Hệ thống giám sát qua mạng lora.docx

DỊCH VỤ VIẾT THUÊ ĐỀ TÀI TRỌN GÓI ZALO / TEL:
0909.232.620
0909.232.620
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ
---------------o0o---------------
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
HỆ THỐNG GIÁM SÁT QUA MẠNG LORA
GVHD:
SVTH:
MSSV:
TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2016

0909.232.620
0909.232.620
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc.
-----✩----- -----✩-----
Số: ______ /BKĐT
Khoa: Điện – Điện tử
Bộ Môn: Điện Tử
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
1. HỌ VÀ TÊN: MSSV:
2. NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG LỚP :
3. Đề tài: HỆ THỐNG GIÁM SÁT QUA MẠNG LORA
4. Nhiệm vụ (Yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
5. Ngày giao nhiệm vụ luận văn: ...............................
6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ...................................
7. Họ và tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn
................................................................. .....................................
................................................................. .....................................
Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua Bộ Môn.
Tp.HCM, ngày…... tháng….. năm 20
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH

0909.232.620
0909.232.620
PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN:
Người duyệt (chấm sơ bộ):.......................
Đơn vị:......................................................
Ngày bảo vệ : ...........................................
Điểm tổng kết: .........................................
Nơi lưu trữ luận văn: ...............................

0909.232.620
i
0909.232.620
LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Thạc sĩ Bùi Quốc Bảo đã tận tình giúp đỡ
em trong suốt học kỳ vừa qua. Những lời nhận xét, góp ý, hướng dẫn của thầy đã
giúp em thấy được khuyết điểm của mình để ngày càng khắc phục tốt hơn.
Xin chân thành gửi lời cảm ơn tới toàn thể quý thầy cô trường Đại học Bách
Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã giảng dạy, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện, môi
trường học tập tốt cho em trong những ngày tháng học tập tại trường.
Bên cạnh đó, em muốn nói lời cảm ơn đến công ty TNHH BigDolphin đã tạo
điều kiện để em có thể hoàn thành luận văn.
Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 12 năm 2016 .
Sinh viên

0909.232.620
ii
0909.232.620
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Đề tài này thực hiện thiết kế thiết bị giám sát các thông số môi trường như
nhiệt độ, độ ẩm, khí CO qua mạng LoRa. Thiết bị nhằm truyền tải thông tin về các
thông số môi trường, qua đó cảnh báo khi có sự vượt mức cảnh báo ngưỡng được
cài đặt trước.
Trong phần luận văn này tập trung xây dựng hệ thống gồm một server tiếp
nhận thông tin (phần trung tâm) và thiết bị giám sát (node ngoại vi).

0909.232.620
iii
0909.232.620
MỤC LỤC
Chương 1: TỔNG QUAN______________________________________________ 1
1.1. Đặt vấn đề __________________________________________________________ 1
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước _______________________________ 2
1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài ________________________________________ 3
1.3.1. Mục tiêu của đề tài _____________________________________________________ 3
1.3.2. Nhiệm vụ của đề tài_____________________________________________________ 3
Chương 2: LÝ THUYẾT ______________________________________________ 5
2.1. Cơ bản về mạng LoRa ________________________________________________ 5
2.1.1. Tổng quan về LoRa_____________________________________________________ 5
2.1.2. Giao thức LoRaWAN __________________________________________________ 12
2.2. Nguyên lý truyền và nhận dữ liệu trong mạng LoRa ______________________ 14
2.2.1. Truyền dữ liệu ________________________________________________________ 14
2.2.2. Nhận dữ liệu trong mạng LoRa___________________________________________ 15
2.2.3. Cách kết nối giữa node và Server _________________________________________ 16
2.3. Giới thiệu module, IC sử dụng trong luận văn ___________________________ 17
2.3.1. Module LoRa_________________________________________________________ 17
2.3.2. Giới thiệu về Raspberry Pi ______________________________________________ 19
2.3.3. Webserver ___________________________________________________________ 21
2.3.4. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm (DHT22/AM2302)______________________________ 27
2.3.5. Cảm biến khí CO (MQ-7) _______________________________________________ 30
2.3.6. IC thời gian thực (PCF8583)_____________________________________________ 33
Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH PHẦN CỨNG____________ 35
3.1. Mô hình luận văn. __________________________________________________ 35
3.1.2. Trạm thu dữ liệu (Server) _______________________________________________ 36
3.1.3. Trạm con (Node) ______________________________________________________ 44
Chương 4: GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH_____________________________ 54
4.1. Giải thuật khối trung tâm (Server)_____________________________________ 54
4.1.1. Thu thập thông tin từ các node ___________________________________________ 54

0909.232.620
iv
0909.232.620
4.1.2. Xử lý dữ liệu _________________________________________________________ 56
4.2. Giải thuật khối node_________________________________________________ 58
Chương 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN ____________________________________ 64
5.1. Kết quả thi công phần cứng __________________________________________ 64
5.1.1. Kết quả thực hiện _____________________________________________________ 64
5.1.2. Đánh giá kết quả.______________________________________________________ 65
5.2. Kết quả thi công phần mềm __________________________________________ 66
5.2.1. Hiển thị và cảnh báo ___________________________________________________ 66
5.2.2. Đánh giá hoạt động ____________________________________________________ 68
5.3. Đánh giá kết quả hoạt động chung_____________________________________ 68
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN _______________________ 70
6.1. Kết luận___________________________________________________________ 70
6.2. Hướng phát triển ___________________________________________________ 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ______________________________________________ 71

0909.232.620
v
0909.232.620
DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA
Hình 2. 1: Biểu đồ so sánh giữa LoRa và các chuẩn giao tiếp thông dụng _____________ 7
Hình 2. 2: Mô hình mạng LoRa _______________________________________________ 8
Hình 2. 3: Sự thay đổi tần số theo thời gian của mỗi tín hiệu mẫu được phát ra bởi
trạm phát LoRa. ____________________________________________________________ 9
Hình 2. 4: Cấu trúc frame của LoRa __________________________________________ 11
Hình 2. 5: Tiêu biểu cho mạng hình sao._______________________________________ 13
Hình 2. 6: Mô tả nguyên lý truyền dữ liệu trong LoRa ____________________________ 14
Hình 2. 7: Mô tả nguyên lý nhận dữ liệu trong LoRa _____________________________ 15
Hình 2. 8: Module LoRa RFM98 của HopeRF (a) và SX1278 của XIAMEN (b) ________ 17
Hình 2. 9: Mô tả chân của module Lora SX1278 ________________________________ 18
Hình 2. 10: Raspberry Model B_______________________________________________ 20
Hình 2. 11: Mô tả về Web Server______________________________________________ 21
Hình 2. 12: Mô tả về LAMP__________________________________________________ 22
Hình 2. 13: Mô tả hoạt động PHP_____________________________________________ 24
Hình 2. 14: Sơ đồ kết nối với cảm biến _________________________________________ 31
Hình 2. 15: Sơ đồ khối của IC PCF8583________________________________________ 34
Hình 3. 1: Tổng quan mô hình luận văn _______________________________________ 35
Hình 3. 2: Cấu trúc phần cứng của trạm thu dữ liệu _____________________________ 36
Hình 3. 3: Mô hình phần cứng node __________________________________________ 44
Hình 4. 1: Lưu đồ giải thuật khối trung tâm về nhận dữ liệu từ các node _____________ 55
Hình 4. 2: Lưu đồ giải thuật xử lý dữ liệu sau khi nhận được từ node ________________ 56
Hình 4. 3: Lưu đồ giải thuật phía node ________________________________________ 58
Hình 4. 4: a) Đọc cảm biến nhiệt độ-độ ẩm (DHT22) b) Đọc cảm biến khí CO (MQ-7) __ 61
Hình 5. 1: Khoảng cách truyền nhận tối đa giữa node và Server thực tế ______________ 69

0909.232.620
vi
0909.232.620
PHỤ LỤC BẢNG
Bảng 2. 1: Đặc điểm kỹ thuật của chuẩn giao tiếp LoRa____________________________ 6
Bảng 2. 2: Độ nhạy máy thu của LoRa (theo dBm) khi băng thông và hệ số trải phổ
khác nhau. ______________________________________________________________ 10
Bảng 2. 3: Chức năng từng chân của module SX1278 ____________________________ 19
Bảng 2. 4: Thông số cảm biến AM2302________________________________________ 28

0909.232.620
1
0909.232.620
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Đặt vấn đề
Trong những thập niên gần đây, tình trạng ô nhiễm môi trường đang ở mức đáng
báo động, và đặc biệt nghiêm trọng. Sự xả thải các chất ô nhiễm môi trường không qua
xử lý gây nên hậu quả nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Một trong những loại khí
thải gây tác động xấu tới sức khỏe con người đó chính là Cacbon mônôxit (CO). Những
nơi có mật độ khí CO lớn là những điểm tắc nghẽn giao thông, các bến xe, nhà để xa
hoặc trong những nơi làm việc kín như hầm lò, nhà máy. CO có độc tính cao cực kỳ
nguy hiểm với sức khỏe con người, nếu bị hit một lượng lớn sẽ gây thương tổn với cơ
thể, nó cản trở khả năng vận chuyển oxy trong máu. Chính vì thế, việc giám sát khí CO
rất quan trọng, từ đó tìm ra những giải pháp để giảm thiểu lượng khí thải đó. Việc thu
thập chất lượng chất lượng môi trường không khí (trong đó có CO) được thu thập thông
qua mạng IoT. Vậy IoT là gì?
IoT (Internet of Thing) là sự kết nối tất cả các thiết bị với nhau, có khả năng trao
đổi thông tin, cung cấp dữ liệu với con người mà không cần phải tương tác trực tiếp.
Con người có thể kết nối với tất cả các thiết bị tới mạng Internet thông qua mạng nội
bộ.
Trong những năm gần đây, IoT đang phát triển nhanh đến chóng mặt. Theo sự
tính toán thông kê có đến 50 triệu thiết bị được kết nối cho tới nắm 2020. Con người
đang biến tất cả các thiết bị trong đời sống hằng ngày như otô, thiết bị sản xuất, dụng cụ
trong nhà, đồ mặc,…đều có thể điều khiển, kiểm soát, thu thập dữ liệu chỉ bằng laptop
hay điện thoại. Công nghệ IoT giúp cho con người sống tốt hơn, và đối phó với vấn đề
lớn nhất đang gặp phải của thế giới đó là biến đổi khí hậu, kiểm soát ô nhiễm, cảnh báo
các vấn đề tự nhiên. Tuy nhiên, đòi hỏi về công suất thấp cho các thiết bị IoT không hề
đơn giản, các thiết bị hiện nay dùng RFID, Bluetooth hay Wifi đều là những công nghệ

