Xây dựng hệ thống cảnh báo và giám sát cho trạm vô tuyến CDR700 (tóm tắt)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------

ĐÀO TRỌNG NGHĨA

XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO VÀ GIÁM SÁT CHO TRẠM VÔ TUYẾN
CDR700

Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn Thông
Mã số: 60.52.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2017


Luận văn đƣợc hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS.VŨ TUẤN LÂM

Phản biện 1: ……………………………………………………………………………
Phản biện 2: …………………………………………………………………………..

Luận văn sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ
Bƣu chính Viễn thông
Vào lúc:……....... giờ ....... ngày ....... tháng ......... năm ...............
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thƣ viện của Học viện Công nghệ Bƣu chính Viễn thông

1

MỞ ĐẦU
Trong các loại hình liên lạc qua sóng vô tuyến, mảng thông tin liên lạc vô
tuyến bộ đàm tham gia và góp phần cung cấp giải pháp thoại đến ngƣời sử dụng mà
các mô hình dịch vụ thoại khác không đáp ứng đƣợc. Mạng thông tin vô tuyến bộ
đàm sử dụng chế độ liên lạc bán song công. Với tính năng gọi điểm – đa điểm cho
phép một ngƣời nói cùng lúc với nhiều ngƣời nên mạng thông tin liệc lạc bộ đàm
thƣờng đƣợc phục vụ cho mục đích an ninh, quân sự, thƣơng mại....Thiết bị bộ đàm
ra đời khoảng năm 1936 cho quân đội và vẫn tiếp túc phát triển cho đến ngày nay,
ƣớc tính từ năm 2010 số thiết bị bộ đàm trên thế giới có khoảng 40 triệu máy. Xu
hƣớng trong tƣơng lai thiết bị vô tuyến bộ đàm đƣợc số hóa và ứng dụng nhiều phần
mềm tiện ích.
Trên thị trƣờng việt nam hiện có rất nhiều hãng cung cấp thiết bị vô tuyến bộ
đàm.Tuy nhiên, trong lĩnh vực an ninh, quốc phòng và giao thông vận tải thì hãng
Motorola vẫn dẫn đầu thị phần cung cấp thiết bị, trải dài khắp cả nƣớc. Ngoài thiết
bị đầu cuối, nhà sản xuất cung cấp thêm trạm chuyển nhằm nâng cao khả năng phủ
sóng liên lạc giữa các thiết bị đầu cuối bộ đàm. Đối với hãng Motorola, trạm chuyển
tiếp CDR700 đƣợc sử dụng phổ biến nhất với những lý do ổn định, hiệu năng cao
và giá thành hợp lý.
Trạm chuyển tiếp vô tuyến bộ đàm CDR700 đƣợc sản xuất với tính năng
chính là xử lý chuyển tiếp tín hiệu và đƣợc thiết kế ban đầu là trạm đơn lẻ không có
hệ thống tích hợp để giám sát quản lý. Trong khi việc cử cán bộ ngồi trực giám sát
trạm lại tốn kém nhiều chi phí nên việc quản lý điều hành gặp khó khăn do không
biết sự hoạt động của trạm cho đến khi có lỗi xảy ra nhƣ: nhiệt độ quá cao, mất
nguồn cấp điện, mức thu tín hiệu kém, công suất phát giảm…xảy ra. Khi nhân viên
vận hành biết đƣợc sự cố cũng không nắm rõ là lỗi gì để chủ động phƣơng án sửa
chữa. Từ những bất cập của việc điều hành, quản lý mạng vô tuyến bộ đàm sử dụng
trong lĩnh vực an ninh, nghiên cứu vấn đề Thiết kế hệ thống giám sát và quản lý

2

trạm vô tuyến bộ đàm CDR700. Từ đó tác giả lựa chọn đề tài luận văn: “Xây dựng
hệ thống cảnh báo và giám sát cho trạm vô tuyến CDR700”.
Đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình của các thầy cô trong Khoa sau đại học – Học
viện Công nghệ Bƣu chính Viễn thông, đặc biệt là thầy giáo TS.Vũ Tuấn Lâm Phó
Giám Đốc Học viên, luận văn cơ bản đáp ứng đƣợc yêu cầu đề ra với việc giám sát
đƣợc các thông số về nhiệt độ, nguồn điện cấp, nguồn ắc quy, mức thu tín hiệu,
công suất phát.
Luận văn đƣợc chia làm 3 chƣơng:
Chƣơng 1: Giới thiệu một số hệ thống cảnh báo giám sát điển hình.
Chƣơng 2: Tổng quan về trạm vô tuyến bộ đàm Motorola CDR700.
Chƣơng 3: Thiết kế mô hình hệ thống cảnh báo giám sát cho trạm CDR700.
Do những hạn chế nhất định về trình độ và thời gian nên luận văn này không
tránh khỏi đƣợc những thiếu sót trong quá trình làm, tác giả rất mong nhận đƣợc
những sự chỉ bảo của các thầy cô để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn. Em xin chân
thành cảm ơn.


3

CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU MỘT SỐ HỆ THỐNG CẢNH BÁO
GIÁM SÁT ĐIỂN HÌNH

1.1.

