Tài liệu Xây dựng phần mềm điều khiển hệ thống thuỷ nông tiếp cận hiện đại hoá

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ Xây dựng phần mềm điều khiển hệ thống thuỷ nông tiếp cận hiện đại hoá Chủ nhiệm đề tài: ThS. Đỗ Văn Hải HÀ NỘI - 2009 Mục lục Mục lục ........................................................................................................................ 3 Chương 1. Tổng quan ................................................................................................... 4 I. Thông tin chung..................................................................................................... 4 II. Nội dung khoa học và công nghệ của đề tài .......................................................... 4 Chương 2. Thu thập tài liệu .......................................................................................... 7 Chương 3. Tài liệu về các công nghệ sử dụng ............................................................... 8 Chương 4. Phân tích yêu cầu và thiết kế cơ sở dữ liệu................................................... 9 I. Phân tích yêu cầu người sử dụng............................................................................ 9 II. Thiết kế Cơ sở dữ liệu ........................................................................................ 10 Chương 5. Xây dựng phần mềm quản lý và điều khiển ............................................... 11 I. Module phần mềm quản lý thông tin trên bản đồ số và điều khiển qua kết nối Internet.................................................................................................................... 11 II. Module truyền hình ảnh từ camera qua mạng Internet......................................... 11 III. Module kết nối với thiết bị ngoại vi và điều khiển qua Internet......................... 11 IV. Module giám sát, điều khiển thiết bị qua mạng điện thoại dựa trên giao tiếp giọng nói ........................................................................................................................... 12 V. Module giám sát, điều khiển thiết bị qua mạng điện thoại dựa trên giao tiếp tin nhắn SMS................................................................................................................ 12 Chương 6. Cài đặt, chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh phần mềm .................................... 13 I. Tăng cường tính bảo mật của module quản lý, giám sát, điều khiển qua Internet .. 13 II. Quản lý nhiều camera......................................................................................... 13 III. Quản lý các file hồ sơ........................................................................................ 13 IV. Thêm nội dung thời gian trong tin nhắn phản hồi về.......................................... 14 Chương 7. Tài liệu hướng dẫn sử dụng ....................................................................... 15 I. Hướng dẫn cài đặt và thiết lập hệ thống ............................................................... 15 II. Hướng dẫn sử dụng chức năng quản lý, giám sát, điều khiển qua Internet ........... 15 III. Hướng dẫn sử dụng chức năng giám sát, điều khiển qua mạng điện thoại .......... 15 Kết luận...................................................................................................................... 16 3 Chương 1. Tổng quan I. Thông tin chung Tên đề tài: Xây dựng phần mềm điều khiển hệ thống thuỷ nông tiếp cận hiện đại hoá. Chủ nhiệm đề tài: ThS. Đỗ Văn Hải Đơn vị công tác: Bộ môn Kỹ thuật máy tính - Trường Đại học Thuỷ Lợi Kinh phí đề tài: 60 triệu đồng từ Ngân sách sự nghiệp khoa học. Thời gian thực hiện: từ 06-2008 đến 12-2008. II. Nội dung khoa học và công nghệ của đề tài 1. Mục tiêu của đề tài Đề xuất xây dựng phần mềm quản lý, giám sát, điều khiển hệ thống thuỷ nông từ xa qua mạng Internet, mạng điện thoại cố định, di động để nắm bắt, thu thập các thông tin về hệ thống và đề xuất các giải pháp quản lý hiệu quả tiếp cận hiện đại hoá. 2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước a. Ngoài nước Việc tự động hoá trong công tác vận hành các công trình thuỷ nông ở nước ngoài đã được thực hiện khá phổ biến và đã đem lại nhiều lợi ích thiết thực cho xã hội. Giải pháp mà các hãng nước ngoài đưa ra là các giải pháp tổng thể cả về phần cứng, phần mềm cho toàn hệ thống. Do đó, chi phí đầu tư ban đầu là rất lớn. Điều này không phù hợp với điều kiện thực tế ở nước ta hiện nay đặc biệt đối với các công trình có quy mô vừa và