0909.232.620
2
0909.232.620
với công suất thấp nhưng khoảng cách ngắn. Để đáp ứng được công suất thấp và khoảng
cách xa, LoRa là một giải pháp tốt nhất tại thời điểm hiện nay.
LoRa là công nghệ mạng không dây được phát triển để tạo ra được công suất thấp
(low-power), mạng lưới rộng (LPWANs- Low Power Wide Area Networks) dùng cho
các ứng dụng Internet of Thing. Công nghệ này hấp dẫn với khoảng cách xa, công suất
tiêu thụ thấp và việc truyền dữ liệu an toàn. Ưu điểm của mạng lưới được xây dựng với
LoRa so với mạng lưới hiện tại là việc phủ sóng lớn. Với khoảng cách xa và công suất
thấp, LoRa tự tin sẽ là ứng cử viên cho công nghệ thông minh trong hạ tầng dân dụng
(chẳng hạn như giám sát sức khỏe, đo lường thông minh, giám sát môi trường,..) cũng
như trong các ứng dụng công nghiệp.
Công nghệ LoraWAN hướng tới mục tiêu là hoạt động các cảm biến dựa vào pin
mà có thể hoạt động với thời gian lâu. Với LoRaWAN, toàn bộ thành phố hoặc một
vùng sẽ được phủ bởi một vài trạm mà có thể kết nối đến hàng ngàn các thiết bị khác
nhau.
Nhận thấy ưu điểm của Lora so với các khác. Chính vì vậy mục tiêu của đề tài tạo
ra mạng kết nối với các thiết bị, thu thập dữ liệu, vẽ đồ thị trạng thái, gửi cảnh báo dựa
trên dữ liệu thu thập qua mạng LoRa.
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
a) Nghiên cứu trong nước
Qua tìm hiểu về tình hình nghiên cứu trong việc ứng dụng mạng LoRa khá thấp,
cho thấy được việc ứng dụng vào công nghệ này chưa được quan tâm nhiều. Tuy nhiên,
hiện nay, việc ứng dụng mạng LoRa đang được xem xét, đầu tư vào các ứng dụng như
đọc chỉ số đồng hồ nước, quản lý bãi xe,… Đây là dấu hiệu khả quan trong việc nghiên
cứu mạng LoRa.

0909.232.620
3
0909.232.620
b) Nghiên cứu ngoài nước:
Hiện nay có nhiều cá nhân, công ty nghiên cứu phát hành sản phẩm LoRa một hay
nhiều kênh truyền dựa trên chipset của Semtech. Các công trình nghiên cứu:
 Đề tài “A DIY low-cost LoRa gateway”[1]
của Giáo sư Phạm Công Đức,
trường đại học Pau, Pháp sử dụng chip SX1276 của Semtech với gateway một
kênh truyền.
- Sản phẩm EMB-GW1301 của công ty Embit, Italy[2]
dựa trên chipset SX1301
của Semtech cho phép hoạt động nhiều kênh truyền trong cùng một khoảng
thời gian, cung cấp giải pháp cho công nghệ IoT.
- Các sản phẩm cảm biến không dây của công ty nke Wattec, Pháp với các sản
phẩm công nghệ LoRa như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, đo lượng
nước,..[3]
cho hoạt động hiệu quả và thời gian sử dụng pin tốt nhất.
- Module LoRaWan IXM-LPWA-800-16-K9 của Cisco[4]
cho các ứng dụng cần
công suất thấp, diện tích phủ rộng lớn như tracking vật thể, đo nước hay khí,
các tòa nhà thông minh, đèn đường, giám sát môi trường và nông nghiệp thông
minh.
1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
1.3.1. Mục tiêu của đề tài
Đề tài thực hiện thiết kế thiết bị giám sát các thông số môi trường như nhiệt độ, độ
ẩm, khí CO qua mạng LoRa. Thiết bị ngoại vi sẽ truyền tải thông tin về các thông số
môi trường về Server, qua đó hiển thị lên web và đồng thời cảnh báo khi có sự vượt mức
cảnh báo ngưỡng.
1.3.2. Nhiệm vụ của đề tài
Với các mục tiêu đề ra, luận văn được chia thành 4 nội dung:
 Nội dung 1: Tìm hiểu LoRa và các moudule, IC được sử dụng trong luận
văn.

0909.232.620
4
0909.232.620
 Nội dung 2: Giải thuật và phần cứng của Server và node
 Nội dung 3: Kết quả đạt được
 Nội dung 4: Kết quả, hướng phát triển và tài liệu tham khảo

0909.232.620
5
0909.232.620
Chương 2: LÝ THUYẾT
2.1. Cơ bản về mạng LoRa
2.1.1. Tổng quan về LoRa[5].
a) Giao thức LoRa
LoRa được định nghĩa là Long Range (khoảng cách xa), là một hệ thống giao tiếp
không dây khoảng cách xa, được phát triển bởi LoRa Alliance™ ( là thành viên của tổ
chức phi lợi nhuận, những người tin rằng kỷ nguyên IoT là bây giờ). Hệ thống này
nhằm mục đích tăng thời gian sử dụng pin của các thiết bị lâu hơn, nơi mà công suất
năng lượng là giữ vai trò quan trọng. LoRa có thể tham chiếu tới hai lớp riêng biệt: một
lớp vật lý sử dụng công nghệ điều chế mạng trải phổ Chirp (Chirp Spread Spectrum –
CSS) và hai là giao thức lớp MAC (LoRaWAN)[5]
.
Lớp vật lý LoRa, được phát triển bởi Semtech, cho khoảng cách xa, công suất thấp
và giao tiếp băng thông thấp. Hoạt động trên băng tần ISM 433-, 868- hoặc 915-MHz,
phụ thuộc vào từng khu vực triển khai. Khối lượng (gọi là payload ) của mỗi đợt truyền
tải có thể đạt từ 2-255 byte, tốc độ data có thể đạt tới 50 Kbps. Công nghệ điều chế là
một công nghệ độc quyền từ Semtech.
LoRaWAN cung cấp một cơ chế điều khiển truy cập, cho phép nhiều thiết bị cuối
kết nối tới gateway sử dụng điều chế LoRa. Trong khi việc điều chế LoRa là độc quyền,
LoRaWAN là một chuẩn mở được phát triển bởi LoRa Alliance.

0909.232.620
6
0909.232.620
Dưới dây là bảng đặc điểm của công nghệ không dây LoRa về khoảng cách, chuẩn
giao tiếp, công suất, lớp vật lý.
Đặc điểm kỹ thuật Định nghĩa
Khoảng cách 2-5 kilomet trong khu vực thành thị và 15 km trong vùng ngoại ô
Băng tần Băng tần ISM 433MHz, 868MHz và 915 MHz
Chuẩn giao tiếp IEEE 802.15.4g
Điều chế
Điều chế trải phổ được sử dụng xung dải băng tần FM. Tần số tăng hoặc
giảm trên thời gian nhất định được sử dụng để mã hóa dữ liệu khi được
gửi.
Công suất Một mạng Lora quản lý hàng ngàn node
Điện năng Sử dụng lâu
Lớp vật lí Quản lý tần số, công suất, điều chế, tín hiệu giữa các node và Gateway
Bảng 2. 1: Đặc điểm kỹ thuật của chuẩn giao tiếp LoRa

0909.232.620
7
0909.232.620
Range
Data Rate
NFC
Zigbee,
ZWave
Bluetooth
Low Energy
LoRa
GSM
CDMA
WIFI
Đối diện
(vài centimet)
Trong nhà
(Vài chục mét)
Trong thành phố
(Vài kilomet)
Hình 2. 1: Biểu đồ so sánh giữa LoRa và các chuẩn giao tiếp thông dụng[6]
b) Kiến trúc mạng LoRa
Một mạng LoRa đặc trưng cấu hình mạng sao, bao gồm ba loại thiết bị khác
nhau:

0909.232.620
8
0909.232.620
Hình 2. 2: Mô hình mạng LoRa
Kiến trúc cơ bản của mạng LoRaWAN: các thiết bị cuối giao tiếp với Gateway sử
dụng LoRa với LoRaWAN. Gateway chuyển các frame LoRaWAN từ thiết bị tới một
Server mạng, sau đó chuyển lên thiết bị có băng thông cao hơn, đặc trưng là Ethernet
hoặc 3G.
Có 3 lớp của các thiết bị cuối: lớp A (cho tất cả), lớp B (cho Beacon) và lớp C
(cho việc nghe liên tục).
c) Lớp vật lý LoRa
Điều chế LoRa là một công nghệ độc quyền của Semtech. Phần này phân tích và
đánh giá (phần độc quyền của LoRa) với mục đích hiểu rõ liệu rằng hiệu suất quảng cáo
của LoRa được quan sát trong thực tế.
c.1) Tổng quan về lớp vật lý
LoRa là điều chế trải phổ theo cường độ và pha (Chirp Spread Spectrum), sử
dụng cường độ và pha tần số với sự biến đổi tuyến tính của tần số theo thời gian để mã
hóa thông tin. Bởi vì sự tuyến tính của xung trải phổ, độ lêch tần số giữa các thiết bị thu
và phát tương ứng với độ lệch thời gian, dễ dàng bị loại bỏ trong giải mã. Điều này làm
cho việc miễn nhiễm việc điều chế do ảnh hưởng của hiệu ứng Doppler, tương ứng với
độ lệch tần số. Độ lệch tần số giữa thu và phát có thể đạt đến 20% băng thông mà
không ảnh hưởng hiệu suất mã hóa. Việc nhận LoRa có thể khóa tần số nhận được, cung
cấp độ nhạy lên tới -130 dBm.
Khi thời gian sống của ký tự LoRa dài hơn so với công nghệ trải phổ nhảy tần
Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS), các lỗi được tại bởi nhiễu có thể dễ dàng
được sửa thông qua việc sửa lỗi tiếp chuyển (Forward Error-correction Codes - FECs).
Nhanh hơn điều chế truyền thông chẳng hạn như FSK làm cho LoRa thích hợp với công
suất thấp và truyền tin với khoảng cách dài.

