Hệ thống đo kiểm chất lượng không khí sử dụng công nghệ truyền sóng lora (3)

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 5/6:“Xây dựng hệ thống hiển thị và biểu diễn thông số
môi trường trên android”

Giảng viên hướng dẫn:

ThS.Lê Thị Cúc

Sinh viên thực hiện:

Vũ Thị Nga

Lớp:

K16

Khoá:

2013-2017

Hệ:

Đại học chính quy

Hà Nội, tháng 5/2017


VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CN ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Họ và tên sinh viên:VŨ THỊ NGA
Lớp: K16

Khoá: 16 (2013-2017)

Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật điện tử - Truyền thông
Hệ đào tạo: ĐHCQ
1/ Tên đề tài: “HỆ THỐNG ĐO KIỂM CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ SỬ
DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN SÓNG LORA”
(Phần 5/6 “Xây dụng hệ thống hiện thị và biểu diễn thông số môi trường
trên android”)
2/ Nội dung chính:
a) Tổng quan đề tài
b) Giới thiệu về IoT
c) Tổng quan về Lora, Lora Wan
d) Tổng quan về hệ điều hành android
e) Phân tích và thiết kế hệ thống
f) Triển khai và thử nghiệm trên thiết bị thực tế

3/ Cơ sở dữ liệu ban đầu:
Sử dụng kiến thức chuyên ngành môn mạng máy tính và một số kiến thức của
môn lập trình ứng dụng và hướng đối tượng
4/ Ngày nộp:15/05/2017
TRƯỞNG KHOA

GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
--------------------------------------------------BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:…………………….............................……………………………..
Số hiệu sinh viên: .............................................................................................................
Ngành: ..............................................................................................................................
Khoá: ...............................................................................................................................
Giảng viên hướng dẫn:.....................................................................................................
Cán bộ phản biện:.............................................................................................................
1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
2. Nhận xét của cán bộ phản biện:
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Ngàythángnăm
Cán bộ phản biện

GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay vấn đề ô nhiễm môi trường là vấn đề đang được quan tâm đe doạ trực
tiếp đến đời sống và sức khoẻ của con người trong đó ô nhiễm bụi đang là một quan
tâm lớn. Vì vậy việc chọn đề tài “HỆ THỐNG ĐO KIỂM CHẤT LƯỢNG
KHÔNG KHÍ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN SÓNG LORA” là một
dự án mới giúp cho con người có thể biết được chỉ số ô nhiễm bụi trong khu vực mình
làm việc và sinh sống thông qua các chỉ số chất lượng không khí để có thể đưa ra
những giải pháp phòng tránh.
Mục đích nghiên cứu của đề tài này xuất phát từ việc sử dụng sóng LoRa để đo
kiểm chất lượng bụi và khí rồi từ đó mô tả dự báo và hiển thị chỉ số chất lượng không
khí giúp con người có thể theo dõi, cập nhật thông tin chất lượng không khí ở mọi nơi
theo ý muốn của mình. Có rất nhiều dự án tương tự được triển khai và được áp dụng
phổ biến ở nhiều nước nhưng một điểm mới của đề tài đo kiểm chất lượng không khí
đang được nghiên cứu này là thiết bị sẽ sử dụng sóng LoRa để kết nối với nhau. Với
sự phổ biến của công nghệ nhất là việc xây dựng các ứng dụng cho điện thoại di động
đang là một xu hướng phát triển.
Phần mềm, ứng dụng trên di động cũng ngày càng phổ biến và đa dạng. Các hệ
điều hành như IOS, Android, J2ME hay web base mobile application ngày càng
đượcsử dụng rộng dãi. Trong đó hệ điều hành Androidlàhệ điều hành phổ biến và ưa

chuộng.Vì vậy việc phát triển ứng dụng đo kiểm chất lượng không khí trên Android
với mục đích giúp con người có thể kiểm tra được mức độ ô nhiễm nơi mình sinh sống
và làm việc để có cách phòng tránh hiệu quả.
Cho nên em lựa chọn thiết kế ứng dụng trên hệ điều hành phổ biến là Android để
có thể nhanh chóng và tiện lợi cập nhật thông tin về tình hình ô nhiễm bụi hiện nay
ngay trên chiếc điện thoại thông minh của mình.

GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga


LỜI CẢM ƠN
Sau một tháng tìm hiểu đề tài “HỆ THỐNG ĐO KIỂM CHẤT LƯỢNG
KHÔNG KHÍ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN SÓNG LORA”,em đã hoàn
thành tiến độ theo dự kiến. Để đạt được kết quả này em đã nỗ lực thực hiện và đồng
thời cũng nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ thầy cô và bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn là cô Lê Thị Cúc đã giúp đỡ và
định hướng cho em để em hoàn thanh tốt đề tài này.
Em xin cảm ơn các bạn trong nhóm đã hỗ trợ và giúp đỡ em trong suốt thời gian
thực tập làm đồ án để thu được kết quả tốt nhất.
Vì thời gian có hạn nên không thể tránh hỏi những hạn chế và sai sót nên em rất
mong nhận được lời góp ý từ thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn!

GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga


TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đề tài: “HỆ THỐNG ĐO KIỂM CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ

SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN SÓNG LORA”
Phần 5/6: “Xây dụng hệ thống hiện thị và biểu diễn thông số môi trường
trên Android”
Chương I: Tìm hiểu về đề tài
Giới thiệu chung về đề tài và các thành phần cơ bản trong đề tài
Chương II: Tổng quan về IoT
Khái quát về xu hướng công nghệ IoT
Chương III: Tổng quan về LoRa, LoRa Wan
Giới thiệu chung về sóng LoRa và LoRa Wan về cấu trúc và các tính năng
chính
Chương IV: Tổng quan về Android
Các thành phần cơ bản và các chức năng trọng một ứng dụng Android
Chương V: Phân tích và thiết kế hệ thống
Thiết kế sơ đồ của một ứng dụng Android
Chương VI: Triển khai và thử nghiệm trên thiết bị thực tế

GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga


MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................... 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ........................................................................ 2
1.1 Giới thiệu chung về đề tài ................................................................................... 2
1.1.1 Đặt vấn đề.................................................................................................... 2
1.1.2 Giới thiệu về IoT và cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 ........................ 6
1.2 Mô hình tổng quan đề tài ................................................................................ 8
1.2.1 Sơ đồ minh họa đề tài .................................................................................. 8
1.2.2 Mô hình chung và sơ đồ hoạt động của hệ thống.......................................... 8

1.2.3 Hệ thống cảm biến không khí ( CO, SO2, PM2.5) ........................................ 9
1.2.4 Truyền dẫn dữ liệu trong mạng cảm biến ................................................... 10
1.2.5 Quản trị cơ sở dữ liệu và điện toán đám mây ............................................. 11
1.2.6 Thiết kế Website và app Android hiển thị thông số môi trường .................. 12
1.2.7 Bảo mật thông tin toàn hệ thống ................................................................ 13
CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ INTERNET OF THINGS (IOT) ....................... 14
2.1 Định nghĩa........................................................................................................ 14
2.2 Khả năng định danh.......................................................................................... 16
2.3 Xu hướng và tính chất ...................................................................................... 16
2.4 Ứng dụng ......................................................................................................... 18
2.5 Những thách thức đối với IoT........................................................................... 19
CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ LORA, LORAWAN ........................................ 22
3.1 Kỹ huật trải phổ truyền thông ........................................................................... 22
3.1.1 Định lý Shannon – Hartley ......................................................................... 22
3.1.2 Nguyên lí trải phổ ...................................................................................... 22
3.1.3 Chirp Spread Spectrum........................................................................... 23
3.2 Kỹ thuật trải phổ trong công nghệ sóng LoRa................................................... 25
GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga


3.2.1 Giới thiệu về LoRa ........................................................................................ 25
3.2.2 Các tính năng chính của điều chế LoRa ..................................................... 25
3.3 Một số lưu ý trong truyền thông không dây ...................................................... 27
3.3.1 Mạng không dây ........................................................................................ 27
3.3.2 Cơ chế sử dụng đa đường truyền:............................................................... 29
3.4 Giới thiệu về LoRa Wan ................................................................................... 32
CHƯƠNG IV: TỔNG QUAN VỀ ANDROID ....................................................... 34
4.1 Andoroid và lịch sử phát triển .......................................................................... 34
4.1.1 Lịch sử phát triển ....................................................................................... 34

