Thiết kế và thi công hệ thống cảnh báo lỗi nhà máy may sử dụng công nghệ truyền thông lora

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO LỖI
NHÀ MÁY MAY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ
TRUYỀN THÔNG LORA

GVHD: TRƯƠNG NGỌC ANH
SVTH: NGUYỄN TẤN TRIỀU
SVTH: PHẠM QUANG SÁNG

SKL 0 0 5 7 0 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06/2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO LỖI NHÀ MÁY MAY
SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG LORA
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG
SVTH:
MSSV:

NGUYỄN TẤN TRIỀU
11141319

SVTH:
MSSV:

PHẠM QUANG SÁNG
11141308

GVHD:

ThS. TRƯƠNG NGỌC ANH

TP. HỒ CHÍ MINH – 06/2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO LỖI NHÀ MÁY MAY
SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG LORA
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG
SVTH:
MSSV:

NGUYỄN TẤN TRIỀU
11141319

SVTH:
MSSV:

PHẠM QUANG SÁNG
11141308

GVHD:

ThS. TRƯƠNG NGỌC ANH

TP. HỒ CHÍ MINH – 06/2017


PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Thông tin sinh viên
- Họ và tên sinh viên : Nguyễn Tấn Triều
MSSV:
11141319
Email: Điện thoại: 0935.062.851
- Họ và tên sinh viên : Phạm Quang Sáng MSSV:
11141308
Email: Điện thoại: .01684577862
2. Thông tin đề tài
- Tên của đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO LỖI SỬ
DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN THƠNG LORA.
- Mục đích của đề tài: XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢNH BÁO SỰ CỐ, TRUYỀN
THÔNG Ở NHỮNG KHU VỰC RỘNG LỚN.
- Thời gian thực hiện: Từ ngày / 3/2017 đến /6 /2017
- Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Bộ môn Điện Tử Viễn Thông, Khoa Điện Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh.
3. Các nhiệm vụ cụ thể của đề tài

- Nhiệm vụ 1: Giao tiếp giữa các Client-Client-Server
- Nhiệm vụ 2: Hiển thị thông tin trên Web và xuất ngõ ra báo động khi có sự cố
4. Lời cam đoan của sinh viên
Chúng tôi – Nguyễn Tấn Triều và Phạm Quang Sáng cam đoan Đồ án tốt nghiệp
(ĐATN) là cơng trình nghiên cứu của chúng tơi, dưới sự hướng dẫn của thạc sỹ
Trương Ngọc Anh. Kết quả công bố trong ĐATN là trung thực và không sao chép
từ bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp.HCM, ngày tháng năm 2017
SV thực hiện đồ án
(Ký và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Tấn Triều – Phạm Quang Sáng
Giáo viên hướng dẫn xác nhận bản báo cáo đã hoàn thành việc chỉnh sửa theo đề nghị
của Hội đồng đánh giá đồ án tốt nghiệp:
…………………………………………………………………………………………
Xác nhận của Bộ Môn

Tp.HCM, ngày tháng năm 2017
Giáo viên hướng dẫn
((Ký, ghi rõ họ tên và học hàm - học vị)


`
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, nhóm thực hiện đề tài đã nhận được nhiều
sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cơ, gia đình và bạn bè.
Nhóm thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể quý thầy cô trong trường
Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đặt biệt là quý thầy cô khoa
Điện-Điện tử, những người đã trao dồi vốn kiến thức q báo của mình cho nhóm
thực hiện đề tài, giúp cho nhóm có được kiến thức cơ sở và chuyên môn vững vàng,

cũng như tạo điều kiện giúp đỡ nhóm trong q trình học tập.
Nhóm thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TRƯƠNG
NGỌC ANH, người đã hướng dẫn tận tình, cung cấp tài liệu, giải pháp trong suốt q
trình nhóm thực hiện đề tài này.
Nhóm thực hiện đề tài cũng xin cảm ơn các anh chị đi trước, những người bạn,
người em, cũng như gia đình đã ủng hộ, giúp đỡ, động viên nhóm thực hiện đề tài.
Đề tài này tuy đã hồn thành nhưng cũng khơng tránh được những thiếu sót,
nhóm thực hiện đề tài rất mong nhận được sự góp ý, phê bình, chỉ dẫn của q thầy cơ
và các bạn.
Người thực hiện đề tài

