VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: HỆ THỐNG ĐO KIỂM CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ TRUYỀN SĨNG LORA Phần 2/6: Truyền dẫn tín hiệu mạng IoT sóng LoRa Giảng viên hướng dẫn: ThS LÊ THỊ CÚC Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THÀNH TÂM Lớp : K16B Khoá : 2013 – 2017 Hệ : CHÍNH QUY Hà Nội, tháng 05 năm 2017 VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: HỆ THỐNG ĐO KIỂM CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ TRUYỀN SĨNG LORA Phần 2/6: Truyền dẫn tín hiệu mạng IoT sóng LoRa Giảng viên hướng dẫn: ThS LÊ THỊ CÚC Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THÀNH TÂM Lớp : K16B Khoá : 2013 – 2017 Hệ : CHÍNH QUY Hà Nội, tháng 05 năm 201 VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN Độc lập - Tự - Hạnh phúc - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Họ tên sinh viên: NGUYỄN THÀNH TÂM Lớp: K16B Khố: 2013-2017 Khoa: Cơng nghệ điện tử thơng tin Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật điện tử, Truyền Hệ đào tạo: ĐHCQ thông Tên đồ án: Hệ thống đo kiểm chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ truyền sóng LoRa Phần 2/6: Truyền dẫn tín hiệu mạng IoT sóng LoRa Nội dung chính: • Tổng quan đề tài • IoT vấn đề truyền dẫn liệu cho IoT • Giải pháp cơng nghệ LoRa LoRa WAN • Thiết bị truyền dẫn liệu sử dụng công nghệ LoRa – Multitech Các liệu ban đầu: Hiện số lượng thiết bị điện tử kết nối mạng nhiều gấp đôi so với số người Trái Đất Từ điều khiển nhiệt độ, cửa, TV máy bơm nước, hệ thống cảm biến, robot, điện thoại, TV, tất gọi chung Internet Of Thing (IoT) Nhưng vấn đề nằm chỗ điều khiển khơng nói "ngơn ngữ" chung cả, việc giao tiếp thiết bị IoT vấn đề phức tạp Thiết bị dùng Wifi hay dùng Bluetooth, số khác dùng sóng radio Vậy thiết bị có Wi-Fi kết nối với thiết bị có Bluetooth? Gần khơng thể Chính vậy, khơng sai nói Page giới IoT bị thiếu thành phần quan trọng, giao thức kết nối không dây chung Xuất phát từ vấn đề trên, lựa chọn thực đề tài tốt nghiệp: “tìm hiểu truyền dẫn liệu IOT sử dụng công nghệ LoRa.” Họ tên giảng viên hướng dẫn: Th.s Lê Thị Cúc Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 19/12/2016 Ngày hoàn thành đồ án: 06/05/2017 Ngày Chủ nhiệm Bộ môn tháng năm Giảng viên hướng dẫn Page VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN BẢN NHẬN XÉT ĐỀ TÀI THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: NGUYỄN THÀNH TÂM Lớp: K16B Khố: 2013-2017 Khoa: Cơng nghệ điện tử thơng tin Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật điện tử, Truyền Hệ đào tạo: ĐHCQ thông Giảng viên hướng dẫn: Th.S Lê Thị Cúc Nội dung đề tài thực tập tốt nghiệp: • Tổng quan đề tài • IoT vấn đề truyền dẫn liệu cho IoT • Giải pháp cơng nghệ LoRa LoRa WAN • Thiết bị truyền dẫn liệu sử dụng công nghệ LoRa - Multitech Nhận xét giáo viên hướng dẫn: Ngày tháng năm Giáo viên hướng dẫn Page LỜI NÓI ĐẦU Những thập kỷ gần đây, với phát triển công nghệ điện tử, Internet công nghệ không dây, ngày có nhiều thiết bị điện tử kết nối internet điều khiển