nhỏ. Mặt khác, giải pháp của nước ngoài thường là giải pháp đóng, do đó chúng ta rất khó mở rộng, thay thế nếu không có sự hỗ trợ của phía nhà cung cấp hệ thống. b. Trong nước Hiện nay ở Việt Nam có hàng nghìn hệ thống thuỷ nông lớn nhỏ làm nhiệm vụ cấp nước cho tưới cho nhu cầu về dân sinh, nông nghiệp, công nghiệp góp phần quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả kinh tế xã hội. Tuy nhiên hầu hết các hệ thống hiện nay chủ yếu được quản lý tại chỗ theo phương thức thủ công hoặc một phần được tự động hoá. Đây là một trong những nguyên nhân làm hạn chế hiệu quả cấp nước của hệ thống thuỷ nông. Người quản lý trực tiếp cũng như các cơ quan quản lý cấp trên rất khó thu thập các thông tin trực tiếp từ hệ thống từ xa tại bất kì thời điểm nào. Điều này dẫn đến người quản lý không thể nắm bắt thông tin và điều khiển tức thời hệ thống khi cần thiết (không phụ thuộc về thời gian và không gian). Vì vậy, việc nghiên cứu xây dựng phần mềm giám sát, điều khiển từ xa giúp cho các nhà quản lý có thể cập nhật thông tin của hệ thống thuỷ nông ở bất cứ thời gian và địa điểm nào thông qua hệ thống Internet và mạng điện thoại công cộng một cách an toàn và hiệu quả. 4 Từ đó, có những giải pháp thích hợp trong việc điều khiển hệ thống đáp ứng được yêu cầu cấp nước và hiệu quả trên cơ sở các thông tin của hệ thống thu nhận được từ xa. Hiện nay tại Việt Nam các hệ thống điều khiển chủ yếu là tại chỗ. Có một số hệ thống thủy nông vấn đề thu thập, điều khiển được thực hiện tại phòng điều khiển trung tâm như: hệ thống thuỷ lợi Dầu Tiếng Tây Ninh, hệ thống thuỷ nông Đan Hoài Hà Tây. Tuy nhiên để làm được điều này cần kinh phí đầu tư lớn, khó áp dụng được cho các hệ thống thuỷ nông vừa và nhỏ. Có thể liệt kê một số đề tài đã được thực hiện liên quan đến lĩnh vực này như đề tài cấp Bộ “Từng bước hiện đại hoá công tác quản lý hệ thống thuỷ lợi Ấp Bắc, Nam hồng, Đông Anh, Hà nội” do Trung tâm Công nghệ phần mềm Thuỷ lợi, Viện Khoa học Thuỷ lợi thực hiện từ năm 2001 đến năm 2003. Đề tài đã xây dựng được phần mềm điều hành, quản lý hệ thống thuỷ nông, chế tạo thành công bộ vi xử lý RTU thay cho PLC, bằng 70% giá nhập ngoại. Việc kết nối đến thiết bị từ xa được thực hiện bằng cách dùng máy tính quay số qua modem. Đề tài “Nghiên cứu giải pháp công nghệ, thiết bị trong hệ thống thủy lợi nhằm phân phối về số lượng nước hiệu quả cao” do Viện Khoa học Thuỷ lợi miền Nam thực hiện từ năm 2006 đến năm 2008. Đề tài đã nghiên cứu ứng dụng công nghệ SCADA và công trình đo nước vào công trình tiêu biểu ở hệ thống thủy nông Củ Chi, hồ Dầu Tiếng. Việc kết nối từ xa đến hệ thống có thể được thực hiện theo cách quay số qua modem hữu tuyến hoặc modem vô tuyến. 3. Đánh giá so sánh Các hệ thống nêu trên còn có một số hạn chế như sau: - Giá thành đầu tư về thiết bị còn lớn, chủ yếu nhập ngoại. - Chưa giám sát được bằng camera từ xa. - Việc thu nhận dữ liệu từ xa chủ yếu dùng máy tính quay số điện thoại qua modem, do đó tốc độ chậm và không thuận tiện. Giải pháp mà chúng tôi đưa ra nhằm loại bỏ một phần các nhược điểm trên: - Tích hợp công nghệ GIS cho phép người quản lý có thể giám sát các công trình trong một phạm vi rộng một cách dễ dàng thông qua bản đồ số. - Hệ thống cho phép giám sát bằng hình ảnh từ xa sử dụng mạng Internet thông qua các camera. - Cho phép nhiều phương thức kết nối đến hệ thống, người sử dụng có thể dùng một trong các thiết bị đầu cuối sau đây là có thể tương tác được với hệ thống từ xa: - Máy tính nối mạng Internet: Với phương pháp kết nối này người dùng có thể quan sát trực quan vị trí các công trình trên bản đồ số và có thể xem thông tin chi tiết tức thời về mỗi công trình tại thời điểm đó. Ngoài ra người dùng còn xem được hình ảnh trực tiếp tại công trình thông qua các camera và nếu được phân quyền, người dùng có thể điều khiển các thiết bị từ xa thông qua một vài cú nhấp chuột đơn giản. 5 - Điện thoại (cố định, di động) thông qua giao tiếp giọng nói: Với bất kì một điện thoại nào người dùng cũng có thể gọi điện đến hệ thống và làm theo hướng dẫn, hệ thống sẽ trả lời tự động trả lời các thông tin mà người dùng yêu cầu như tình hình các thiết bị tại công trình, ngoài ra người dùng cũng có thể điều khiển các thiết bị từ xa thông qua bàn phím điện thoại. - Điện thoại di động sử dụng tin nhắn – SMS: Với phương pháp này người sử dụng chỉ cần một điện thoại có chức năng gửi, nhận tin nhắn là có thể tương tác được với hệ thống. Người sử dụng gửi tin nhắn theo một cú pháp nhất định, sẽ được hệ thống