Tài liệu Hệ thống giám sát và quản lý ao tôm công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ QUẢN LÝ AO TÔM CÔNG NGHIỆP Sinh viên thực hiện Trà Hoàng Sơn MSSV: 1101043 Lớp: Điện tử viễn thông 2 K36 Nguyễn Đình Tứ MSSV: 1101074 Lớp: Điện tử viễn thông 1 K36 Cần Thơ, 12/2014 Cán bộ hướng dẫn ThS. Nguyễn Tăng Khả Duy LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và sinh hoạt tại trường Đại học Cần Thơ, đặc biệt là trong khoảng thời gian chúng em thực hiện luận văn tốt nghiệp, chúng em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình về mọi mặt của quý thầy, cô giáo trong trường. Nay chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Trường Đại học Cần Thơ và Ban Giám Hiệu trường. Nhờ trường Đại học Cần Thơ đã đào tạo cũng như cung cấp những điều kiện học tập tốt nhất cho chúng em trong suốt thời gian qua để chúng em có thể hoàn thành tốt khóa học. Chúng em xin chân thành cảm ơn đến toàn thể quý thầy cô Bộ môn Điện Tử Viễn Thông – Khoa Công Nghệ, những người đã trực tiếp truyền đạt những kiến thức về chuyên môn cũng như kiến thức về xã hội với sự quyết tâm và tận tụy nhất để chúng em có thể an tâm bước ra trường phục vụ cho xã hội. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Tăng Khả Duy đã tận tình hướng dẫn và cung cấp kiến thức chuyên môn cũng như kinh nghiệm thực tế để chúng em có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp một cách tốt nhất. Chúng em xin gửi lời cám ơn đến thầy Lương Vinh Quốc Danh đã cho chúng em nhiều ý tưởng để thực hiện đề tài và hoàn thành tốt đề tài này. Cuối cùng, chúng em cũng xin cảm ơn gia đình đã tích cực động viên, khuyến khích, tạo mọi điều kiện và trực tiếp hỗ trợ kinh phí, tinh thần để đề tài tốt nghiệp được hoàn thành đúng thời hạn. Chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày…tháng…năm 2014 1. Trà Hoàng Sơn 2. Nguyễn Đình Tứ Luận văn được thực hiện bởi: 1. Trà Hoàng Sơn, MSSV: 1101043, Lớp TC1071A2 2. Nguyển Đình Tứ, MSSV: 1101074, Lớp: TC1071A1 Đề tài : HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ QUẢN LÝ AO TÔM CÔNG NGHIỆP Luận văn đã nộp và báo cáo tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn tốt nghiệp Đại học Cần Thơ ngành Điện tử Truyền thông/ Kỹ thuật máy tính, Bộ môn Điện tử Viễn thông vào ngày 08 tháng 12 năm 2014. (Quyết định số: 383/QĐ-CN ngày 24 tháng 11 năm 2014 của trưởng khoa Công Nghệ). Kết quả đánh giá:______________ Chữ ký của các thành viên Hội đồng: Thành viên hội đồng 1 (CBHD): ThS. Nguyễn Tăng Khả Duy .......................................... Thành viên hội đồng 2: ThS. Trần Hữu Danh ...................................................................... Thành viên hội đồng 3: ThS. Trương Phong Tuyên ............................................................. MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................. 5 DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................... 7 KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT ............................................................................. 8 TÓM TẮT ....................................................................................................................... 1 Chương 1 TỔNG QUAN ............................................................................................. 2 1.1 TỒNG QUAN VỀ MÔ HÌNH NUÔI TÔM Ở VIỆT NAM............................ 2 1.2 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ................................................................................... 3 1.3 PHẠM VI ĐỀ TÀI ........................................................................................... 4 Chương 2 KIẾN THỨC CƠ SỞ ................................................................................... 5 2.1 TÌM HIỂU VỀ CON TÔM .............................................................................. 