4.1.2 Giới thiệu về hệ điều hành Android ........................................................... 35
4.2 Kiến trúc của andoid......................................................................................... 37
4.2.1 Linux Kernel.............................................................................................. 37
4.2.2 Library và Android Runtime ...................................................................... 38
4.2.3 Framework ................................................................................................ 40
4.2.4 Application ................................................................................................ 41
4.3 Các thành phần của Android............................................................................. 42
4.3.1 Thành phần của một chương trình Android ................................................... 42
4.3.2 Các thành phần giao diện widget ............................................................... 46
4.3.3 Xử lí sự kiện trong Android ..................................................................... 46
4.3.4 Menu ......................................................................................................... 48
CHƯƠNG V: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG .................................... 50
5.1 Ngôn ngữ được sử dụng trong Android ........................................................... 50
5.2 Phần mềm thiết kế app Android........................................................................ 53
5.3 Phân tích hệ thống ............................................................................................ 54
5.4 Quy trình thiết kế app Android ......................................................................... 55
CHƯƠNG VI: TRIỂN KHAI VÀ THỬ NGHIỆM TRÊN THIẾT BỊ THỰC TẾ56
6.1 Triển khai ứng dụng trên phần mềm mô phỏng ................................................ 56
GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga


6.1.1 Mục tiêu .................................................................................................... 56
6.1.2 Ứng dụng ................................................................................................... 56
6.1.3 Mô phỏng trên phần mềm .......................................................................... 57
6.2 Demo ứng dụng trên thiết bị thực tế ................................................................. 58
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................................... 59
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 62

GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Tình trạng ô nhiễm môi trường hiện nay ....................................................... 4
Hình 1.2 Mức chỉ số AQI và ảnh hưởng đến ................................................................ 6
Hình 1.3 Sơ đồ minh họa đề tài .................................................................................... 8
Hình 1.4 Sơ đồ hoạt động của hệ thống........................................................................ 8
Hình 1.5 Sơ đồ tổng quan về hệ thống truyền dẫn ........................................................ 9
Hình 1.6 Giao diện Website hiển thị .......................................................................... 12
Hình 1.7 Giao diện hiển thị app Android ................................................................... 12
Hình 3.8 Tối ưu hóa kênh truyền ............................................................................... 27
Hình 3.9 Cấu trúc mạng hình sao ............................................................................... 28
Hình 3.10 Cấu trúc mạng hình lưới ............................................................................ 29
Hình 3.11 Mô hình mạng LoRaWan .......................................................................... 32
Hình 3.12 Cấu trúc mạng LoRaWan .......................................................................... 33
Hình 4.13 Giai đoạn phát triển của Android ............................................................... 34
Hình 4.14 Mô hình tổng quát các thành phần của hệ điều hành Android .................... 37
Hình 4.15 Mô hình nhân Linux .................................................................................. 37
Hình 4.16 Một số thư viện cơ bản của Android .......................................................... 39
Hình 4.17 Mô hình ứng dụng của Android ................................................................. 40
Hình 4.18 Lớp ứng dụng trong Android ..................................................................... 41
Hình 4.19 Biểu đồ mô tả trạng thái trong vòng đời của một activity .......................... 43
Hình 4.20 Cấu trúc Intent trong Android.................................................................... 44
Hình 4.21 Cấu trúc Service trong Android ................................................................. 44
Hình 5.22 Mô hình ứng dụng java ............................................................................. 50
Hình 5.23 Quy trình thiết kế app ................................................................................ 55
Hình 6.24 Giao diện mô phỏng ứng dụng .................................................................. 57
Hình 6.25 Giao diện App Android hiển thị ................................................................ 58

GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tổng quan đề tài
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
Giới thiệu:
Mục đích chính của đồ án là cung cấp cho người đọc có cái nhìn tổng quan về
cách truyền dẫn tín hiệu bằng sóng LoRa- một giải pháp mới có tính ưu việt và cải
thiện hơn sóng wifi. Thêm vào đó đưa ra những ứng dụng thực tế có tính ứng dụng cao
khi sử dụng sóngLoRa để truyền tín hiệu trong phạm vi rộng. Cuối cùng để chứng
minh trên nền tảng lí thuyết, đồ án đi vào triển khai và ứng dụng sóng LoRa vào bài
toán thực tế hiện nay đó là dụng sóng LoRa để đo kiểm chất lượng không khí giúp cho
người dùng có thể kiểm tra thông số khí bụi qua các thiết bị thông minh tại mọi địa
điểm trong một phạm vi rộng.
Trong giới hạn của đồ án tốt nghiệp, mô hình triển khai chỉ được thực hiện
trong một số phạm vi giới hạn. Nếu có điều kiện triển khai đồ án có xu hướng phát
triển thành một ứng dụng đưa vào thực tế với tính ứng dụng cao trọng một phạm vi
phủ sóng rộng lớn và trở thành một trong những sản phẩm của ngành công nghệ IoT
tương lai.
1.1 Giới thiệu chung về đề tài
1.1.1 Đặt vấn đề
Vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay:
• Ô nhiễm môi trường trong phát triển công nghiệp:
Một vấn đề nóng bỏng, gây bức xúc trong dư luận xã hội cả nước hiện nay là
tình trạng ô nhiễm môi trường sinh thái do các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con
người gây ra. Vấn đề này ngày càng trầm trọng, đe doạ trực tiếp sự phát triển kinh tế xã hội bền vững, sự tồn tại, phát triển của các thế hệ hiện tại và tương lai.Đối tượng

gây ô nhiễm môi trường chủ yếu là hoạt động sản xuất của nhà máy trong các khu
công nghiệp, hoạt động làng nghề 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 về môi trường theo quy định. Thực trạng đó làm cho môi
trường sinh thái ở một số địa phương bị ô nhiễm nghiêm trọng. Cộng đồng dân cư,
nhất là các cộng đồng dân cư lân cận với các khu công nghiệp, đang phải đối mặt với
thảm hoạ về môi trường. Họ phải sống chung với khói bụi, uống nước từ nguồn ô
GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tổng quan đề tài
nhiễm chất thải công nghiệp... Từ đó, gây bất bình, dẫn đến những phản ứng, đấu tranh
quyết liệt của người dân đối với những hoạt động gây ô nhiễm môi trường, có khi
bùng phát thành các xung đột xã hội gay gắt.
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.
• 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,
GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠII HỌC
H
Tổng quan đề tài
thành phố Hà Nộii và thành phố
ph Hồ Chí Minh chiếm đến 1/3; bầuu khí quy
quyển của thành
phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh có mứcc benzen và sunfua đđioxit đáng báo
động. Theo một kết quả nghiên cứu
c mới công bố năm 2008 củaa Ngân hàng Th
Thế giới

(WB), trên 10 tỉnh
nh thành ph
phố Việt Nam, xếp theo thứ hạng về ô nhi
nhiễm đất, nước,
không khí, thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội
N là những địa bàn ô nhiễm
m đất nặng nhất.
Theo báo cáo của Chương
ương tr
trình môi trường của Liên hợp quốc,
c, thành ph
phố Hà Nội và
thành phố Hồ Chí Minh đứng
ng đầu châu Á về mức độ ô nhiễm bụi
Giải pháp:
Hiện nay Hà Nộii ô nhiễm
nhi không khí ở mức báo động.
Vì vậy ngày
gày 11/12/2016 vừa
v qua, tại Diễn đàn doanh nghiệpp Vi
Việt Nam 2016
(Vietnam Business Forum 2016), nhi
nhiều doanh nghiệp đã công bố sẽ rút vốn đầu tư
khỏi Việt Nam vì môi trường
ng sống
s
không còn đàm bảo do ô nhiễm
m không khí và môi
trường nghiêm trọng.
Tại diễn đàn,

àn, ông Kenneth Atkison – Chủ tịch hiệp hộii doanh nghi
nghiệp Anh quốc
tại Việt Nam cho rằng
ng các chỉ
ch số ô nhiễm môi trường ở Việt Nam tăng
ăng cao khi
khiến cho
các doanh nhân không dám đưa
đư gia đình đến Việt Nam sinh sống, ảnh
nh hư
hưởng đến việc
đầu tư trực tiếp của nướcc ngoài vào Việt
Vi Nam. Trong khi đó,
ó, ông Dominic Scriven –
trưởng nhóm thị trường vốốn của diễn đàn, chủ tịch
ch công ty Dragon Capital cho bi
biết,
nhà đầu tư lớn nhất củaa Dragon Capital đã thông báo quyết định
nh rút ra kh
khỏi thị trường
Việt Nam vì lý do Việtt Nam thi
thiếu vắng những chính sách và hành độộng thuyết phục
trong việc bảo vệ môi trường
ng.