trả lời một cách chi tiết tình hình các thiết bị tại công trình và nếu có quyền, người sử dụng cũng có thể điều khiển các thiết bị đó thông qua tin nhắn SMS. Tóm lại: giải pháp mà chúng tôi đề xuất không tập trung vào phần cứng mà tập trung chủ yếu vào giải pháp phần mềm giúp cho người sử dụng có thể tương tác với hệ thống từ xa bằng nhiều phương thức khác nhau điều này làm cho việc tiếp cận, giám sát hệ thống một cách thuận tiện và đơn giản. 6 Chương 2. Thu thập tài liệu Chúng tôi tiến hành thu thập tài liệu về thông số kỹ thuật một số công trình đầu mối cống và trạm bơm tiêu biểu trên địa phận Hà Nội gồm: trạm bơm Đan Hoài, trạm bơm Vân Đình, trạm bơm Yên Sở, cống Liên Mạc 1. - Trạm bơm Đan Hoài được xây dựng từ năm 1961 và năm 1962 công trình được đưa vào phục vụ sản xuất. Trạm bơm đầu mồi có nhiệm vụ lấy nước từ sông Hồng cấp nước tưới cho hệ thống. - Trạm bơm Vân Đình có nhiệm vụ nhiệm vụ tưới và tiêu. o Tiêu: Tổng diện tích 13466ha thuộc ba huyện: Thanh Oai, Ứng Hoà, Phú Xuyên - TP Hà Nội. o Tưới: Cho 2500ha - 3000ha các vùng ven đáy huyện Ứng Hoà. o Ngoài ra trạm bơm Vân Đình có nhiệm vụ bơm cắt lũ cho sông Nhuệ và bơm tiêu thoát nước cho TP Hà Nội - Trạm bơm Yên Sở được thiết kế để hút nước từ các sông Lừ , Sét , Tô Lịch, Kim Ngưu ra sông Hồng gồm 11 tổ máy bơm. Công suất tổng cộng 45m3/s. - Cống Liên Mạc 1: Được xây dựng từ năm 1938 đến năm 1941 có nhiệm vụ tưới và vận tải phục vụ cho các địa phương: Hà Nội, Hà Nam. Sau khi đi thực tế một số công trình thuỷ nông, chúng tôi nhận thấy việc giám sát điều hành hệ thống thuỷ nông từ xa còn gặp nhiều khó khăn. Các cơ quan quản lý công trình thuỷ thông mong muốn tiếp cận, nắm bắt tình hình hệ thống một cách trực quan mọi lúc mọi nơi để có đưa ra các quyết định điều hành kịp thời, chính xác nâng cao hiệu quả sử dụng của các công trình. Giải pháp của chúng tôi đưa ra đó là: - Tích hợp công nghệ GIS cho phép người quản lý có thể giám sát các công trình trong một phạm vi rộng một cách dễ dàng thông qua bản đồ số. - Hệ thống cho phép giám sát bằng hình ảnh từ xa sử dụng mạng Internet thông qua các camera đặt tại công trình. - Cho phép nhiều phương thức kết nối đến hệ thống, người sử dụng có thể dùng một trong các thiết bị đầu cuối sau đây là có thể tương tác được với hệ thống từ xa: qua máy tính nối mạng Internet, qua điện thoại cố định hoặc qua điện thoại di động. Chúng tôi tin rằng việc thực hiện thành công đề tài này sẽ giúp các đơn vị quản lý công trình thuỷ nông có thêm những công cụ hữu hiệu để điều hành hệ thống của mình một cách thuận tiện hơn 7 Chương 3. Tài liệu về các công nghệ sử dụng Trong chương này chúng tôi giới thiệu những công nghệ chính sẽ được sử dụng để xây dựng phần mềm này gồm: - Hệ thống thông tin địa lý (GIS): GIS - Geographic Information System được hình thành từ ba khái niệm địa lý, thông tin và hệ thống. Khái niệm “địa lý” liên quan đến các đặc trưng về không gian, vị trí. Các đặc trưng này ánh xạ trực tiếp đến các đối tượng trong không gian. Chúng có thể là vật lý, văn hoá, kinh tế,… trong tự nhiên. Mục đích của phần này là nghiên cứu ứng dụng GIS vào trong việc quản lý, giám sát công trình thuỷ nông. - Kỹ thuật lập trình giao tiếp với điện thoại cố định, điện thoại di động: o Mục đích của phần này là nghiên cứu cách thức nối ghép giữa điện thoại di động và máy tính để có thể nhận và gửi tin nhắn SMS. o Mục đích của phần này là tìm hiểu cách thức xây dựng một tổng đài trả lời tự động những thông số của hệ thống (tình trạng các máy bơm) bằng giọng nói thông qua đường dây điện thoại. - Kỹ thuật lập trình giao tiếp với thiết bị ngoại vi: mục đích của nghiên cứu này là tìm hiểu cách thức điều khiển thiết bị bằng máy tính 8 Chương 4. Phân tích yêu cầu và thiết kế cơ sở dữ liệu I. Phân tích yêu cầu người sử dụng Việc quản lý thông tin trên về các công trình trên bản đồ số được chúng tôi tiến hành với các công trình cống và trạm bơm trên bảy tuyến đê của Hà Nội (cũ). Mỗi công trình cống hoặc trạm bơm phải thuộc một tuyến đê nào đó trong bảy tuyến: Hữu Hồng, Tả Hồng, Hữu Đuống, Tả Đuống, Hữu Cà Lồ, Tả Cà Lồ, Hữu Cầu. Và thuộc một trong các đội quản lý: Đông Anh, Gia Lâm, Long Biên, Nội Thành, Sóc Sơn, Thanh Trì và Từ Liêm. Ngoài việc quản lý các thông tin số, chương trình cũng phải quản lý được thông tin về các công trình trên bản đồ số như: vị trí, biểu tượng. 