0909.232.620
9
0909.232.620
c.2) Thông số của lớp vật lý
Một vài thông số có sãn cho việc tùy biến trong việc điều chế LoRa như : băng
thông (BW), hệ số trải phổ (SF) và tỉ lệ mã hóa (CR). LoRa sử dụng một định nghĩa độc
đáo cho việc trải phổ như logarit, số lượng Chirp/symbol. Các thông số ảnh hưởng tới
tốc độ bit, làm giảm ảnh hưởng của nhiễu, và dễ dàng giải mã.
Băng thông là thông số quan trọng nhất trong việc điều chế LoRa. Một symbol
LoRa tạo ra 2SF
chirps, bao phủ toàn bộ băng thông tần số. Nó bắt đầu với một chuỗi
chirp được tăng lên. Khi tần số của băng thông đạt cực đại, tần số sẽ được bọc kín xung
quanh, việc tăng tần số được bắt đầu lại từ từ số nhỏ nhất. Hình 2.8 đưa ra ví dụ về việc
vận chuyển LoRa trong việc thay đổi tần số theo thời gian. Vị trí không liên tục trong
chuỗi tần số được mã hóa thông tin được chuyển đi. Có 2SF
trong một ký tự, một ký tự
có thể mã hóa SF(bits) một cách hiệu quả.
Fc kà tần số trung tâm của kênh truyền, và BW là băng thông
Hình 2. 3: Sự thay đổi tần số theo thời gian của mỗi tín hiệu mẫu được phát ra
bởi trạm phát LoRa.
Trong LoRa, tỉ lệ Chirp phụ thuộc vào băng thông: tệ lệ churp bằng với băng
thông ( một chirp/second/Hz băng thông). Một vài chuỗi trong điều chế: việc tăng hệ số
trải phổ sẽ chia khoảng cách tần số một chirp (bằng 2SF
chirp trên toàn bộ băng thông)
và thời gian sống của một symbol được nhân lên gấp đôi. Tuy nhiên, việc chia hai tỉ lệ
bit, khi nhiều bit hơn sẽ được vẫn chuyển trên mỗi symbol. Hơn thế nữa, tỉ lệ symbol và

0909.232.620
10
0909.232.620
tỉ lệ bit được cho bởi hệ số trải phổ tỉ lệ thuận với băng thông tần số, khi băng thông gấp
đôi sẽ gấp đôi tỉ lệ truyền được. Điều này được đưa ra vởi phương trình dưới đây, liên
hệ giữa thời gian sống của một symbol (Ts) với băng thông và hệ số trải phổ.
𝑇𝑠 =
2𝑆𝐹
𝐵𝑊
LoRa chứa mã hóa sửa lỗi. Code rate (CR) bằng 4/(4+n), với n € {1,2,3,4}.
Phương trình sau cho phép tính toán tỉ lệ bit (Rb).
𝑅𝑏 = 𝑆𝐹 𝑥
𝐵𝑊
2𝑆𝐹
𝑥 𝐶𝑅
Ví dụ, BW = 125 kHz, SF = 7, SR = 4/5 cho tốc độ bit Rb = 5.5 kbps
Các thông số cũng ảnh hưởng tới độ nhạy giải mã. Việc tăng băng thông làm cho
độ nhạy máy thu thấp hơn, trong khi đó tăng hệ số trải phổ sẽ tăng độ nhạy máy thu.
Giảm tốc độ mã hóa giúp giảm tỉ lệ lỗi packet khi có sự ảnh hưởng của nhiễu; ví dụ khi
packet nhận được với tốc độ mã hóa là 4/8 sẽ tăng khả năng chống nhiễu hơn so với tín
hiệu được vận chuyển với tốc độ mã hóa là 4/5. Bảng 2.4 lấy từ datasheet SX1276
SF
BW
7 8 9 10 11 12
125 kHz -123 -126 -129 -132 -133 -136
250 kHz -120 -123 -125 -128 -130 -133
500 kHz -116 -119 -122 -125 -128 -130
Bảng 2. 2: Độ nhạy máy thu của LoRa (theo dBm) khi băng thông và hệ
số trải phổ khác nhau.
c.3) Định dạng frame vật lý
Mặc dù điều chế LoRa có thể truyền frame bất kỳ, định dạng frame được xác định
và tiến hành theo thu và phát của Semtech. Băng thông và hệ số trải phổ là hằng số cho
một frame

0909.232.620
11
0909.232.620
Một frame được bắt đầu với một preamble. Preamble bắt đầu với một chuỗi hằng
số bắt đầu gọi là upchirps được trải trên toàn băng thông tần số. Hai upchirps cuối cùng
được giải mã ký tự đống bộ (gọi là Sync word). Sync word có giá trị 1 byte, thường để
phân biệt mạng LoRa khi sử dụng cùng một băng thông tần số. Một thiết bị được cấu
hình với một sync word dừng việc lắng nghe việc vận chuyển nếu sync word không phù
hợp với cấu hình. Sync word được đưa ra vởi 2.25 downchirps, có độ dài 2.25 symbols.
Sau preamble, có một header tùy chọn. Khi được bật header, header này được gửi
đi với tốc độ mã hóa là 4/8. Điều này chỉ ra rằng khối lượng của payload ( theo bytes), tỉ
lệ mã hóa được sử dụng cho cuối việc vận chuyển và liệu rằng có hay không 16 bit CRC
cho payload có được hiện diện cuối frame hay không. Kích thước của payload được lưu
trữ một byte, giới hạn kích thước của payload tới 255 ký tự. Header được tùy chọn để
cho phép được tắt trong tình huống liệu rằng có cần thiết hay không, ví dụ khi độ dài
payload, tỉ lệ mã hóa và CRC.
Preamble
Header
(optional)
Payload Payload CRC
(optional)
CR = 4/8 CR = 4/(4+n)
Hình 2. 4: Cấu trúc frame của LoRa
Sự liên hệ giữa spreading factor (SF), coding rate (CR) và băng thông tín hiệu
(BW), thời gian gửi dữ liệu trong không gian của packet LoRa có thể được tính toán như
dưới đây.
1
s
s
T
R


0909.232.620
12
0909.232.620
Thời hạn của packet LoRa là bằng tổng của chuỗi preamble và packet được gửi đi.
Độ dài của preamble được tính toán như sau:
r a r a
( 4.25)
p e mble p e mble sym
T n T
 
Trong đó npreamble là độ dài preamble của chương trình, được lấy từ thanh ghi
RegPreambleMsb và RegPreambleLsb. Thời gian của payload phụ thuộc vào chế độ
header được bật. Công thức dưới đây đưa ra số ký tự payload
d
(8 4S 28 16 R 20 )
8 max ( R 4),0
4(SF 2D )
payloa
PL F C C IH
n ceil C
E
 
 
   
  
 
 

 
 
Trong đó:
 PL là số bytes của Payload (1 tới 255)
 SF là spreading factor (6 tới 12)
 IH =0 khi header được bật, IH =1 khi không có header hiện diện
 DE =1 khi LowDataRateOptimize=1
 CR là coding rate (1 tương ứng với 4/5, 4 là 4/8)
Thời gian của Payload:
d d
payloa payloa s
T n T
 
Thời gian trong không khí bằng tổng thời gian của preamble và Payload
r a d
packet p e mble payloa
T T T
 
2.1.2. Giao thức LoRaWAN
Hệ thống LoRa chưa 3 phần chính:
 Thiết bị cuối (End-devices): các cảm biến/cơ cấu chấp hành được kết nối thông ra
giao tiếp LoRa tới một hoặc nhiều Gateway
 Lora Gateway: bộ tập trung dùng làm cầu nối từ các thiết bị cuối tới Servẻ, nó là
phần tử trung tâm của kiến trúc mạng.