5 2.2 MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY................................................................ 7 2.2.1 Mạng cảm biến không dây - WSN .............................................................. 7 2.2.2 Khái quát về ZigBee - IEEE 802.15.4/LR-WLAN ................................... 12 2.3 HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID ....................................................................... 15 2.3.1 Tổng quan .................................................................................................. 16 2.3.2 Các thành phần của một ứng dụng Android .............................................. 16 2.3.3 Vòng đời của một Activity ........................................................................ 17 Chương 3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN VÀ KẾT QUẢ ....................................... 19 3.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG .......................................................................... 19 3.2 KIẾN TRÚC CỦA HỆ THỐNG ................................................................... 20 3.2.1 Thiết kế phần cứng (hardware design) ...................................................... 20 3.2.2 Phần mềm (Software) ................................................................................ 28 3.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG......................................... 30 3.3.1 Hiển thị dữ liệu lên LCD ........................................................................... 30 3.3.2 Người dùng lấy thông tin ao nuôi từ điện thoại ........................................ 32 3.3.3 Bật tắt thiết bị ở ao nuôi từ xa ................................................................... 34 3.3.4 Báo động .................................................................................................... 36 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .......................................................................................... 40 PHỤ LỤC: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG HỆ THỐNG ................................................... 41 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................... 46 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Hình ảnh về tôm sú trưởng thành .................................................................... 5 Hình 2.2 Vòng đời của tôm sú ngoài tự nhiên ................................................................ 5 Hình 2.3 Mô hình chung của mạng cảm biến không dây ............................................... 7 Hình 2.4 Ứng dụng mạng cảm biến không dây trong y tế và chăm sóc sức khỏe ....... 10 Hình 2.5 Ứng dụng của mạng cảm biến không dây trong giao thông .......................... 10 Hình 2.6 Mạng cảm biến không dây trong quân sự ...................................................... 11 Hình 2.7 Ứng dụng mạng cảm biến không dây trong nông nghiệp.............................. 12 Hình 2.8 Kiến trúc liên kết mạng ZigBee ..................................................................... 14 Hình 2.9 Chú robot xanh, biểu tượng của Android ...................................................... 15 Hình 2.10 Lịch sử các phiên bản Android .................................................................... 16 Hình 2.11 Vòng dời của một ứng dụng Android [8] .................................................... 18 Hình 3.1 Tổng quan hệ thống ....................................................................................... 19 Hình 3.2 Kiến trúc của hệ thống ................................................................................... 20 Hình 3.3 Sơ đồ khối nút cảm biến ................................................................................ 