Hệ thống đo kiểm chất lượng không khí sử dụng công nghệ truyền sóng lora (5)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.53 MB, 77 trang )
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
HỆ THỐNG ĐO KIỂM CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ
TRUYỀN SÓNG LORA
Phần 2/6: Truyền dẫn tín hiệu trong mạng IoT bằng sóng LoRa
Giảng viên hướng dẫn: ThS. LÊ THỊ CÚC
Sinh viên thực hiện:
NGUYỄN THÀNH TÂM
Lớp
:
K16B
Khoá
:
2013 – 2017
Hệ
:
CHÍNH QUY
Hà Nội, tháng 05 năm 2017
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
HỆ THỐNG ĐO KIỂM CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ
TRUYỀN SÓNG LORA
Phần 2/6: Truyền dẫn tín hiệu trong mạng IoT bằng sóng LoRa
Giảng viên hướng dẫn: ThS. LÊ THỊ CÚC
Sinh viên thực hiện:
NGUYỄN THÀNH TÂM
Lớp
:
K16B
Khoá
:
2013 – 2017
Hệ
:
CHÍNH QUY
Hà Nội, tháng 05 năm 201
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
-----------------------------------------------------
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THÀNH TÂM
Lớp: K16B
Khoá: 2013-2017
Khoa: Công nghệ điện tử thông tin
Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật điện tử, Truyền
Hệ đào tạo: ĐHCQ
thông
1. Tên đồ án:
Hệ thống đo kiểm chất lượng không khí sử dụng công nghệ truyền sóng LoRa
Phần 2/6: Truyền dẫn tín hiệu trong mạng IoT bằng sóng LoRa
2. Nội dung chính:
• Tổng quan đề tài
• IoT và vấn đề truyền dẫn dữ liệu cho IoT
• Giải pháp công nghệ LoRa và LoRa WAN
• Thiết bị truyền dẫn dữ liệu sử dụng công nghệ LoRa – Multitech
3. Các dữ liệu ban đầu:
Hiện tại số lượng thiết bị điện tử được kết nối mạng nhiều gấp đôi so với số
người trên Trái Đất. Từ những bộ điều khiển nhiệt độ, cửa, TV cho đến các máy
bơm nước, các hệ thống cảm biến, robot, điện thoại, TV, tất cả đều được gọi
chung là Internet Of Thing (IoT). Nhưng vấn đề nằm ở chỗ các bộ điều khiển
không hề nói một "ngôn ngữ" chung nào cả, việc giao tiếp giữa các thiết bị IoT
vẫn còn là một vấn đề phức tạp. Thiết bị thì dùng Wifi hay dùng Bluetooth, một
số khác thì dùng sóng radio. Vậy làm sao một thiết bị có Wi-Fi kết nối được với
thiết bị chỉ có Bluetooth? Gần như không thể nào. Chính vì vậy, không sai khi nói
Page 3
rằng thế giới IoT đang bị thiếu đi một thành phần quan trọng, một giao thức kết
nối không dây chung.
Xuất phát từ vấn đề trên, chúng tôi đã lựa chọn thực hiện đề tài tốt nghiệp:
“tìm hiểu về truyền dẫn dữ liệu IOT sử dụng công nghệ LoRa.”
Họ và tên giảng viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Cúc
4. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 19/12/2016
5. Ngày hoàn thành đồ án: 06/05/2017
Ngày
Chủ nhiệm Bộ môn
tháng
năm
Giảng viên hướng dẫn
Page 4
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN
--------------------------------------------------BẢN NHẬN XÉT ĐỀ TÀI THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THÀNH TÂM
Lớp: K16B
Khoá: 2013-2017
Khoa: Công nghệ điện tử thông tin
Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật điện tử, Truyền
Hệ đào tạo: ĐHCQ
thông
Giảng viên hướng dẫn: Th.S Lê Thị Cúc
Nội dung đề tài thực tập tốt nghiệp:
• Tổng quan đề tài
• IoT và vấn đề truyền dẫn dữ liệu cho IoT
• Giải pháp công nghệ LoRa và LoRa WAN
• Thiết bị truyền dẫn dữ liệu sử dụng công nghệ LoRa - Multitech
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................
Ngày
tháng
năm
Giáo viên hướng dẫn
Page 5
LỜI NÓI ĐẦU
Những thập kỷ gần đây, với sự phát triển của công nghệ điện tử, Internet và công
nghệ không dây, càng ngày càng có nhiều thiết bị điện tử được kết nối internet và có thể
điều khiển từ xa. Internet giờ đây không chỉ còn là sự kết nối giữa những máy tính xách tay
hay để bàn, mà còn có vô vàn những thiết bị khác. Chỉ với một chiếc điện thoại cầm tay và
một kết nối Internet chúng ta có khả năng không chỉ kết nối với mọi người, mà còn với
những thiết bị khác như hệ thống điện trong nhà, camera an ninh, thiết bị giám sát kho
hàng....
