trại thì diệm tích thường rất lớn do vậy việc kiểm soát
cây trồng cũng như điềm kiện tự nhiên của tường khu vực là khó khăng, nhất là
SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

7


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 1:Giới thiệu

lượng mưa trong từng khu vực vì mỗi khu vực thường có lượng mưa khác nhau khi
đó mạng cảm nhận không dây có thể thu thập về lượng mưa của từng khu vực.
Mạng cảm nhận không dây có thể thu thập dữ liệu của môi trường
sống của cây trồng, vật nuôi (độ ẩm, nhiệt độ.. ) để cho con người tìm cách trăm
sóc cây trồng, vật nuôi để đạt được năng suất cao.

1.4. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng mạng cảm nhận không dây trên
thế giới và trong nước
1.4.1. Trên thế giới
Trên thế giới thì việc phát triền của mạng cảm nhận không dây đã ra đời
được một thời gian khá lâu do vậy họ đã ứng dụng vào một số lĩnh vực trong đời
sống. Không những thế mà còn nghiên cứu để phát triển thêm mạng này kết hợp với
việc công nghệ điện tử ngày càng phát triển với giá thành ngày càng thấp. Việc phát
triển mạng cảm nhận không dây điược nghi lại với những mốc quan trọng nhu sau:
• Tương ứng với sự phát triên và mở rộng của hệ thống truyền thông không
dây sự phát triển cuả mạng cảm nhận không dây bắt đầu từ 1978 khi DARPA tài trợ
cho Sensor Nets Workshop trường đại học Mellon Pittsburgh, Pennsylvania theo
yêu cầu cảu hệ thống giám sát quân đội.
• Tiếp đó 1990 dự án SensIT. 1998 tiêu điểm về mạng không dây cho hệ
thống cảm biến quân đội phân tán tổng số 29 dự án nghiên cứu 25 cơ quan được cấp
vốn dưới dự án này.
• 1993 Trường DDH California Los Angeles hợp tác với trung tâm Rock well
đã có một mạng tích hợp cảm biến không dây Wireless Intergate Network Sensor
(WINS) và được thương mại hóa thành công ty Sensonia – California 1998.
• Jan M. Rabaey DDH California bắt đầu chương trình PicoRadio.
Dựa trên những nghiên cứu đó kể từ đây hàng loạt các nghiên cứu , dự án về phát
triển mạng cảm nhận không dây ra đời ;

• MAMPS là chương trình do Principal Investigator Anantha Chandrakasan –
viện công nghệ Massachusetts tập trung vào sự phát triển của một hệ thống đầy đủ
mạng cảm biến không dây nhấn mạnh việc tiêt kiệm năng lượng : và giao thức

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

8


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 1:Giới thiệu

truyền thông cho magnj cảm biến này đó là phân cấp xếp nhóm Adaptive năng
lượng thấp LEACH.
• Dự án Terminodes và mạng di động đặc biệt MANET của IETF – Intenet
Engineering Task Force với mức tiêu thụ điện thấp, vấn đề địa chỉ và lộ trình trong
mạng cảm nhận không dây với các nút mạng lưu động.
• Mạng không gian sâu và âm thanh dưới nước ,với những đặc tính phạm vi
rộng, truyền dữ liệu bằng mạng Radio.
Mạng cảm nhận không dây là chìa khóa để thu thập thông tin cần thiết qua
những môi trường nhạy cảm, cho dù trong những tòa nhà, những nơi công cộng,
khu công nghiệp, tàu thuyền, các hệ thống chuyên chở tự động hay bất cứ nơi nào
khác. Mạng không dây làm tăng khả năng trao đổi dữ liệu. Sự phát triển mạnh mẽ
của công nghệ liên quan, các nhà kinh doanh đã đưa ra các bộ cảm ứng sẵn có nhiều
loại mà phù hợp cho các ứng dụng của mạng cảm nhận không dây với các chuẩn
được đưa ra:
+ 802.11 Wireless Local Area Netwrok.
+ Bluetooth 1. (802.15.1)
+ Home RF (Radio Frequency)

+ 802.15.4 WPAN :chuẩn với những cải tiến vượt bậc : sự phức tạp thấp,
giá và năng lượng tiêu thụ thấp, ổn định, uyển chuyển. được phê chuẩn tháng 5 năm
2003.
Như vậy với nhu cầu trao đổi thông tin của xã hội cùng với sự phát triển
mạnh mẽ của các công nghệ liên quan mà mà mạng cảm nhận không dây được phát
triển mạnh mẽ và đang được ứng dụng rộng rãi trong đời sống.