21 Hình 3.4 Mô-đun 2 nút cảm biến thực tế ...................................................................... 21 Hình 3.5 Các cảm biến được sử dụng trong hệ thống. ................................................. 21 Hình 3.6 Sơ đồ hoạt động nút cảm biến ....................................................................... 22 Hình 3.7 Sơ đồ khối nút điều khiển .............................................................................. 23 Hình 3.8 Mô-đun nút điều khiển thực tế ....................................................................... 23 Hình 3.9 Sơ đồ hoạt động nút điều khiển ..................................................................... 24 Hình 3.10 Sơ đồ khối quản lý ....................................................................................... 25 Hình 3.11 Nút quản lý thực tế....................................................................................... 25 Hình 3.12 Sơ đồ hoạt động của nút quản lý.................................................................. 27 Hình 3.13 Giao diện trên phần mềm điện thoại Android ............................................. 28 Hình 3.14 Biểu đồ thể hiện các thông số môi trường ở ao nuôi 1 ở từng thời điểm .... 30 Hình 3.15 Quy trình lấy dữ liệu, cập nhật lên LCD – quy trình ................................... 31 Hình 3.16 Giao diện LCD ............................................................................................. 32 Hình 3.17 Quy trình người dùng lấy dữ liệu từ điện thoại android – sơ đồ ................. 33 Hình 3.18 Quy trình người dùng lấy dữ liệu từ điện thoại android – thao tác ............. 33 Hình 3.19 Quy trình bật/ tắt thiết bị từ điện thoại – sơ đồ ............................................ 35 Hình 3.20 Quy bật/ tắt thiết bị từ điện thoại – thao tác ................................................ 36 Hình 3.21 Quạt bơm oxy được bật trên mô hình .......................................................... 36 Hình 3.22 Hệ thống quạt được tự động bật khi oxy quá thấp....................................... 37 Hình 3.23 Quy trình báo động của hệ thống ................................................................. 38 Hình 3.24 Một số giao diện báo động........................................................................... 39 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Các chỉ tiêu thủy lý hóa tối ưu trong ao nuôi tôm ........................................... 6 KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT CLH – Cluster Head FFD – Full-Function Device GUI – Graphical User Interface IDE – Integrated Development Environment MCU – Microcontroller Controller Unit MSP – Mixed Signal Processing PAN ID – Personal Area Network Indentifier RF – Radio Frequency RFD – Reduced-Function Device TI – Texas Instruments WSN – Wireless Sensor Network Luận văn tốt nghiệp Năm học 2014 - 2015 Khoa Công Nghệ Trường đại học Cần Thơ TÓM TẮT Luận văn trình bày một giải pháp linh hoạt nhằm cải thiện tính chính xác trong việc giám sát các điều kiện môi trường và giảm chi phí nhân lực cho các hộ gia đình nuôi tôm công nghiệp tại Việt Nam. Mạng cảm biến không dây dựa trên công nghệ ZigBee được sử dụng để giám sát các điều kiện môi trường quan trọng. Tất cả các quy trình giám sát và điều khiển được thực hiện với dòng vi điều khiển MSP430 và kit phát triển TivaTM C của Texas Instruments. Hệ thống này có khả năng thu thập, phân tích và trình bày dữ liệu trên một giao diện người dùng đồ họa (GUI). Nó cho phép người sử cập nhật các thông tin về yếu tố môi trường trong ao bất cứ lúc nào thông qua ứng dụng android sử dụng cổng dịch vụ tin nhắn SMS và gửi thông tin cảnh báo kịp thời cho phép người dùng can thiệp khi cần thiết. Qua đó hệ thống giảm thiểu những ảnh hưởng của các biến động môi trường trong ao một cách đột ngột Ngoài ra hệ thống còn cho phép người dùng điều khiển các thiết bị từ xa để phục