Nguyễn Tấn Triều – Phạm Quang Sáng

i


`

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................ V
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... VII
CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................ VIII
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ......................................................................................1
1.1

TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ TRUYỀN THƠNG KHƠNG DÂY ........................... 1

1.1.1
1.2

Các cơng nghệ truyền không dây phổ biến .........................................1

PHẠM VI ÁP DỤNG ........................................................................................ 3

1.2.1

Internet of Things và thế giới ..............................................................3

1.2.2

Mục tiêu đề tài .....................................................................................4

1.2.3

Nhiệm vụ đề tài ....................................................................................4

1.2.4

Bố cục đồ án ........................................................................................5

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................6
2.1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THƠNG LORA ..................................... 6

2.1.1

Giới thiệu cơng nghệ truyền thơng RF LoRa(Long Range) ................6

2.1.2

Giới thiệu module thu phát RF LoRa ..................................................7

2.1.3

Chế độ hoạt động của module LoRa. ..................................................8

2.1.4

Giới thiệu về chân AUX .....................................................................10

2.1.5

Các chế độ truyền của LoRa ............................................................. 11

2.1.6

Giới thiệu về IC SX1278 được dùng trong module LoRa .................15

2.2

GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO ............................................................................17

2.2.1

Arduino MEGA 2560 .........................................................................17

2.2.2

Arduino Nano ....................................................................................20

2.2.3

Arduino Ethernet Shield ....................................................................21

2.3

CÁC LOẠI THIẾT BỊ NGOẠI VI: ............................................................... 22

2.3.1
2.4

Bàn phím 4x4:....................................................................................22

MÀN HÌNH LCD 16X2 ................................................................................23
ii


`
2.5

CÁC CHUẨN GIAO TIẾP ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG ........................23

2.5.1

Chuẩn giao tiếp UART ......................................................................23

2.5.2

Chuẩn giao tiếp SPI...........................................................................26

2.6

PHẦN MỀM .................................................................................................26

2.6.1

Phần mềm lập trình ...........................................................................26

2.6.2

Phần mềm thiết kế mạch, mơ phỏng ..................................................27

2.6.3

Phần mềm hỗ trợ giao tiếp. ............................................................... 28

CHƯƠNG 3THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ...................................30
3.1

PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ................................................................................30

3.1.1

Yêu cầu thiết kế ..................................................................................30

3.1.2

Sơ đồ khối của hệ thống ....................................................................30

3.2

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG ................................................................................31

3.2.1

Khối cảnh báo (Client) ......................................................................31
Sơ đồ khối của khối cảnh báo................................................................ 32

a)
3.2.2

Trạm xử lý trung tâm (Server) ...........................................................35

a)

Sơ đồ khối .............................................................................................. 36

b)

Lưu đồ thuật toán của Khối Server .......................................................37

c)

Phần cứng .............................................................................................. 38

3.2.3
3.3

Nguồn cung cấp .................................................................................39

PHẦN MỀM .................................................................................................. 40

Cấu hình Module RF LoRa. ............................................................................40
CHƯƠNG 4THI CƠNG VÀ KẾT QUẢ ............................................................. 43
4.1

THI CƠNG .................................................................................................... 43

4.1.1

Thi cơng trạm cảnh báo .....................................................................43

4.1.2

Thi công trạm xử lý trung tâm ...........................................................45

4.2

KẾT QUẢ ..................................................................................................... 49

4.2.1

Trạm cảnh báo ...................................................................................49
iii


`
4.2.2

Trạm xử lý trung tâm .........................................................................50

4.2.3

Giao diện theo dõi .............................................................................50

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM ...................................................52
5.1

KẾT QUẢ ..................................................................................................... 52

5.1.1

Những vấn đề nghiên cứu ..................................................................52

5.1.2

Những vấn đề hoàn thành..................................................................52

5.2

THỰC NGHIỆM ............................................................................................52

5.2.1

Kiểm tra khoảng cách thực tế của module LoRa .............................. 52

5.2.2

Vận hành hệ thống thực tế .................................................................53

CHƯƠNG 6KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .....................................54
6.1

KẾT LUẬN...................................................................................................54

6.1.1

Ưu điểm của đề tài.............................................................................54

6.1.2

Hạn chế của đề tài. ............................................................................54

6.1.3

Kết luận ............................................................................................. 54