0909.232.620
13
0909.232.620
 Lora NetServer: Server của mạng điều khiển toàn bộ hệ thống (quản lý tài
nguyên, kiểm soát truy cập, bảo mật,…)
Hình 2.10 mô tả các thiết bị cuối được kết nối thông giao tiếp LoRa tới Gateway,
và sau đó được kết nối tới Server thông qua mạng Internet.
Hình 2. 5: Tiêu biểu cho mạng hình sao.
Điểm khác biệt của mạng LoRa là việc hình dung 3 lớp của thiết bị cuối, lớp A
(cho tất cả), lớp B (cho Beacon) và lớp C (cho việc nghe liên tục)
 Lớp A được định nghĩa là chế độ ban đầu của mạng LoRa và phải đươc hỗ trợ bởi
các thiết bị LoRa. Trong mạng lớp A, việc gửi đi luôn luôn được bắt đầu bởi các thiết
bị cuối. Sau mỗi lần dữ liệu được gửi tới Gateway, thiết bị cuối sẽ mở 2 cửa sổ tiếp
nhận, chờ lệnh bất kỳ hay gói dữ liệu được trả về bởi Server. Lớp A mục đích chính
được hướng tới cho các ứng dụng giám sát, nơi các dữ liệu được sản suất bởi các
thiết bị cuối, sau đó được tập hợp bởi trạm điều khiển.
 Lớp B được giới thiệu dùng để uplink và downlink, được đồng bộ hóa với Server
bằng cách gửi gói dữ liệu broadcast bởi Gateway lớp B, và có thể nhận dữ liệu hoặc
gói lệnh trong những thời gian riêng biệt, cho dù . Lớp B được dử dụng cho các thiết
bị cuối cần nhận lệnh từ sự điều khiển từ xa chẳng hạn như chấp hành, bật tắt hay cần
cung cấp dữ liệu cho người sử dụng

0909.232.620
14
0909.232.620
 Cuối cùng, Lớp C được định định nghĩa thiết bị cuối không cần quá coi trọng về năng
lượng, nó có thể duy trì cửa sổ tiếp nhận luôn mở
2.2. Nguyên lý truyền và nhận dữ liệu trong mạng LoRa
Giao tiếp LoRa kết hợp của 3 loại giao tiếp số, thanh ghi tĩnh, thanh ghi trạng thái
và data buffer FIFO. Tất cả được kết nối thông qua giao tiếp SPI
2.2.1. Truyền dữ liệu
Khởi tạo trạng
thái Tx
Viết data vào
FIFO
Đưa vào mode
Tx
Có Tx mới?
Có Không
Vào chế độ
Stand-by
Chờ cho
cờ IRQ
TxDone
Chuyển qua
mode mới
Hình 2. 6: Mô tả nguyên lý truyền dữ liệu trong LoRa
- Các thanh ghi tĩnh có thể được truy cập ở chế độ Sleep, Standby hoặc FSTX
- FIFO LoRa chỉ có thể được điền trong chế độ Standby

0909.232.620
15
0909.232.620
- Việc vận chuyển dữ liệu được bắt đầu bằng gửi yêu cầu chế độ TX
- Chờ cho cờ ngắt TxDone , sau đo chuyển sang chế độ Standby
2.2.2. Nhận dữ liệu trong mạng LoRa
Khởi tạo trạng
thái Rx
Vào chế độ
Stand-by
Đưa vào mode
Rx
Chờ cờ
ngắt
Rx?
Cờ IRQ
Payload CRC
Error?
RxDone
Đọc data
Không
Chuyển qua
mode mới
Có
RxTimeout
Hình 2. 7: Mô tả nguyên lý nhận dữ liệu trong LoRa
Việc nhận dữ liệu trong mạng LoRa cờ CRC đóng vai trò quan trọng trong việc
xác định dữ liệu nhận được có đúng hay không, giúp khắc phục tình trạng chồng lấn hay
xung đột dữ liệu giữa hai hay nhiều thiết bị cùng lúc.

0909.232.620
16
0909.232.620
2.2.3. Cách kết nối giữa node và Server
Luận văn được xây dựng hai gói packet, một gói dữ liệu được gửi từ node tới
Server để gửi data thu thập được từ node và một gói được gửi ACK từ Server về node
để xác nhận đã nhận được data.
a) Cấu trúc gửi data tới Server
Cấu trúc gói packet (11 bytes) được ghi vào FIFO và gửi tới Server có cấu trúc
như sau:
Địa chỉ Server
(3 bytes)
Địa chỉ node
(1 byte)
Nhiệt độ
(2 bytes)
Độ ẩm
(2 bytes)
Khí CO
(2 bytes)
Lượng pin
(1 byte)
- Địa chỉ Server (chiếm 3 bytes dữ liệu): tạo ra tới 224
địa chỉ dữ liệu, giúp
hạn chế sai sót trên Server
- Địa chỉ node (chiếm 1 byte dữ liệu): Do có 3 thiết bị nên chỉ cần 1 byte là
đủ
- Nhiệt độ (chiếm 2 byte dữ liệu): 1 byte cho nhiệt độ nguyên, 1 byte cho
nhiệt độ phần thập phân
- Độ ẩm (chiếm 2 byte dữ liệu): 1 byte cho độ ẩm nguyên, 1 byte cho độ ẩm
phần thập phân.
- Khí CO (chiếm 2 byte dữ liệu): cũng giống như nhiệt độ và độ ẩm, 1 byte
cho phần nguyên dương, 1 byte cho phần thập phân.
- Lượng pin (chiếm 1 byte dữ liệu): Do pin đầy là 4.2V nên chỉ cần sử dụng
1 byte.
b) Cấu trúc gửi ACK từ Server về node
Địa chỉ node
(1 byte)
Địa chỉ Server
(3 bytes)
ACK
(1 bytes)
- Địa chỉ node (chiếm 1 byte): địa chỉ node gửi trả ACK
- Địa chỉ Server ( chiếm 3 bytes): Địa chỉ của Server
- Ack ( chiếm 1 byte): quy định bit ACK trả về.

0909.232.620
17
0909.232.620
2.3. Giới thiệu module, IC sử dụng trong luận văn
2.3.1. Module LoRa
Module LoRa của hãng HopeRF và XIAMEN sử dụng công nghệ điều chế LoRa,
module LoRa có thể đạt độ nhạy tới -148dBm.
a) b)
Hình 2. 8: Module LoRa RFM98 của HopeRF (a) và SX1278 của XIAMEN (b)
a) Thông số kỹ thuật
Tần số hoạt động 433MHz
Cách điều chế LoRa/FSK/GFSK/OOK
Công suất phát 20dBm
Độ nhạy thu -136dBm (LoRa, BW =125kHz, SF=12,CR=4/5)
Cường độ dòng phát 120mA (+20dBm)
Cường độ dòng ở Standby 0.2uA

0909.232.620
18
0909.232.620
Chuẩn giao tiếp SPI
Khoảng cách trao đổi Hơn 8000m @LoRa
Trở kháng anten 50 Ohm
Nhiệt độ hoạt động -20oC ~ 70oC
Nguồn cung cấp 1.8-3.7V
b) Thông số chân ra và chức năng
Hình 2. 9: Mô tả chân của module Lora SX1278
Số Tên Kiểu chân Mô tả chức năng
1 GND Power Ground
2 MISO Input Dữ liệu ra SPI
3 MOSI Output Dữ liệu vào SPI
4 SCK Input Dữ liệu clock SPI
5 NSS Input Chọn chip SPI

0909.232.620
19
0909.232.620
6 RESET Input/Output Reset
7 DIO5 Input/Output Digital In/Out, cấu hình bởi phần mềm
8 GND Power Ground
9 ANT - Tín hiệu RF input/Output
10 GND Power Ground
13 3.3V Power Nguồn cung cấp
Bảng 2. 3: Chức năng từng chân của module SX1278
2.3.2. Giới thiệu về Raspberry Pi[7]
Raspberry Pi là một máy tính đơn khối có kích thước nhỏ như chiếc thể ATM,
được phát triển bởi Quỹ Raspberry (nước Anh) với mục tiêu khuyến khích học tập khoa
học máy tính trong trường học.

0909.232.620
20
0909.232.620
Hình 2. 10: Raspberry Model B
Raspberry Pi được bắt đầu phát triển từ năm 2006, bản concept sớm nhất dựa trên
vi điều khiển AVR Atmel ATmega644. Ngày 16 tháng 6 năm 2012, những chiếc
Raspberry Pi đầu tiên được gửi đến tay người nhận. Đến ngày 22/5 hơn 20.000 chiếc đã
được bán ra. Ngày 16/7/2012, Quỹ Raspberry Pi thông báo có 4000 sản phẩm được
phân phối mỗi ngày và bắt đầu cho phép người dùng mua “máy tính nhỏ” này với số
lượng lớn. Trong vòng 3 năm kể từ khi được bán ra, đã có hơn 5 triệu chiếc Pi đã được
bán ra thị trường (theo số liệu thống kê của trang chủ Raspberry Pi).
Vậy điều gì làm nên thành công ngoài sức tưởng tượng của Raspberry Pi:
 Raspberry Pi có mức giá quá hấp dẫn: chỉ từ 25$ cho một chiếc bo mạch có thể
làm hầu như mọi ứng dụng hằng ngày như lướt web, lập trình, xem phim HD đến
những ý tưởng mà bạn không ngờ đến như điều khiển robot, nhà thông minh,..
Một điều quan trọng là nó tiết kiệm điện và khả năng chạy liên tục 24/24.
 Raspberry Pi chạy hệ điều hành Linux: 99% những thứ mà bạn có thể làm trên
máy tính đều có thể làm trên Window và quan trọng là tất cả đều miễn phí!
 Raspberry Pi có kích thước tí hon: chỉ tương đương như một chiếc thẻ ATM và
nặng chưa đầy 50 gram. Gắn với chiếc tivi, bạn có thể biến nó thành một thiết bị
giải trí thông minh trong phòng khách. Gắn với màn hình và bàn phím, chuột, bạn
có thể biến nó thành một chiếc máy tính đúng nghĩa. Nhỏ gọn và tiện lợi
 Cộng đồng Raspberry Pi phát triển rất nhanh trên thế giới: Hầu hết những thắc
mắc của bạn đều được giải đáp rất nhanh va còn hơn thế nữa: bạn có thể tìm thấy
hang ngàn dữ án đã thực hiện và vố số ý tưởng độc đáo.
Với những ưu điểm độc đáo trên, Raspberry đã vượt khỏi biên giới vủa trường học
và trở thành thiết bị ưa thích của rất nhiều người đam mê điện tử và lập trình. Sự thành
công của nó đã mở đã một bước phát triển mới cho tin học: đem máy tính và cảm hứng
lập trình đến gần mọi người hơn bao giờ hết
Raspbery Pi sử dụng chip Broadcom BCM2835 SoC (System on Chip) có chứa bộ
xử lý ARM1176JZF-S 700 Mhz (có thể ép xung lên 1Ghz), GPU Video Core IV, và bộ
nhớ RAM 256 sau nâng cấp lên 512MB. Nó không có ổ cứng hay SSD đi kèm mà sử
dụng thẻ SD để lưu trữ dữ và khởi động hệ điều hành.