Hệ thống cảnh báo và giám sát ứng dụng cho ngôi nhà thông minh
Trong các ngôi nhà hiện đại ngày nay, số lƣợng trang thiết bị điện, điện tử

đang không ngừng gia tăng. Tuy nhiên, do khác nhau về kiến trúc, việc điều
khiển các thiết bị đôi khi bất cập. Thêm vào đó, việc điều khiển các thiết bị một
cách thủ công với khoảng các địa lý lớn không dễ. Vì vậy, việc áp dụng các
công nghệ điều khiển tự động nhằm giải quyết tƣơng tác giữa môi trƣờng và
các thiết bị trong nhà một cách linh hoạt, dễ dàng là điều tất yếu, khái niệm nhà
thông minh ra đời.Nhà thông minh hiểu đơn giản là ngôi nhà mà các thiết bị
gia dụng trong nó nhƣ: Hệ thống chiếu sáng, sƣởi ấm, máy lạnh, TV, camera
an ninh,…có khả năng tự động hóa và giao tiếp với nhau theo một lịch trình
hay kịch bản định sẵn. Nguyên lý hoạt động của các hệ thống điều khiển tự
động nói chung, hệ thống nhà thông minh nói riêng tập trung chủ yếu vào việc
giải quyết tƣơng tác giữa hệ thống với môi trƣờng. Thông qua các cảm biến các
tín hiệu đƣợc thu nhận, các tín hiệu này sẽ đƣợc lƣu trữ, xử lí và tùy theo yêu
cầu của từng điều kiện đặt ra mà điều khiển các thiết bị theo mục đích cụ thể.
Nhiều công nghệ đã đƣợc áp dụng khi xây dựng nhà thông minh.Tuy nhiên,
sự phức tạp nằm ở chỗ các hệ thống điều khiển phải cân bằng giữa sự phức tạp
của hệ thống và tính tiện dụng cho ngƣời dùng, đặc biệt là có thể đƣợc điều
khiển ở bất cứ đâu, từ trong chính ngôi nhà đó hay bất kỳ nơi nào trên thế giới
thông qua điện thoại hoặc internet.Công nghệ Internet of Things (IoT) đang trở
lên phổ biến, hàng tỷ thiết bị đƣợc kết nối chung với nhau bằng internet. Với IoT
mỗi đồ vật, thiết bị, con ngƣời đƣợc cung cấp một định danh của riêng mình, và
tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất


4

mà không cần đến sự tƣơng tác trực tiếp giữa ngƣời với ngƣời, hay ngƣời với
máy tính. Bên cạnh đó, IoT có thể triển khai một mạng lƣới các thực thể thông
minh, có khả năng tự tổ chức và hoạt động tùy theo tình huống, môi trƣờng,
đồng thời chúng cũng có thể liên lạc với nhau để trao đổi thông tin, dữ liệu. Với
khả năng định danh cao, số lƣợng các thực thể trong hệ thống đƣợc định danh

chính xác, duy nhất, đảm bảo tốt khả năng quản lý, điều khiển của hệ thống.

1.2.

Hệ thống cảnh báo giám sát trạm BTS

 Các nhà trạm không ngƣời trực nhƣ trạm BTS, trạm biến thế, trạm tần số cần
có hệ thống cảnh báo nhƣ báo cháy, báo khói, báo đột nhập, báo nhiệt độ độ
ẩm, báo ngập nƣớc và các thông báo liên quan đến trạng thái thiết bị của nhà
trạm. Đồng thời điều khiển tự động hoặc bằng tay đối với các thiết bị nhƣ
điều hòa, quạt, đèn.. Các cảnh báo và điều khiển đều có thể thực hiện từ xa
mà không cần phải đến trực tiếp.
 Để thực hiện đƣợc các nhiệm vụ từ xa thì cần có thông tin truyền thông,
phƣơng thức truyền tin qua mạng di động và mạng internet là phổ thông và
không giới hạn khoảng cách.
 Với rất nhiều trạm cần giám sát điều khiển thì phần mềm quản lý tập trung là
rất cần thiết. Với phần mềm này ngƣời quản lý chỉ cần ngồi 1 địa điểm là có
thể theo dõi đƣợc hoạt động của hàng nghìn nhà trạm ở khắp mọi nơi.
 Ngoài các cảnh báo ngoài thì thiết bị và hệ thống còn biết đƣợc tình trạng
hoạt động của thiết bị, thiết bị có hoạt động hay không, có lỗi gì không thì ở
trung tâm sẽ biết đƣợc.
 Phần mềm có thiết kế thân thiện với ngƣời sử dụng, đồng thời kết hợp giữa
hình ảnh và âm thanh để sự việc cảnh bảo đƣợc nhanh chóng kịp thời.
 Tại các trạm có camera IP đều đƣợc phần mềm giám sát trực tiếp qua hình
ảnh và khi có cảnh báo phần mềm sẽ chụp lại các hình ảnh cảnh báo đó và


5

hiển thị trên phần mềm quản lý tập trung. Cho phép ngƣời quản lý nắm bắt

đƣợc sự việc cảnh báo vừa xảy ra qua hình ảnh trực tiếp ghi lại.