1. Cống qua đê Việc quản lý cống qua đê cần lưu trữ các số liệu sau: - Thông tin chung: Tuyến đê, Đội quản lý đê, Tên cống, Vị trí (km+m), Quận-huyện, Phường-xã, Chức năng (tưới, tiêu, tưới+tiêu), Có kết hợp nhiệm vụ khác không, Lưu lượng, Diện tích phục vụ, Đơn vị xây dựng, Đơn vị quản lý, Năm xây dựng, Ngày nhập số liệu, Người nhập số liệu - Thông tin kỹ thuật: Cao trình (đỉnh, đáy, đỉnh tường ngực), Phai (số lượng khe phai, loại phai, số lượng phai), Kích thước (rộng, dài, cao, chiều dài qua đê), Kết cấu, Khẩu độ, Số khoang, Hình thức, Hình thức đóng mở, Mực nước thiết kế ngoài sông và trong đồng, Chênh lệch đầu nước thiết kế, Mực nước lũ lớn nhất vào năm nào, Mực nước báo động cấp 1, 2, 3, Mực nước cho phép đóng mở trong mùa lũ. - Mỗi cống cần phải lưu trữ các hồ sơ gồm các thông tin: năm khảo sát, số hồ sơ, tên tài liệu, ghi chú. - Các ghi chú thêm. Ngoài ra cũng có các yêu cầu quản lý khác như: - Quản lý các file hồ sơ liên quan đến công trình như file word, excel, các bản vẽ CAD,... - Quản lý, lưu trữ các ảnh, các đoạn video có liên quan đến công trình. 2. Trạm bơm Việc quản lý trạm bơm cần lưu trữ các số liệu sau: - Thông tin chung: Tuyến đê, Đội quản lý đê, Tên trạm bơm, Vị trí (km+m), quậnhuyện, Phường-xã, Chức năng (tưới, tiêu, tưới+tiêu), Đơn vị xây dựng, Đơn vị quản lý, Năm xây dựng, Ngày nhập số liệu, Người nhập số liệu. 9 - Thông kỹ thuật: Hình thức, Số tổ máy, Công suất một tổ, Công suất tổng, Van đóng mở, Mức nước cao nhất được vận hành phía sông và phía đồng, Diện tích tưới tiêu (thiết kế và thực tế), Đơn vị hưởng lợi. - Các ghi chú thêm. Ngoài ra cũng có các yêu cầu quản lý khác như: - Quản lý các file hồ sơ liên quan đến công trình như file word, excel, các bản vẽ CAD,... - Quản lý, lưu trữ các ảnh, các đoạn video có liên quan đến công trạm bơm. II. Thiết kế Cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu được thiết kế dựa trên mô hình quan hệ, bao gồm các bảng có liên kết với nhau như hình dưới. 10 Chương 5. Xây dựng phần mềm quản lý và điều khiển Trong chương này chúng tôi sẽ trình bày các bước xây dựng các module phần mềm quản lý và điều khiển. Các module xây dựng nên phần mềm gồm có: I. Module phần mềm quản lý thông tin trên bản đồ số và điều khiển qua kết nối Internet Mục đích của module này là quản lý thông tin về các công trình trên bản đồ số và điều khiển được các thiết bị tại công trình trực tiếp qua mạng Internet. Module này được viết bằng ngôn ngữ Visual Basic 6.0. II. Module truyền hình ảnh từ camera qua mạng Internet Để truyền hình ảnh qua mạng Internet chúng tôi sử dụng các camera có giá thành thấp (webcam) kết nối với máy chủ. Giải pháp này có ưu điểm chi phí thấp và có kết nối được nhiều camera. Để có thể truyền hình ảnh trực tiếp từ các công trình đến người sử dụng thông qua mạng Internet chúng tôi sử dụng phần mềm Umediaserver và UliveServer của Unreal Streaming Technologies, đây là một phần mềm giúp broadcast video rất tốt. III. Module kết nối với thiết bị ngoại vi và điều khiển qua Internet Để kết nối giữa máy tính từ xa đến máy chủ đặt tại công trình thuỷ nông qua mạng Internet, chúng tôi sử dụng giải pháp lập trình socket trên Windows. Phía server sẽ mở một socket để các client kết nối vào. Sau khi kết nối thành công. Phía server sẽ gửi thông tin trạng thái đến client: trạng thái các tổ máy hiện thời, số lượng camera có trong hệ thống. Module này được viết bằng ngôn ngữ Visual Basic 6.0. 11 IV. Module giám sát, điều khiển thiết bị qua mạng điện thoại dựa trên giao tiếp giọng nói Mục đích của module này là xây dựng một tổng đài trả lời tự động những thông số của hệ thống (tình trạng các máy bơm) bằng giọng nói thông qua đường dây điện thoại. Người sử dụng gọi điện đến hệ thống sẽ được nghe lời chào hệ thống và yêu cầu nhập mật khẩu. Mật khẩu là các số từ 0 đến 9 được nhập bằng cách ấn vào bàn phím của điện thoại người gọi. Ở phía máy chủ sẽ nhận dạng các phím được ấn phía người sử dụng, kiểm tra mật khẩu. Nếu đúng cho đăng nhập. Lúc này người sử dụng sẽ được nghe hướng dẫn các thao tác tiếp theo. Người sử dụng có thể lựa chọn: - Nghe thông tin về tình hình các thiết bị tại thời điểm hiện tại. - Điều khiển các thiết bị thông qua việc ấn phím điện thoại. Module này được viết bằng ngôn ngữ Visual Basic 6.0. V. Module giám sát, điều khiển thiết bị qua mạng điện thoại dựa trên giao tiếp tin nhắn SMS Mục đích của phần này là xây dựng cách thức giám sát và điều khiển thiết bị từ xa thông qua việc gửi và nhận tin nhắn SMS. Người sử dụng khi gửi tin nhắn đến số điện thoại của hệ thống trả lời tin nhắn củ một công trình thuỷ nông nào đó theo một cú pháp xác định sẽ có thể xem thông tin về tình hình