Càng ngày càng có nhiều thiết bị có thể kết nối Internet và điều khiển từ xa mà
không cần tiếp xúc trực tiếp. Khi đó chúng ta có một mạng lưới mà ở đó có sự hội tụ của
nhiều mạng con, tất cả được kết nối với nhau. Và người ta gọi đó là IoT (Internet Of
Thing). Nhưng có một vấn đề đặt ra là: người ta sẽ kết nối nhiều thiết bị như vậy với nhau
như thế nào?
Việc tìm ra một chuẩn giao tiếp chung cho IoT trên toàn cầu còn chưa được thống
nhất. Dẫn đầu trong lĩnh vực này là hai công ty Sigfox và Atility, ngoài ra còn có GE, IEE...
Rất nhiều hiệp hội cũng đã được lập ra, vài chuẩn kết nối được đưa ra và đi vào hoạt động
riêng lẻ tại nhiều quốc gia và khu vực. Trong đó, được biết đến và sử dụng nhiều là mạng
LoRa WAN với công nghệ LoRa (Long Range). Đây là công nghệ mới và có khả năng trở
nên phổ biến trên thế giới trong tương lai. Vì vậy chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài tốt
nghiệp tìm hiểu về: “Truyền dẫn tín hiệu IoT sử dụng công nghệ LoRa”.
Page 6
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, chúng em đã nhận được rất nhiều sự giúp
đỡ, hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của quý thầy cô và các bạn cùng lớp. Chúng em xin
chân thành cảm ơn đến Khoa Công Nghệ Điện Tử-Thông Tin, Viện Đại Học Mở Hà
Nội. Đặc biệt là ThS.Lê Thị Cúc đã trực tiếp hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi
nhất giúp em hoàn thành đề tài này.
Do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện đề tài
của em không thể tránh khỏi những sai sót mong thầy cô và các bạn bổ sung và góp ý
để chúng em có thêm kinh nghiệm và hoàn thiện hơn những đồ án sau.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thành Tâm
Page 7
TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Đề tài: Hệ thống đo kiểm chất lượng không khí sử dụng công nghệ truyền dẫn
sóng LoRa
Phần 2/6: Truyền dẫn tín hiệu IoT sử dụng công nghệ LoRa
Chương I.
Tổng quan đề tài
Khái quát chung về đề tài bản đồ khảo sát chất lượng không khí.
Chương II. Giới thiệu tổng quan về mạng IoT
Có một cái nhìn sơ bộ về mạnh IoT (Internet Of Thing), các công nghệ truyền dẫn sử
dụng hiện nay.
Chương III. Giao thức MQTT
Giới thiệu về giao thức truyền tải dữ liệu mới dành cho IoT.
Chương IV. Giới thiệu về LoRa và LoRa WAN
Có một cái nhìn đầy đủ về công nghệ LoRa và LoRa WAN. Lớp hoạt động, các
tham số và ưu nhược điểm. Tìm hiểu một số chuẩn thông số cho LoRa WAN đang được sử
dụng hiện nay.
Chương V. Multitech thiết bị truyền dẫn dữ liệu sử dụng công nghệ điều chế sóng LoRa
Tìm hiểu thông tin và cách sử dụng Multitech để triển khai một LoRa WAN cơ bản.
Chương VI.Triển khai mạng LoRa WAN với Multitech
Đưa ra một mô hình thực tế, từ đó triển khai các chức năng mạng LoRa cơ bản
Page 8
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ........................................................................ 3
I. Vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay .............................................................. 3
1.
Vấn đề ô nhiễm môi trường trong phát triển công nghiệp ...................... 3
2.
Ô nhiễm khói bụi tại đô thị ....................................................................... 4
3.
Giải quyết ô nhiễm bắt đầu từ thu thập thông tin ................................... 5
4.
Phương pháp tính toán chỉ số ô nhiễm môi trường ................................. 6
II.
Giới thiệu chung về đề tài............................................................................. 9
1.
Mục tiêu đề tài ........................................................................................... 9
2.
Giới thiệu về IOT và cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư ................ 9
3.
Mô hình tổng quan đề tài ........................................................................ 10
CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ IOT ............................................. 12
I. Khái quát cơ bản về IoT ................................................................................ 12
1.
Định nghĩa ............................................................................................... 12
2.
Khả năng định danh ................................................................................ 13
3.
Tính chất của IoT .................................................................................... 13
II.
Những ứng dụng của IoT ........................................................................... 15
1.
Quản lý hạ tầng ....................................................................................... 15
2.
Y tế ........................................................................................................... 15
3.
Xây dựng và tự động hóa trong các công trình xây dựng ..................... 16
4.
Giao thông ............................................................................................... 16
III.
Những thách thức đối với sự phát triển của IoT ....................................... 16
Page 9
1.
Ngôn ngữ giao tiếp (giao thức) ................................................................ 16
2.
Hàng rào kết nối (subnetwork) ............................................................... 17
3.
Vấn đề xử lý thông tin ............................................................................. 18
4.
Vấn đề năng lượng .................................................................................. 18
5.