KẾT LUẬN CHƢƠNG
Trong chƣơng 1, nội dung giới thiệu một số mô hình hệ thống cảnh báo giám
sát điển hình đang đƣợc triển khai rộng khắp đem lại những lợi ích vô cùng thiết
thực đối với việc cảnh báo giám sát trạng thái các thiết bị đang hoạt động độc lập.
Với tƣơng lai phát triển mạnh mẽ của các công nghệ truyền thông không dây, cũng
nhƣ xu hƣớng kết nối vạn vật thông qua internet (Internet Of Thing), dự đoán trong
năm 2017 sẽ có khoảng 8,4 tỷ thiết bị kết nối internet góp phần nâng cao chất lƣợng
sống của con ngƣời.


6

CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRẠM VÔ TUYẾN BỘ ĐÀM
MOTOROLA CDR700
2.1. Mạng thông tin vô tuyến bộ đàm
2.1.1. Mô hình vô tuyến điểm – điểm
Thông tin vô tuyến trực tiếp là liên lạc giữa các thiết bị thu-phát với nhau, cự
ly liên lạc phụ thuộc vào công suất thiết bị, chiều cao an ten và tần số công tác. Ta
tính đƣợc cự ly liên lạc tối đa dựa trên các thông số, từ đó có quyết định cho mô
hình thông tin phù hợp địa bàn cần thiết kế. Mô hình thông tin điểm điểm không đòi
hỏi yêu cầu cao, các thiết bị thu phát đàm thoại có cùng tần số công tác có thể bắt
tay nhau và thực hiện cuộc thoại thông thƣờng

2.1.2. Mô hình vô tuyến điểm – đa điểm
Mạng thông tin vô tuyến điểm – đa điểm, giống nhƣ mạng điểm – điểm ở
chỗ có thể sử dụng nhiếu loại thiết bị có chức năng đàm thoại và cùng dải tần số
công tác, nhƣng số trạm nhiều hơn.

2.1.3. Mô hình thông tin đa điểm ( Thông tin chuyển tiếp)
Mô hình liên lạc kết nối một trạm chuyển tiếp phủ sóng bộ đàm 2 chiều trên
một địa bàn rộng, thông qua một phần mềm quản lý các trạm và máy lẻ. Các máy lẻ
thông qua trạm kết nối nhau trên một khu vực nằm trong bán kính vùng phủ sóng
của trạm chuyển tiếp, Cự ly liên lạc phụ thuộc vào độ cao an ten trạm chuyển tiếp
với độ cao an ten các máy lẻ và công suất thiết bị tham gia mạng. Với điều kiện
thiết bị hiện nay, thông qua thiết lập một mạng chuyển tiếp ta có thể tổ chức nhiều
hình thức liên lạc khác nhau, tùy thuộc vào quyền của quản trị mạng lập trình qua
các phần mềm ứng dụng.

2.2. Cấu trúc trạm chuyển tiếp CDR700
Trạm chuyển tiếp CDR700 đƣợc sử dụng phổ biến trong hệ thống mạng vô
tuyến bộ đàm của lực lƣợng Công an, các hãng taxi, vận tải ở trong nƣớc. Do tính


7

phổ biến về trạm chuyển tiếp CDR700 nên trong phạm vi của luận văn lấy trạm
CDR700 là đối tƣợng nghiên cứu. Để hiểu hơn về trạm chuyển tiếp CDR700 ta đi
vào tìm hiểu cấu tạo của trạm.
Trạm chuyển tiếp CDR700 là một trong những sản phẩm tiện ích cung cấp
giải pháp thông tin vô tuyến bộ đàm giá thành thấp. Trạm chuyển tiếp CDR700 này
là sản phẩm đƣợc thiết kế mà cả máy thu và máy phát trên cùng một giá. Vì vậy nó
đảm bảo yếu tố gọn nhẹ dễ triển khai lắp đặt, sửa chữa. Trong trạm CDR700, tất cả
các bộ phận nằm trong một khối. Trong khối có 2 máy GM338, bộ điều khiển
Repeater (thƣờng là IR20), khối nguồn, duplex.

2.3. Thực trạm trong công tác quản lý giám sát trạm CDR700
Trạm chuyển tiếp CDR700 đƣợc sử dụng khá phổ biến trong thông tin vô
tuyến bộ đàm ở trong nƣớc cũng nhƣ ở nƣớc ngoài. Trong lực lƣợng Công an nói

riêng, số lƣợng trạm CDR700 đƣợc trang bị trong 10 năm trở lại đây là rất nhiều,
trung bình mỗi đầu mối huyện trên cả nƣớc đều đƣợc trang cấp 01 trạm chuyển tiếp
CDR700 phục vụ cho công tác liên lạc, chỉ huy chỉ đạo, đấu tranh phòng chống tội
phạm. Trạm chuyển tiếp CDR700, với thiết kế gọn và không quá lớn nên hầu nhƣ
việc triển khai không khó khăn.
Với việc các trạm chuyển tiếp hầu hết đƣợc cấp tới cấp huyện nên theo lẽ
thƣờng cần số lƣợng cán bộ chuyên trách lớn để trực giám sát, kiểm tra vận hành
trạm và thiết bị đầu cuối đƣợc trang cấp ở nội vùng. Tuy nhiên, hiện nay trong lực
lƣợng thông tin trong ngành công an biên chế cho cán bộ quản lý thiết bị tin học,
viễn thông còn hạn chế. Thực tế mỗi tỉnh biên chế hiện nay chỉ có một đội phụ trách
lĩnh vực viễn thông tin học đặt ở tỉnh trong khi phạm vi quản lý khắp tỉnh. Cán bộ ở
cấp Huyện phụ trách thƣờng có chuyên ngành khác và ôm đồm nhiều công việc
khác, nên việc quản lý gặp nhiều khó khăn.
Từ thực trạng về khả năng vận hành của trạm, cũng nhƣ yêu tố nhân lực quản
lý giám sát nên thực tế hiện nay gặp khó khăn trong vấn đề quản lý giám sát, đòi hỏi