1.4.2 Ở trong nước
Ở nước ta bài toán tự động hoá đang được đặt ra cho mọi lĩnh vực kinh tế,
quốc phòng...nhằm nâng cao hiệu quả công việc,tiến kịp trình độ chung của khu vực
và thế giới .
Trong lĩnh vực đo lường điều khiển tự động từ xa, việc ứng dụng công nghệ
mạng cảm nhận không dây để thu nhận dữ liệu, và điều khiển, tìm được rất nhiều

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

9


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 1:Giới thiệu

ứng dụng. Ví như đo các thông số môi trường dự báo thời tiết, cho nuôi trồng thuỷ
sản, dự báo cháy rừng, dự báo lũ trên các sông, …
Mới bắt đầu nghiên cứu và chưa có ứng dụng cụ thể nào .Do Những điều kiện
về vật chất, thiết bị, cũng như đây là một vấn đề rất mới đối với nước ta, nên hiện
dang fchỉ có một vài trung tâm khoa hoc công nghệ lớn dang quá trình nghiên cứu:
Trung tâm thông tin KH& CN quốc gia, Hội đồng khoa học trường đại học công
nghệ đại hoc Quốc Gia Hà Nội: Nghiên cứu về lý thuyết, truyền thông giữa 2 nút,

truyền thông tuyến tính đa bước để đo một số thông số cơ bản: nhiệt độ, độ ẩm,
quang...Nhận rõ sức mạng ứng dụng thực tế của WSN , hi vọng trong tương lai gần
WSN sẽ không ngừng được mở rộng nghiên cứu,và ứng dụng rộng rãi trong nước.

1.5. Kiến trúc
1.5.1. Kiến trúc mạng
Do việc ứng dụng trong thực tế mà kiến trúc của mạng thường hay dùng là
dạng hình cây, dạng tuyến tính và Kiến trúc mạng dạng bó.

1.5.1.1. Kiến trúc mạng dạng tuyến tính
Mạng cảm nhận không dây sử dụng kiến trúc dạng tuyến tính thì trong mạng
gồm có các thành phần sau: Nút gốc, nút trung gian và nút cảm biến.

: Nút gốc
: Nút trung gían
: Nút cảm ứng
Hình 1.2: Kiến trúc mạng dạng tuyến tính
SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

10


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 1:Giới thiệu

- Ưu điểm :
+ Lập trình hoạt động cho các nút mạng đơn giản ( Dễ dàng trong việc tìm
đường đi ).
+ Dễ kiểm soát các nút trong mạng

+ Mạng có thể phát triển theo chiều dài tốt
- Nhược điểm
+ Phạm vi của mạng không lớn.
+ Việc phát triển mạng theo chiều rộng là khó.
1.5.1.2. Kiến trúc mạng dạng hình cây
Trong mạng này gồm có các thành phần: Nút gốc là nới tiếp nhận toàn bộ dữ
liệu thu thập được trong mạng để chuyển đến người dùng, nút cảm nhận là nơi thu
thập thông tin( nhiệt độ, độ ẩm… ) .

: Nút Gốc
: Nút cảm nhận

Hình 1.3: Kiến trúc mạng dạng hình cây
- Ưu điểm
+ Quy mô của mạng rộng
- Nhược điểm

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

11


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 1:Giới thiệu

+ Việc lập trình cho các nút mạng này là khó khăn ( do việc phân bố
cảu cà nút là rộng do vậy thì các nút cần phải thay nhau làm nút gốc của nhánh để
tiết kiếm năng lượng.
+ Số lượng nút là lớn và ở trên diện rộng do vậy việc kiểm soát các

nút mạng là khó khăn.
Trong trường hợp nếu muốn mở rộng mạng này theo chiều dày thì có thể kết
hợp cả kiến trúc mạng hình cây và kiến trúc mạng dạng tuyến tính. Trong trường
hợp này thì các nút cảm ứng không truyền dữ liệu trực tiếp về nút gốc mà phải
truyền qua các nút trung gian.