Bài toán kinh tế........................................................................................ 19
CHƯƠNG III: GIAO THỨC MQTT ..................................................................... 20
I. ĐỊNH NGHĨA ................................................................................................... 20
II. MÔ HÌNH MQTT ........................................................................................... 20
III. PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG.................................................................. 21
IV. CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ ............................................................................ 22
1. QoS 0 - tối đa một lần .................................................................................... 22
2. QoS 1 - ít nhất một lần ................................................................................... 23
3. QoS 2- Chính xác một lần ............................................................................. 23
CHƯƠNG IV: GIỚI THIỆU VỀ LORA VÀ LORA WAN ................................... 25
I. Kỹ thuật trải phổ truyền thông ..................................................................... 26
1.
Định lý Shannon – Hartley...................................................................... 26
2.
Nguyên lý trải phổ ................................................................................... 27
3.
Chirp Spread Spectrum .......................................................................... 28
II.
Kỹ thuật trải phổ trong công nghệ sóng Lora ........................................... 30
1.
Giới thiệu về Lora ................................................................................... 30
2.
Các tính năng chính của điều chế Lora .................................................. 30
III.
Một số lưu ý trong truyền thông không dây .............................................. 33
1.
Mạng không dây ...................................................................................... 33
2.
Cơ chế sử dụng đa đường truyền............................................................ 35
3.
Ngân sách liên kết .................................................................................... 36
Page 10
4.
Vấn đề về xung đột đường truyền .......................................................... 37
5.
Khả năng hoạt động cùng đường truyền băng rộng có tần số giao thoa.
38
CHƯƠNG V: MULTITECH THIẾT BỊ TRUYỀN DẪN DỮ LIỆU SỬ DỤNG
CÔNG NGHỆ ĐIỀU CHẾ SÓNG LORA .............................................................. 40
I. MultiConnect Conduit ................................................................................... 40
II.
MultiConnect mDot .................................................................................... 41
III.
Triển khai thiết bị trong điều kiện thực tế ................................................ 43
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 63
WEBSITE: ........................................................................................................... 63
BOOKS:................................................................................................................ 63
Page 11
Danh Mục Hình
Hình 1: Ô nhiễm khói bụi đô thị.................................................................................. 1
Hình 2: Ô nhiễm tại các làng nghề .............................................................................. 3
Hình 3: Ô nhiễm nguồn nước ...................................................................................... 5
Hình 4: Bảng tiêu chuẩn nồng độ cho phép của một số khí ......................................... 8
Hình 5: Bảng đanh giá mức độ chỉ số AQI .................................................................. 8
Hình 6: Sơ đồ khối hệ thống ..................................................................................... 10
Hình 7: Mô hình hệ thống ......................................................................................... 11
Hình 8: IoT vạn vật kết nối ....................................................................................... 12
Hình 9: Năng lượng sạch có thể hỗ trợ thiết bị Io ...................................................... 19
Hình 10: Mô hình hoạt động giao thức MQTT .......................................................... 20
Hình 11: Phương thức hoạt động giao thức MQTT ................................................... 22
Hình 12: QoS mức 0 ................................................................................................. 23
Hình 13: QoS mức 1 ................................................................................................. 23
Hình 14: QoS mức 2 ................................................................................................. 24
Hình 15: Mô hình NB-IOT cung cấp bởi HUAWEI .................................................. 25
Hình 16: Độ nhạy của Lora so với FSK .................................................................... 32
Hình 17: Ví dụ về mạng hình sao .............................................................................. 34
Hình 18: Trong mạng mắt lưới không dây, dữ liệu có thể được giữ lại ở nút mạng
trong trường hợp máy chủ chưa cần đến thông tin đó. ................................................ 35
Hình 19: Tín hiệu hẹp truyền thống so với băng thông rộng ...................................... 38
Hình 20: Tín hiệu hẹp với Wideband Interferer ......................................................... 39
Hình 21: Gateway Multitec Connect Conduit............................................................ 40
Hình 22: Node Mulitech mDot.................................................................................. 41
Hình 23: Hình ảnh lắp đặt gateway ........................................................................... 44
Hình 24: Kết quả kiểm thử vùng phủ sóng ngày 30/03/2017 ..................................... 45
Hình 25: Kết quả kiểm thử vùng phủ sóng ngày 15/04/2017 ..................................... 45
Hình 26: Kết quả khoảng cách truyền dữ liệu lý tưởng.............................................. 46
Hình 27: Khoảng cách truyền dữ liệu tối đa .............................................................. 46
Page 12
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
MQTT Protocol
Message Queuing Telemetry Transport Protocol
IoT
Internet of Things
Lora
Long Range
WAN
Wide Area Network
UART
Universal Asynchronous Receiver Transmitter
M2M
Machine tomachine
Page 13
Hệ thống đo kiểm chất lượng không khí sử dụng công nghệ truyền dẫn sóng LoRa
MỞ ĐẦU
Trong thời kỳ công nghiệp phát triển như nước ta hiện nay, ngoài những vấn đề
phát triển công nghệ khoa học kỹ thuật nhằm đưa nước ta ngày càng phát triển, thì
chúng ta cũng phải chú ý và quan tâm tới vấn đề bảo vệ môi trường. Vì ô nhiễm môi
trường là mặt trái của việc phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nó đã để lại nhiều
hậu quả nghiêm trọng trên thế giới và ngay tại Việt Nam.