từ xa Internet khơng kết nối máy tính xách tay hay để bàn, mà có vơ vàn thiết bị khác Chỉ với điện thoại cầm tay kết nối Internet có khả khơng kết nối với người, mà với thiết bị khác hệ thống điện nhà, camera an ninh, thiết bị giám sát kho hàng Càng ngày có nhiều thiết bị kết nối Internet điều khiển từ xa mà khơng cần tiếp xúc trực tiếp Khi có mạng lưới mà có hội tụ nhiều mạng con, tất kết nối với Và người ta gọi IoT (Internet Of Thing) Nhưng có vấn đề đặt là: người ta kết nối nhiều thiết bị với nào? Việc tìm chuẩn giao tiếp chung cho IoT tồn cầu chưa thống Dẫn đầu lĩnh vực hai cơng ty Sigfox Atility, ngồi có GE, IEE Rất nhiều hiệp hội lập ra, vài chuẩn kết nối đưa vào hoạt động riêng lẻ nhiều quốc gia khu vực Trong đó, biết đến sử dụng nhiều mạng LoRa WAN với công nghệ LoRa (Long Range) Đây cơng nghệ có khả trở nên phổ biến giới tương lai Vì chúng tơi tiến hành thực đề tài tốt nghiệp tìm hiểu về: “Truyền dẫn tín hiệu IoT sử dụng công nghệ LoRa” Page LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình thực đề tài, chúng em nhận nhiều giúp đỡ, hướng dẫn bảo tận tình q thầy bạn lớp Chúng em xin chân thành cảm ơn đến Khoa Công Nghệ Điện Tử-Thông Tin, Viện Đại Học Mở Hà Nội Đặc biệt ThS.Lê Thị Cúc trực tiếp hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành đề tài Do kiến thức kinh nghiệm hạn hẹp nên trình thực đề tài em khơng thể tránh khỏi sai sót mong thầy bạn bổ sung góp ý để chúng em có thêm kinh nghiệm hồn thiện đồ án sau Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Nguyễn Thành Tâm Page TÓM TẮT ĐỀ TÀI Đề tài: Hệ thống đo kiểm chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ truyền dẫn sóng LoRa Phần 2/6: Truyền dẫn tín hiệu IoT sử dụng cơng nghệ LoRa Chương I Tổng quan đề tài Khái quát chung đề tài đồ khảo sát chất lượng khơng khí Chương II Giới thiệu tổng quan mạng IoT Có nhìn sơ mạnh IoT (Internet Of Thing), công nghệ truyền dẫn sử dụng Chương III Giao thức MQTT Giới thiệu giao thức truyền tải liệu dành cho IoT Chương IV Giới thiệu LoRa LoRa WAN Có nhìn đầy đủ cơng nghệ LoRa LoRa WAN Lớp hoạt động, tham số ưu nhược điểm Tìm hiểu số chuẩn thơng số cho LoRa WAN sử dụng Chương V Multitech thiết bị truyền dẫn liệu sử dụng công nghệ điều chế sóng LoRa Tìm hiểu thơng tin cách sử dụng Multitech để triển khai LoRa WAN Chương VI.Triển khai mạng LoRa WAN với Multitech Đưa mơ hình thực tế, từ triển khai chức mạng LoRa Page MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI I Vấn đề ô nhiễm môi trường Vấn đề ô nhiễm môi trường phát triển công nghiệp Ơ nhiễm khói bụi thị Giải ô nhiễm thu thập thông tin Phương pháp tính tốn số ô nhiễm môi trường II Giới thiệu chung đề tài Mục tiêu đề tài Giới thiệu IOT cách mạng công nghiệp lần thứ tư Mơ hình tổng quan đề tài 10 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ IOT 12 I Khái quát IoT 12 Định nghĩa 12 Khả định danh 13 Tính chất IoT 13 II Những ứng dụng IoT 15 Quản lý hạ tầng 15 Y tế 15 Xây dựng tự động hóa cơng trình xây dựng 16 Giao thông 16 III Những thách thức phát triển IoT 16 