8

cần thiết bị giám sát nâng cao tính chuyên nghiệp trong xử lý tình huống, chất
lƣợng mạng.

2.4. Đề xuất mô hình hệ thống cảnh báo giám sát trạm vô tuyến CDR700
Để giám sát hệ thống, đề xuất mô hình giám sát nhƣ sau:
+Thiết kế một module giám sát từ xa kết nối qua đƣờng truyền tín hiệu GPRS. Tại
Module này ta có thể giám sát các thông số nhƣ:
+Giám sát nguồn điện áp cấp cho máy thu và máy phát với điện áp: 13,8V. Qua đó
có thể biết đƣợc nguồn nuôi máy có đƣợc đảm bảo không. Tránh tình trạng máy mất
nguồn mà không xử lý đƣợc.
+ Giám sát dòng tiêu thụ từ đó quy ra công suất của máy phát khi phát sóng. Việc

máy phát khi phát tín hiệu sẽ tiêu thụ một dòng điện nhất định, qua đó ta giám sát
việc tiêu thụ dòng cũng đồng nghĩa gián tiếp theo dõi công suất phát của máy. Sở dĩ
làm đƣợc việc đó bởi, ta xây dựng bảng quy đổi công suất tiêu thụ bao nhiêu ứng
với dòng tiêu thụ bao nhiêu. Từ đó, xây dựng mẫu quy đổi (Bảng quy đổi được nêu
trong chương 3) và biết đƣợc máy phát có hoạt động hay không.
+ Giám sát độ nhạy của máy thu của trạm CDR700. Qua cổng Accessory của máy
thu, tại chân số 15 có chức năng RSSI cho phép đo cƣờng độ thu tại đây. Tuy nhiên,
tại chân 15 RSSI này chỉ cho ra điện áp, ta phải xây dựng bảng quy đổi cƣờng độ
trƣờng của máy thu bao nhiêu dbm tại chân 15 RSSI cho ra điện áp tƣơng ứng bấy
nhiêu. (Bảng đo xây dựng ở chương 3) . Qua việc theo dõi cƣờng độ thu ta cũng biết
đƣợc máy thu có hoạt động hay không.
+ Giám sát nhiệt độ trạm : Máy phát vô tuyến luôn là thiết bị bức xạ nhiệt lớn nhất
trong số thiết bị gắn trong trạm CDR700. Trong một số hoàn cảnh nhƣ thời tiết quá
nóng, hoạt động liên tục hoặc thiết bị phụ trợ làm mát hỏng sẽ khiến cho máy phát
quá nóng vƣợt quá khỏi giới hạn nhiệt độ hoạt động cho phép khiến thiết bị dễ hỏng
hoặc làm sai lệch thông số hoạt động của máy. Nên việc giám sát nhiệt độ luôn là
quan trọng và cần theo dõi thƣờng xuyên để kịp thời xử lý.


9

+ Giám sát nguồn Battery: Việc giám sát nguồn Acquy 12V cấp cho trạm là cần
thiết (Có thể sử dụng bình 100AH, 200AH tùy từng nhu cầu từng điểm). Bởi việc
thông tin cần thông suốt mọi lúc và mọi nơi nhất là các vùng trọng điểm về an ninh
trật tự. Việc giám sát nguồn cho phép ta biết đƣợc trạm nào đang mất điện, và qua
điện áp cấp cho trạm ta phán đoán đƣợc ngƣỡng Acquy còn hoạt động.

KẾT LUẬN CHƢƠNG
Trong chƣơng 2, nội dung trình bày khái quát hệ thống thông tin vô tuyến bộ
đàm, nhƣng tồn tại và khó khăn. Trong đó có, cách thức liên lạc, mô hình tổ chức và

cự ly liên liên lạc của trạm CDR700. Cụ thể, cấu trúc trạm CDR700 đƣợc nêu ra chi
tiết với các thành phần chức năng riêng biệt, đi kèm có sơ đồ chức năng các chân tín
hiệu của máy thu và máy phát vô tuyến trong trạm.
Từ hiện trạng và cấu trúc của trạm CDR700 tác giả đƣa ra mô hình hệ thống
để giám sát hoạt động của trạm. Trong mô hình với các tính năng giám sát nhiệt độ,
nguồn cấp, ắc quy, độ nhạy máy thu, công suất máy phát. Từ đó giúp ngƣời dùng
quản lý, điều hành hiệu quả hơn.