Ngày 11/12/2016 vừa qua, tại Diễn đàn doanh nghiệp Việt Nam 2016 (Vietnam
Business Forum 2016), nhiều doanh nghiệp đã công bố sẽ rút vốn đầu tư khỏi Việt
Nam vì môi trường sống không còn đàm bảo do ô nhiễm không khí và môi trường
nghiêm trọng.Tại diễn đàn, ông Kenneth Atkison – Chủ tịch hiệp hội doanh nghiệp
Anh quốc tại Việt Nam cho rằng các chỉ số ô nhiễm môi trường ở Việt Nam tăng cao
khiến cho các doanh nhân không dám đưa gia đình đến Việt Nam sinh sống, ảnh
hưởng đến việc đầu tư trực tiếp của nước ngoài vào Việt Nam. Trong khi đó, ông
Dominic Scriven – trưởng nhóm thị trường vốn của diễn đàn, chủ tịch công ty Dragon
Capital cho biết, nhà đầu tư lớn nhất của Dragon Capital đã thông báo quyết định rút
ra khỏi thị trường Việt Nam vì lý do Việt Nam thiếu vắng những chính sách và hành
động thuyết phục trong việc bảo vệ môi trường.
Hình 1: Ô nhiễm khói bụi đô thị
GVHD: Th.S. Lê Thị Cúc
Trong những tháng vừa qua, ngoài sự cố môi trường liên quan đến Formosa tại
Hà Tĩnh và sự kiện cá chết hàng loạt tại rất nhiều các địa phương trên cả nước, các
trang tin tức và mạng xã hội cũng đồng loạt lên tiếng cảnh báo về một hiểm họa môi
trường đang trực tiếp đe dọa cuộc sống của người dân tại Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh
và các địa phương: ô nhiễm bụi mịn PM 2,5 một dạng của ô nhiễm phân tử.
Có thể thấy vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm khói bụi nói riêng
ở Việt Nam không còn là vấn đề cần xem xét nữa mà đã là vấn đề cấp thiết đang đặt ra
hiện nay. Để giải quyết vấn đề ô nhiễm khói bụi hiện nay, chúng ta cần thu thập thêm
nhiều dữ liệu về môi trường không khí hơn nữa để có thể phân tích nguyên nhân và
tình hình cụ thể tại từng khu vực, từ đó đưa ra giải pháp chính xác giải quyết vấn đề ô
nhiễm khói bụi. Vì vậy, chúng tôi quyết định chọn đề tài: “Hệ thống đo kiểm chất
lượng không khí sử dụng công nghệ truyền sóng LoRa”.
Trong khuôn khổ thời gian giới hạn của đề tài tốt nghiệp nên đề tài còn nhiều
hạn chế, nếu có điều kiện phát triển thêm, đề tài có thể hoàn thiện hơn nữa để đủ điều
kiện đưa vào hoạt động thực tế, cũng như phục vụ những mục đích thu thập dữ liệu
thông tin khác.
GVHD: Th.S. Lê Thị Cúc
SVTH: Nguyễn Thành Tâm
Page 2
Hệ thống đo kiểm chất lượng
ng không khí sử
s dụng công nghệ truyền dẫnn sóng LoRa
CHƯƠNG
C
I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
I. Vấn đề ô nhiễm môi trư
ường hiện nay
Trong quá rình công nghiệp
nghi hóa hiện đại hóa của nước ta hiện nay, vvấn đề ô nhiễm
môi trường là một vấn đề nóng bỏng
b
và cấp thiết. Cần đượcc quan tâm vvà giải quyết
một cách nghiêm
êm túc và hiệu
hi quả. Đểgiải quyết tốt vấn đề chúng ta cầ
cần tìm hiểu rõ
nguyên nhân và thực trạng
ạng vấn
vấ đề.
1.
Vấn đề ô nhiễm
m môi trường
tr
trong phát triển công nghiệp
Một vấn đề nóng bỏng,
ỏng, gây bức xúc trong dư luận xã hội cả nước
ớc hi
hiện nay là tình
trạng ô nhiễm môi trường
ờng sinh thái do các hoạt
ho động sản xuất vàà sinh ho
hoạt của con
người gây ra. Vấn đề này
ày ngày càng trầm
tr trọng, đe doạ trực tiếp sự
ự phát tri
triển kinh tế xã hội bền vững, sự tồn
n tại, phát tri
triển của các thế hệ hiện tại và tương
ương lai. Đối tượng
gây ô nhiễm môi trường
ng chủ yếu là hoạt động sản xuất của nhàà máy trong các khu
công nghiệp, hoạt động làng
àng nghề
ngh và sinh hoạt tại các đô thị lớn.