các thiết bị hoặc điều khiển các thiết bị đó. Ví dụ: Gửi tin nhắn: Matkhau TT đến số điện thoại của của hệ thống, hệ thống sẽ phản hồi lại thông tin về trạng thái các thiết bị hiện thời. Ví dụ: Trang thai cac to may: ToMay1: MO; ToMay2: TAT. Hoặc gửi tin nhắn với cú pháp: MatKhau M1 M để mở máy bơm 1, hoặc MatKhau M2 T để tắt máy bơm 2. Sau khi mở (hoặc tắt) thành công hệ thống sẽ có tin nhắn phản hồi về: TO MAY 1 da MO thanh cong! Để thực hiện module này chúng sử dụng tập lệnh AT để kết nối giữa máy tính và điện thoại di động để biến máy tính trở thành một thiết bị có khả năng nhận và gửi tin nhắn. Sau đó việc lập trình xử lý tin nhắn đơn giản chỉ là xử lý chuỗi ký tự. Module này được viết bằng ngôn ngữ C# 2005. 12 Chương 6. Cài đặt, chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh phần mềm Chúng tôi đã tiến hành chạy thử nghiệm phần mềm và trong quá trình thử nghiệm nhận thấy cần phải hiệu chỉnh một số vấn đề như được trình bày trong các phần dưới đây. I. Tăng cường tính bảo mật của module quản lý, giám sát, điều khiển qua Internet Việc đăng nhập vào hệ thống được thực hiên bằng cách gõ tên người sử dụng và mật khẩu. Khi người sử dụng đã đăng nhập được vào hệ thống, thì người sử dụng có toàn quyền sử dụng: xem thông tin các công trình, sửa, xoá thông tin, điều khiển thiết bị. Trong quá trình thử nghiệm chúng tôi nhận thấy việc phân quyền đơn giản như vậy không phù hợp với hệ thống có nhiều người dùng. Việc cải tiến được tiến hành với mục đích tăng cường mức bảo mật, phân quyền người dùng ở nhiều cấp độ khác nhau. Sau đây là một số quyền của người dùng: - Quyền xem: được xem thông tin những công trình thuộc khu vực nào. - Quyền thay đổi: được sửa đổi, xoá những công trình thuộc khu vực nào. - Quyền tạo người sử dụng mới. Đây là quyền cao nhất trong hệ thống, họ có quyền tạo mới, xoá người sử dụng, thay đổi các quyền của người sử dụng. II. Quản lý nhiều camera Các công trình có gắn một camera đã hoạt động tốt. Tuy nhiên, những công trình muốn có nhiều camera để quan sát được nhiều vị trí khác nhau thì phải làm sao. Việc tổ chức giao diện như thế nào. Làm sao phía client biết công trình có bao nhiêu camera. Chúng tôi đã cải tiến bằng cách. Khi người sử dụng kết nối với hệ thống qua mạng Internet, phía máy chủ (tại công trình) sẽ gửi số lượng các camera tại công trình đó qua kết nối vừa được tạo. III. Quản lý các file hồ sơ Những thông tin của các công trình được nhập vào cơ sở dữ liệu là những thông chính và quan trọng. Tuy nhiên đôi khi đi kèm với các công trình đó là các file hồ sơ thiết kế, file 13 báo cáo, bảng tính, bản vẽ CAD, ... Nếu chúng ta không quản lý phần này thì sẽ làm giảm hiệu quả sử dụng phần mềm. Chúng tôi đã nâng cấp phần mềm để có thể quản lý được những file đó, cho phép người sử dụng đánh dấu, ghi chú, mở các file đó một cách dễ dàng. IV. Thêm nội dung thời gian trong tin nhắn phản hồi về Đối với việc giám sát, điều khiển hệ thống từ xa bằng tin nhắn SMS có những trường hợp tin nhắn bị trễ khá lâu (nghẽn mạng). Khi nhận được tin nhắn phản hồi từ hệ thống người dùng không biết những thông tin đó có cập nhật hay không hay là những thông tin cũ. Ví dụ người dùng muốn xem hiện nay trạng thái các tổ máy tại một trạm bơm như thế nào. Vào 10h00 người sử dụng đó gửi một tin nhắn có nội dung MatKhau TT đến hệ thống nhưng do bị nghẽn mạng 10h30 người sử dụng mới nhận được tin nhắn phản hồi từ hệ thống thông báo về tình hình các tổ máy Trang thai cac to may: ToMay1: MO; ToMay2: TAT. Khi đó người sử dụng sẽ băn khoăn không biết trạng thái đó nằm ở thời điểm nào trong khoảng từ 10h00 đến 10h30. Do vậy, chúng tôi nhận thấy cần phải đưa thông tin thời gian vào tin nhắn phản hồi từ hệ thống. Tin nhắn phản hồi về bây giờ là 10h04’52” -- Trang thai cac to may: ToMay1: MO; ToMay2: TAT. Thông tin phản hồi này đúng với mọi trường hợp kể cả trường hợp tin nhắn bị trễ trong một khoảng thời gian dài. 14 Chương 7. Tài liệu hướng dẫn sử dụng Tài liệu hướng dẫn sử dụng được viết bao gồm các phần sau I. Hướng dẫn cài đặt và thiết lập hệ thống 1. Cài đặt phần mềm điều khiển thiết bị qua mạng Internet 2. Cài đặt phần mềm truyền hình ảnh qua mạng Internet 3. Hướng dẫn cài đặt phần mềm trả lời tự động bằng giọng nói 4. Hướng dẫn cài đặt phần mềm trả lời tự động bằng tin nhắn SMS II. Hướng dẫn sử dụng chức năng quản lý, giám sát, điều khiển qua Internet III. Hướng dẫn sử dụng chức năng giám sát, điều khiển qua mạng điện thoại 1. Giám sát, điều khiển thiết bị qua tổng đài trả lời tự động 