10

CHƢƠNG 3 THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG CẢNH BÁO
GIÁM SÁT CHO TRẠM CDR700

3.1. Chỉ tiêu tính năng hệ thống cảnh báo giám sát trạm CDR700
3.1.1. Tính năng của hệ thống
Bảng 3.1: Tính năng của hệ thống cảnh báo giám sát
TT

Tên tính năng

Mô tả

- Giám sát nguồn điện áp cấp cho
1

Giám sát nguồn cấp

thiết bị, giá trị chuẩn là 13,8V.
Thiết lập các mức cảnh báo cho

ngƣỡng trên và dƣới.

- Giám sát dòng tiêu thụ từ đó quy
ra công suất của máy phát khi
2

Giám sát dòng tiêu thụ

phát sóng, thiết lập các mức
cảnh báo cho ngƣỡng trên và
dƣới.

- Quy đổi mức điện áp đọc đƣợc
3

Giám sát độ nhạy của máy thu

từ chân RSSI của máy thu ra
thành cƣờng độ mức tín hiệu thu
đƣợc.

- Đọc giá trị nhiệt độ từ cảm biến
LM35 từ đó xác định nhiệt độ
4

Giám sát nhiệt độ trạm

môi trƣờng mà thiết bị đang hoạt
động, thiết lập các mức cảnh báo
cho ngƣỡng trên và dƣới.

Ghi
chú


11

Tên tính năng

TT

Ghi

Mô tả

chú

- Đọc giá trị điện áp sau mạch
phân áp điện trở từ đó quy đổi ra
5

Giám sát nguồn Battery

giá trị điện áp của nguồn ắc quy
dự phòng, thiết lập các mức cảnh
báo cho ngƣỡng trên và dƣới.

3.1.2. Chỉ tiêu của hệ thống
Bảng 3.2: Chỉ tiêu của hệ thống cảnh báo giám sát
TT

Tên chỉ tiêu

1

Điện áp nguồn cấp

2

Dòng tiêu thụ

3

4

5

6

7

Thời gian cập nhật dữ
liệu
Độ phân giải đầu đo
nhiệt độ
Độ phân giải đo độ nhạy
máy thu
Độ phân giải đo công
suất máy phát
Độ phân giải đo điện áp

ắc quy và nguồn nuôi

Đơn vị
đo

Mức

VDC

12  10%

mA

≤ 500

second

≤ 10

o

C

1

dBm

1

W

1

V

0.01

Ghi chú


12

3.2. Sơ đồ khối module cảnh báo giám sát trạm CDR700
Căn cứ mô hình tổng quát chung của cả hệ thống giám sát đề xuất ở chƣơng
2, trong chƣơng này đi chi tiết hơn vào thiết kế module cảm biến trong hệ thống
giám sát, cụ thể là đề xuất các khối có khả năng tích hợp với nhau tạo nên sản phẩm
mong muốn.
Thiết kế module với sơ đồ khối nhƣ sau:

Hình 3.1: Sơ đồ khối mô hình module giám sát trạm CDR700
Với thiết kế các khối nhƣ hình vẽ 3.1, ta có thể giải quyết các yêu cầu từ bài
toán đặt ra ở chƣơng 1. Mô hình đƣợc diễn giải nhƣ sau:
+ Khối xử lý dữ liệu trung tâm để xử lý các dữ liệu đƣa về đề phân tích xử lý
và đẩy dữ liệu sang khối truyền dữ liệu qua GPRS. Khối xử lý trung tâm này, đề
xuất dùng vi điều khiển STM32F103 cùng Broad phát triển sẵn để xử lý.
+ Khối truyền dữ liệu về server ở trung tâm, lựa chọn phƣơng thức truyền
qua mạng di động GPRS. Với lý do, tận dụng hạ tầng mạng di động Gtel sẵn có của
Bộ Công an, cũng nhƣ sự tiện lợi khi truyền sóng vô tuyến khắp mọi nơi. Khối nhận
truyền dữ liệu này, đề xuất xử dụng Sim 900A đi cùng broad phát triển riêng cho
Sim 900A.

+ Khối nguồn cấp cho tất các các Broad cũng nhƣ các cảm biển sử dụng đó
là bộ nguồn hạ áp Conveter 5V DC. Nó có chức năng giảm áp từ nguồn DC có điện
áp cao nhƣ Acquy, nguồn DC cấp máy sang nguồn DC 5V.