Nhìn chung, hầu hết các khu, cụm,
điểm công nghiệp trên cả nước chưa đáp
ứng được những tiêu chuẩn
ẩn về môi trường
theo quy định. Thực trạng đó
đ làm cho môi
trường sinh thái ở một số địa
đ phương bị ô
nhiễm nghiêm trọng. Cộng
ộng đồng dân cư,
nhất là các cộng đồng dân cư lân cận với
các khu công nghiệp, đang phải
ph đối
Hình 2: Ô nhiễm tại các làng
àng nghề
ngh
mặt với thảm hoạ về môi trường. Họ phải sống chung với khói bụi,
ụi, uống nước từ
nguồn ô nhiễm chất thải công nghiệp... Từ đó, gây bất bình, dẫn đến những
nh
phản ứng,
đấu tranh quyết liệt của người
ngư dân đối với những hoạt động gây ô nhiễễm môi trường,
có khi bùng phát thành các xung đột xã hội gay gắt.
GVHD: Th.S. Lê Thị Cúc
Hệ thống đo kiểm chất lượng không khí sử dụng công nghệ truyền dẫn sóng LoRa
Cùng với sự ra đời ồ ạt các khu, cụm, điểm công nghiệp, các làng nghề thủ công
truyền thống cũng có sự phục hồi và phát triển mạnh mẽ. Việc phát triển các làng nghề
có vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội và giải quyết việc làm ở các
địa phương. Tuy nhiên, hậu quả về môi trường do các hoạt động sản xuất làng nghề
đưa lại cũng ngày càng nghiêm trọng. Tình trạng ô nhiễm không khí, chủ yếu là do
nhiên liệu sử dụng trong các làng nghề là than, lượng bụi và khí CO, CO2, SO2 và Nox
thải ra trong quá trình sản xuất khá cao. Theo thống kê của Hiệp hội Làng nghề Việt
Nam, hiện nay cả nước có 2.790 làng nghề, trong đó có 240 làng nghề truyền thống,
đang giải quyết việc làm cho khoảng 11 triệu lao động, bao gồm cả lao động thường
xuyên và lao động không thường xuyên. Các làng nghề được phân bố rộng khắp cả
nước, trong đó các khu vực tập trung phát triển nhất là đồng bằng sông Hồng, Bắc
Trung Bộ, Tây Bắc Bộ, đồng bằng sông Cửu Long. Hoạt động gây ô nhiễm môi trường
sinh thái tại các làng nghề không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống, sinh hoạt và
sức khoẻ của những người dân làng nghề mà còn ảnh hưởng đến cả những người dân
sống ở vùng lân cận, gây phản ứng quyết liệt của bộ phận dân cư này, làm nảy sinh các
xung đột xã hội gay gắt.
2.
Ô nhiễm khói bụi tại đô thị
Bên cạnh các khu công nghiệp và các làng nghề gây ô nhiễm môi trường, tại các
đô thị lớn, tình trạng ô nhiễm cũng ở mức báo động. Đó là các ô nhiễm về nước thải,
rác thải sinh hoạt, rác thải y tế, không khí, tiếng ồn... Những năm gần đây, dân số ở các
đô thị tăng nhanh khiến hệ thống cấp thoát nước không đáp ứng nổi và xuống cấp
nhanh chóng. Nước thải, rác thải sinh hoạt (vô cơ và hữu cơ) ở đô thị hầu hết đều trực
tiếp xả ra môi trường mà không có bất kỳ một biện pháp xử lí môi trường nào nào
ngoài việc vận chuyển đến bãi chôn lấp. Theo thống kê của cơ quan chức năng, mỗi
ngày người dân ở các thành phố lớn thải ra hàng nghìn tấn rác; các cơ sở sản xuất thải
ra hàng trăm nghìn mét khối nước thải độc hại; các phương tiện giao thông thải ra hàng
trăm tấn bụi, khí độc. Trong tổng số khoảng 34 tấn rác thải rắn y tế mỗi ngày, thành
phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh chiếm đến 1/3; bầu khí quyển của thành phố
Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh có mức benzen và sunfua đioxit đáng báo động.
Theo một kết quả nghiên cứu mới công bố năm 2008 của Ngân hàng Thế giới (WB),
GVHD: Th.S. Lê Thị Cúc
SVTH: Nguyễn Thành Tâm
Page 4
Hệ thống đo kiểm chất lượng
ng không khí sử
s dụng công nghệ truyền dẫnn sóng LoRa
trên 10 tỉnh thành phố Việt Nam, xếp theo thứ hạng về ô nhiễm đất, nư
nước, không khí,
thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội là những địa bàn ô nhiễm đất nặng nhất. Theo báo
cáo của Chương trình môi trường
trư
của Liên hợp quốc, thành phố Hà Nộội và thành phố
Hồ Chí Minh đứng đầu châu Á về mức độ ô nhiễm bụi.
3.