2. Giám sát, điều khiển thiết bị qua tin nhắn SMS 15 Kết luận Đề tài đã nghiên cứu, xây dựng một số cách tiếp cận mới trong việc giám sát, điều khiển hệ thống thuỷ nông từ xa. Người sử dụng có nhiều lựa chọn khi muốn kết nối đến hệ thống. Không thể nói phương pháp kết nối này tốt hơn phương pháp kết nối kia, mà tuỳ thuộc vào từng trường hợp, hoàn cảnh cụ thể, người sử dụng sẽ lựa chọn cho mình một phương pháp phù hợp nhất. Giải pháp mà chúng tôi đề xuất không tập trung vào sản xuất, chế tạo phần cứng cũng như không đi vào các phương pháp điều hành hệ thống thuỷ nông. Chúng tôi tập trung chủ yếu vào giải pháp phần mềm quản lý, giải pháp truyền thông giúp cho người sử dụng có thể tương tác với hệ thống từ xa bằng nhiều phương thức khác nhau. Hi vọng trong thời gian tới với sự hỗ trợ của các đơn vị liên quan, chúng tôi có thể sớm triển khai hệ thống của mình đến các công trình thuỷ nông góp phần từng bước hiện đại hoá hệ thống thuỷ nông nước nhà. Chúng tôi chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Khoa học Công nghệ, Khoa Công nghệ Thông tin - Trường Đại học Thuỷ Lợi đã giúp đỡ, tạo điều kiện để chúng tôi hoàn thành đề tài này. Chúng tôi cũng xin cảm ơn Ban Giám đốc Công ty Khai thác công trình thuỷ lợi Đan Hoài, Ban Giám đốc Xí nghiệp cụm công trình trạm bơm đầu mối Yên Sở, các cán bộ tại trạm bơm Vân Đình, Hạt quản lý đê số 1 – Chi cục Quản lý Đê điều Hà Nội đã tạo điều kiện cho chúng tôi tham quan, thu thập tài liệu về các công trình trạm bơm và cống. Chúng tôi cũng gửi lời cảm ơn đến các chuyên gia, đồng nghiệp trong trường Đại học Thuỷ lợi và Trung tâm phần mềm Thuỷ lợi đã đóng góp ý kiến quý báu giúp chúng tôi có thể hoàn thiện hơn sản phẩm phần mềm. 16 Mục lục Mục lục ........................................................................................................................ 3 Chương 1. Tổng quan ................................................................................................... 6 I. Thông tin chung..................................................................................................... 6 II. Nội dung khoa học và công nghệ của đề tài .......................................................... 6 1. Mục tiêu của đề tài ............................................................................................ 6 2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ......................................................... 7 3. Đánh giá so sánh................................................................................................ 9 4. Cách tiếp cận ................................................................................................... 10 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................... 10 III. Cấu trúc báo cáo................................................................................................ 11 Chương 2. Thu thập tài liệu ........................................................................................ 12 I. Trạm bơm Đan Hoài ............................................................................................ 12 II. Trạm bơm Vân Đình........................................................................................... 13 III. Trạm bơm Yên Sở............................................................................................. 15 IV. Cống Liên Mạc 1 .............................................................................................. 17 Chương 3. Tài liệu về các công nghệ sử dụng ............................................................. 20 I. Hệ thống thông tin địa lý (GIS)............................................................................ 20 1. Giới thiệu công nghệ GIS ................................................................................ 20 2. Các thành phần trong hệ thống GIS ................................................................. 22 II. Kỹ thuật lập trình giao tiếp với điện thoại cố định, điện thoại di động ................. 47 1. Kỹ thuật lập trình giao tiếp với điện thoại di động............................................ 47 2. Kỹ thuật lập trình giao tiếp với đường dây điện thoại cố định .......................... 50 III. Kỹ thuật lập trình giao tiếp với thiết bị ngoại vi................................................. 52 1. Cổng song song (Cổng LPT- Line Printer)....................................................... 