Hình 1.4: Kiến trúc mạng dạng kết hợp
1.5.1.3. Kiến trúc mạng dạng bó (linked cluster architecture_LCA)
Nhóm các nút vào trong các bó, tập hợp dữ liệu và đánh dấu một nút giữ vai
trò truyền thông với trạm gốc

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

12


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 1:Giới thiệu

Hình 1.5 : Kiến trúc mạng dạng bó
Trong mạng tổ chức thành một tập hợp của những bó các nút, mỗi nút thuộc
về ít nhất một bó. Mỗi bó có tiều đề bó hành động như một điều khiển cục bộ cho
những nút bên trong bó. Những cổng vào của các nút cung cấp truyền thông giữa
các bó.
- Ưu điểm: Quy mô của mạng rộng nhất. năng lượng tiêu thụ của các nút
mạng là ít nhất trừ nút đầu bó ( do các nút trong bó chỉ phải gửi dữ liệu đến các nút
đầu bó không phải gửi dữ liệu đi xa )
- Nhược điểm: Nếu nút đầu bó ngưng hoạt động thì các nút trong bó cũng sẽ
bị ngưng hoạt động trừ khi các nút có sử dụng giải thuật chọn lại nút đầu bó. Việc

lập trình cho kiến trúc dạng bó là hết sức phức tạp nhất là trong trường hợp chọn lại
nút đầu bó.

1.5.2. Kiến trúc một nút mạng ( nút mạng CC1010 )
Ứng dụng của mỗi nút mạng là thu thập thông tin dữ liệu, các thông tin có
thể là nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, áp suất độ PH,…trong văn phòng, nhà xưởng, hầm
mỏ, viện bảo tàng, trong nông nghiệp, trong y tế, trong công nghiệp, …WSN còn có
khả năng theo dõi và cảnh báo mức độ an toàn môi trường hoặc định vị sự di
chuyển của các đối tượng trong phạm vi của nó
SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

13


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 1:Giới thiệu

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại vi điều khiển,có thể chia thành 3 họ vi điều
khiển chính như sau:
• Họ vi điều khiển MSP430
• Họ vi điều khiển ATMEGA
• Họ vi điều khiển CC1010
Nhưng dựa trên các tiêu chí :
-Tiêu thụ năng lượng thấp
-Giá thành rẻ
-Tích hợp ADC có khả năng ghép nối với cảm biến
-Kích thước vật lý nhỏ
-Hỗ trợ lập trình các ngôn ngữ bậc cao,bậc trung,gỡ lỗi…
Vi điều khiển CC1010 được lựa chọn làm nút mạng vì đáp ứng được gần như đầy

đủ các tiêu chí 1 vi điều khiển của mạng cảm nhận không dây.
CC1010 được tích hợp nhiều các tính năng phục vụ cho các ứng dụng không
dây như bộ truyền - nhận vô vuyến, bộ biến đổi ADC, bộ nhớ lập trình Flash, kích
thước nhỏ, tiêu thụ năng lượng thấp... Vì vậy CC1010 chỉ cần đến ít các thành phần
phụ trợ khác để có thể trở thành một nút mạng của mạng cảm nhận không dây. Do
đó chip CC1010 là một bộ vi xử lí thích hợp cho các ứng dụng truyền nhận không
dây. Sau đây là các đặc điểm nổi bật của CC1010, các chế độ hoạt động và cách
thức xây dựng mô hình mạng cảm nhận không dây sử dụng CC1010.
1.5.1.1. Đặc điểm chung của CC1010
Vi điều khiển CC1010 chứa nhân CPU 8051, được tích hợp với bộ thu
phát sóng vô tuyến, cùng các thành phần phụ trợ khác và có mức tiêu thụ năng
lượng thấp, đã được lựa chọn để xây dựng nút mạng. Các thành phần trong CC1010
và đặc tính của chúng như sau:
• Lõi là vi điều khiển 8051.
• Tốc độ xử lý bằng 2.5 lần vi điều khiển 8051 chuẩn.
• 32 kB flash, 2048 + 128 Byte SRAM.
• 3 kênh ADC 10 bit.
• 4 bộ định thời.