Giải quyết ô nhiễm
ễm bắt
b đầu từ thu thập thông tin
Hà Nội ô nhiễm
m không khí ở mức báo động- Bạn sẽ phải làm như
ư th
thế nào?
Ngày 11/12/2016 vừa qua, tại Diễn đàn doanh nghiệp Việt Nam 2016 (Vietnam
Business Forum 2016), nhiều
nhi doanh nghiệp đã công bố sẽ rút vốn đầầu tư khỏi Việt
Nam vì môi trường sống không còn đàm bảo do ô nhiễm không khí và môi trường
nghiêm trọng.
Tại diễn đàn, ông Kenneth Atkison – Chủ tịch hiệp hội doanh nghi
nghiệp Anh quốc
tại Việt Nam cho rằng các chỉ
ch số ô nhiễm môi trường ở Việt Nam tăng
ăng cao khiến cho
các doanh nhân không dám đưa gia đình đến Việt Nam sinh sống, ảnh hưởng đến việc
đầu tư trực tiếp của nước ngoài vào Việt Nam. Trong khi đó, ông Dominic Scriven –
trưởng nhóm thị trường vốn
ốn của diễn đàn, chủ tịch công ty Dragon Capital cho biết,
nhà đầu tư lớn nhất của Dragon Capital đã thông báo quyết định rút ra khỏi thị trường
Việt Nam vì lý do Việt Nam thiếu vắng những chính sách và hành độộng thuyết phục
trong việc bảo vệ môi trường.
ờng.
Hình 3: Ô nhiễm nguồn nước
Trong những tháng vừ
ừa qua, ngoài sự cố môi trường liên quan đđến Formosa tại
Hà Tĩnh và sự kiện cá chết
ết hàng loạt tại rất nhiều các địa phương trên cả nước, các
trang tin tức và mạng xã hộội cũng đồng loạt lên tiếng cảnh báo về một
ột hiểm họa môi
GVHD: Th.S. Lê Thị Cúc
Hệ thống đo kiểm chất lượng không khí sử dụng công nghệ truyền dẫn sóng LoRa
trường đang trực tiếp đe dọa cuộc sống của người dân tại Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh
và các địa phương: ô nhiễm bụi mịn PM2,5 một dạng của ô nhiễm phân tử.
Trong mấy năm gần đây, không khí ở các thành phố lớn, đặc biệt là Hà Nội ngày
càng ô nhiễm. Ứng dụng Airvisual và trang web đánh giá chỉ số chất lượng không
khí aqicn.org thường xuyên chỉ thị mức ô nhiễm PM2,5 là trên 150 ở Hà Nội, đây là
mức ô nhiễm không tốt cho sức khỏe của tất cả mọi người.
Theo kết quả nghiên cứu của Cục Y tế – Bộ GTVT, tỷ lệ người bị mắc đường hô
hấp ở Hà Nội cao hơn TPHCM. Theo ước tính, số tiền người dân Hà Nội phải chi để
chữa các bệnh liên quan đường hô hấp, thiệt hại do bệnh đường hô hấp gây ra là gấp
đôi so với người dân sống ở TP.HCM.
Theo các chuyên gia về môi trường, có bốn nguyên nhân chính gây ô nhiễm bụi
là: sự gia tăng các phương tiện giao thông, hoạt động xây dựng, đốt rơm rạ và hoạt
động của các nhà máy nhiệt điện. Dù các nhà máy này cách xa Hà Nội song bụi mịn
PM2,5 có khả năng phát tán rất xa. Trong 4 nguyên nhân này thì giao thông đang là
thủ phạm chính. Thêm nữa các tòa nhà, công trường xây dựng mọc ngay trung tâm
thành phố càng làm cho không khí ô nhiễm hơn.
4.
Phương pháp tính toán chỉ số ô nhiễm môi trường
4.1. Khái niệm AQI
Chỉ số chất lượng không khí (viết tắt là AQI)là chỉ số được tính toán từ các thông
số quan trắc các chất ô nhiễm trong không khí, nhằm cho biết tình trạng chất lượng
không khí và mức độ ảnh hưởng đến sức khỏe con người, được biểu diễn qua một
thang điểm.
4.2. Cơ sở xây dựng phương pháp tính AQI
Nghiên cứu kinh nghiệm AQI trên thế giới và Việt Nam cho thấy có 3 phương
pháp tính AQI đã được xây dựng và áp dụng:
Phương pháp 1: Sử dụng bảng đối chiếu (Anh, Pháp, Canada)
-
Ưu điểm: Đơn giản, dễ xác định
-
Nhược điểm: Chỉ phân hạng được các mức AQI mà không thể so sánh hai giá
trị AQI ở cùng một hạng.
GVHD: Th.S. Lê Thị Cúc
SVTH: Nguyễn Thành Tâm
Page 6
Hệ thống đo kiểm chất lượng không khí sử dụng công nghệ truyền dẫn sóng LoRa
Phương pháp 2: Sử dụng công thức đơn giản (Australia, Thành phố Hồ Chí
Minh)
- Ưu điểm: công thức tính toán đơn giản, chỉ cần sử dụng Tiêu chuẩn không khí
quốc gia là có thể xác định được giá trị AQI.