53 2. Thư viện DLL hỗ trợ để thực hiện giao tiếp thông tin qua cổng LPT................ 57 3. Mạch ghép nối................................................................................................. 63 Chương 4. Phân tích yêu cầu và thiết kế cơ sở dữ liệu................................................. 65 I. Phân tích yêu cầu người sử dụng.......................................................................... 65 1. Cống qua đê .................................................................................................... 65 3 2. Trạm bơm........................................................................................................ 65 II. Thiết kế cơ sở dữ liệu ......................................................................................... 66 1. Khái niệm về cơ sở dữ liệu .............................................................................. 66 2. Các mô hình dữ liệu......................................................................................... 66 3. Thiết kế cơ sở dữ liệu theo mô hình quan hệ .................................................... 69 Chương 5. Xây dựng phần mềm quản lý và điều khiển ............................................... 77 I. Module phần mềm quản lý thông tin trên bản đồ số và điều khiển qua kết nối Internet.................................................................................................................... 77 1. Quản lý thông tin trên bản đồ số ...................................................................... 77 2. Điều khiển thiết bị qua kết nối Internet ............................................................ 80 II. Module truyền hình ảnh từ camera qua mạng Internet......................................... 81 III. Module kết nối với thiết bị ngoại vi và điều khiển qua Internet......................... 83 IV. Module giám sát, điều khiển thiết bị qua mạng điện thoại dựa trên giao tiếp giọng nói ........................................................................................................................... 83 V. Module giám sát, điều khiển thiết bị qua mạng điện thoại dựa trên giao tiếp tin nhắn SMS................................................................................................................ 84 Chương 6. Cài đặt, chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh phần mềm .................................... 85 I. Tăng cường tính bảo mật của module quản lý, giám sát, điều khiển qua Internet .. 85 II. Quản lý nhiều camera......................................................................................... 86 III. Quản lý các file hồ sơ........................................................................................ 87 IV. Thêm nội dung thời gian trong tin nhắn phản hồi về.......................................... 87 Chương 7. Tài liệu hướng dẫn sử dụng ....................................................................... 88 I. Hướng dẫn cài đặt và thiết lập hệ thống ............................................................... 88 1. Cài đặt phần mềm điều khiển thiết bị qua mạng Internet .................................. 88 2. Cài đặt phần mềm truyền hình ảnh qua mạng Internet...................................... 88 3. Hướng dẫn cài đặt phần mềm trả lời tự động bằng giọng nói............................ 94 4. Hướng dẫn cài đặt phần mềm trả lời tự động bằng tin nhắn SMS ..................... 95 II. Hướng dẫn sử dụng chức năng quản lý, giám sát, điều khiển qua Internet ........... 96 1. Bản đồ số......................................................................................................... 96 2. Trạm bơm...................................................................................................... 103 3. Cống.............................................................................................................. 108 4. Bảo mật......................................................................................................... 110 4 III. Hướng dẫn sử dụng chức năng giám sát, điều khiển qua mạng điện thoại ........ 113 1. Giám sát, điều khiển thiết bị qua tổng đài trả lời tự động .............................. 113 2. Giám sát, điều khiển thiết bị qua tin nhắn SMS.............................................. 113 Kết luận.................................................................................................................... 114 Tài liệu tham khảo .................................................................................................... 