6.2

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ................................................................ 55

iv


`
DANH MỤC HÌNH:
Hình 1.1: Nghe nhạc qua tai nghe Bluetooth ............................................................1
Hình 1.2: Truyền khơng dây qua Zigbee ..................................................................2
Hình 1.3 Truyền NFC giữa 2 thiết bị di động ...........................................................2

Hình 1.4: Các thiết bị kết nối qua Wifi .....................................................................2
Hình 1.5: Mơ hình mạng Lora ..................................................................................3
Hình 1.6: Hệ thống thu phát LoRaWan ....................................................................3
Hình 2.1: Phạm vi ứng dụng của công nghệ truyền thông RF LoRa ........................6
Hình 2.2: Hình ảnh thực tế Module LoRa ................................................................ 7
Hình 2.3: Kích thước và số chân thực tế của LoRa ..................................................8
Hình 2.4: Mơ tả hoạt động của chân AUX trong việc truyền dữ liệu .....................10
Hình 2.5: Mơ tả hoạt động của chân AUX khi cấu hình ........................................11
Hình 2.6: Chế độ truyền điểm-điểm .......................................................................11
Hình 2.7: Chế độ truyền cố định .............................................................................12
Hình 2.8: Chọn chế độ truyền Target để truyền .....................................................12
Hình 2.9: Cấu hình 2 module LoRa ở chế độ Target ..............................................13
Hình 2.10: Truyền dữ liệu theo chuỗi Hex ............................................................. 13
Hình 2.11: Bảng mã ASCII .....................................................................................14
Hình 2.12: Mơ tả hình thức truyền Broadcast.........................................................14
Hình 2.13: Chọn chế độ truyền trong Transmit Mode ............................................15
Hình 2.14: Sơ đồ khối IC SX 1278 .........................................................................15
Hình 2.15: Số chân của IC SX 1278 .......................................................................16
Hình 2.16: Logo Arduino ........................................................................................17
Hình 2.17: Board Arduino Mega 2560 ...................................................................18
Hình 2.18: Board Arduino Nano .............................................................................20
Hình 2.19: Arduino Ethernet Shield và cách kết nối với Arduino .........................21
Hình 2.20: Sơ đồ khối của chip W5100 ..................................................................21
Hình 2.21: Các loại bàn phím 4x4. .........................................................................22
Hình 2.22: Sơ đồ ngun lý ma trận phím 4x4. ......................................................22
Hình 2.23: LCD 16x2 ............................................................................................. 23
Hình 2.24: Mạch giao tiếp I2C ...............................................................................23
Hình 2.25: Kết nối vi điều khiển với vi điều khiển ................................................24
Hình 2.26: Kết nối vi điều khiển và máy tính .........................................................24
Hình 2.27: Cách thức truyền UART .......................................................................24

Hình 2.28: Thơng số cấu hình trong truyền nhận UART của LoRa .......................25
Hình 2.29: Sơ đồ chân giao tiếp SPI của Arduino Mega ........................................26
Hình 2.30: Giao diện IDE để lập trình Arduino .....................................................27
Hình 2.31: Giới thiệu sơ lược về giao diện bằng phần mềm Proteus .....................28
v


`
Hình 2.32: Logo phần mềm Hercules .....................................................................28
Hình 2.33: Giao diện giao tiếp SSCOM v3.2 qua cổng nối tiếp (Serial port) ........29
Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống..........................................................................30
Hình 3.2: Sơ đồ khối của khối cảnh báo .................................................................32
Hình 3.3: Lưu đồ thuật tốn của khối cảnh báo. .....................................................33
Hình 3.4 : Sơ đồ nguyên lý của khối cảnh báo .......................................................34
Hình 3.5: Sơ đồ mạch in và 3D của khối cảnh báo.................................................34
Hình 3.6: Khối cảnh báo sau khi thi cơng ............................................................... 35
Hình 3.7: Sơ đồ khối của khối xử lý trung tâm.......................................................36
Hình 3.8: Lưu đồ thuật toán của trạm xử lý trung tâm ...........................................37
Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý khối Server ...................................................................38
Hình 3.10: Sơ đồ mạch in và mô phỏng 3D của mạch ...........................................39
Hình 3.11: Trạm xử lý trung tâm sau khi thi cơng .................................................39
Hình 3.12: Mạch hạ áp LM2596 .............................................................................40
Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý mạch hạ áp LM2596 ..................................................40
Hình 3.14: Mạch chuyển đổi UART sang USB ......................................................41
Hình 3.15 : Giao diện phần mềm cấu hình. ............................................................41
Hình 3.16: Gỡ 2 Jump kết nối để cấu hình LoRa ...................................................42
Hình 4.1. Kiểm tra hoạt động khối cảnh báo. .........................................................43
Hình 4.2: Khối cảnh báo hồn chỉnh. .....................................................................44
Hình 4.3: Khối cảnh báo hoạt động. .......................................................................45
Hình 4.4: Kiểm tra hoạt động khối trung tâm hoạt động ........................................46