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

14


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 1:Giới thiệu

• 2 cổng UART, RTC.
• Watchdog.

• Giao diện lập trình SPI.
• Bộ mã hóa DES tích hợp bên trong.
• 26 chân vào ra chung.
• Nguồn cung cấp 2.7 - 3.6 V.
• Bộ thu phát sóng vô tuyến 300-1000MHz.
• Tiêu thụ dòng thấp (9.1 mA trong chế độ thu).
• Công suất phát có thể lập trình được (có thể lên tới +10dBm).
• Tốc độ thu phát dữ liệu lên tới 76.8 kbit/s.

Hình 1.5: cấu tạo của một nút mạng dùng CC1010

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

15


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 1:Giới thiệu

Hình 1.6: cấu tạo của một bảng mạch để kết nối giữa CC1010 với máy tính

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

16


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 2:Ứng dụng

CHƯƠNG 2
MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA MẠNG CẢM NHẬN
KHÔNG DÂY TRÊN THẾ GIỚI
2.1. Cấu trúc của mạng wsn
Mạng cảm nhận không dây bao gồm các thành phần cơ bản sau:
+ Cảm biến ( sensor ) : Là thiết bị vật lý để đo các thông số của môi trường
được truyền thông qua sóng vô tuyến. Nó gồm 5 thành phần: Phần cứng cảm nhận,
bộ nhớ, nguồn pin, vi sử lý được lập trình nhúng, thiết bị thu.
+ Người dùng: Là người cuối cùng nhận được thông tin của mạng cảm nhận
gửi lại, Người dùng là người yêu cầu mạng thu thập thông tin gì và nhận đựơc kết
quả của những thông tin đó. Trong một mạng cảm nhận thì có thể có nhiều nguời
dùng cuối.

2.2. Một số ứng dụng mạng cảm nhận không dây ở nứớc ngoài.
Trong các ứng dụng sau đây chúng ta sẽ sử dụng những cảm biến thông
minh. Chúng không phải là những cảm biến bình thường mà là nhữn cảm biến rất
nhỏ ( Được chế tạo bàng công nghê nano ) được kết hợp với các mạnh điện. Được
sử dụng trong ứng dụng đo lượng gluco và để khôi phục hình võng mạc. Những
thiết bị yêu cầu trong các ứng dụng này là : Máy tính được dùng để nhận dữ liệu
qua mạn không dây. Và các cảm biến thông minh.

2.2.1. Võng mạc nhân tạo
Trong phần này chúng tôi muốn nói đến các ứng dụng của mạn cảm nhận
không dây cũng như các cảm biến thông minh dùng trong lĩnh vực y tế đó là võng
mạc nhân tạo. Trong các cảm biến này cần phải có các đầu cảm nhận ánh sáng.
Trong đây chúng tôi sử dụng các cảm biến thông minh được đặt trong võng mạc và
những dự án vimo của trường đại học Wayne và viện mắt Kresge . Mục đích của
ứng dụng này để tạo ra các võng mạc nhân tạo giúp nhữn người mất khả năng
quan sát hay những người khiếm thị có thể nhìn thấy với một mức độ cho phép.

Trong dây sử dụng các cảm biến thông minh được đặt vào mắt 100 cảm
biến rất nhỏ. Chún tôi đã xây dựng được một hệ thồn bên ngoài để thử võng
mạc ( Hình 2.1 đã miêu tả được cấu tạo cơ bản của một mảng )
SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

17


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 2:Ứng dụng

Cảm biến thông minh gồm có 2 thành phần: Một mạc tổ hợp và
một mảng các cảm biến. Mạch tổ hợp bao gồm một bộ chíp đa hợp. với nhiều
đường truyền thông tin giữa các chíp, dòn kện, dữ liệu đ ược truyền giữa nhau
trên tầm số 40 KHz, với những sữ chuyển đổi và những mạch chíp để hỗ trợ
10x10 lưới liên kết. Mạch có 2 khă năng truyền và nhận dữ liệu. Mạch được
chế tạo bằng nhôm trên bề mặt được gắn các cảm biến. Ở đây đã sử dụng song
một kỹ thuật gọi là kỹ thuật liên kết dính, đặt một chất dính lên chíp cho phép
những cảm biến được gắn chặt với chíp. Với mỗi cảm biến dược định vị trên
một bề mặt đầu dò. Bên trên bề mặt trừ nhữn vùng đầu dõ đ ược phủ lên một
chất hoat tính sinh học. Các cảm biến tạo lên 10x10 mảng điện cực. Khoảng
các giữa các cảm biến là 70 micrômet. Các cảm biến một đầu là hình chữ nhật
và một đầu là hình thoi với kết thúc là một điểm để cho phép sự tiếp súc giữa
mạng cảm biến và võng mã không xẩy ra được việc bị đục võng mạc.