vụ nhu cầu của mình. Hệ thống được thiết kế linh hoạt, chi phí thấp, và hướng đến phiên bản thương mại sẽ áp dụng cho các hộ nuôi tôm có quy mô vừa và nhỏ. ABSTRACT This paper presents a versatile solution in an effort of improving the accuracy in monitoring the environmental conditions and reducing manpower for industrial households shrimp farming in Vietnam. Wireless sensor network (WSN)-based ZigBee was used to monitor the critical environmental conditions. All the control process is done with the help of a series of low-power embedded MSP430 microcontrollers and development kit TivaTM C from Texas Instruments. This system is capable of collecting, analyzing and presenting data on a Graphical User Interface (GUI). It allows users to get the updated sensor information at any time through SMS gateway service and sends alert message promptly enabling user intervention when needed. In addition, the design provides an Android app SMS-based for effective notification and alarm. Thereby the system minimizes the effects of environmental fluctuations. From that, the proposed system saves the exceeded cost of hiring labor as well as the electricity usage. The design promotes a versatile, low-cost, and commercial version which will function best for small to medium sized farming operations as it does not require any refitting or reconstruction of the pond. Trang 1 Luận văn tốt nghiệp Năm học 2014 - 2015 Khoa Công Nghệ Trường đại học Cần Thơ CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về mô hình nuôi tôm ở Việt Nam 1.2 Những vấn đề gặp phải 1.3 Hiện trạng 1.4 Đề xuất giải pháp 1.5 Phạm vi đề tài 1.1 TỒNG QUAN VỀ MÔ HÌNH NUÔI TÔM Ở VIỆT NAM Trong những năm gần đây, phong trào nuôi tôm (đặc biệt là tôm sú và tôm thẻ chân trắng) ở các tỉnh vùng Đồng Bằng sông Cửu Long đang phát triển mạnh. Để nuôi tôm thắng lợi ngoài những giải pháp như chọn con giống sạch bệnh, khỏe mạnh và nguồn thức ăn sạch, chất lượng thì các yếu tố môi trường như độ pH, nhiệt độ, độ mặn, nồng độ oxy hòa tan trong nước cũng đặc biệt quan trọng. Với mô hình nuôi thông thường, người nuôi tôm kiểm tra các điều kiện môi trường trong ao tôm một cách thủ công và tần suất của việc kiểm tra là không thường xuyên. Việc giám sát này thường chỉ được thực hiện khi người nuôi tôm phát hiện ra các biểu hiện bất thường của tôm hay khi các yếu tố môi trường thay đổi một cách rõ rệt. Điều này dẫn tới các yếu tố môi trường chưa được giám sát một cách hiệu quả. Khi môi trường bị biến động mạnh người nuôi mới phát hiện được thì việc xử lý để giúp cân bằng lại môi trường nuôi thường là rất phức tạp, tốn kém. Bên cạnh đó, phổ biến thì người nuôi tôm sử dụng các hệ thống (paddle-wheels) chân quay cơ khí để quạt và bơm oxy vào bề mặt của ao nuôi. Hệ thống này được vận hành một cách thủ công tiêu tốn nhiều sức lao động do việc bật tắt thiết bị theo kinh nghiệm và không dựa trên cơ chế đo đạc thực tế. Việc vận hành thiết bị một cách thủ công như vậy cũng gây ra việc hao phí điện năng rất lớn. Học hỏi từ mô hình nuôi tôm trong nhà kính của Tập đoàn C.P (Thái Lan) đã có nhiều doanh nghiệp nuôi tôm lớn trang bị cho hệ thống ao nuôi quy trình khép kín ngăn ngừa được các yếu tố môi trường thay đổi và dịch bệnh từ bên ngoài. Tuy nhiên, hệ thống trên vẫn chưa áp dụng các quy trình giám sát và điều khiển tự động hóa hoàn toàn mà chủ yếu dựa trên việc hạn chế các tác nhân có hại từ bên ngoài vào ao nuôi để giảm thiểu được các yếu tố môi trường thay đổi đột ngột. Hơn thế nữa, hệ thống trên còn yêu cầu một sự quy hoạch tổng thể Trang 2 Luận văn tốt nghiệp Năm học 2014 - 2015 Khoa Công Nghệ Trường đại học Cần Thơ và cải tạo lại hoàn toàn hệ thống ao nuôi nên chi phí đầu tư ban đầu là rất lớn (khoảng 6 tỷ trên một hecta [3]). Soonhee Han đã thiết kế và xây dựng một hệ thống giám sát môi trường [2], hệ thống này giám