Hình 4.5: Hệ thống chạy thử và hiển thị lên Web Server .......................................47
Hình 4.6: Kiểm tra hệ thống khi bị mất kết nối với các trạm .................................47
Hình 4.7: Giao diện bảng theo dõi trạng thái khi hoạt động mà chưa kết nối các
trạm cảnh báo.................................................................................................................48
Hình 4.8: Vận hành trạm cảnh báo .........................................................................49
Hình 4.9: Khối xử lý trung tâm ...............................................................................50
Hình 4.10: Giao diện WebServer ............................................................................50
Hình 5.1: Khoảng cách thực tế khi truyền .............................................................. 53

vi


`
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Mô tả chức năng các chân của module ........................................................ 8
Bảng 2.2 Các chế độ hoạt động của LoRa.................................................................... 8
Bảng 2.3: Theo dõi dòng điện khi ở chế độ tiết kiệm pin của nhà sản xuất ................. 9
Bảng 2.4: Các phiên bản của IC SX 1276/77/78/79..................................................... 15
Bảng 2.5: Bảng thông số kỹ thuật của Board Arduino ................................................. 19

vii


`
CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt
LORA
IOT
IC

UART
SPI
TX
RX
MCU
CSS
I2C
SCK
MISO
MOSI
SS
IDE

Tên đầy đủ
LONG RANGE
Internet of Things
Integrated Circuit
Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
Serial Peripheral Interface
Transmitter
Receive
Microcontroller
Chirp Spread Spectrum
Inter-Integrated Circuit
Serial Clock
Master Input Slave Output
Master Ouput Slave Input
Slave Select
Intergrated Development Environment

viii


`

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU
1.1
DÂY

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG KHÔNG

Dù cáp và dây điện vẫn đóng vai trị chính trong truyền và nhận thông tin,
việc sử dụng tai nghe không dây, lướt web tại điểm truy cập Wi-Fi hoặc truyền
dữ liệu giữa các thiết bị qua các giao tiếp không dây ... đang trở nên quen thuộc
và tác động lớn đến đời sống hàng ngày.

1.1.1 Các công nghệ truyền không dây phổ biến
a. Bluetooth
Bluetooth không chỉ được dùng để truyền dữ liệu giữa các thiết bị di động,
kết nối phụ kiện với điện thoại mà cịn có trong một loạt thiết bị khác nhau như
máy ảnh số, laptop, PC và đầu máy chơi game. Chip Bluetooth sử dụng tín hiệu
sóng radio để truyền dữ liệu trong phạm vi hẹp, thường là khoảng 30 mét.

Hình 1.1: Nghe nhạc qua tai nghe Bluetooth
Bluetooth 2.0, phiên bản được tích hợp nhiều nhất trong các thiết bị hiện
nay, có thể trao đổi những gói thơng tin địi hỏi băng thơng thấp hoặc trung bình
với tốc độ 3 Mb/giây. Công nghệ này sử dụng lượng điện năng tương đối thấp.
b. Zigbee
Zigbee cho phép truyền thông tin tới nhiều thiết bị cùng lúc (mesh

network). Phạm vi hoạt động của Zigbee đang được cải tiến từ 75 mét lên đến vài
trăm mét.

1


`

Hình 1.2: Truyền khơng dây qua Zigbee
Cơng nghệ này địi hỏi năng lượng thấp hơn Bluetooth, nhưng tốc độ chỉ
đạt 256 Kb/giây. Nó sẽ được ứng dụng trong hệ thống tự động tại các hộ gia đình
như chiếu sáng và sưởi ấm.
c. NFC
Thiết bị NFC chỉ có thể truyền khơng dây vài kilobit dữ liệu trong phạm
vi vài cm, do đó nó đảm bảo an tồn khi người sử dụng muốn trao đổi thơng tin
riêng tư, cần bảo mật.