13

+ Để giải quyết việc đo dòng tiêu thụ của máy phát để chuyển đổi sang mức
công suất tiêu thụ, đề xuất sử dụng cảm biến đo dòng. Trên thị trƣờng có hai dòng
đo cảm biến, một là cảm biến không tiếp xúc (Luồn dây cấp nguồn qua cảm biến),
hai là cảm biến đấu nối tiếp (dây nguồn đối nối tiếp qua cảm biến). Trong hai loại
này, chọn loại đấu nối tiếp để đảm bảo tính chính xác cao hơn. Đề xuất sử dụng cảm
biến ACS712 20A, đi kèm cảm biến là module đƣợc phát triển sẵn để kết nối với
broad STM32F103
+ Với khối đo nhiệt độ máy phát. Có nhiều dạng cảm biến nhiệt, ở đây Sử
dụng cảm biến nhiệt độ LM35 với dải nhiệt độ rộng, từ đây lấy dữ liệu truyền về
broad STM32F103
+ Với khối đo mức thu tín hiệu từ phần thu của trạm, do tín hiệu từ chân 15 ở
cổng accessory của máy thu cho điện áp ra dao động thấp dƣới 5V nên đề xuất
đƣờng tín hiệu điện áp này đƣợc đấu nối thẳng tới Broad STM32F103.
+ Với khối đo điện áp cấp nguồn cho phần thu và phần phát của trạm, sử
dụng mạch phân áp điện trở để giảm áp để kết nối tới Broad STM32F103.
+ Với khối đo điện áp Acquy cũng tƣơng tự nhƣ khối đo điện áp cấp nguồn,
sử dụng mạch phân áp điện trở giảm áp để kết nối tới Broad STM32F103.
Bƣớc đầu với ý tƣởng từ những sơ khối xử lý ở trên, đi nghiên cứu chi tiết
từng khối xử lý.

3.3. Thu thập số liệu RSSI từ máy thu và công suất máy phát trạm
CDR700
Để tiến hành lấy số liệu phục vụ cho việc tính toán cho hệ thống giám sát

trạm vô tuyến CDR700.
Phƣơng pháp đo:
 Bƣớc 1: Cắm rắc nguồn từ bộ nguồn DC 13,8V vào máy bộ đàm thu GM338
trong trạm CDR700. Bật nguồn DC và bật máy bộ đàm.
 Bƣớc 2: Bật máy tính, chạy phần mềm và kết nối dây tín hiệu vào máy bộ đàm.
Sau đó đọc thông tin trong máy bộ đàm nhƣ: tần số, mã bảo vệ.


14

 Bƣớc 3: Bật máy đo R2600, Đấu nối dây từ máy đo tới cổng RF của máy bộ
đàm, thiết lập chế độ máy phát tín hiệu với đúng tần số và mã bảo vệ với cƣờng
độ ban đầu là -120 dBm.
 Bƣớc 4: Bật máy đo Fluke Multimetter, đặt chế độ đo volt , lấy que đo để đo
điện áp chân RSSI của máy bộ đàm với mức cƣờng độ tín hiệu phát -120 nhƣ ở
bƣớc 3.Ghi giá trị đo đƣợc vào sổ.
 Bƣớc 5: Thay đổi máy phát tín hiệu R2600 giảm dần từng dbm một nhƣ: -119, 118....cho đến -50 dbm và ghi giá trị lần lƣợt vào bảng số liệu.

3.3.3. Tiến hành đo lấy số liệu tiêu thụ dòng của máy phát trạm CDR700 và
cảm biến ACS 712.
 Phƣơng pháp đo:
-

Bƣớc 1: Đấu nối tiếp rắc nguồn qua máy đo Fluke Multimetter. Cắm rắc
nguồn từ bộ nguồn DC 13,8V vào máy bộ đàm phát GM338. Bật nguồn DC
và bật máy bộ đàm.

-

Bƣớc 2: Bật máy tính, chạy phần mềm và kết nối dây tín hiệu vào máy bộ

đàm. Sau đó đọc thông tin trong máy bộ đàm nhƣ: tần số, công suất phát.

-

Bƣớc 3: Bật máy đo R2600, Đấu nối dây từ máy đo tới cổng RF của máy bộ
đàm, thiết lập chế độ đo công suất với đúng tần số máy phát mà máy đƣợc
lập trình

-

Bƣớc 4: Từ máy đo Fluke Multimetter, chọn chế độ đo dòng DC.

-

Bƣớc 5: Bóp PTT của máy bộ đàm, quan sát công suất máy, chỉ số dòng tiêu
thụ từ máy đo và ghi lại.
Tiếp theo, với dữ liệu có đƣợc nhƣ thông số công suất phát và dòng
tiêu thụ giờ đây ta đo dữ liệu đầu ra từ cảm biến ACS712.

-

Bƣớc 1: Đấu nối tiếp rắc nguồn qua cảm biến dòng ACS712. Cắm rắc nguồn
từ bộ nguồn DC 13,8V vào máy bộ đàm phát GM338. Bật nguồn DC và bật
máy bộ đàm.


15

-

Bƣớc 2: Bật máy tính, chạy phần mềm và kết nối dây tín hiệu vào máy bộ
đàm. Sau đó đọc thông tin trong máy bộ đàm nhƣ: tần số, công suất
phát.Thiết lập công suất máy tuần tự nhƣ ở bài đo nguồn dòng ở trên.

-

Bƣớc 3: Bật máy đo R2600, Đấu nối dây từ máy đo tới cổng RF của máy bộ
đàm, thiết lập chế độ đo công suất với đúng tần số máy phát mà máy đƣợc
lập trình

-

Bƣớc 4: Từ máy đo Fluke Multimetter, chọn chế độ đo Volt DC. Nối que đo
đến chân Vout của cảm biến

-

Bƣớc 5: Bóp PTT của máy bộ đàm, quan sát điện áp ra của cảm biến trên
máy đo. Ghi lại và lặp lại khi thay đổi công suất máy.