0909.232.620
21
0909.232.620
2.3.3. Webserver
a) Khái niệm về Web Server.
Webserver là một máy tính được kết nối vào Internet và chạy các phần mềm được
thiết kế. Webserver có khả năng tiếp nhận yêu cầu từ các trình duyệt web và gửi phản
hồi đến máy khách những trang web thông qua môi trường mạng Internet qua giao thức
HTTP hoặc các giao thức khác. Webserver đóng vai trò là một chương trình xử lý các
nhiệm vụ xác định như xử lý dữ liệu, kiểm tra dữ liệu hợp lệ.
Web server hỗ trợ các công nghệ khác nhau , ví dụ như:
 IIS (Internet Information Service): Hỗ trợ một số tập tin như .asp, mở rộng hỗ
trợ PHP,…
 Apache: Hỗ trợ PHP
 Tomcat: Hỗ trợ JSP (Java Servlet Page).
Hình 2. 11: Mô tả về Web Server
Trong luận văn này sử dụng phần mềm Apache làm Web Server vì tính thông
dụng và miễn phí của nó.

0909.232.620
22
0909.232.620
b) Giới thiệu về LAMP
LAMP là chữ viết tắt thường được dùng để chỉ sự sử dụng các phần
mềm Linux, Apache, MySQL và ngôn ngữ văn lệnh PHP hay Perl hay Python để tạo
nên một môi trường máy chủ Web có khả năng chứa và phân phối các trang Web động.
Hình 2. 12: Mô tả về LAMP
LAMP là sự kết hợp của Linux + Apache + MySQL + PHP[8]
:
 Linux: là một hệ điều hành máy tính dựa trên Unix được phát triển và phân
phối qua mô hình tự do mã nguồn mở, chiếm tỉ lệ lớn trên các máy chủ. Trong
Raspberry Pi, được cài đặt hệ điều hành Raspbian, một hệ điều hành được dựa
trên nền tảng Linux được tối ưu hóa trên Pi.
 Apache: là phần mềm mã nguồn mở, miễn phí, và là phần mềm máy chủ web
phổ biến nhất trên mạng. Nó rất an toàn, nhanh chóng và đáng tin cậy. Chúng
ta có thể tùy chỉnh để Apache hỗ trợ các ngôn nhữ web khác nhau như PHP,
CGI / Perl, SSL, SSI, ePerl, và thậm chí ASP.
 MySQL: là hệ quản trị cơ sở dữ liệu nhanh nhất thế giới, là cơ sở dữ liệu nguồn
mở phổ biến nhất trên thế giới vì hiệu suất cao, độ tin cậy cao và dễ sử dụng.
MySQL chạy được trên hơn 20 nền tảng bao gồm cả Linux, Windows, Mac
OS, Solaris, IBM AIX, cho phép bạn linh hoạt kiểm soát hệ thống.

0909.232.620
23
0909.232.620
 PHP: là một ngôn ngữ kịch bản trên máy chủ (server-side scripting language).
Nó có khả năng nhúng vào ngôn ngữ HTML được xử lý rất nhanh, tương thích
với nhiều nền tảng hệ điều hành.
c) Tìm hiểu ngôn ngữ PHP
c.1) Khái niệm PHP
PHP là một ngôn ngữ lập trình được kết nối chặt chẽ với máy chủ, là một công
nghệ phía máy chủ (Server – Side) và không phụ thuộc vào môi trường (cross-platform).
Khi một trang Web muốn được dùng ngôn ngữ PHP thì phải đáp ứng được tất cả các
quá trình xử lý thông tin trong trang Web đó, sau đó đưa ra kết quả ngôn ngữ HTML.
PHP được sử dụng làm Web động vì nó nhanh, dễ dàng, tốt hơn so với các giải
pháp khác.
c.2) Hoạt động của PHP
Vì PHP là ngôn ngữ của máy chủ nên mã lệnh của PHP sẽ tập trung trên máy chủ
để phục vụ các trang Web theo yêu cầu của người dùng thông qua trình duyệt

0909.232.620
24
0909.232.620
Hình 2. 13: Mô tả hoạt động PHP
Khi người dùng truy cập Website viết bằng PHP, máy chủ đọc mã lệnh PHP và xử
lý chúng theo các hướng dẫn được mã hóa. Mã lệnh PHP yêu cầu máy chủ gửi một dữ
liệu thích hợp (mã lệnh HTML) đến trình duyệt Web. Khi trình duyệt truy cập vào một
trang PHP, Server sẽ đọc nội dung file PHP lên và lọc các đoạn mã PHP và thực thi các
đoạn mã đó, lấy kết quả nhận được của đoạn mã PHP thay thế vào chỗ ban đầu của
chúng trong file PHP, cuối cùng Server trả về kết quả cuối cùng.
c.3) Framework PHP
Framework là một bộ thư viện được tổ chức theo một mô hình sẵn và tích hợp
nhiều thư viện sẵn giúp lập trình viên tiết kiệm thời gian, đồng thời giải quyết vấn đề tạo
ra chuẩn chung cho các lập trình viên khi làm việc nhóm.
Những lợi ích khi sử dụng framework:
 Nâng cao tốc độ phát triển sản phẩm
 Cung cấp code được tổ chức tốt, có thể sử dụng lại và dễ dàng bảo trì

0909.232.620
25
0909.232.620
 Cho phép bạn phát triển theo thời gian khi các ứng dụng được mở rộng
 Giải phóng khỏi những lo ngại về bảo mật ở mức thấp
 Tuân theo mô hình MVC (Model-View-Controller) đảm bảo tách biệt giữa
phần trình diễn và phần logic nghiệp vụ.
 Thúc đẩy phương thức phát triển trang web hiện đại như các công cụ lập trình
hướng dối tượng.
Hiện nay có khá nhiều framework được xây dựng từ PHP như Zend, Laravel,
Symfony, Yii 2,… Mỗi framework có những điểm mạnh yếu khác nhau và tùy vào sở
thích nhu cầu để chọn làm dự án.
Laravel là framework phổ biến nhất mà các nhà phát triển sử dụng. Nhờ có một hệ
sinh thái lớn và nền tảng giúp triển khai ứng dụng một cách nhanh chóng, đơn giản và
hiệu quả. Trong luận văn này, Laravel được dùng làm framework để lập trình PHP vì
tính đơn giản và dễ lập trình của nó.
d) MySQL
d.1) Giới thiệu cơ sở dữ liệu:
MySQL là ứng dụng cơ sở dữ liệu mã nguồn mở phổ biến nhất hiện nay và được
sử dụng phối hợp với PHP.
MySQL là cơ sở dữ liệu hỗ trợ trên nhiều nền tảng, cho phép người sử dụng có thể
thao tác các hành động liên quan đến nó. Việc tích hợp công nghệ PHP và MySQL vào
Webserver là công việc cần thiết.
d.2) Mục đích sử dụng cơ sở dữ liệu
Mục đích sử dụng cơ sở dữ liệu bao gồm các chức năng như: lưu trữ, truy cập, tổ
chức và xử lý.
 Lưu trữ: Lưu trữ trên đĩa và có thể chuyển đổi dữ liệu từ cơ sở dữ liệu này sang cơ
sở dữ liệu khác.

0909.232.620
26
0909.232.620
 Truy cập: Truy cập dữ liệu phụ thuộc vào mục đích và yêu cầu của người sử dụng,
ở mức độ mang tính cục bộ, truy cập cơ sở dữ liệu ngay trong cơ sở dữ liệu với
nhau, nhằm trao đổi hay xử lý dữ liệu ngay bên trong chính nó.
 Tổ chức: Tổ chức cơ sở dữ liệu phụ thuộc vào mô hình cơ sở dữ liệu, phân tích và
thiết kế cơ sở dữ liệu tức là tổ chức cơ sở dữ liệu phụ thuộc vào đặc điểm của từng
ứng dụng.
 Xử lý: Tùy vào nhu cầu tính toán và truy vấn cơ sở dữ liệu với các mục đích khác
nhau, cần phải sử dụng các phát biểu truy vấn cùng các phép toán. Để thao tác hay
xử lý dữ liệu bên trong chính cơ sở dữ liêu.
d.3) Kết nối với database[9]
Để làm mọi thứ với database, kết nối phải được thiết lập đầu tiên. Hàm PHP cho
phép kết nối thông qua lệnh mysql_connect. Hàm này có 3 tham số. Ví dụ:
$host = “localhost”;
$user = “root”;
$pswd = “password”;
$link = mysql_connect($host, $user, $pswd);
Host gần như luôn luôn là localhost. Đây chính là server mà trang sẽ chạy trên đó.
User và pswd là username và password được yêu cầu để vào được host. Khi
mysql_connect được gọi, tài nguyên được tạo ra và được liên kết với biến $link.
Sau khi kết nối được thiết lập, database phải được chọn. Hàm mysql_select_db
cho phép lưa chọn database. Hàm này có 2 tham số, tham số thứ nhất là tên của database
được chọn, thứ 2 là liên kết tới server chứa database trong đó.
$db = “a_db”;
mysql_select_db($db, $link);
d.4) Thêm dữ liệu vào database
Một khi kết nối được thiết lập, thông tin có thể được thêm vào database. Để thêm
dữ liệu vào database rất đơn giản.

0909.232.620
27
0909.232.620
mysql_query(“INSERT INTO a_table (field1, field2) VALUES
(‘”.$_POST[‘field1’].”’, ‘”.$_POST[‘field2’].”’) “);
Code trên đơn giản thêm dữ liệu vào bảng database (a_table)
2.3.4. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm (DHT22/AM2302)
a) Tổng quan
AM2302 là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm có ngõ ra được hiệu chỉnh tín hiệu số. Nó
áp dụng công nghệ thu thập nhiệt độ và độ ẩm dữ liệu số, giúp cho việc đọc tín hiệu một
cách ổn định và hợp lý. Thành phần cảm biến trong AM2302 được kết nối với chip 8
bit.
Mỗi cảm biến đều được hiệu chỉnh và bù trừ nhiệt độ một cách chính xác và hệ số
hiệu chỉnh được lưu trong bộ nhớ OTP, khi cảm biến phát hiện, nó lấy hệ số từ bộ nhớ.
Kích thước nhỏ, công suất tiêu thụ thấp, khoảng cách truyền tin dài (100m) trên
AM2302 phù hợp với tất cả các loại ứng dụng khắc nghiệt nhất . Được đóng gói một
hàng đơn với bốn chân, làm cho việc kết nối rất thuận tiện.