Hình 1.3 Truyền NFC giữa 2 thiết bị di động
Các hãng sản xuất di động có vẻ hứng thú với cơng nghệ này và cho rằng
điện thoại NFC sẽ được dùng để thanh tốn hóa đơn khi người sử dụng uống cafe
hay mua báo… Nó cũng sẽ xuất hiện trong khóa điện tử, vé và các tài liệu du
lịch.
d. WiFi

Hình 1.4: Các thiết bị kết nối qua Wifi

2


`

Công nghệ kết nối Internet không dây này đã rất phổ biến trong gia đình, văn
phịng, qn cafe và một số trung tâm thành phố lớn. Ngồi ra, Wi-Fi cịn được
dùng để nối những thiết bị gia dụng như TV, đầu DVD với máy tính.
e. LORA

Hình 1.5: Mơ hình mạng Lora
Công nghệ truyền không dây LoRa cũng tương tự như truyền
Zigbe và cho phép giao tiếp với nhiều thiết bị cùng lúc với khoảng cách xa
(khoảng 3000m- 5000m) với tốc độ nhanh hơn những thiết bị thu phát RF khác.
1.2

PHẠM VI ÁP DỤNG

1.2.1 Internet of Things và thế giới
LoRa™ là một kỹ thuật điều chế dựa trên kỹ thuật SpreadSpectrum và một biến thể của Chirp Spread Spectrum nó cho một khoảng cách
xa hơn đáng kể cách kỹ thuật khác. Kỹ thuật không dây LoRa được phát triển bởi
Cycleo SAS (sau này được mua lại bởi Semtech).

Hình 1.6: Hệ thống thu phát LoRaWan

3


`
Cách đây một vài năm mọi người đang nói về Internet of Things sẽ thay
đổi thế giới. Nhưng tầm nhìn về việc kết nối hàng tỷ thiết bị có những thử thách
nhất định. Các mạng không dây hiện tại như Bluetooth, Bluetooth Low Energy,
WiFi và ZigBee đều khơng thích hợp cho những ứng dụng tầm xa. Mạng di động
(cellular) càng không thể dùng để các giao tiếp từ xa machine-to-machine vì quá
tốn năng lượng. Nhìn chung, tất cả các loại mạng đều rất đắt đỏ về phần cứng và

dịch vụ.
Điểm quan trọng của ứng dụng IoT yêu cầu chỉ truyền rất ít bit dữ liệu để
theo dõi (monitor) các thiết bị tầm xa. Hệ thống mạng di động thì khơng phù hợp
với vấn đề năng lượng pin và hiệu quả kinh tế khi gửi ít dữ liệu đi. Vì vậy, Low
Power Wide Area Network (LPWAN) được đưa ra cho những ứng dụng này.
LPWAN thích hợp cho việc gửi một lượng nhỏ dữ liệu với khoảng cách xa, trong
khi thời lượng pin dài.

1.2.2 Mục tiêu đề tài
Xây dựng mơ hình hệ thống cảnh báo lỗi bao gồm: trung tâm điểu khiển,
thiết bị ngoại vi (bàn phím) được kết nối với nhau bằng mạng LoRa xây dựng
trang web hiển thị lỗi.
Xây dựng hệ thống cảnh báo lỗi dùng LoRa với khoảng cách xa và thông
báo tới người sử dụng.
Phát triển ứng dụng cảnh báo trên điện thoại
Xây dựng hệ thống cảnh báo lỗi cho khu vực rộng lớn, hẻo lánh như cảnh
báo lỗi hệ thống sản phẩm tại các khu công nghiệp, tịa nhà.

1.2.3 Nhiệm vụ đề tài
Đề tài trình bày một mơ hình mẫu hệ thống cảnh báo lỗi bán tự động với
các thiết bị ngoại vi có sẵn trên thị trường.
Thời gian chạy liên tục và dùng pin của hệ thống chỉ mang tính định tính
dựa vào các số liệu có sẵn.
Cấu hình của các module truyền nhận dữ liệu LoRa chỉ đươc tối ưu mang
tính chất nghiên cứu.
Đề tài tập trung nghiên cứu về các tính năng tiết kiệm của module LoRa
và hệ thống để cảnh cáo lỗi. Không tập trung nghiên cứu vào việc truyền qua
mạng GSM.
- Cấu hình mơ-đun LoRa
- Giao tiếp Mơ-đun LoRa với vi điều khiển