115 Phụ lục ..................................................................................................................... 116 Phụ lục 1. Bài báo đăng ở Tạp chí Thuỷ lợi & Môi trường .................................... 116 Phụ lục 2. Một số đoạn mã chính trong phần mềm ................................................ 122 1. Form Quản lý, giám sát, điều khiển Trạm bơm (Visual Basic 6.0) ................. 122 2. Giám sát điều khiển bằng tin nhắn SMS (C# 2005)........................................ 141 3. Giám sát điều khiển qua giao tiếp giọng nói (Visual Basic 6.0)...................... 151 5 Chương 1. Tổng quan I. Thông tin chung Tên đề tài: Xây dựng phần mềm điều khiển hệ thống thuỷ nông tiếp cận hiện đại hoá. Chủ nhiệm đề tài: ThS. Đỗ Văn Hải Email: [email protected] điện thoại: 0912239482 Đơn vị công tác: Bộ môn Kỹ thuật máy tính - Trường Đại học Thuỷ Lợi Kinh phí đề tài: 60 triệu đồng từ Ngân sách sự nghiệp khoa học. Thời gian thực hiện: từ 06-2008 đến 12-2008. Danh sách cán bộ tham gia thực hiện đề tài: TT Họ và tên Cơ quan công tác 1 ThS. Đỗ Văn Hải Khoa CNTT, ĐHTL 2 PGS. TS. Nguyễn Đăng Tộ Khoa CNTT, ĐHTL 3 ThS. Phạm Thị Hoàng Nhung Khoa CNTT, ĐHTL 4 ThS. Nguyễn Nam Hưng Khoa CNTT, ĐHTL 5 ThS. Phạm Thanh Bình Khoa CNTT, ĐHTL 6 ThS. Lưu Đức Trung Khoa CNTT, ĐHTL 7 ThS. Nguyễn Thị Tâm Khoa CNTT, ĐHTL 8 ThS. Nguyễn Thị Phương Thảo Khoa CNTT, ĐHTL 9 ThS. Lê Đức Hậu Khoa CNTT, ĐHTL 10 ThS. Trịnh Hồng Cường TTTH, ĐHTL II. Nội dung khoa học và công nghệ của đề tài 1. Mục tiêu của đề tài Đề xuất xây dựng phần mềm quản lý, giám sát, điều khiển hệ thống thuỷ nông từ xa qua mạng Internet, mạng điện thoại cố định, di động để nắm bắt, thu thập các thông tin về hệ thống và đề xuất các giải pháp quản lý hiệu quả tiếp cận hiện đại hoá. 6 2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước a. Ngoài nước Hiện nay, ở các nước phát triển như Mỹ, Pháp, Úc, Anh nhiều hệ thống công trình thuỷ lợi mà đặc biệt là các hệ thống thuỷ nông phục vụ đa mục tiêu đã được hiện đại hoá ở mức cao với các trang thiết bị cơ sở hạ tầng tiên tiến và hầu hết các khâu quản lý điều hành đã được tự động hoá. Nhiều công nghệ tiên tiến đã được áp dụng có hiệu quả cao. Các công trình thuỷ lợi trong hệ thống được điều khiển từ xa nhờ trung tâm điều khiển... Nhiều mô hình và phân mềm máy tính chuyên dụng được thiết lập đã trợ giúp đắc lực cho công tác quản lý điều hành hệ thống, bao gồm cả quản lý nước, công trình và kinh tế. Một số mô hình, phần mềm và hệ thống SCADA/MAC được sử dụng khá phổ biến trên thế giới là CROPWAT, INCA, FQM, EAO, OPDM, CANALMAN, SIMIS, WASAM, TC/TM System,... Dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu sơ lược một số mô hình, phần mềm và hệ thống SCADA/MA được sử dụng khá phổ biến trên thế giới [3]: 1. Mô hình và phần mềm chương trình CROPWAT: Từ năm 1978 đến nay, tổ chức Lương thực và Nông nghiệp của Liên hợp quốc (FAO) đã chủ trì với nhiều cơ quan khác trong việc xây dựng và hoàn chỉnh dần dần một phương pháp luận và phần mềm CROPWAT trợ giúp cho việc quy hoạch, thiết kế và quản lý các hệ thống tưới. 2. Mô hình INCA (Irrigation Network Control and Analysis) Mô hình này được xây dựng bởi công ty HR Wallingford (Anh Quốc) đang được ứng dụng rộng rãi cho việc điều hành và quản lý các hệ thống thuỷ nông ở một số nước châu Á như Sri Lanka, Băng la đét, Thái Lan, Ấn Độ, Phi líp pin và một số nước châu Phi như Sudan, Kenya,.. Mục đích thiết lập mô hình và chương trình INCA nhằm trợ giúp cho người quản lý phân tích nhanh chóng một lượng lớn các dữ liệu để có các thông tin cần thiết cho việc ra quyết định điều khiển hợp lý trong công tác vận hành các hệ thống tưới... 3. Mô hình FQM (Flow and Quality Management) Mô hình này với các phiên bản ban đầu được xây dựng vào khoảng giữa những năm 80 thế kỉ trước và được nhiều người biết đến như một công cụ sắc bén trợ giúp cho việc quản lý dòng chảy và chất lượng nước. Mô hình FQM được xây dựng và phát triển bởi hãng phần mềm SMART (Úc). Mô hình FQM đòi hỏi phải có các hệ thống nối mạng thu nhận, truyền thông như SCADA, IVR và các thiết bị khống chế, điều khiển,... Khi nói đến SCADA-FQM người ta không những hình dung ngay đến các hệ thống thuỷ nông hiện đại bậc nhất mà còn nghĩ ngay đến các hệ thống thông tin đại chúng tiên tiến nhất trên thế giới. 4. Mô hình EAO (Exploitation Assistée par Ordinateur) Mô hình EAO được xây dựng và phát triển bởi hội quản lý kênh vùng Provence nước Phát. Mô hình này được áp dụng khá thành công trong việc quản lý, điều hành hệ thống thuỷ 7