Hình 2.1: sự Minh họa (của) Mảng cảm biến thông minh
Các cảm biến và các mạch được đặt trong mắt như Hình 2. Không giống
một số hệ thống khác mà đã được đề xướng, những cảm biến khôn khéo này
được đặt ở trên võng mạc và đủ nhỏ và đủ nhẹ để được giữ đúng chỗ với một

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

18


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 2:Ứng dụng

cách tương đối lực nhỏ. Những cảm biến này sản xuất những tín hiệu điện mà
được chuyển đổi bởi màng mỏng nằm bên dưới và bên trong một sự đáp lại hóa
học, tương tự nhữn hành vi vận dụng bình thường võng mạc từ những kích
thích nhẹ. Sự đáp lại số thực chất sản xuất truyền thông tuần tự số học. Một
thiết kế tương tự là hiện thân được dùng một mô cấy vỏ não. Mặc dù để cách
giữa hai khoảng cách lớn hơn để phù hợp với để cách đang gia tăng giữa hạch
trong vỏ trực quan. Như khi đưa vào Hình 2.2, chính diện của võng mạc trong
sự tiếp xúc với mảng cảm biến nhỏ. Cạnh sau của võng mạc bị kích thích điện
(qua một phục hình võng mạc nhân tạo) bởi những cảm biến trên chíp cảm biến
thông minh. Những tín hiệu điện này được chuyển đổi vào trong hóa chất
những tín hiệu bởi hạch và khác nằm ở dưới những cấu trúc vải mỏng và sự đáp
lại được mang qua thần kinh thị giác tới não.
Sự truyền Tín hiệu từ những cảm biến thông minh ghi khắc trong mắt
những hình ảnh đồng dạng với hướng ngược. Kết quả thần kinh nhận những tín
hiệu từ những kích thích được nhặt lên bởi cảm biến ,tín hiệu và cường độ
tương đối có thể được truyền ra khỏi cảm biến thông minh. Dần dần. mảng cảm
biến sẽ được sử dụng cho cả sự tiếp nhận lẫn sự truyền ở một sự phản hồi hệ
thống và kinh niên cấy bên trong mắt. Dù mảng cảm biến và điện tử có liên hệ
đã được phát triển, thách thức tại điểm này là kết nối mạng không dây của cảm
biến này với một bộ phận xử lý ngoài để xử lý những tín hiệu phức tạp để gửi

tới mảng.
Từ những lý do để cho thông tin phát ra khỏi võng mạc có lẽ ít hiển
nhiên hơn. Mục đích của điều đảo ngược luồng dữ liệu sẽ xác định ánh xạ giữa
những ảnh đầu vào và tín hiệu thần kinh kết quả mà cho phép chúng ta nhìn
thấy hình. Hiện thời, ánh xạ thực tế từ đầu vào ảnh đến não thì chưa được hiểu
cẩn thận.

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

19


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 2:Ứng dụng

Hình 2.2: Định vị của Cảm biến thông minh bên trong Mắt
Những cảm biến với một hệ thống xử lý ngoài là một khía cạnh cơ sở của
việc thực thi tiềm năng của một võng mạc nhân tạo. Trong chẩn đoán và những thao
tác cứu chữa cũng sẽ yêu cầu sự truyền của dữ liệu từ mảng cảm biến đến một máy
tính chủ đặt bên ngoài. Những yêu cầu này ngoài chức năng bình thường (ủa thiết
bị, mà truyền thông không dây sử dụng từ một camêra nhúng trong một kính đeo
mắt vào trong cảm biến thông minh.
Hình 3.3 miêu tả những bước xử lý từ sự tiếp nhận ảnh ngoài đến sự truyền tới
võng mạc. Một camêra được lên trên Một khung kính đeo mắt đã có thể định
hướng sự gửi ra tới một thời gian thực làm cho sự giảm dữ liệu và xử lý nó
( Chẳng hạn., Sự nhận dạng cạnh ). Camêra được kết hợp với một con trỏ laze tự
động lập mã ảnh kết quả vào trong một khuôn dạng gọn rồi truyền theo sóng vô
tuyến vào trong để giải mã bởi những chíp. Cài đặt trong Hình 3 cho thấy một
thiết bị thu phát không dây mà bên trong thân thể, nhưng không phải bên trong