Hình 1.1 Tình trạng
tr
ô nhiễm môi trường hiện nay
GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tổng quan đề tài
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 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 Airmap và trang website đánh giá chỉ số chất lượng
không khíthường 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. Một trong những nguyên nhân gây ra
ô nhiễm không khí là ô nhiễm phân tử:
Ô nhiễm phân tử hay còn được gọi là ô nhiễm dạng hạt (Particle Pollution) gây
ra bởi các hạt bụi nhỏ li ti có kích thước micromet trôi nổi trong không khí. Các hạt
bụi thô PM10 có đường kính từ 2,5-10 micromet, thường được tạo ra bởi các máy
nghiền, máy xay hoặc là các đám bụi bốc lên bởi các phương tiện giao thông trên
đường. Các hạt bụi mịn PM2,5 là các hạt bụi có đường kính 2,5 micromet hoặc nhỏ

hơn, chỉ có thể được nhìn thấy bằng kính hiển vi điện tử.
• Các bụi mịn được tạo ra bởi sự cháy như động cơ cơ giới, nhà máy điện, đốt
gỗ dân dụng, cháy rừng, đốt ruộng nương trong nông nghiệp và một số quy trình công
nghiệp. 1 micromét bằng 1/1000 mm, vậy một hạt bụi PM2,5 sẽ có kích thước nhỏ hơn
khoảng 30 lần so với sợi tóc người.
GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tổng quan đề tài
• Nghiên cứu đã cho thấy mối liên quan giữa tăng tiếp xúc hàng ngày với bụi
PM2,5 với tăng số trường hợp nhập viện do bệnh hô hấp và tim mạch, tăng số lượt
khám cấp cứu và tử vong. Phơi nhiễm lâu dài với bụi mịn cũng có liên quan với tăng
tỷ lệ viêm phế quản mãn tính, suy giảm chức năng phổi và tăng tỷ lệ tử vong do ung
thư phổi và bệnh tim. Những người có bệnh hô hấp và bệnh tim, trẻ em và người cao
tuổi đặc biệt nhạy cảm với bụi PM2,5.
Tình trạng ô nhiễm không khí ở Hà Nội: Để đánh giá mức độ ô nhiễm phân tử
do bụi mịn PM2,5 tạo ra, các nhà khoa học dùng chỉ số chất lượng không khí – AQI
(Air Quality Index: số hạt bụi PM2,5 có trong một mét khối không khí) ví dụ AQI
bằng 10 thì có 10 hạt bụi PM2,5 trong một mét khối không khí. Chất lượng của không
khí được đánh giá theo chỉ số AQI như sau:
Các cảnh báo về
chỉ số mức AQI
và

ảnh

hưởng

đến sức khỏe của
con người (Hình
1.2)
Hình 1.2 Mức chỉ số AQI và ảnh hưởng đến
sức khỏe con người
• Trong những năm gần đây không khí ở các thành phố lớn đặc biệt là ở Hà
Nội ngày càng ô nhiễm, vì vậy việc cập nhật chất lượng không khí hàng ngày đang là
một vấn đề cần thiết để con người có thể đưa ra những biện pháp phòng tránh kịp thời
bảo vệ sức khỏe của mình. Đề tài trên đây đã góp phần giải quyết được vấn đề đó và
đưa con người đến gần hơn với xu hướng công nghệ Internet of Things tương lai.
1.1.2Giới thiệu về IoT và cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4
• IoT 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 công việc nào đó

GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tổng quan đề tài
• 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 đơn thuần mà còn là xây dựng một hệ thống kết nối nhiều thiết bị điện tử thông qua
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 và được ứng dụng nhiều
trong thực tế.

GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tổng quan đề tài
1.2Mô hình tổng quan đề tài
1.2.1 Sơ đồ minh họa đề tài

Hình 1.3 Sơ đồ minh họa đề tài
1.2.2 Mô hình chung và sơ đồ hoạt động của hệ thống
Sơ đồ hoạt động của hệ thống:

Hình 1.4 Sơ đồ hoạt động của hệ thống

GVHD: Th.S Lê Thị Cúc

SVTH: Vũ Thị Nga

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tổng quan đề tài
Mô hình chung của hệ thống:
Thông số môi trường sau khi
đo đạc từ các mạch cảm biến
được truyền qua môi trường
vô tuyến là sóng LoRa, tập
hợp về Gateway rồi cùng đẩy
về Cloud Server.
Dữ liệu sau khi lưu trữ, phân
tích sẽ được hiển thị và cảnh
báo trên webstie và App

Hình 1.5 Sơ đồ tổng quan về hệ thống truyền dẫn

Android Airmap

1.2.3 Hệ thống cảm biến không khí ( CO, SO2, PM2.5)

Tên cảm biến

Hình ảnh

Cảm biến CO
MQ7

Cảm biến SO2
MQ136

Cảmbiến
PM. 25
GP2Y1010AU0F

GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tổng quan đề tài
1.2.4 Truyền dẫn dữ liệu trong mạng cảm biến
Như đã nêu trong phần mở đầu đề tài của bọn em là một đề tài ứng dụng trong
mạng IOT. Vì vậy việc truyền dẫn dữ liệu trong mạng cảm biến của đề tài cũng mang
những đặc trưng và yêu cầu của việc truyền dẫn dư liệu trong mạng IOT như
dunglượng đường truyền thấp, không yêu cầu tốc độ cao và kênh truyền thời gian
thực, chấp nhận sự mất gói tin, độ trễ và trùng gói có thể dao động ở mức vừa phải,
cần tiết kiệm năng lượng. Ngoài ra do đặc điểm đề tài, việc truyền dữ liệu cần có thể
thực hiện trong khoảng cách lớn.
Với những vấn đề đặt ra trong việc truyền dẫn tín hiệu cảm biến nêu trên, sẽ
khó có thể sử dụng những nền tảng truyền tải dữ liệu phổ biến hiện nay như wifi,
bluetooth, ZigBee hay 3G, 4G. Vì vậy bọn em quyết định sử dụng công nghệ điều chế
sóng LoRa và giao thức truyền MQTT để giao tiếp với server.
Multitech là một công ty chuyên sản xuất thiết bị truyền thông tại Mỹ với lịch
sử hình thành và phát triển hơn 50 năm. MultiConnect Conduit và MultiConnect mDot
lần lượtlà thiết bị Gateway và node sử dụng công nghệ điều chế sóng LoRa với nhiều
giao thức kết nối được hỗ trợ như LoRa, MQTT, http….

MultiConnect Conduit được multitech bán ra với
nhiều tùy chọn kết nối có thể thay thế với cùng một
gateway như 3G, 4G-LTE, Bluetooth, Wifi ngoài ra
thiết bị có những kết nối cố định như USB 2.0,
Ethernet. Là một thiết bị có hệ điều hành phát triển dựa
trên nền tảng hệ điều hành mã nguồn mở Linux, hứa hẹn
đem lại khả năng tùy biến cao cho nhà phat triển. Thiết bị giao
tiếp với người dùng thông qua môi trường Ethernet trên giao trình
duyệt web bất kỳ.
Đi kèm với mỗi tùy chọn kết nối không dây đầu vào của
gateway là những modun node tương ứng. Trong đề tài này,
bọn em sử dụng modun node MultiConnect mDot là modun
LoRa với 31 chân kết nối. Trong đề tài chúng em kết nối với

GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tổng quan đề tài
mDot theo chuẩn UART, với 4 chân kết nối VDD (chân số 1: input 3,3V đến 5V),
GND (chân 10), TX (chân số 2: Data out PA2), RX (chân số 3: Data in PA3).
Với hai thiết bị trên, ta có thể xây dựng một LoRaWan đơn giản với vùng phủ
sóng từ 2 đến 16km có mức tiêu thụ điện thấp, duy trì hoạt đọng liên tục, lâu dài,
không tốn chi phí băng thông và phí thuê bao hàng tháng cho mỗi node. Là một lựa
chọn giải pháp phù hợp cho mạng IOT cục bộ, có diện tích bao phủ lớn, độc lập, và
bảo mật cao.
1.2.5 Quản trị cơ sở dữ liệu và điện toán đám mây
Điện toán đám mây: là một giải pháp cho phép cung cấp các tài nguyên công

nghệ thông tin như một dịch vụ và có khả năng thay đổi linh hoạt theo nhu cầu của
người sử dụng. Thuật ngữ “Đám mây” ở đây là lỗi nói ẩn dụ, có thể hiểu là các tài
nguyên tồn tại trên Internet, người dùng có thể truy cập tới các tài nguyên này mà
không cần hiểu rõ về công nghệ, kỹ thuật và hạ tầng bên trong của đám mây
Lựa chọn Cloud Server IBM Blumix: Được xây dựng trên công nghệ mã
nguồn mở của Cloud Foundry, Bluemix cung cấp nhiều công cụ hơn cho các nhà phát
triển ứng dụng bằng cách sử dụng nền tảng như là một dịch vụ (Paas), và cũng cung
cấp tiền đề để xây dựng các ứng dụng web và các ứng dụng di động.
Mục đích là để đơn giản hóa việc phân phối một ứng dụng bằng cách cung cấp
các dịch vụ đã sẵn sàng để sử dụng ngay tức thì, và có khả năng lưu trữ cho phép phát
triển trên quy mô nội bộ.

GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tổng quan đề tài
1.2.6 Thiết kế Website và app Android hiển thị thông số môi trường
Website:
• Hiển thị các trạm đo trên địa bàn

Hà Nội, kèm chỉ số và màu sắc thể
hiện chất lượng không khí tại từng
trạm.
• Thanh công cụ tìm kiếm giúp

người dùng tra cứu từng địa điểm cụ
thể, và các trạm đo xung quanh địa

điểm người dùng muốn tìm kiếm.
• Mỗi khi click vào một trạm đo cụ

thể, trên màn hình hiển thị chỉ số

Hình 1.6Giao diện Website hiển thị
thông số môi trường

AQI trung bình và nồng độ các khí
đo được.

AppAndroid:
• Hiển thị chỉ số AQI
• App hiển thị và đưa ra cảnh báo
cho người sử dụng
• Dự báo về chất lượng không khí
khi đã có đủ cơ sở dữ liệu

Hình 1.7Giao diện hiển thị app Android

GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga

12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tổng quan đề tài
1.2.7 Bảo mật thông tin toàn hệ thống

Kết luận chương I:

Trên đây là phần tổng quan về IoT, các thành phần, thiết bị được sử dụng và cách
hoạt động của chúng trong đề tài. Tuy nhiên chương I mới chỉ dừng lại ở mức độ giới
thiệu chưa đi sâu vào nghiên cứu. Vì vậy các chương tiếp theo sẽ đề cập chi tiết hơn về
công nghệ IoT cũng nhưứng dụng được sử dụng để kiểm tra chất lượng không khí.

GVHD: Th.S Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Giới thiệu về IoT

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ INTERNET OF THINGS (IOT)
Giới thiệu
Trong những năm gần đây tại các triển lãm điện tử tiêu dùng CES, các thiết bị
thông minh như tivi thông minh, điện thoại thông minh, tủ lạnh thông minh...liên tục
được các hãng công nghệ lớn giới thiệu. Khái niệm “Internet of Things” (IoT) từ đó
cũng được nhắc đến thường xuyên và phổ biến hơn. Vậy “Internet of Things” là gì và
tại sao đây là xu hướng công nghệ trong tương lai?
2.1 Định nghĩa
IoT(Internet of Things): có nghĩa là mạng lưới mà mọi thiết bị, vật thể được
cung cấp một định danh riêng của mình và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông
tin, dữ liệu qua một mạng (máy tính/ internet) duy nhất mà không cần đến sự tương tác
trực tiếp giữa người với người hay người với máy tính hoặc người với thiết bị .IoT đã
phát triển từ sự hội tụ công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và internet. Nó
đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với internet, với thế
giớiqua Wifi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại….