0909.232.620
28
0909.232.620
b) Thông số kỹ thuật:
Model AM2302
Nguồn cung cấp 3.3-5.5V DC
Tín hiệu ngõ ra Tín hiệu số thông qua giao tiếp 1 dây
Thành phần cảm biến Tụ độ ẩm polime
Khoảng hoạt động Độ ẩm:0-100%RH ; Nhiệt độ:-40~80oC
Độ chính xác Độ ẩm:+-2%RH(Max :+-5%RH) ; Nhiệt độ:+-0.5oC
Độ phân giải hay độ nhạy Độ ẩm:0.1%RH ; Nhiệt độ:0.1oC
Lặp lại Độ ẩm:+-1%RH ; Nhiệt độ:+-0.2oC
Độ trễ độ ẩm +-0.3%RH
Ổn định +-0.5RH/năm
Thay thế Thay thế hoàn toàn
Bảng 2. 4: Thông số cảm biến AM2302
c) Kích thước và sơ đồ chân
c.1) Cách hoạt động.
Dữ liệu nhận được gồm 40 bit. Trong đó có 16 bit độ ẩm, 16 bit nhiệt đọ và 8 bit
checksum.
Khi MCU gửi tín hiệu bắt đầu đọc dữ liệu, AM2302 từ trạng thái standby sang
trạng thái running. Khi MCU kết thúc gửi tín hiệu bắt đầu, AM2302 sẽ gửi tín hiệu đáp
ứng gồm 40 bit để phản ánh nhiệt độ và độ ẩm tới MCU. Nếu không có tín hiệu từ
MCU, cảm biến sẽ không gửi tín hiệu đáp ứng tới MCU. Một tín hiệu bắt đầu sẽ cho
một dữ liệu đáp ứng từ cảm biến. AM2302 sẽ không thay đổi trang thái standby nếu nó
không nhận được tín hiệu bắt đầu từ MCU lần nữa.
Dưới đây là toàn bộ quá trình xử lý, toàn bộ quá trình mất khoảng 2 giây

0909.232.620
29
0909.232.620
Khi muốn giao tiếp giữa MCU và AM2302, MCU sẽ kéo đường data xuống thấp
và quá trình xử lý này mất ít nhiết từ 1-10ms để đảm bảo AM2302 có thể phát hiện tín
hiệu từ MCU và chờ khoảng 20-30us để AM2302 đáp ứng.
Khi AM2302 phát hiện tín hiệu bắt đầu, nó sẽ kéo đường bus xuống thấp khoảng
80us để coi đó là tín hiệu đáp ứng, sau đó sẽ kéo lên cao 80us để chuẩn bị gửi dữ liêu.
Khi AM2303 gửi dữ liệu tới MCU, mỗi bit được gửi sẽ được bắt đầu với mức thấp
khảng 50us, sau đó sẽ là mức cao, độ dài của mức cao sẽ quyết định bit đó là 0 hay 1.
Dữ liệu của AM2302 được mô tả như hình :

0909.232.620
30
0909.232.620
2.3.5. Cảm biến khí CO (MQ-7)
MQ7 là cảm biến bán dẫn, được làm từ SnO2, một vật liệu cảm biến có tính dẫn
thấp trong không khí sạch. Cảm biến MQ7 nhạy cảm với khi CO. Nó là cảm biến có chi
phí thấp, thích hợp cho các ứng dụng để phát hiện khí trong nhà, khu công nghiệp.

0909.232.620
31
0909.232.620
Hình 2. 14: Sơ đồ kết nối với cảm biến
Trong đó Rs là điện trở của cảm biến MQ7 khi có sự thay đổi môi trường
RL là điện trở được thêm vào
Ta có : Rs=RL*(5-Vout)/Vout (1)
Dựa vào bảng đặc điểm độ nhạy được cho bởi datasheet MQ-7,
Ta có: ppm (CO) = a*(Rs/Ro)^b
Sử dụng công cụ Excel, ta tính được hàm:
ppm = 86.358(Rs/Ro)-1.465

0909.232.620
32
0909.232.620
Tỉ số Rs/Ro được điều chỉnh phụ thuộc vào nhiệt độ vào độ ẩm tại môi trường
được đưa ra như hình trên. Để xác định phương trình toán học của hai đường cong, sử
dụng công cụ Excel để tính được[10]
:
Ta có :
 Rs/Ro@85%RH = -0.111*ln(temp) + 1.1686
 Rs/Ro@60.5%RH = -0.123*ln(temp) + 1.2831
 Rs/Ro@33%RH = -0.135*ln(temp) + 1.3975
Công thức chung :
Rs/Ro = a*ln(temp) + b (1)
A và b liên hệ tuyến tính theo độ ẩm với nhau:
Ta có:

0909.232.620
33
0909.232.620
0.33 0.88
A -0.135 -0.111
b 1.3975 1.1686
 A= 0.0436*RH-0.1494 (2)
B = -0.416 *RH+1.535
Kết hợp phương trình (1) và (2), ta được phương trình Rs/Ro theo nhiệt độ và độ
ẩm:
Rs/Ro = (0.0436*RH-0.1494) * ln(temp) +(-0.416 *RH+1.535)
*Tính hiệu chuẩn Ro:
Ví dụ tại điều kiện phòng bình thường: RH = 85%, nhiệt độ : 30o
C , CO = 30ppm
Điện trở Rs tính được là : Rs = 26.15k
Ta có công thức: ppm (CO) = 86.358(Rs/Ro)-1.465
 Ro = 10.25k
2.3.6. IC thời gian thực (PCF8583)
a) Giới thiệu tổng quát
PCF 8583 là IC thời gian thực và lịch, dựa trên công nghệ CMOS RAM tĩnh 2048
bit với 256 địa chỉ 8 bit của hãng Philip. Địa chỉ và data được truyền nối tiếp thông qua
chuẩn giao tiếp I2
C. Địa chỉ được tự động tăng sau mỗi lần đọc hoặc ghi data. Địa chỉ
chân A0 được sử dụng cho chương trình phần cứng, cho phép kết nối với 2 thiết bị mà
không cần thêm phần cứng
Được xây dựng mạch thạch anh 32.768 kHz và 8 bytes địa chỉ RAM được sử dụng
cho đồng hồ, lịch và hàm đếm. 8 bytes tiếp theo có thể được sử dụng cho thanh ghi báo
thức hoặc RAM trống. 240 bytes còn lại là RAM trống.

0909.232.620
34
0909.232.620
b) Đặc điểm
 Giao tiếp I2
C hoạt động trong khoảng điện áp từ 2.5V tới 6V
 Hoạt động clock trong khoảng điện áp từ 1V tới 6V tại 0o
C tới +70 o
C
 240 x 8 bit RAM điện áp thấp
 Điện áp duy trì data từ 1.0V tới 6.0V
 Dòng hoạt động: tối đa 50 µA
 Định dạng 24 hoặc 12 giờ
 Tự động tăng địa chỉ
 Hàm báo động, timer and ngắt
 Địa chỉ: A1h hoặc A3h cho việc đọc, A0h hoặc A2h cho việc ghi
c) Sơ đồ khối
Hình 2. 15: Sơ đồ khối của IC PCF8583

0909.232.620
35
0909.232.620
Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
PHẦN CỨNG
3.1. Mô hình luận văn.
Hình 3. 1: Tổng quan mô hình luận văn
Mô hình của luận văn gồm:
 Một trạm thu dữ liệu thu thập các thông số môi trường (gọi là Server) từ các
trạm con (node). Sau khi nhận dữ liệu từ các node, Server sẽ lưu dữ liệu vào
database (MySQL), khi có dữ liệu mới trong database, dữ liệu được xử lý để
hiển lên web, và sẽ phát tín hiệu cảnh báo vào email nếu dữ liệu nhận được từ
node quá ngưỡng được cài đặt ban đầu.
 Node dùng để thu thập các thông số môi trường từ các cảm biến nhiệt độ, độ
ẩm, khí CO trong một khoảng thời gian được cài đặt trước. Khi đúng thời
gian đã được đặt trước, IC thời gian thực sẽ phát tín hiệu để bật khối trung
tâm xử lý, thu thập dữ liệu gửi tới Server.
SPI
Gateway
Raspberry Pi
Webserver LoRa
Transceive
r
LoRa
Transceive
r
SPI
MCU
ATMEGA328
+Thời gian thực (PCF8583)
+Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm
(DHT22)
+Cảm biến khí CO (MQ7)
Server
Node

0909.232.620
36
0909.232.620
3.1.2. Trạm thu dữ liệu (Server)
a) Mô hình phần cứng.
Hình 3. 2: Cấu trúc phần cứng của trạm thu dữ liệu
Chức năng của từng khối của trạm thu dữ liệu:
 Khối điều khiển trung tâm: Dùng Raspberry Pi làm bộ điều khiển và xử lý dữ
liệu. Khối này có nhiệm vụ nhận các thông tin từ các trạm con, xử lý các thông
tin thu nhận được, qua đó lưu dữ liệu vào database, hiển thị lên web và thực hiện
các cảnh báo nếu quá ngưỡng được cài đặt trước.
 Khối nguồn 5VDC: Được cung cấp từ adapter chuyển đổi điện áp 220VAC sang
5VDC.
 Khối nguồn 3.3VDC: Được giảm áp từ khối nguồn 5V xuống 3.3V dùng IC
giảm thế cố định LM1117-3.3V. Dùng để cung cấp cho khối thu phát tín hiệu
LoRa.
 Khối thu phát tín hiệu LoRa: Dùng để thu phát tín hiệu qua mạng LoRa, tần số
433Mhz. Khối này dùng module GB1278-H, sử dụng giao tiếp SPI.
Điều khiển trung tâm
Raspberry Pi
Khối nguồn
5VDC
Khối nguồn
3.3VDC
LDO
Khối thu phát
tín hiệu LoRa
Khối bàn phím :
3 phím
Khối hiển thị:
LED

0909.232.620
37
0909.232.620
 Khối bàn phím: Dùng điều điều khiển khối điều khiển trung tâm, có chức năng tắt
nguồn, khởi động lại và..
 Khối hiển thị: dùng Led để hiển thị, hiển thị sự có nguồn và đèn tín hiệu trạng
thái của khối trung tâm.
b) Mạch từng khối của trạm thu dữ liệu
b.1) Khối xử lý trung tâm.
Do module LoRa sử dụng giao tiếp SPI, Raspberry hỗ trợ giao tiếp SPI trên các
chân 19 (MOSI – Master Out Slave In), 21(MISO – Master In Slave Out), 23 (SCK)và
chân 24,26 (CS – Chip Select).
Các chân của LED, nút nhấn được kết nối vào các GPIO của Raspberry Pi như
trong schematic.