Page Ngôn ngữ giao tiếp (giao thức) 16 Hàng rào kết nối (subnetwork) 17 Vấn đề xử lý thông tin 18 Vấn đề lượng 18 Bài toán kinh tế 19 CHƯƠNG III: GIAO THỨC MQTT 20 I ĐỊNH NGHĨA 20 II MƠ HÌNH MQTT 20 III PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG 21 IV CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ 22 QoS - tối đa lần 22 QoS - lần 23 QoS 2- Chính xác lần 23 CHƯƠNG IV: GIỚI THIỆU VỀ LORA VÀ LORA WAN 25 I Kỹ thuật trải phổ truyền thông 26 Định lý Shannon – Hartley 26 Nguyên lý trải phổ 27 Chirp Spread Spectrum 28 II Kỹ thuật trải phổ công nghệ sóng Lora 30 Giới thiệu Lora 30 Các tính điều chế Lora 30 III Một số lưu ý truyền thông không dây 33 Mạng không dây 33 Cơ chế sử dụng đa đường truyền 35 Ngân sách liên kết 36 Page 10 Hệ thống đo kiểm chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ truyền dẫn sóng LoRa Do chọn chế độ WAN nên cần thiết lập truy cập Gateway Hình 2.7 Muốn truy cập từ mạng LAN hay WAN ta tích chọn vào tương ứng Chú ý thẻ Node-RED cần tích chọn Via LAN Via WAN Cài đặt mạng LoRa Từ gateway tạo mạng LoRa thiết bị mDOT giao tiếp truyền nhận liệu Network ID: chọn Name Name: Đây tên mạng LoRa ta tạo (khi mDOT kết nối cần dùng đến) Network Key: chọn Passphrase Passphrase: Đây mật cho mạng LoRa (cần dùng mDOT kết nối) GVHD: Th.S Lê Thị Cúc SVTH: Nguyễn Thành Tâm Page 50 Hệ thống đo kiểm chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ truyền dẫn sóng LoRa Sau hồn thành bước ta kích chọn vào thẻ: Save and Restart, bảng xác nhận => Chọn Ok Chờ gateway khởi động lại xong Trong lúc khởi động, đèn led status vỏ gateway sáng (không nháy) Khi gateway khởi động xong ta cần kiểm tra lại cài đặt thẻ Home GVHD: Th.S Lê Thị Cúc SVTH: Nguyễn Thành Tâm Page 51 Hệ thống đo kiểm chất lượng ng khơng khí sử s dụng cơng nghệ truyền dẫnn sóng LoRa Khi gateway khởi động ng xong ta cần c kiểm tra lại cài đặt th thẻ Home Tạo ứng dụng ên Node-RED Node Các ứng dụng ên gateway sử s dụng mơ hình Node-RED để thực ực hiệ Node-RED công cụ để kết nốii thiế thiết bị phần cứng với hệ thống ng Internet of Things đề xuất phát triển b IBM Đây phần lập trình ình gateway, th tạo nhiều ều ứ ứng dụng (app) để xử lý thông tin từ mDOT gửi g Từ giao diện củaa gateway, chọn ch thẻ Apps, chọn mục Node-RED Giaodiện tự động chuyển ển sang giao di diện đăng nhập node-RED GVHD: Th.S Lê Thị Cúc SVTH: Nguyễn Thành Tâm Page 52 Hệ thống đo kiểm chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ truyền dẫn sóng LoRa Điền tên mật Username mặc định: admin Password mặc định: admin Các thành phần Node-RED • Các đối tượng: input, output, function, … GVHD: Th.S Lê Thị Cúc SVTH: Nguyễn Thành Tâm Page 53 Hệ thống đo kiểm chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ truyền dẫn sóng LoRa • Ngồi ra, có đối tượng: social, storage, analysis, advance … Để sử dụng đối tượng, kéo thả đối tượng cửa sổ hiển thị hệ thống • Cửa sổ hiển thị hệ thống thiết bị phần cứng liên kết với nhau, phươngthức, đối tượng … • Tab Info: thông tin trợ giúp đối tượng, cách sử dụng đối tượng GVHD: Th.S Lê Thị Cúc SVTH: Nguyễn Thành Tâm Page 54 Hệ thống đo kiểm chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ truyền dẫn sóng LoRa Tab Debug: hiển thị kết mà người lập trình muốn theo dõi đối tượng trao đổi với để phục vụ cho trình kiểm tra chức phương thức viết Lập trình với Node-RED Các phương thức có cấu trúc giống với Javascript, đầu phương thức liệu xử lý đưa đến đầu Đầu vào gói tin gửi đến Gateway MULTITECH GVHD: Th.S Lê Thị Cúc SVTH: Nguyễn Thành Tâm Page 55 Hệ thống đo kiểm chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ truyền dẫn sóng LoRa - Thành phần input gói tin gửi đến Gateway multitech LoRa - Đầu thành phần đưa qua phương thức để xử lý, sau kết gửi lên Server cho Sensor để điều khiển thiết bị - Tiếp theo phương thức (hàm) xử lý liệu: filter, average, field1… - Ở đây, đối tượng xử lý chủ yếu msg, thường phương thức trả msg.payload để phục vụ cho việc chuyển tiếp liệu sang thiết bị khác lên Server Người lập trình thêm thuộc tính cho đối tượng msg, ví dụ để đếm số lượng gói tin đến, thêm thuộc tính count, phương thức trả giá trị msg.count; hay cần tính trung bình giá trị nhận được, thêm thuộc tính average, phương thức trả giá trị msg.average … GVHD: Th.S Lê Thị Cúc SVTH: Nguyễn Thành Tâm Page 56 Hệ thống đo kiểm chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ truyền dẫn sóng LoRa II Tiến hành thiết lập mDOT Đầu tiên để làm quen với lệnh AT mDOT, nên test riêngmDOT mDOT hỗ trợ nhiều giao tiếp, sử dụng giao tiếp UART để gửilệnh cho mDOT hoạt động Chân số (PA2) UART_TX, chân số (PA3) UART_RX, cấpnguồn 3.3V qua chân số (VDD) chân số 10 (Ground).Các công cụ cần thiết cho trình test Module chuyển liệu từ mDOT qua cổng USB máy tính (có thể dùng module USB to COM PL2303) Phần mềm thực giao tiếp máy tính mDOT (có thể sử dụng TeraTerm Hercules) Ở sử dụng phần mềm Tera Term module USB to COM PL2303 Chú ý: Khi kết nối module PL2303 với mDOT: chân GND nối với nhau, TX mDOT nối với RX PL2303, RX mDOT nối với TX PL2303 GVHD: Th.S Lê Thị Cúc SVTH: Nguyễn Thành Tâm Page 57 Hệ thống đo kiểm chất lượng ng không khí sử s dụng cơng nghệ truyền dẫnn sóng LoRa Chạy phần mềm m Tera Term v chọn cổng COM mà bạn kết nốii với mDOT Sau cần thiết lập Baud rate 115200 GVHD: Th.S Lê Thị Cúc SVTH: Nguyễn Thành Tâm Page 58 Hệ thống đo kiểm chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ truyền dẫn sóng LoRa Sau thiết lập phần mềm xong, ta sử dụng lệnh AT sau để cài đặtmDOT at +ni=1,iot_set_hust // ni la Network ID Gateway da tao at+nk=1,iot_set_hust // nk la Network Key Gateway da tao at+ack=8 // Cai dat thoi gian cho ack tu Gateway (tu den 8) at&w // luu lai cai dat vao Flash atz // restart va load cai dat tu Flash at+join // join vao mang voi cac thong so da cai dat at+send=Hello world // gui ban tin den gateway Đầu tiên ta gõ lệnh at&v, sau ENTER Kết trả lệnh Dựa vào ta đọc đượcnhững cài đặt mDOT GVHD: Th.S Lê Thị Cúc SVTH: Nguyễn Thành Tâm Page 59 Hệ thống đo kiểm chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ truyền dẫn sóng LoRa