Các thiết bị có thể là điện thoại thông minh, máy pha cà phê, máy giặt, tai nghe, bong
đèn, và nhiều thiết bị khác.
Ở đó mỗi đồ vật, con người được cung cấp một địa chỉ và tất cả có khả năng
truyền tải và trao đổi thông tin, dữ liệu thông qua một mạng duy nhất mà không cần
đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người hay người với máy
Một vật trong IoT có thể là một người với một trái tim cấy ghép, một động
vật ở trang trại với bộ chip sinh học, một chiếc xe với bộ cảm ứng tích hợp cảnh báo
tài xế khi bánh xe xẹp hoặc bất kỳ một vật thể tự nhiên hay nhân tạo nào có thể gán
được một địa chỉ IP và cung cấp khả năng truyền dữ liệu thông qua mạng lưới. Cho
đến nay IoT là những liên kết máy- đến- máy (M2M) trong ngành sản xuất, công nghệ
năng lượng, kỹ nghệ xăng dầu. Khả năng sản phẩm được tích hợp máy- đến – máy
thường được xem như là thông minh
Bối cảnh ứng dụng tương lai:
Khi chúng ta bước gần về đến cửa nhà, cơ chế điều khiển tự động tích hợp trong
chìa khóa (hay thậm chí là điện thoại, thẻ tín dụng, smartwatch) sẽ tự động mở cửa từ
GVHD: ThS. Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Giới thiệu về IoT

xa. Khóa cửa sẽ gửi tín hiệu không dây đến hệ thống mạng nội bộ trong nhà, trước hết
là khiến đèn cửa và hànhlang được kích hoạt. Hệ thống điều hòa, vốn đã chuyển sang
trạng thái chờ khi chúng ta rời đi, sẽ tiếp tục hoạt động trở lại. Theo một số cài đặt sẵn,
thậm chí máy pha cà phê sẽ có thể tự động được kích hoạt để chuẩn bị sẵn 1 tách cà
phê thơm phức ngay khi ta bước chân vào phòng khách. Mọi thiết bị trong một smart

house sẽ giao tiếp và hoạt động một cách hài hòa, từ đó đưa chúng ta đến một định
nghĩa đơn giản nhất cho IoT: “Một hệ sinh thái IoT thực sự là một thế giới trong đó
mọi thiết bị đều có thể phối hợp được với nhau”.
Cụm từ này được đưa ra bởi Kevin Ashton vào năm 1999. Ông là một nhà khoa
học đã sáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT (MassachusettsInstitute of
Technology).
Vào tháng 6/2009, Ashton từng cho biết rằng “hiện nay máy tính cũng như
Internet gần như phụ thuộc hoàn toàn vào con người để chuyển tải dữ liệu. Gần như tất
cả trong số 50 Petabyte (1 Petabyte = 1.000.000 Gigabyte) dữ liệu đang có trên
Internet (vào thời điểm đó) đều được ghi lại hoặc tạo ra bởi con người, thông qua các
cách thức như gõ chữ, nhấn nút, chụp ảnh, quét mã vạch…”.
•

Con người chính là nhân tố quyết định trong thế giới Internet tại thời điểm

đó.
Nhưng con người lại có nhiều nhược điểm:
•

Có thời gian hạn chế.

•

Khả năng tập trung và độ chính xác cũng ở mức thấp so với máy móc.

•

Bị chi phối bởi tình cảm, cảm xúc.

•

Chúng ta không giỏi trong việc thu thập thông tin về thế giới xung quanh và

đây là một vấn đề lớn.
Ví dụ đơn giản như sau:
•

Chiếc tủ lạnh thông thường của bạn không được kết nối với thiết bị nào khác.

Nếu chúng ta muốn ghi lại nhiệt độ ở từng thời điểm của tủ, chúng ta chỉ có cách ghi
lại thủ công rồi nhập vào một máy tính hay thiết bị lưu trữ nào đó.
•

Bóng đèn neon ở nhà chẳng hạn, chúng ta muốn thu thập, điều chỉnh độ sáng

của nó thì phải đo thủ công rồi ghi lại.
GVHD: ThS. Lê Thị Cúc
SVTH: Vũ Thị Nga

15