3.4. Cài đặt và thử nghiệm hệ thống cảnh báo giám sát trạm CDR700
3.4.1. Lắp đặt phần cứng

Hình 3.2: Sơ đồ khối chi tiết của module giám sát


16

Đấu nối module giám sát:
a) Đấu nối nguồn cấp

Đầu vào của module hạ áp đƣợc thiết kế để sử dụng với dải điện áp rất rộng
từ 7 – 42VDC, đầu vào này sẽ đƣợc nối chung với đƣờng nguồn 13.8VDC của máy
CDR700. Nguồn 13.8VDC này đƣợc đƣa vào LED chỉ thị nguồn và công tắc on/off,
đầu kia của công tắc on/off sẽ đƣợc nối vào module nguồn hạ áp. Đầu ra 5VDC cố
định với dòng tải tối đa 3A của module nguồn hạ áp đáp ứng tốt yêu cầu cấp nguồn
của hệ thống, đầu ra này đƣợc nối với module STM32F103, Module SIM900A , IC
đo nhiệt độ LM35, module cảm biến dòng ACS712
b) Đấu nối giao tiếp giữa module STM32F1103 và module SIM 900A:
Sử dụng chuẩn giao tiếp UART để truyền thong giữa hai module do vậy cần
nối chéo hai chân TX, RX của hai module với nhau nhƣ hình 3.18

Hình 3.3: Minh họa đấu nối giữa module STM32F1103 và module SIM 900A
Ở đây ta sử dụng cổng UART1 của STM32F103 do vậy cần đấu nối chân
USART1_TX với chân Rx của SIM900 và ngƣợc lại USART1_RX với chân TX
của SIM900.


17

Hình 3.4: Mô tả chân chức năng USART trên chip STM32F103
c) Đấu nối cảm biến:
Cảm biến nhiệt độ: Đầu ra cảm biến nhiệt độ Vout LM35 đƣợc đấu nối vào
kênh 5 của bộ ADC1 với độ phân giải cao 12 bit.

Hình 3.5:Mô tả chân chức năng của bộ ADC kênh 5
Đo mức thu của máy RSSI: Đấu nối trực tiếp từ chân điện áp RSSI của
CDR700 đến kênh 0 của bộ ADC1 module STM32F103

Hình 3.6: Mô tả chân chức năng của bộ ADC kênh 0
Đo điện áp acquy: Do dải điệp áp acquy rất cao từ 12 – 15VDC không thể

kết nối trực tiếp vào ADC của STM32F103 do vậy cần đƣa qua một mạch phân áp
điện trở nhƣ sơ đồ bên dƣới


18

Hình 3.7: Sơ đồ đấu nối điện trở phân áp mạch đo Ắcquy
Điện áp Vout đầu ra mạch phân áp đảm bảo không vƣợt quá 3.3VDC để
tránh hiện tƣợng hỏng IC, sau đó điện áp sẽ đƣợc đƣa vào kênh 1 của bộ ADC1

Hình 3.8: Mô tả chân chức năng của bộ ADC kênh 1
Đo điện áp nguồn cấp: Do điện áp nguồn cấp cố định 13.8VDC không phù
hợp để đƣa trực tiếp vào module STM32F103 vì vậy cần đƣa qua mạch phân áp
điện trở sau đó mới đƣợc đƣa vào kênh 3 của bộ ADC 1.Sơ đồ mạch giống nhƣ
trong hình 38.

Hình 3.9: Mô tả chân chức năng của bộ ADC kênh 3
Cảm biến đo dòng: Điện áp đầu ra cảm biến đo dòng đƣợc đƣa trực tiếp đến
đầu vào kênh 6 của bộ ADC1 module STM32F103

Hình 3.10: Mô tả chân chức năng của bộ ADC kênh 6


19

3.4.2. Lập trình cho module giám sát
Lƣu đồ thuật toán của phần lập trình nhƣ sau:

Hình 3.11: Lƣu đồ thuật toán của phần code lập trình

20

3.4.3. Giới thiệu phần mềm hệ thống giám sát
3.4.3.1. Giới thiệu về Server
Phần mềm hệ thống giám sát và quản lý trạm vô tuyến bộ đàm bao gồm hai
phần chính: Gồm hệ thống server lƣu trữ dữ liệu từ các trạm và phần mềm trên máy
tính hoặc thiết bị di động cho phép giám sát và xem các cảnh báo của thiết bị thông
qua server

Internet

GPRS

Thiết bị
giám sát

Hình 3.12: Mô hình server quản lý
Sơ đồ thuật toán của hệ thống:
Khi server bắt đầu hoạt động sẽ khởi tạo các service của hệ thống : mongodb
, hazelcast và khởi động service hứng các bản tin giao tiếp từ thiết bị cũng nhƣ phần
mềm .Sau khi đƣợc khởi tạo server bắt đầu chấp nhận các kết nối và sẵn sàng nhận
bản tin giao tiếp qua giao thức TCP.
Sau khi nhận dữ liệu, Server sẽ phân biệt bản tin đó tới từ thiết bị giám sát
hay từ phía phần mềm gửi yêu cầu thông tin lên. Sự phân biệt đó dựa trên giao thức
giao tiếp đƣợc định nghĩa bởi ngƣời thiết kế hệ thống. (ví dụ: với giao tiếp từ thiết
bị có mã bản tin là T101,Còn phía phần mềm ứng dụng có mã T102,T103….)
Nếu là bản tin từ phía thiết bị ( Mã T101): Server thực hiện tiến hành phân
tích dữ liệu và lƣu dữ liệu vào mongodb và cache hazelcast. Đồng thời gửi dữ liệu
cho thiết bị để xác nhận đã nhận đƣợc thông tin từ thiết bị.