sát các điều kiện môi trường thủy sản và gửi cảnh báo đến người nuôi trồng thủy sản khi mà các yếu tố môi trường trong điều kiện cân bằng không còn được đảm bảo. Tuy nhiên, hệ thống này dựa trên mạng có dây, do đó việc truyền dữ liệu không gặp khó khăn lớn và nó cũng khó mở rộng. 1.2 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP Bằng cách khảo sát nhu cầu thực tế của các doanh nghiệp nuôi tôm vừa và nhỏ, chúng tôi nhận thấy, tự động hóa một vài tác vụ một cách khoa học cũng có thể giải quyết vấn đề nguồn nhân lực hiệu quả và cũng giảm thiểu được điện năng tiêu thụ. Đồng thời, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các yếu tố về nhiệt độ, pH, và nồng độ oxy hòa tan trong nước được đặc biệt quan tâm. Để giải quyết vấn đề về chi phí đồng thời vẫn có khả năng giám sát thường xuyên và tự động hóa các quy trình quan trọng cho các hộ nuôi tôm vừa và nhỏ, chúng tôi đề xuất một hệ thống tự động hóa trong giám sát và điều khiển có khả năng tích hợp vào các mô hình nuôi tôm sẵn có. Hệ thống đề xuất có thể đo đạc được các thông số môi trường cơ bản như nhiệt độ, độ pH, nồng độ oxy hòa tan trong nước cũng như trang bị cho người nông dân công cụ điều khiển từ xa qua điện thoại di động cho việc tắt mở máy bơm (quạt) oxy, hệ thống đèn chiếu sáng khi cần thiết. Thêm vào đó, hệ thống còn có chức năng báo động cho người nuôi khi một trong các thông số môi trường thay đổi quá ngưỡng một cách đột ngột. Nhờ đó, người nuôi tôm có thể phát hiện kịp thời các thay đổi đột ngột và có khả năng thực hiện các biện pháp ngăn ngừa một cách kịp thời, giảm thiểu thiệt hại cho ao nuôi. Trang 3 Luận văn tốt nghiệp Năm học 2014 - 2015 Khoa Công Nghệ Trường đại học Cần Thơ 1.3 PHẠM VI ĐỀ TÀI Đề tài được thực hiện dưới dạng mô hình. Hệ thống sẽ quản lý hai ao nuôi, các chức năng hệ thống có thể thực hiện được bao gồm:  Theo dõi liên tục: cập nhật theo thời gian thực các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến tôm người nuôi cần quan tâm (pH, nhiệt độ, nồng độ Oxy hòa tan).  Giám sát từ xa: khi người dùng yêu cầu cập nhật số liệu, hệ thống sẽ phản hồi thông tin cụ thể về tình trạng ao tôm. Khi các yếu tố môi trường thay đổi đột ngột, hệ thống sẽ gửi thông tin cảnh báo đến người dùng.  Điều khiển tự động: thiết bị sục khí, máy bơm, hoặc các thiết bị điện khác có thể được kiểm soát dựa trên điều kiện đo, hoặc yêu cầu từ người dùng. Ví dụ, thiết bị sục khí có thể được bật (ngày, đêm) khi cảm biến oxy đo đạt được một giá trị đặt trước. Cùng với giám sát liên tục, điều khiển tự động giữ cho hệ thống có thể hoạt động hiệu quả ngay cả khi người dùng không giám sát thường xuyên. Trang 4 Luận văn tốt nghiệp Năm học 2014 - 2015 Khoa Công Nghệ Trường đại học Cần Thơ CHƯƠNG 2 KIẾN THỨC CƠ SỞ 2.1 Tìm hiểu về con tôm 2.2 Mạng cảm biến không dây – WSN 2.3 Hệ điều hành Android 2.1 TÌM HIỂU VỀ CON TÔM Hình 2.1 Hình ảnh về tôm sú trưởng thành Tôm sú thuộc giống tôm Penaeus và được các nhà khoa học đặt tên là Penaeus monodon, tên tiếng anh là Tiger shrimp (tôm hổ, tôm có vằn giống con hổ). Tôm thuộc lớp giáp xác, nghĩa là chúng phải lột xác để lớn, tôm lột xác có tính chu kỳ [1]. (Theo V.A De graindorge và T.W.Flegel 1999. T.T V.Ngân 2002) Hình 2.2 Vòng đời của tôm sú ngoài tự nhiên Trang 5 Luận văn tốt nghiệp Năm học 2014 - 2015 Khoa Công Nghệ Trường đại học Cần Thơ Các trại tôm giống thường bán tôm giống cho bà con nuôi tôm khi tôm giống ở giai đoạn Post – larvae 12 – 15 mà bà con thường gọi là pốt 12 – 15 (pốt 12- 15 ngày tuổi). Tôm giống mới mua về được kiểm nghiệm kỹ càng nên có thể coi là sạch bệnh. Bệnh tôm thường xuất hiện trong quá trình nuôi. Bệnh tôm bao gồm nhiều loại, gây tổn thương hoặc tuer vong cho tôm mà các tác nhân gây bệnh là nguyên sinh động vật, ký sinh trùng , nấm, tảo, một số vi khuẩn có hại, và virus. Thiếu dinh dưỡng, thay đổi môi trường, gây