võng mạc. Ngoài mục đích nghiên cứu cuối cùng sẽ hỗ trợ một mảng 1600 chíp
cảm biến thông minh, từng cái với một 25 x 25 lưới điện cực. Theo chức năng,
những mảng điện cực bên trong trung tâm của điểm võng mạc sẽ phải khuyến
khích võng mạc khác nhau so với ngoại biên được đặt những mảng điện cực, mỗi
cảm biến thông minh được sẽ có được kết hợp với những cảm biến thông minh
khác dựa vào một giải thuật xử lý ảnh được thiết kế để kiểm soát một sự chết của
SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

20


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 2:Ứng dụng

cảm biên thông minh những mảng, mỗi bản in rời gửi đầu vào cho những vùng
võng mạc theo chức năng khác nhau.Tại màn hình sử dụng thị giác ngoại vi, từ
đó võng mạc ngoại vi có quyết định thời gian tốt hơn hơn.
2.2.1.1. Mạng và xử lý những yêu cầu cảu mạng
Trong mục này, những yêu cầu chức năng của hệ thống được mô tả cùng với
một số tùy chọn thiết kế. Đề xuất những giải pháp được thúc đẩy bởi những yêu
cầu này. Trong mệnh lệnh để đạt được khi hình dung chức năng, thông tin hai chiều
sẽ được cần giữa một máy tính ngoài và xác định phải chăng ảnh mong muốn được
" nhìn thấy " bằng cách cấy vào nhữn cảm biến trong vỏ não xẽ cho chúng ta thấy
được bệnh nhân đã thấy nhữ gì. 'Chúng tôi cũng cần thông tin hai chiều với mô cấy
thuộc võng mạc sao cho Chúng tôi có thể xác định mà những cảm biến trong võng
mạc là sự vận dụng như được chờ đợi. Không kể đầu vào từ camêra, chúng tôi
cũng cần khả năng cung cấp đầu vào trực tiếp tới mô cấy võng mạc để xác định nếu
bệnh nhân nhìn thấy cái gì được chờ đợi từ mẫu đầu vào đó. Kế hoạch sẽ dùng tới
một mảng 25 x 25 cảm biến khôn khéo trên một chíp đơn cho sự cấy ghép võng

mạc con người. Như sự khảo sát tiến triển, nhiều những chíp này sẽ được chèn
cho một hệ thống cuối cùng 1000 x 1000 mảng cảm biến ( 40 x 40 mảng của
những chíp, nơi mỗi chíp có một 25 x 25 mảng cảm biến).Tạo một đoạn xấp xỉ
200 250 ms. Bởi vậy, sự xử lý sẽ được thực hiện định kỳ xử lý vào một vòng là
200- 250 ms. Từ đây, dữ liệu sẽ đưựơc truyền bốn hay năm lần trên giây.

Hinh 2.3: những bước xử lý dự án phục hình võng mạc

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

21


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 2:Ứng dụng

Sau khi xem xét tất cả các nhân tố , thì ứng dụng của chúng tôi có thể được
triển khai trong thực tế, bằng việc dùng những cảm biến đủ nhỏ với việc truyền
nhận bằng sóng vô tuyến để không gây ảnh hưởng đến con người.
2.2.2. Theo dõi mức Glucoza
Học viện Quốc gia (NIH) của Viện Sức khỏe Quốc gia Mỹ về Bệnh đái
đường và những bệnh về Tiêu hóa và nhữn báo cáo về các bệnh về thận 15.7
triệu người – 5.9% dân cư Mỹ mắc bệnh đái đường vào 1999 . Những sự phức
tạp mà xuất hiện từ bệnh đái đường bao gồm bệnh tim, đột quỵ, cao huyết áp,
bệnh về thận… Nhữn căn bệnh này là một trong 7 nguyên nhân hàng đầu gây
tử vong ở mỹ, rõ ràng rằng đây là một bệnh mà cần sự chú ý nghiêm túc . Sự
điều trị bệnh đái đường bao gồm một chế độ sinh hoạt chính xác : sự ăn kiêng,
bài tập, và theo dõi nồng độ đường trong máu mọi lúc mọi nơi. Khi đó mạng
cảm nhận không dây dùng nhữn cảm biến thông có thể chu cấp một cách có