-
Nhược điểm: Các khoảng phân hạng giá trị AQI ứng với các ảnh hưởng khác
nhau đến sức khỏe không được phù hợp bằng phương pháp 3.
Phương pháp 3: Sử dụng công thức phức tạp (Mỹ, Braxin, Hồng Kông, Hàn
Quốc, Thái Lan, Bồ Đào Nha).
-
Ưu điểm: Do bảng các chỉ số trên và chỉ số dưới dùng để tính toán AQI được
xác định dựa vào Tiêu chuẩn môi trường không khí quốc gia và các nghiên cứu
về ảnh hưởng của sức khỏe do ô nhiễm môi trường không khí nên các mức
AQI ứng với từng loại tác động đến sức khỏe phù hợp với thực tế nhất.
-
Nhược điểm: Công thức tính toán khá phức tạp và việc xây dựng các bảng chỉ
số trên và chỉ số dưới khó khăn.
Phương pháp được lựa chọn là Phương pháp 2: Sử dụng công thức đơn giản, đã
được áp dụng tại Australia và Thành phố Hồ Chí Minh.
Trong đó, chỉ số AQI được tính theo giờ, theo ngày và theo tháng. Công thức
tính AQI theo giờ như sau:
AQIhi = (Chi/Shi)*100
Trong đó:
–
Chi: Hàm lượng trung bình chất i đo được trong không khí trong vòng một giờ.
–
Shi: Hàm lượng cho phép trung bình của chất i trong không khí
Quyết định số 878 được Bộ tài nguyên và môi trường ban hành có nội dung:
Sổ tay hướng dẫn xác định chỉ số AQI
GVHD: Th.S. Lê Thị Cúc
SVTH: Nguyễn Thành Tâm
Page 7
Hệ thống đo kiểm chất lượng không khí sử dụng công nghệ truyền dẫn sóng LoRa
Hình 4: Bảng tiêu chuẩn nồng độ cho phép của một số khí
Các cảnh báo về chỉ số mức AQI và ảnh hưởng đến sức khỏe của con người
Hình 5: Bảng đanh giá mức độ chỉ số AQI
GVHD: Th.S. Lê Thị Cúc
Hệ thống đo kiểm chất lượng không khí sử dụng công nghệ truyền dẫn sóng LoRa
II. Giới thiệu chung về đề tài
1. Mục tiêu đề tài
Tại Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh hiện nay đã có những trạm đo của nhiều tổ
chức khác nhau. Xong số lượng trạm đo còn hạn chế, chưa thể đưa ra một cái nhìn cụ
thể về chất lượng không khí tại từng khu vực trong mỗi thành phố mà chỉ đưa ra cái
nhìn tổng quan về toàn thành phố. Hơn nữa những trạm đo này chưa tiếp cận sâu rộng
tới cộng đồng mà chỉ cung cấp số liệu phục vụ mục đích nghiên cứu.
Do đó đề tài của chúng tôi được thực hiện với mục đích xây dựng một hệ thống
trạm đo kiểm chất lượng chất lượng không khí có quy mô trong một thành phố. Hệ
thống sẽ thu thập thông tin chất lượng không khí tại nhiều điểm, sau đó truyền thông
số đo được về một trạm gốc, trạm gốc thu thập dữ liệu truyền về từ điểm đo, sau đó sẽ
đưa lên máy chủ thông qua môi trường internet. Tại đây, thông tin sẽ được xử lý và lưu
trữ, phục vụ mục đích nghiên cứu hoặc cung cấp thông tin cho mọi người về chất
lượng không khí tại từng khu vực vào những thời đểm cụ thể. Từ đó cảnh báo người
dân có những biện pháp bảo vệ sức khỏe và nâng cao ý thức bảo vệ môi trường.
2. Giới thiệu về IoT và cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư
Sau những động cơ hơi nước, dây chuyền sản xuất, số hóa sản xuất... cả thế giới
đã bắt đầu bước chuyển mình sang cuộc Cách mạng công nghiệp lần 4, có thể thay đổi
mô thức sản xuất trên toàn thế giới.
Với nội dung cơ bản là tạo ra cấu trúc và sự vận hành mới cho nền sản xuất dựa
trên 4 lĩnh vực chính:
-
Lĩnh vực kỹ thuật số, bao gồm: trí tuệ nhân tạo, Internet vạn vật (IoT), Lưu trữ và
xử lý dữ liệu lớn.
-
Lĩnh vực vật lý, bao gồm: In 3D, Vật liệu mới, Robot cao cấp, xe tự lái.
-
Lĩnh vực công nghệ sinh học.
-
Lĩnh vực năng lượng tái tạo.
