Ứng dụng mạng cảm biến không dây và điện toán đám mây để giám sát môi trường và điều khiển các thiết bị điện trong nhà

Bài báo trình bày phương pháp kết hợp mạng cảm biến không dây và điện toán đám mây để thiết lập hệ thống giám sát theo thời gian thực môi trường sống kèm theo chức năng điều khiển các thiết bị điện bên trong một tòa nhà. Hệ thống, được thiết kế theo kiến trúc đa tầng, được sử dụng để giám sát môi trường, quản lý hệ thống chiếu sáng, điều hòa không khí trong các lớp học ở đại học Hoa Sen. Mục tiêu là tạo ra môi trường học tập, làm việc phù hợp đồng thời giảm tiêu thụ điện năng. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng mạng cảm biến không dây và điện toán đám mây để giám sát môi trường và điều khiển các thiết bị điện trong nhà Ứng dụng mạng cảm biến không dây và điện toán đám mây để giám sát môi trường và điều khiển các thiết bị điện trong nhà Huỳnh Minh Đức Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Trường Đại Học Hoa Sen Email: duc.huynhminh@hoasen.edu.vn Tóm tắt—Bài báo này trình bày phương pháp kết hợp [3], cường độ ánh sáng [4], áp suất không khí, nồng độ mạng cảm biến không dây và điện toán đám mây để thiết các loại khí gây ô nhiễm CO, CO2 , SO2 , NO2 , O3 [5], lập hệ thống giám sát theo thời gian thực môi trường sống nồng độ bụi trong không khí [6]. Các ứng dụng giám kèm theo chức năng điều khiển các thiết bị điện bên trong sát môi trường phát triển nhanh chóng, được áp dụng một tòa nhà. Hệ thống, được thiết kế theo kiến trúc đa tầng, được sử dụng để giám sát môi trường, quản lý hệ vào giám sát môi trường sống của cây trồng, vật nuôi thống chiếu sáng, điều hòa không khí trong các lớp học ở [7] trong các nông trại, giám sát môi trường nhà kính đại học Hoa Sen. Mục tiêu là tạo ra môi trường học tập, [8], giám sát chất lượng không khí bên trong nhà [9], ô làm việc phù hợp đồng thời giảm tiêu thụ điện năng. Mạng nhiễm không khí môi trường bên ngoài [10], giám sát cảm biến, theo chuẩn IEEE 802.15.4/ZigBee, bao gồm một khí hậu [11] và giám sát môi trường rừng [12]. nút điều phối các thành phần trong mạng, các nút định Trong dự án tại đại học Hoa Sen, chúng tôi xây dựng tuyến dữ liệu và các nút cảm biến được cấu tạo từ mạch vi điều khiển Arduino/WeMos, mô đun truyền thông Xbee, hệ thống giám sát theo thời gian thực các chỉ số nhiệt độ, cảm biến DHT22 và rơ le. Nút cảm biến thu thập dữ liệu, độ ẩm không khí, ánh sáng, các loại khí gây ô nhiễm CO, truyền dữ liệu theo các nút định tuyến về nút điều phối CO2 , NO2 của môi trường sống bên trong nhà. Hệ thống đóng vai trò là một Gateway. Gateway truyền dữ liệu về này được sử dụng để theo dõi các chỉ số của không khí máy chủ trên cloud để xử lý, lưu trữ thông qua giao thức bên trong các lớp học, phòng làm việc ở đại học Hoa Sen. MQTT. Hệ thống cung cấp giao diện web cùng ứng dụng Bên cạnh chức năng giám sát môi trường từ xa, chúng điện thoại cho người dùng giám sát các chỉ số môi trường trong các lớp học tại những thời điểm khác nhau. tôi còn nghiên cứu và tích hợp vào hệ thống chức năng Từ khóa—Giám sát môi trường, mạng cảm biến không điều khiển từ xa các thiết bị điện, giúp mọi người chủ dây, điện toán đám mây, ZigBee, Arduino, WeMos ESP8266, động sử dụng các thiết bị điện một cách hợp lý. Trước Xbee S2, MQTT. tiên, nhóm thử nghiệm trên nguyên mẫu bao gồm cảm biến đo giá trị nhiệt độ, độ ẩm không khí và rơ le điều I. GIỚI THIỆU khiển đèn hoặc máy lạnh. Thiết kế của hệ thống là mở Cách mạng công nghiệp 4.0, cùng những đột phá của nên dễ dàng đặt thêm các cảm biến và các rơ le khác. kết nối vạn vật (IoT), trí tuệ nhân tạo, điện toán đám Các cảm biến được bố trí tại nhiều vị trí khác nhau trong mây, dữ liệu lớn, diễn ra mạnh mẽ trong vài năm gần các lớp học, phòng làm việc để thu thập dữ liệu. Các dữ đây, đã tạo nên các cuộc cách mạng trong sản xuất công liệu, sau đó, được gửi về trạm thu được gọi là Gateway nghiệp, nông nghiệp và trong các dịch vụ phục vụ đời thông qua mạng cảm biến không dây (WSN). sống xã hội. Song song với sự phát triển này, thế giới WSN là sự kết hợp giữa hệ thống nhúng và truyền cũng đang đối diện với nhiều thách thức trước sự biến thông không dây để truyền dữ liệu giữa các nút cảm đổi của khí hậu, nạn ô nhiễm môi trường, vấn đề giảm biến dựa trên mạng không dây tùy biến. WSN là tập hợp tiêu thụ năng lượng trong đó có điện năng. Do đó, tạo các nút cảm biến bao gồm mạch vi điều khiển, các cảm môi trường sống trong đó các chỉ số được giám sát, giảm biến, mô đun truyền thông không dây và nguồn điện. thiểu sự ô nhiễm, tiết kiệm năng lượng, đang được nhiều Cảm biến thu thập dữ liệu, mạch vi điều khiển xử lý dữ tổ chức và chính phủ đặc biệt quan tâm. liệu, các nút trao đổi một phần hay toàn bộ dữ liệu với Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử viễn các nút khác, các trạm thu nhờ vào mô đun truyền thông. thông cùng nhiều công trình nghiên cứu IoT, trong hơn Các nút cảm biến thường được cấp năng lượng bởi các thập niên qua, được áp dụng vào nhiều lĩnh vực đời sống. nguồn điện độc lập nên thời gian hoạt động phụ thuộc Trong số đó, có nhiều công trình nghiên cứu liên quan vào nguồn điện này. Nhằm giảm năng lượng tiêu thụ, cơ đến các ứng dụng giám sát môi trường [1]. Hệ thống giám chế truyền đa chặng được áp dụng trong quá trình truyền sát môi trường là hệ thống đo đạc, kiểm soát các chỉ số dữ liệu và Wifi [13], Bluetooth [14], ZigBee [4], [5] là của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm không khí [2] và đất các giao thức truyền thông được triển khai trên WSN. 43 Hình 1. Mô hình kiến trúc hệ thống tổng thể. WSN được nhóm xây dựng dựa trên giao thức ZigBee thông thấp, công suất thấp, chi phí thấp, được xây dựng bởi vì các thiết b ...