hiệu quả hơn tới việc theo dõi bệnh đái đường i, bằng việc cung cấp một
phương pháp chắc chắn, chính xác, và ít ảnh hưởng tới con nguời hơn để theo
dõi những mức Glucoza. Hiện thời, theo dõi những mức Glucoza máu, ng ười ta
sẽ phải dùng các thử máu bằng cách lấy máu trên các đầu ngón tay mà trong khi
đó việc theo dõi này cần được thực hiện liên tục khi đó nó sẽ ngây ảnh h ưởng tới
bệnh nhân. Mạng cảm nhận không dây sẽ có thể khắc phục được điều này cùng
với việc sử dụng các cảm biến thông minh. Cảm biến theo dõi những mức
Glucoza và truyền những kết quả tới một màn hình hiển thị.Các cảm biến đ ược
làm rất nhỏ rùi đưa vào mạch máu của con người nó sẽ đo được nồng độ Glucoza
chính sác hơn và đểu đặn hơn.
2.2.3 Dò tìm ung thư
Ung thư là một trong nhữ nguyên nhân dẫn đến cái chết trong Chúng ta,
với 563,100 người tử vong do ung thư được báo cáo vào 1999. Hiện thời 9 triệu
người đã chẩn đoán có thể ung thư, với 1, 221, 800 trường hợp mới được chẩn
đoán vào 1999. Mà hiện tại việc chữa trị bệnh ung thư khi đã tái phát là rất khó
mà gần như là không thể. Chính vì vậy việc phát hiện sớm là chìa khóa để cứu
sống những người bị ung. Những cảm biến thông minh Không dây có thể đóng

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

22


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 2:Ứng dụng

góp một vai trò chìa khóa trong sự dò tìm sớm đó. Những sự nghiên cứu đã hiện
ra mà những tế bào ung thư có ảnh hưởng đến luồng máu trong vùng bị bao vây
một khối u . Một cảm biến với khả năng để phát hiện ra những sự thay đổi này

trong luồng máu có thể được đặt trong những vị trí khả nghi. Cách này là một
cách đặc biệt hữu ích cho những người người mà có một lịch sử gia đình có
nhiều ngừoi bị ung thư, tiềm ẩn ung thư cao. Nghiên cứu đang cũng được chỉ đạo
trên việc đặt những cảm biến trên một cái kim, Khi đó công việc của nhữ thầy
thuốc khi chữa bệnh sẽ đơn giản hơn và khả năng cứu chữa cao hơn. Những cảm
biến được dùng trong thiết bị này có khả năng để phân biệt giữa nhữn tế bào bình
thường và những tế bào bị ung thư.
2.2.4. Theo dõi sức khỏe toàn diện
Mạng cảm nhận không dây với những cảm biến thông minh đã được sử
dụng để theo dõi sức khỏe của con nguời bằng cách đưa vào trong cơ thể qua
đuờng tiêu hóa. Các nhân viên của NASA làm việc ngoài không gian với những
điều kiện khác hẳn trên trái đất khi đó mạng cảm nhận không dây sẽ được dùng
để theo dõi sức khỏe của họ trong điều kiện ngoài không gian để gửi về trung
tâm sử lý trên mặt đất . Nuốt một viên chứa một cảm biến thông minh có thể gửi
cho chúng ta thông tin về độ axit đường ruột, sức ép, hay những sự làm giảm bớt
của)cơ trơn cho phép những bác sỹ tốt hơn hơn chẩn đoán những bệnh dạ dày-ruột
non trong một thái độ không tiếp cận được với những người đó.