21

Bắt đầu

Khởi tạo hệ
thống
Mở cổng TCP/
IP từ Server

Thu Dữ liệu

N

Y

Phân tích dữ
liệu

Giao thức từ
thiết bị

N

Phân tích
chuôi và phản
hồi về phần
mềm máy tính

Y

Phân tích chuỗi và lưu
dữ liệu

Cơ sở dữ liệu
Mongo,Hazel
cast cache

Quay về tiếp nhận
dữ liệu thiết bị

Hình 3.13: Lƣu đồ thuật toán server quản lý
Nếu bản tin nhận từ phía phần mềm ứng dụng ( Mã T102,T103..): Server sẽ
tiến hành kiểm tra thông tin dữ liệu cần truy vấn và xuất dữ liệu tƣơng ứng đƣợc lƣu
từ cache, database để tạo bản tin trả lời cho phần mềm ứng dụng.
Quá trình xử lý một bản tin kết thúc, Server vẫn hứng bản tin và chờ chu
trình xử lý tiếp theo.

3.4.3.2. Phần mềm trên máy tính.
 Giới thiệu chung sơ đồ thiết kế :
Phần mềm có tính năng lấy lại dữ liệu từ phía server để hiển thị thông tin các
trạm, danh sách các trạm quản lý và thông tin các cảnh báo bằng màu sắc từ các
trạm đó. Màu xanh hoạt động bình thƣờng, màu vàng có nguy cơ và màu đỏ là báo
lỗi


22

Khi truy nhập vào mỗi trạm sẽ hiển thị tham số giám sát các trạm real

time.Chỉ ra các cảnh báo là cảnh báo gì. Phần mềm có tính năng phân quyền truy
nhập theo hai cấp (cấp cao và thấp) và có thể cài đặt ở nhiều máy tính. Khi truy cập
ở cấp cao có thể xem đƣợc trạng thái của tất cả các trạm,khi truy cập cấp thấp thì
chỉ xem đƣợc một số trạm đƣợc quyền quản lý.Vd: Khi đăng nhập với quyền của
tỉnh A thì chỉ xem đƣợc các trạm ở tỉnh A.Khi đăng nhập với quyền Admin thì có
thể xem đƣợc tất cả các trạm ở tỉnh A, B,C….
Phần mềm đƣợc viết bằng Visual C# sử dụng giao tiếp TCP/IP với server.
Sơ đồ thuật toán phần mềm trên máy tính.

Hình 3.14: Lƣu đồ thuật toán phần mềm


23

3.5. Đo kiểm và đánh giá sản phẩm
Sau khi lắp ráp, lập trình hoàn thiện sản phẩm. Bƣớc tiếp theo vận hành kiểm
tra thông số thiết bị. Môi trƣờng đo kiểm trong tòa nhà đơn vị, phòng điều hòa,
nhiệt độ 28 độ, độ ẩm 60%.

3.5.1. Danh mục vật tư, thiết bị phục vụ đo kiểm
Bảng 3.3: Danh mục vật tƣ thiết bị phục vụ đo kiểm tra module
TT
1

2

Tên phƣơng tiện đo
Máy phân tích phổ
Aeroflex
Máy đo công suất Bird

Tính năng kỹ thuật
Đo phân tích phổ tín hiệu từ 100kHz – 3GHz.
Đo công suất tới 50W dải từ 100KHz –
500MHz. Độ chính xác ±10%

Đồng hồ điện tử Fluke

Dải đo điện áp AC: Từ 0 V đến 750 V

45 dual display

Dải đo điện áp DC: Từ 0 V đến 500 V

Multimetter

Đo dòng điện AC/DC: Từ 0 A đến 10 A

4

Hộp giao diện bộ đàm

Kết nối dữ liệu bộ đàm tới máy tính

5

Bộ cáp lập trình bộ

Đi kèm với giao diện lập trình để kết nối giữa

đàm

máy tính và bộ đàm

Các đầu nối, conector

Các đầu nối và dây cáp phục vụ kết nối giữa

chuẩn trở kháng 50 ôm

bộ đàm và máy đo

3

6

7

Trạm CDR700

+Máy thu Gm338 VHF: serial:103TEL2163
+Máy phát Gm338 VHF : Serial 103THGK96

8

Cáp feeder và anten

Sử dụng anten VHF đế từ phục vụ cho bài đo.

9

Máy bộ đàm cầm tay

Sử dụng máy cầm tay VHF 136-174 MHZ

GP338

Công suất 4,5W

10

Máy đo nhiệt ẩm kế
beurer

- Dải đo: 0 ° C đến + 50 °
- Độ chính xác: ± 0,1 ° C
- Độ ẩm khoảng: 20% đến 95%