0909.232.620
38
0909.232.620
b.2) Khối nguồn 3.3VDC
LM1117-3.3V là IC của hãng TI có sẵn các thế cố định 1.8V, 2.5V, 3.3V và 5V.
Với dòng ra lên tới 800mA, hiệu suất cao.
Sơ đồ cấu trúc của LM1117
Theo datasheet của hãng, tụ điện ngõ ra cực giúp duy trì sự ổn định. Tụ điện càng
lớn giúp làm tăng sự ổn định và đáp ứng.

0909.232.620
39
0909.232.620
b.3) Khối hiển thị và nút nhấn
LED được điều khiển trực tiếp qua GPIO của Raspeberry nên được kết nối tới
GPIO của Raspberry . LED1 được kết nối tới GPIO4 (pin 7), LED2 được kết nối với
GPIO3 (pin 5).
Nút nhấn được kết nối tới GPIO của Raspberry. Khi nút nhấn không được bấm,
GPIO luôn ở mức cao (3.3V). Khi nút nhấn được bấm, GPIO đó ở mức thấp (0V)
Led hiển thị: D
D
D
3.3 3.3 2
65
20
LE
LE
LE
V
R
I mA
 
   
Chọn D 68
LE
R  

0909.232.620
40
0909.232.620
b.4) Khối thu phát LoRa
Module LoRa theo chuẩn giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface):
 Các chân SCK, MISO, MOSI của LoRa (tương ứng với pin 4, 5, 6) được kết
nối chung tới chân SPI của Raspberry Pi.
 Chân SS (pin 7) dùng để chọn module giao tiếp nên sẽ kết nối vào 2 chân
GPIO của Raspberry Pi
 Ngoài ra Reset (Pin 10) sẽ được kết nối với GPIO dùng để Reset module LoRa
Dưới đây là bảng kết nối các chân module với Raspberry Pi
Khối phát LoRa Khối thu LoRa Raspberry Pi
SCK (pin 4) SCK (pin 4) GPIO11 (pin 23)
MISO (pin 5) MISO (pin 5) GPIO9 (pin 21)
MOSI (pin 6) MOSI (pin 6) GPIO10 (pin 19)
SS0 (pin 7) GPIO8 (pin 24)
SS1 (pin 7) GPIO7 (pin 26)
RESET_TX(pin 10) GPIO27 (pin 13)
RESET_RX(pin 10) GPIO17 (pin 11)
3.3V(pin 9) 3.3V(pin 9) 3.3V
GND (pin 8) GND (pin 8) GND

0909.232.620
41
0909.232.620
c) Sơ đồ hoàn chỉnh

0909.232.620
42
0909.232.620

0909.232.620
43
0909.232.620

0909.232.620
44
0909.232.620
3.1.3. Trạm con (Node)
a) Mô hình phần cứng.
Hình 3. 3: Mô hình phần cứng node
b) Mạch từng khối của trạm con
b.1) Khối nguồn
Khối giảm áp xuống 3.3V để cũng cấp cho khối thu phát LoRa
Điều khiển trung tâm
ATMEGA328
Khối nguồn 5VDC Khối nguồn 3.3VDC
LDO
Khối thu phát
tín hiệu LoRa
Khối bàn phím :
2 phím
Boost
Bật tắt nguồn
Thời gian thực
Khối cảm biến:
nhiệt độ, độ ẩm, CO
Pin

0909.232.620
45
0909.232.620
- Ngõ vào là nguồn pin 3.7V, tụ lọc nguồn C2 (10uF)
- Ngõ ra 3.3V, tụ lọc C3 (10uF), C4 (100nF) giúp cải thiện thời gian đáp ứng ngõ
ra.
- Chân Enable giúp bật tắt nguồn. Chân Enable được kết nối với vi điều khiển
thông qua chân digital (chân PD5 – pin 9).
Khối nguồn được boost từ nguồn pin lên 5V
Ta có: 4
5
(1 )
OUT REF
R
V V
R
  

0909.232.620
46
0909.232.620
Với 5
OUT
V V
 , 0.6
REF
V V

4
5
22
3
R
R
  Chọn 5 4
2.4 18
R k R k
  

0909.232.620
47
0909.232.620
Khối bật tắt nguồn phần cảm biến
Chận dùng để điều khiển MOSFET được kết nối với vi điều khiển qua chân
digital, chọn chân PD6 (pin 10).
Khi 5V_EN=0V thì MOSFET kênh N (U4A) tắt, MOSFET kênh P (U4B) tắt.
VOUT (5V_SW) = 0V.
Khi 5V_EN=5V thì MOSFET kênh N (U4A) dẫn, MOSFET kênh P (U4B) dẫn.
VOUT (5V_SW) = 5V.

0909.232.620
48
0909.232.620
b.2) Khối thời gian thực (PCF8583)
Vì IC PCF8583 giao tiếp với vi điều khiển theo chuẩn giao tiếp I2
C.
ATMEGA328 hỗ trợ giao tiếp này qua 2 chân PC4 (SDA) và chân PC5 (SCL).
Chân INT của IC sẽ báo hiệu khi thời gian báo thức được bật. Chân này được kết
nối với vi điều khiển, dùng để bật vi điều khiển. Do chân này dùng để bật vi điều khiển
nên sẽ nối vào chân ngắt tương ứng trên vi điều khiển. ATMEGA328 hỗ trợ 2 chân ngắt
PD2 (int.0) và chân PD3 (int.1) nên chọn một trong hai chân. Ở đây, được kết nối vào
chân interrupt 0 (PD2).
Mạch có sử dụng pin CR2302-3V dùng để cung cấp nguồn cho real time chạy
đúng thời gian khi đã tắt hết ngoại vi đi.

0909.232.620
49
0909.232.620
b.3) Khối cảm biến
Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm (DHT22): sử dụng chuẩn giao tiếp 1-Wire, được kết nối
với điện trở 10k (R7) lên nguồn. Do là giao tiếp số nên sẽ được kết nối với
ATMEGA328 vào chân digital. Chọn chân PD7 (do là chân giao tiếp digital)
Cảm biến khí CO – MQ7: khi môi trường thay đổi, cảm biến cũng thay đổi theo
giá trị điện áp. Vì vậy cần phải kết nối vào chân analog để đọc ADC. ATMEGA328 hỗ
trợ 8 chân analog (trong đó có 2 chân I2
C). Chọn chân ADC6 (pin 19).

0909.232.620
50
0909.232.620
b.4) Khối vi điều khiển, nút nhấn và debug
Mạch vi điều khiển được kết nối với thạch anh 16Mhz, kết nối với các cảm biến,
nút nhấn, LoRa và đọc trạng thái pin nguồn.
Nguồn pin được kết nối với chân đọc giá trị điện áp của nguồn pin, sử dụng ADC3
(pin 26) để đọc ADC.

0909.232.620
51
0909.232.620
Nút nhấn giúp reset (SW2) vi điều khiển khi cần thiết, được kích hoạt ở mức thấp
và được kết nối với chân Reset vi điều khiển.
Nút nhấn SW1 giúp bật vi điều khiển mà không cần phải chờ ngắt trên chân của
IC thời gian thực. Do chân interrupt 0 đã được sử dụng cho PCF8583 nên chỉ còn một
chân cho interrupt (pin 1).
Header giúp nạp bootloader (sử dụng MISO, MOSI, SCK, RESET của vi điều
khiển)và nap code cho vi điều khiển (sử dụng 2 chân UART và chân RESET).
b.5) Khối thu phát LoRa

0909.232.620
52
0909.232.620
Module LoRa (RFM98) giao tiếp với vi điều khiển thông qua các chân SPI. Kết nối các chân
MISO (LoRa) – MISO(vi điều khiển), MOSI (LoRa) – MOSI (vi điều khiển), SCK (LoRa) –
SCK (vi điều khiển), NSS (LoRa) – SS (vi điều khiển), chân Reset (LoRa) – PB1(pin 13 vi
điều khiển).