Đến đây, xem ta cài đặt xong cho mDOT Bước ta gửi bảntin gateway với cấu trúc lệnh: at +send=Hello world // Có thể thay Hello world chuỗi muốn gửi Minh họa cho việc gửi chuỗi liệu gateway hiển thị chuỗi thông qua tab Debug GVHD: Th.S Lê Thị Cúc SVTH: Nguyễn Thành Tâm Page 60 Hệ thống đo kiểm chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ truyền dẫn sóng LoRa Việc gửi phản hồi từ gateway hoàn toàn tương tự, để làm điều tacần thêm đối tượng ouput la LoRa node-RED Khi ký tự mDOT nhận dạng HEXA, để chuyển dạng char thông thường dùng lệnh: at+rx0=1 GVHD: Th.S Lê Thị Cúc SVTH: Nguyễn Thành Tâm Page 61 Hệ thống đo kiểm chất lượng không khí sử dụng cơng nghệ truyền dẫn sóng LoRa Sau thiết lập ta nhận liệu từ gateway gửi giống với liệu ta gửi (function hình vẽ lấy liệu từ gateway nhận sau chuyển tiếp đầu ra) Trên hướng dẫn cách sử dụng MultiConnect ® mDot ™ MultiConnect ® Conduit ™ Những tính khác bạn xem thêm http://www.multitech.net/developer/sitemap/ GVHD: Th.S Lê Thị Cúc SVTH: Nguyễn Thành Tâm Page 62 Hệ thống đo kiểm chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ truyền dẫn sóng LoRa TÀI LIỆU THAM KHẢO WEBSITE: [1] http://iotleague.com/ [2] https://www.lora-alliance.org/ [3] http://automation.net.vn/ [4] http://www.vnpt.vn/ [5] http://linhkienbachkhoa.com/ [6] https://hoangthinhungblog.wordpress.com/ [7] https://kali.org/ [8] http://tool.kali.org/ [9] http://hvaonline.net/ [10] http://kalitut.com/ [11] http://multitech.net/ [12] http://mqtt.org/ [13] http://hwsensor.com/ [14] https://viblo.asia/ [15] https://ibm.com/ [16] https://nodered.org/ [17] https://nodejsexpress.com/ [18] http://quantracmoitruong.gov.vn/ [19] http://epa.gov/ [20] https://null-byte.wonderhowto.com/ BOOKS: [1] Kali Linux Cookbook, Willie L Pritchett and David De Smet [2] Computer Networking, Kurose and Ross [3] CEH v8, BKACAD [4] Nmap Cookbook, Nicholas Marsh [5] Learn PYTHON the hard way, Addison-Wesley, Zed A.Shaw [6] LoraWAN 101 a Technical Introduction, LoRa Alliance [7] LoRa Modem Design Guide, SEMTECH GVHD: Th.S Lê Thị Cúc SVTH: Nguyễn Thành Tâm Page 63 Hệ thống đo kiểm chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ truyền dẫn sóng LoRa [8] LoRA Modulation Basics, SEMTECH [9] MultiConnect Conduit Programble Gateway for the Internet of Things, MULTITECH [10] MultiConnect mDot, MULTITECH GVHD: Th.S Lê Thị Cúc SVTH: Nguyễn Thành Tâm Page 64 ... nghệ điện tử thơng tin Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật điện tử, Truyền Hệ đào tạo: ĐHCQ thông Tên đồ án: Hệ thống đo kiểm chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ truyền sóng LoRa Phần 2/6: Truyền. .. Tâm Page TÓM TẮT ĐỀ TÀI Đề tài: Hệ thống đo kiểm chất lượng khơng khí sử dụng cơng nghệ truyền dẫn sóng LoRa Phần 2/6: Truyền dẫn tín hiệu IoT sử dụng cơng nghệ LoRa Chương I Tổng quan đề tài... KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: HỆ THỐNG ĐO KIỂM CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ TRUYỀN SĨNG LORA Phần 2/6: Truyền dẫn tín hiệu mạng IoT sóng LoRa Giảng