- Đọc giá trị nhập từ bản phím so sánh chuỗi để xuất tín hiệu ngõ ra
- Giao diện giao tiếp với người dùng
- Làm mơ hình thực tế

4


`

1.2.4 Bố cục đồ án
Chương 1: Tổng quan
Trong chương này giới thiêu chung về các công nghệ truyền không dây hiện
nay và cơ sở lý thuyết để chọn công nghệ truyền thơng RF LoRa. Từ đó đề ra
mục tiêu nghiên cứu của đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Trong chương này trình bày cơ sở lý thuyết của các phần cứng, phần mềm và
các giao tiếp được sử dụng trong hệ thống.
Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống
Chương này nêu ra các yêu cầu về phần cứng và phần mềm từ đó hình thành
sơ đồ khối của hệ thống.
 Thiết kế phần cứng: trình bày về các thiết kế mà nhóm đã thực hiện
trên các phần cứng có sẵn hay phần cứng tự làm dựa theo sơ đồ khối hệ
thống.
 Thiết kế phần mềm: trình bày về các lưu đồ giải thuật để giải quyết
cách yêu cầu về phần mềm và cấu hình cho các module trong đề tài.
Chương 4: Thi công và thực nghiệm
Tiến hành chạy thử các thiết kế để đánh giá ưu và nhược điểm của hệ thống
đang có.
Tiến hành một số thử nghiệm so sánh về tuổi thọ pin.
Chương 5: Kết quả và hướng phát triển

Đưa ra các kết luận về các vấn đề đã hồn thành và chưa hồn thành, các mặt
hạn chế.
Trình bày về hướng phát triển.

5


`

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THƠNG LORA

2.1.1 Giới thiệu cơng nghệ truyền thơng RF LoRa (Long Range)
LoRa là một modul thu phát sóng RF với khoảng cách xa khoảng vài trăm
mét đến vài ngàn mét trong môi trường lý tưởng. Với băng tần hoạt động là
433MHz và cơng suất 100mW.

Hình 2.1: Phạm vi ứng dụng của công nghệ truyền thông RF LoRa
Trước đây LoRa được dùng trong quân sự và không gian do khoảng cách
truyền xa hơn các thiết bị thu phát RF khác. Ngày nay LoRa được dùng trong
thương mại do giá thành rẻ và dễ sử dụng
Ưu điểm của LoRa là truyền tín hiệu ở 1 khoảng cách xa. 1 trạm thu phát
sử dụng LoRa có thể bao gồm 1 vùng rộng lớn tùy vào mơi trường hoặc địa hình
xung quanh.
Mạch thu phát LoRa được sử dụng trong hệ thống là RF UART LoRa SX
1278 AS32-TTL-100 433 MHz có khoảng cách truyền tối đa là 3000m trong môi
trường lý tưởng.

6


`

2.1.2 Giới thiệu module thu phát RF LoRa

Hình 2.2: Hình ảnh thực tế Module LoRa
Mạch thu phát RF UART LoRa SX 1278 433 MHz 3000m sử dụng chip
SX 1278 của nhà sản xuất Ashining (Trung Quốc) chuẩn giao tiếp LoRa.
Chuẩn LoRa mang đến 2 yếu tố quan trọng là tiết kiệm năng lượng và
khoảng cách siêu xa và có thể cấu hình thành mạng.
Mạch thu phát RF UART LoRa SX 1278 433MHz 3000m được tích hợp
phần chuyển đổi giao tiếp SPI qua UART giúp việc giao tiếp và sử dụng dễ dàng
hơn.
Với kích thước nhỏ gọn 5 x 21 x 36 mm, LoRa dễ dang đáp ứng hầu hết
các yêu cầu về không gian trong các thiết bị người dùng, ví dụ như các trạm thu
phát tín hiệu, trong các thiết bị điều khiển từ xa….
Phần mềm đi kèm từ nhà sản xuất giúp việc cấu hình LoRa trở nên dễ
dàng hơn. Cấu hình trực tiếp lên LoRa qua Adapter LoRa
 Thơng số kỹ thuật:
- Model: E32-TTL-100 RF
- IC chính: SX1278 từ Ashining.
- Điện áp hoạt đông: 2.3 - 5.5 VDC
- Điện áp giao tiếp: TTL
- Tần số hoạt động : 410 -441MHz
- Cơng suất: 20dbm (100mW)
- Dịng điện ở chế độ ngủ (M1=1 M0=1): 1,7uA
- Chuẩn giao tiếp: UART