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

23


Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 4:Thực nghiệm

CHƯƠNG 3
NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG
DÂY CÓ THỂ ỨNG DỤNG Ở NƯỚC TA

3.1. Trong kinh tế
+ Cho doanh nghiệp:
Ngày nay, khi mà giá thành thiết bị không dây giảm đáng kể và những đột phá về
bảo mật , tốc độ đã khiến công nghệ mạng không dây trở nên phổ biến và là sự lựa
chọn tối ưu cho bất kỳ ai khi tiến hành xây dựng, nâng cấp và mở rộng mạng.
Người dùng doanh nghiệp có thể kết nối vào mạng ở bất kỳ điểm kết nối nào chỉ
bằng một phần mềm đặc thù nho nhỏ. Để gia tăng tính bảo mật, phần mềm này
cũng hỗ trợ tốt cho việc truy cập vào mạng riêng ảo do các người dùng tự thiết lập
Một số thiết bị ứng dụng:
+ Cisco 500 Series Wireless Express
làm cho việc thiết lập và quản lý mạng vô tuyến của bạn trở nên đơn giản để nhân
viên của bạn có thể được kết nối bất kể họ làm việc từ đâu - tại bàn làm việc, trong
phòng hội nghị hay trong nhà kho. Bạn cũng có thể cung cấp truy nhập an toàn dành
cho khách đến thăm
+ tại một doanh nghiệp có quy mô tương đối nhỏ như Thùy Linh thì việc sử dụng
thiết bị Định tuyến Doanh nghiệp nhỏ của Cisco là hữu ích
- VPN: Công nghệ mạng riêng ảo cho phép những người làm việc từ xa của bạn kết
nối vào mạng thông qua một cổng Internet an toàn. Họ có thể truy cập vào các
email và file giống như là họ đang ở trong văn phòng.
- An ninh: Các tính năng tường lửa, mã hóa nâng cao và xác thực được nhúng sẵn
bảo vệ mạng của bạn trước các tấn công bên ngoài, giữ cho các tài sản doanh
nghiệp của bạn được an toàn.
- Kết nối: Tất cả các Thiết bị Định tuyến Doanh nghiệp nhỏ của Cisco đều kèm theo
những tùy chọn kết nối hỗ trợ việc mở rộng mạng tối đa. Dù là bạn đang sử dụng
chúng để gia tăng số lượng của cổng vật lý hoặc kết nối vô tuyến thì những thiết bị
định tuyến này đều được xây dựng để cung cấp khả năng chia sẻ kết nối tiên tiến.

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

24

Báo cáo tốt nghiệp cao đẳng

Chương 4:Thực nghiệm

Giữ cho nhân viên luôn di động, kết nối và làm việc hiệu quả với mạng không dây
an toàn.

3.1.1 Trong nông nghiệp
Do nước ta là nước đang phát triển với nền nông nghiệp lớn. Số lượng các
trang trại của nước ta nhiều do đó việc theo dõi là rất tốn nhân công. Trong khi đó
việc đầu tư để phát triển một mạng cảm nhận không dây không phải là cao. Mạng
có thể được dùng để đo dộ ảm ở từng khu vực trong trang trại, hay lượng mưa ở
những khu vực khác nhau

Hình 3.1 : Ứng dụng của mạng cảm nhận không dây sử dụng trong nông nghiệp
Các nút mạng được bố trí tại các cánh đồng khác nhau để thu thập các thông
tin về môi trường sau đó chuyển dữ liệu về co người sử dụng. Người sử dụng khi có
các thông tin về môi trường ở từng khu vực khác nhau sẽ đưa ra các phương hướng
chăm sóc khác nhau đối với từng khu vực để chăm sóc cho tốt.

3.2. Trong việc dự báo cháy rừng
Tài nguyên thiên nhiên rừng ở Việt Nam rất phong phú. Trữ lượng gỗ lớn.
Có các cánh rừng nguyễn sinh như: Cát Bà, Cúc Phương, …. Mang lại rất nhiều
nguồn lợi cho nước ta. Chính vì vậy việc giữ gìn và bảo tồn chúng là rất khó khăn.
Trong đó việc cháy rừng do hạn hán, kho hanh thường xuyên sẩy ra do diện tích
một khu rừng là rất lớn việc do độ ẩm của khu rừng trong từng khu vực là khó khăn.

SV: Nguyễn Anh Phương_B5th1

25