sốc cho tôm cũng là những nguyên nhân gây bệnh cho tôm [1]. Có thể thấy rằng các tác nhân gây bệnh này điều do môi trường nôi tác động. Trong một ao nuôi đã xử lý nước cẩn thận thì coi như các nguy cơ do môi trường gây bất lợi cho tôm là không có. Bảng 2.1 nêu rõ các chỉ tiêu môi trường cần quan tâm trong ao nuôi tôm, để nuôi tôm bội thu, nước trong ao nuôi tôm cần thỏa mãn các yếu tố này. Bảng 2.1 Các chỉ tiêu thủy lý hóa tối ưu trong ao nuôi tôm1 Yếu tố Độ mặn (‰) Nhiệt độ (oC) Độ pH (độ chua) Độ kiềm (ppm – phần triệu) Độ cứng của nước (ppm) Oxy hòa tan (ppm) Độ trong của nước (cm) Amonia (NH3) (ppm) Biên độ thích hợp 15- 25 28 – 32 7,5 – 8,5 80 – 100 100 – 130 130 – 150 - 200 150 – 300 5–6 30 – 40 < 0,1 Khí H2S (ppm) Khí Sulfur SO2 (ppm) Thuốc trừ sâu Tổng số vi khuẩn có hại: E.coli và Vibrio Tổng số vo khuẩn hiếu khí < 0,03 < 0,02 Không có Không có Tổng số vi khuẩn yếm khí Trên 1000 CFU/ml Ghi chú Dao động không quá 5 Dao động ngày đêm không quá 5 Dao dộng ngày đêm không qua 0,5 Nếu thấp hoặc cao quá sẽ ảnh hưỡng đến pH Khi mới thả tôm Khi tôm 45 ngày tuổi Khi tôm trên 45 ngày tuổi Không đươc dưới mức 4 ppm Tính độc sẽ tăng khi pH và nhiệt độ nước tăng Tính độc sẽ tăng nếu pH thấp Tính độc sẽ tăng khi thiếu khí oxy Vi khuẩn gây bệnh cho tôm Trên 1000 CFU/ml Vi khuẩn làm sạch môi trường nước, và đáy ao nuôi tôm Vi khuẩn làm sạch môi trường nước và đáy ao nuôi tôm Ghi chú: 1 ppm (phần triệu) = 1kg/1000 m3 = 1000 mg/1000m3 = 1mg/1 lít 1 ppt (phần nghìn, ‰) = 1kg/1m3 = 1000g/1000 lít = 1g/1 lít CFU: Số đơn vị khuẩn lạc trong 1 ml (ký hiệu là CFU/ml) 1 Cẩm nang nuôi tôm sú. Trang 11. Nhà xuất bản Nông Nghiệp, 2008 Trang 6 Luận văn tốt nghiệp Năm học 2014 - 2015 Khoa Công Nghệ Trường đại học Cần Thơ 2.2 MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 2.2.1 Mạng cảm biến không dây - WSN 2.2.1.1 Khái niệm Mạng cảm biến không dây (WSN) là mạng liên kết các nút (node) lại với nhau bằng kết nối không dây (sóng vô tuyến, hồng ngoại hoặc quang học). trong đó các nút mạng thường là các thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp… và có số lượng lớn, được phân bố một cách có hệ thống trong một diện tích rộng, sử dụng nguồn năng lượng hạn chế và có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ cao,…). Cấu trúc của mạng cảm biến không dây: Hình 2.3 Mô hình chung của mạng cảm biến không dây Nút cảm biến Một nút cảm biến được cấu tạo bởi các thành phần như: vi điều khiển (MCU), cảm biến (Sensor) và module phát sóng radio (còn được gọi là bộ phát radio). Ngoài ra còn các cổng kết nối với máy tính. Mạng cảm biến Một mạng cảm biến bao gồm nhiều nút cảm biến được phân bố trong một phạm vi rộng (còn được gọi là trường cảm biến). Các node này có chức năng thu thập dữ liệu thực tế, sau đó chọn đường ngắn nhất để chuyển dữ liệu từ các node cảm biến về nút nút quản lý, sau đó các dữ liệu này có thể được phân tích và trình bày tại nơi quản lý hoặc được giám sát từ xa (thông qua mạng Internet hoặc các mạng truyền thông khác). Trang 7 Luận văn tốt nghiệp Năm học 2014 - 2015 Khoa Công Nghệ Trường đại học Cần Thơ 2.2.1.2 Kiến trúc của mạng cảm biến không dây Kiến trúc giao giao thức áp dụng cho mạng cảm biến được trình bày trong hình 2.3. Kiến trúc này bao gồm các lớp và các mặt phẳng quản lý. Các mặt phẳng quản lý này làm cho các node có thể làm việc cùng nhau theo cách hiệu quả nhất, định tuyến dữ liệu trong mạng cảm biến di động và chia sẻ tài nguyên giữa các node cảm biến.  Lớp vật lý: có nhiệm vụ lựa chọn tần số, tạo ra tần số sóng mang, phát hiện tín hiệu, điều chế và mã hóa tín hiệu.  Lớp liên kết số liệu: Có nhiệm vụ ghép các luồng dữ liệu, phát hiện các khung dữ liệu, cách truy cập đường truyền và điều khiển lỗi. Vì môi trường tạp âm và các node cảm biến có khả năng cơ động, giao thức điều khiển truy nhập môi trường (MAC0 phải xét đến vấn đề công suất và phải có khả năng tối ưu hóa việc va chạm với thông tin quảng bá của các node lân cận.  