- Độ dài chuỗi khi nhận : gói dữ liệu 256 bytes
- Độ dài chuỗi khi truyền : gói dữ liệu 256 bytes
- Khoảng cách truyền tối đa trong điều kiện lý tưởng: 3000m
- Tốc độ truyền: 0.3 -19.2 Kbps (mặc định 2.4 Kbps)
- Hỗ trợ 65536 địa chỉ cấu hình.
- Nhiệt độ hoạt động bình thường: -30oC ~ +85 oC
- Độ ẩm hoạt động bình thường : 10% ~ 90%
7


`
- Nhiệt độ bảo quản: -40oC~125oC
- Kích cỡ: 21x36mm.

Hình 2.3: Kích thước và số chân thực tế của LoRa
Module có tổng cộng 7 chân được ký hiệu trực tiếp lên module
Bảng 2.1: Mô tả chức năng các chân của module
Số chân Kí hiệu Ứng dụng
1

M0

Kết hợp với M1 để cài đặt 4 chế độ hoạt động của LoRa

2

M1

Kết hợp với M0 để cài đặt 4 chế độ hoạt động của LoRa

3

RXD

Nối với chân TX của Vi điều khiển để truyền tín hiệu

4

TXD

Nối với chân RX của Vi điều khiển để truyền tín hiệu

5

AUX

Chỉ các trạng thái của LoRa

6

VCC

Kết nối với nguồn 5V

7

GND

Kết nối với Mass (0V)

2.1.3 Chế độ hoạt động của module LoRa.
Trong module LoRa có 2 chân điều khiển M0, M1. Giúp người sử dụng
có thể dễ dàng chuyển chế độ hoạt động của module.

8


`
Bảng 2.2 Các chế độ hoạt động của LoRa
Chế độ
Trạng thái
M1
M0 Mơ tả
Chế độ 0 Bình thường
0
0
Giao tiếp Serial sẽ
mở. Module truyền
liên tục
Chế độ 1 Báo thức
0
1
Giao tiếp Serial mở.
Khi gửi dữ liệu
LoRa sẽ tự động gửi
kèm theo mã để kích
hoạt chế độ 2
Chế độ 2 Tiết
kiệm 1
0

Các giao tiếp Serial
pin
đóng. Đợi mã kích
hoạt từ chế độ 1
Chế độ 3 Ngủ

Chú ý
Thiết bị nhận sẽ nhận
được dữ liệu khi hoạt
động ở chế độ 0,1
Thiết bị nhận chỉ nhận
được dữ liệu khi ở chế
độ 0,1,2
Thiết bị nhận chỉ nhận
được dữ liệu khi thiết
bị truyền ở chế độ 1 (
thiết bị truyền khơng
được ở chế này)

Dùng để cấu hình
LoRa
Lựa chọn chế độ hoạt động của LoRa qua việc thay đổi điện áp hoạt động vào 2
chân M0, M1 với 2 mức điện áp là (0V,3.3V~5V).
Thời gian để LoRa chuyển chế độ hoạt động là 1ms.


1

1

Chế độ hoạt động bình thường (M1=0, M1=0)

Truyền: LoRa nhận dữ liệu người dùng từ cổng Serial. Khi LoRa nhận
được dữ liệu đầu tiên đầu ra AUX ở mức thấp thấp, khi LoRa là đặt tất cả các dữ
liệu vào IC RF và khởi động bắt đầu, chân TX ở mức cao. Tại thời điểm này, gói
dữ liệu khơng dây đã bắt đầu truyền, bạn có thể truyền lên đến 256 bytes dữ liệu.
Các gói dữ liệu được gửi thơng qua chế độ 0, nó chỉ có thể được nhận bởi các
LoRa ở chế độ 0,1.
Nhận: LoRa mở cổng nhận dữ liệu không dây, Chân AUX sẽ ở mức cao
khi nhận xong gói dữ liệu.