Cuộc cách mạng công nghiệp này không chỉ mở ra cơ hội phát triển mới cho các
doanh nghiệp mà còn tạo ra nhu cầu nhân lực lớn cho những ngành nghề mới liên
quan. Có thể nói IoT hiện vẫn là một lĩnh vực bước đầu phát triển tại Việt Nam và trên
thế giới, nó tạo ra cơ hội nhiều hơn cho sinh viên các ngành công nghệ thông tin, điện
tử viễn thông. Để có thể bắt kịp những xu hướng công nghệ của cuộc cách mạng công
nghiệp lần thứ 4 đề tài bọn em đưa ra không chỉ là thu thập, xử lý và phổ biến thông tin
GVHD: Th.S. Lê Thị Cúc
SVTH: Nguyễn Thành Tâm
Page 9
Hệ thống đo kiểm chất lượng không khí sử dụng công nghệ truyền dẫn sóng LoRa
đơn thuần. Mà còn là xây dựng một hệ thống kết nối nhiều thiết bị điện tử và internet.
Đây cũng có thể coi là tiền đề để xây dựng một hệ thống kết nối nhiều thiết bị điện tử
với nhau nhằm phục vụ cho nhiều mục đích khác.
3. Mô hình tổng quan đề tài
Mô hình hệ thống “Đo kiểm chất lượng không khí” do nhóm em xây dựng
đượcchia làm bốn phần chính được liên kết với nhau lần lượt là:
+ Phần một: hệ thống cảm biến
+ Phần hai: hệ thống truyền dẫn dữ liệu không dây
+ Phần ba: lưu trữ và xử lý dữ liệu trên cloud server
+ Phần bốn: website và application để phổ biến thông tin
Ngoài ra đề tài còn có một phần chuyên nghiên cứu về bảo mật thông tin cho toàn
hệ thống. Tất cả những phần trên đều có thể xây dựng và xem xét một cách độc lập.
Xong việc liên kết những đề tài này lại với nhau không chỉ giúp chúng em nâng cao
giá trị đề tài, mà còn tăng khả năng ứng dụng thực tiễn cũng như kiểm chứng những lý
thuyết nêu ra.
Không khí tại
trạm đo
Smartphone
/ PC
Server
Sensor
Gateway
Vi xử lý
Node
LoRa
Hình 6: Sơ đồ khối hệ thống
Sơ đồ hoạt động của hệ thống
GVHD: Th.S. Lê Thị Cúc
SVTH: Nguyễn Thành Tâm
Page 10
Hệ thống đo kiểm chất lượng không khí sử dụng công nghệ truyền dẫn sóng LoRa
Hình 7: Mô hình hệ thống
Quá trình hoạt động của hệ thống:
- Các cảm biến tại trạm đo đo nồng độ các khí CO, SO2, PM2.5
- Dữ liệu từ các cảm biến được VĐK atemega 328p truyền đến Gateway thông
qua phương thức truyền sóng LoRa
- Gateway là thiết bị chuyển đổi gói dữ liệu từ mạng LoRa sang mạng Internet rồi
đẩy lên Cloud.
- App trên smartphone/PC sẽ lấy dữ liệu trên Cloud rồi xử lý:
+Tính toán đưa ra giá trị AQI
+Vẽ biểu đồ chỉ số AQI của từng trạm trong 1 tuần, 1 tháng
+Vẽ biểu đồ so sánh chỉ số AQI của các trạm…….
Sau khi nhìn nhận và phân tích rõ vấn đề cũng như hướng giải quyết, ta cần đi
vào tìm hiểu giải quyết và đưa ra giải pháp cho những vấn đề chi tiết hơn.
Hệ thống đo kiểm chất lượng
ng không khí sử
s dụng công nghệ truyền dẫnn sóng LoRa
CHƯƠNG
ƯƠNG II: GIỚI
GI THIỆU TỔNG QUAN VỀ
Ề IOT
I. Khái quát cơ bản vềề IoT
Io
1. Định nghĩa
Mạng lưới vạn vật kết
ết nối
n Internet (IoT) là một kịch bản của thếế giớ
giới, khi mà mỗi
đồ vật, con người đượcc cung cấp
c một định danh của riêng mình, và tất
ất ccả có khả năng
truyền tải, trao đổii thông tin, dữ
d liệu qua một mạng duy nhất màà không ccần đến sự
tương tác trực tiếp giữa ngư
ười với người, hay người vớii máy tính. IoT đđã phát triển từ
sự hội tụ của công nghệệ không dây, công nghệ
ngh vi cơ điện tử vàà Internet. Nói đơn giản
là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới
bên ngoài để thực hiện một
ột công vi
việc nào đó.
Hình 8: IoT vạn vật kết nối
Một vậtt trong IoT có th
thể là một người với một trái tim cấy ghép, một động vật ở
trang trại với bộ chip sinh họ
học, một chiếc xe với bộ cảm ứng tích hợp
ợp cả
cảnh báo tài xế
khi bánh xe xẹp hoặc bất
ất kỳ vật thể tự nhiên hay nhân tạo nào mà có thểể gán được một
GVHD: Th.S. Lê Thị Cúc
SVTH: Nguyễn Thành Tâm
Page 12