Lớp mạng: Quan tâm đến việc chọn đường số liệu được cung cấp bởi lớp truyền tải.  Lớp truyền tải: Giúp duy trì luồng số liệu nếu ứng dụng mạng cảm biến yêu cầu. Lớp truyền tải chỉ cần thiết khi hệ thống có kế hoạch được truy cập thông qua mạng internet và các mạng bên ngoải.  Lớp ứng dụng: tùy theo nhiệm vụ cảm biến , các loại phần mềm ứng dụng khác nhau có thể được xây dựng và sử dụng ở lớp ưng dụng.  Mặt phẳng quản lý công suất: Điều khiển việc sử dụng công suất của node cảm biến. Ví dụ: Node cảm biến có thể tắt bộ hu sau khi nó nhận được một bản tin để tránh tạo ra các bản tin giống nhau. Khi mức công suất của node cảm biến thấp, nó sẽ phát quảng bá sang các node cảm biến bên cạnh thông báo rằng mức năng lượng của nó thấp và nó không thể tham gia vào quá trình định tuyến. Công suất còn lại giành cho nhiệm vụ cảm biến. Mặt phẳng quản lý nhiệm vụ: Có nhiệm vụ cân bằng và sắp xếp nhiệm vụ cảm biến giữa các node trong vùng đều được thực hiện nhiệm vụ cảm biến tại cùng một thời điểm. 2.2.1.3 Ứng dụng của mạng cảm biến không dây Mạng cảm biến không dây bao gồm các node cảm biến nhỏ. Thích ứng được môi trường khắc nghiệt. Những node cảm biến này, cảm nhận được môi trường xung quanh, sau đó gửi thông tin thu được đến trung tâm để xử lý theo ứng dụng. Các node không những có thể liên lạc với các node xung quanh nó, mà còn có thể xử lý dữ liệu thu được trước khi gửi đến các Trang 8 Luận văn tốt nghiệp Năm học 2014 - 2015 Khoa Công Nghệ Trường đại học Cần Thơ node khác. Mạng cảm biến không dây cung cấp rất nhiều các ứng dụng hữu ích ở nhiều lĩnh vực trong cuộc sống: Các ứng dụng trong bảo vệ môi trường  Phát hiện mìn, chất độc trong môi trường  Giám sát lũ lụt, bão, gió, mưa,…  Phát hiện ô nhiễm, chất thải.  Phát hiện hoạt động của núi lửa.  Phát hiện động đất.  Giám sát cháy rừng Các ứng dụng trong y tế  Định vị theo dõi bệnh nhân  Hệ thống báo động khẩn cấp.  Cảm biến gắn trực tiếp lên cơ thể con người. o Cảm biến đo lượng đường trong máu. o Cảm biến đo nhịp tim.  Phân tích nồng độ các chất.  Chăm sóc sức khỏe.  Hỗ trợ chăm sóc bệnh nhân o Có thể dựa vào các kết quả thu được từ các cảm biến gắn trên người bênh nhân có thể giải quyết giúp cân bằng nhịp tim hoặc lưu lượng máu. o Cảnh báo khi bệnh nhân có các biểu hiện không tốt: nhịp tim không ổn định hay lưu lượng máu không đều… Trang 9 Luận văn tốt nghiệp Năm học 2014 - 2015 Khoa Công Nghệ Trường đại học Cần Thơ (Nguồn: Introduction to Wireless Sensor networks and it’s applications, Johanna Williams) Hình 2.4 Ứng dụng mạng cảm biến không dây trong y tế và chăm sóc sức khỏe Các ứng dụng cho gia đình  Hệ thống giao tiếp và điều khiển các thiết bị từ xa  Hệ thống bảo vệ, an ninh. Hệ thống trong giao thông (Nguồn: Introduction to Wireless Sensor networks and it’s applications, Johanna Williams) Hình 2.5 Ứng dụng của mạng cảm biến không dây trong giao thông Trang 10 Luận văn tốt nghiệp Năm học 2014 - 2015 Khoa Công Nghệ Trường đại học Cần Thơ  Giao tiếp giữa biển báo và phương tiện giao thông.  Hệ thống phát hiện các phương tiện giao thông vi phạm vạch dừng tại giao lộ đèn tín hiệu giao thông và đi sai làn đường.  Hệ thống điều tiết lưu lượng công cộng  Hệ thống báo hiệu tai nạn, kẹt xe,…  Hệ thống định vị phương, trợ giúp điều khiển tự động phương tiện giao thông. Ứng dụng trong an ninh, quốc phòng  Định vị, theo dõi di chuyển của các thiết bị quân sự.  Điều khiển tự động các thiết bị quân sự, robot,…  Kích hoạt thiết bị, vũ khí quân sự. Hình 2.6 Mạng cảm biến không dây trong quân sự Ứng dụng trong thương mại  Quản lý kiến trúc và xây dựng       Quản lý sản xuất Hệ thống xử lý vật liệu. Quản lý tải trong tiêu thụ điện năng Điều khiển nhiệt độ. Hệ thống tự động Thu thập dữ liệu thời gian thực Trang 11