Chế độ hoạt động báo thức (M0=1, M1=0)

Truyền: LoRa truyền dữ liệu giống chế độ 0. Khi ở chế độ này thì khi
truyền thì LoRa sẽ tự động gửi kèm 1 mã dùng để kích hoạt chế độ wake-up
trong mỗi gói dữ liệu.
Nhận: LoRa hoạt động giống chế độ Normal.


Chế độ hoạt động tiết kiệm pin (M0=0, M1=1)

Truyền: LoRa sẽ không truyền được dữ liệu.
Nhận: LoRa sẽ nhận dữ liệu khi nhận thì LoRa sẽ nhận mã đánh thức ở
chế độ 1, chân AUX sẽ lên lại mức cao khi nhận xong gói dữ liệu
9


`

Bảng 2.3: Theo dõi dòng điện khi ở chế độ tiết kiệm pin của nhà sản xuất
Rate\
250
500
750
1000 1250 1500 1750 2000
Delay(ms)
1KBPS
1,16
0,58
0,39
0,29
0,23
0,19
0,17
0,15
mA
mA
mA
mA
mA
mA
mA
mA
10KBPS
179u 92uA 63uA 48uA 39uA 34uA 30uA 27uA
A
20KBPS
121u 63uA 43uA 34uA 27uA 24uA 21uA 19uA
A

25KBPS
121u 63uA 43uA 34uA 27uA 24uA 21uA 19uA
A

Chế độ hoạt động ngủ (M0=1, M1=1)
Truyền: LoRa sẽ không thế truyền tải dữ liệu
Nhận: LoRa sẽ không nhận được dữ liệu
Chế độ “ngủ” này dùng để cấu hình LoRa. Thay đổi thông số cài đặt.

2.1.4 Giới thiệu về chân AUX
Chân AUX là 1 chân ngõ ra dùng để báo hiệu LoRa có truyền nhận được
hay khơng.
Chân AUX sẽ ở mức thấp khi LoRa khơng có tín hiệu truyền đi hoặc nhận
vào.
Truyền theo kiểu nối tiếp (Serial)

Hình 2.4: Mơ tả hoạt động của chân AUX trong việc truyền dữ liệu
Chân AUX sẽ ở mức 1 và sẽ xuống mức 0 khi TX RX bắt đầu truyền nhận
trong khoảng 1-2ms và khi kết thúc việc truyền hoặc nhận gói dữ liệu đó thì chân
AUX sẽ lên mức 1.

10


`
Cấu hình (khi LoRa ở chế độ ngủ)

Hình 2.5: Mơ tả hoạt động của chân AUX khi cấu hình
Chân AUX sẽ ở mức 1 khi LoRa cịn trong q trình cấu hình các thơng
số hoạt động và sẽ lên mức 1 khi cấu hình xong

Chú ý:
Chân AUX ở mức 0 nếu LoRa đang hoạt động có nghĩa là LoRa ko truyền
nhận được
Khi LoRa truyền nhận, AUX sẽ chuyển mức hoạt động trong 2ms
Khi chuyển chế độ từ ngủ qua bình thường chân AUX sẽ ở hoạt động mức
0.

2.1.5 Các chế độ truyền của LoRa
 Chế độ truyền điểm- điểm (Point to Point)

Hình 2.6: Chế độ truyền điểm-điểm
Ở hình thức truyền này, cả 2 LoRa được đặt cùng địa chỉ và cùng kênh. Ở
hình thức truyền này khơng phân biệt LoRa nào là địa chỉ Host hay địa chỉ
thường.

11


`
 Chế độ truyền cố định (Target)

Hình 2.7: Chế độ truyền cố định
Ở hình thức này, một module có thể giao tiếp với một module khác cả khi
khác kênh và khác địa chỉ.
Ở chế độ này thì phải chọn chế độ chỉ định (Target) trong mục chế độ
truyền (Transmit mode)

Hình 2.8: Chọn chế độ truyền Target để truyền
Khi ở chế độ này thì khi gửi mã thì phải kèm theo địa chỉ và số kênh
module LoRa cần kết nối. Ví dụ module LoRa A có địa chỉ 01 kênh 01 muốn kết

12


`
nối với module LoRa B có địa chỉ 02, kênh 02, thì khi module A gửi dữ liệu phải
kèm theo địa chỉ và số kênh của module B là. 02 02 C0 <chuỗi data>

Hình 2.9: Cấu hình 2 module LoRa ở chế độ Target

Hình 2.10: Truyền dữ liệu theo chuỗi Hex

13