0909.232.620
53
0909.232.620
c) Sơ đồ hoàn chỉnh

0909.232.620
54
0909.232.620
Chương 4: GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH
4.1. Giải thuật khối trung tâm (Server)
4.1.1. Thu thập thông tin từ các node
Start
LoRa, LED
Configure
Kiểm tra dữ
liệu tới?
Không
Kiểm tra địa chỉ
gởi tới?
Có
Sai
Send ACK
Lưu dữ liệu
vào database
Đúng
Hiển thị LED
trạng thái hoạt
động

0909.232.620
55
0909.232.620
Hình 4. 1: Lưu đồ giải thuật khối trung tâm về nhận dữ liệu từ các node
a) Nguyên lý hoạt động
Khối trung tâm sẽ nhận data từ node, đồng thời hiển thị nháy led khi có packet
được truyền tới.
Server luôn kiểm tra xem có dữ liệu nào được gửi tới, khi có packet được gửi tới
Server sẽ kiểm tra xem có phải được gửi từ node tới trung tâm hay không? Nếu sai, sẽ
tiếp tục kiểm tra dữ liệu. Nếu đúng, sẽ tạo ra 2 thread song song, 1 thread dùng để send
ACK tới node vừa gửi data, 1 thread sẽ lưu dữ liệu vừa nhận được vào database. Sau khi
hoàn thành, server sẽ tiếp tục rơi vào trang thái chờ dữ liệu tiếp theo được gửi tới.
b) Giải quyết đụng độ, chồng lấn
Việc đụng độ giữa hai hay nhiều node cùng một lúc khó xảy ra, do trước khi gửi
dữ liệu tới Server, node đã thực hiện việc LBT (listen-before-talk) để kiểm tra xem liệu
có kênh truyền nào đang hoạt động hay không? (sẽ được đề cập phần 4.2.b ).
Khi đụng độ hay chồng lần dẫn tới sai dữ liệu, việc kiểm tra CRC là vô cùng quan
trọng ở bên phía Server, nếu Server kiểm tra CRC sai, việc tiếp nhận dữ liệu cũng như
gửi ACK về node không được diễn ra. Về bên phía node, khi không có ACK truyền về,
sẽ gửi lại data tới node.
c) Chương trình nhận và lưu dữ liệu trong Server:
pthread_t thread1;
pthread_t thread2;
wiringPiSetup();
setup_Lora();
while(true)
{
state = check_data(); //Kiểm tra có dữ liệu tới cũng như check CRC
if(state)
{
//Tạo 2 luồng xử lý song song để gửi ACK và lưu dữ liệu
pthread_create (&thread1, NULL,send_ACK, NULL);
pthread_create (&thread2, NULL, save_data, NULL);
//Chờ cho thread xử lý xong
pthread_join(thread2,NULL);
pthread_join(thread1,NULL);
}

0909.232.620
56
0909.232.620
}
4.1.2. Xử lý dữ liệu
Sau khi dữ liệu được lưu vào database, Server sẽ hiễn thị dữ liệu nhận được dưới
dạng biểu đồ, đồng thời kiểm tra xem dữ liệu nhận được từ node đó có vượt qua ngưỡng
đã được cài đặt ban đầu hay không? Nếu có vượt ngưỡng, Server sẽ gửi email tới mail
người dùng để cảnh báo.
Dữ liệu được
lưu trữ trong
MySQL
Hiển thị biểu đồ
theo dõi lên Web
Dữ liệu quá
ngưỡng được
set?
Send email
cảnh báo
Có
Không
Hình 4. 2: Lưu đồ giải thuật xử lý dữ liệu sau khi nhận được từ node
Việc xử lý các dữ liệu trong database trong việc cập nhật hiển thị cũng như gửi
các cảnh báo tới email được sử dụng PHP. PHP sẽ xử lý các thông tin và đưa kết quả tới
máy chủ (Apache).
Chương trình dùng để lọc dữ liệu 1 tuần lên biểu đồ:
/*Chương trình sau tính toán 7 ngày trong tuần từ thứ 2 đến chủ nhật*/

0909.232.620
57
0909.232.620
$now = Carbon::now()->subDay();
$monday = $now->subDays($now->dayOfWeek - 1);
$nextMonday = $monday->copy()->addDays(7);
$results = new Collection(app('db')->select("select * from {$chart} where
date >= '{$monday->toDateString()}' and date < '{$nextMonday-
>toDateString()}'"));
/*Chương trình sau hiển thị dữ liệu lên web*/
<script>
var ctx = document.getElementById("chartjs");
var myChart = new Chart(ctx, {type: 'line',
data: {
labels: labels,
datasets: [
{
label: "Node 1",
fill: false,
lineTension: 0.1,
backgroundColor: "rgba(255,0, 0,0.4)",
borderColor: "rgba(255,0, 0,1)",
borderCapStyle: 'butt',
borderDash: [],
borderDashOffset: 0.0,
borderJoinStyle: 'miter',
pointBorderColor: "rgba(255,0, 0,1)",
pointBackgroundColor: "#fff",
pointBorderWidth: 1,
pointHoverRadius: 5,
pointHoverBackgroundColor: "rgba(255,0, 0,1)",
pointHoverBorderColor: "rgba(220,220,220,1)",
pointHoverBorderWidth: 2,
pointRadius: 1,
pointHitRadius: 10,
data: node1,
spanGaps: false
}
]
}
});
var update = function() {
$.get(window.location.href, function(data) {
myChart.data.labels = data.keys;
myChart.data.datasets[0].data = data.results[1];
document.querySelector("#node1-message").innerHTML = "Node 1: " +
data.messages[0];
myChart.update();
});
};
update();
setInterval(update, 5000)
</script>

0909.232.620
58
0909.232.620
4.2. Giải thuật khối node
Start
Kiểm tra có ngắt
ngoài không?
Sleep
Không
Thu thập dữ liệu từ
các cảm biến, cài đặt
thời gian gửi lần tiếp
theo
Có
Bật module LoRa;
Counter=1;
Kiểm tra đường
truyền có bận?
Delay một
khoảng thời
gian random
Có
Gửi dữ liệu;
Counter++;
Không
Chờ nhận ACK
trong 5s?
Tắt hết
các ngoại
vi
Có
Counter=3?
Không
Sai
Đúng
Hình 4. 3: Lưu đồ giải thuật phía node
a) Nguyên lý hoạt động
Node rơi vào trạng thái ngủ, tắt hết các ngoại vi để chờ tín hiệu ngắt ngoài do IC
thời gian thực PCF8583 đánh thức bằng việc bật chân ngắt ngoài lên 1.

0909.232.620
59
0909.232.620
Khi có tín hiệu báo thức từ IC thời gian thực, Node sẽ thực hiện đo nhiệt độ, độ
ẩm từ cảm biến DHT22, và đo lượng khí CO với cảm biến MQ-7, cũng như lượng pin
còn lại. Sau khi có đầy đủ data, node sẽ bật module LoRa RFM98, sau đó gửi dữ liệu,
nếu trong 5 giây sau khi gửi dữ liệu mà không có tín hiệu ACK từ Server gửi về, Node
sẽ tự động gửi lại.
Khi gửi thành công hoặc quá 3 lần gửi, node sẽ rơi vào trạng thái Power Down, và
chờ lần bật dậy kế tiếp của PCF8583.
b) Lắng nghe trước khi gửi LBT (listen-before-talk)
Để tránh quá trình xung đột hay va chạm với các tín hiệu gửi cùng lúc về Server.
Trước khi gửi đi, node sẽ kiểm tra xem hiện giờ đang có kênh truyền nào đang hoạt
động dựa vào chức năng CAD mode (CAD - Channel Activity Detection). Kỹ thuật này
gọi là Listen-Before-Talk (lắng nghe trước khi gửi).
Khi có kênh truyền đang hoạt động, Node sẽ delay một khoảng thời gian, sau đó
tiếp tục kiểm tra.
c) Chương trình chính phía node
void wakeUp1()
{
}
void wakeUp2()
{
}
//End wake up
void setup()
{
//Set input for interupt to wake up
pinMode(2, INPUT);
pinMode(3, INPUT);
pinMode(8, OUTPUT);
pinMode(5, OUTPUT);
}
void loop(void)
{
attachInterrupt(0,wakeUp1,LOW);

0909.232.620
60
0909.232.620
attachInterrupt(1,wakeUp2,HIGH);
// Enter power down state with ADC and BOD module disabled.
// Wake up when wake up pin is low.
LowPower.powerDown(SLEEP_FOREVER, ADC_OFF, BOD_OFF);
// Disable external pin interrupt on wake up pin.
detachInterrupt(0);
detachInterrupt(1);
pinMode(6, OUTPUT); //5V ON
digitalWrite(6, HIGH);
//set up time to wake up after 3 hours
wake_up_time();
//Read temperature and humidity
DHT22.DHT22_read();
delay(30000); //Wait 30 seconds to preheat MQ-7
int i;
double ppm[10];
average_CO = 0;
for (i=0;i<10;i++)
{
ppm[i] = MQ7.mq7_getppm(DHT22.humidity/1000,DHT22.temperature/10);
Serial.println(ppm[i]);
average_CO += ppm[i];
delay(100);
}
average_CO = average_CO/10;
//Read battery level
battery_level = ((double)analogRead(A3)/1023)*5;
//Turn off 5VDC
digitalWrite(6, LOW);
LORA_setup(); //Send data to Server
//Turn off 3.3V
digitalWrite(5, LOW);
}

0909.232.620
61
0909.232.620
Quá trình đọc cảm biến
Start
Gửi tín hiệu
tới cảm biến
Chờ cảm biến
hồi đáp?
Không
Đọc 40 bit dữ
liệu từ cảm biến
Có
Checksum dữ
liệu
Cập nhật giá trị
nhiệt độ, độ ẩm
Đúng
End
Sai
Start
Chờ một
khoảng thời
gian để
preheat
Đọc giá trị ADC
End
a)
a) b)
Hình 4. 4: a) Đọc cảm biến nhiệt độ-độ ẩm (DHT22)
b) Đọc cảm biến khí CO (MQ-7)

0909.232.620
62
0909.232.620
Dưới đây là chương trình đọc cảm biến DHT22
//Send start signal to DHT22
pinMode(DHT22_pin,OUTPUT);
digitalWrite(DHT22_pin,LOW);
delayMicroseconds(600);
digitalWrite(DHT22_pin,HIGH);
pinMode(DHT22_pin,INPUT);
//Wait for low to receive data
while(digitalRead(DHT22_pin)) ;
for(i=0;i<5;i++)
{
for (j=0;j<8;j++)
{
while(digitalRead(DHT22_pin)); //Wait to pin 0
while(!digitalRead(DHT22_pin));
if(digitalRead(DHT22_pin))
{
bits[i] |= (1<<(7-j));
}
}
}
//Excuse data
checksum = bits[0] + bits[1] + bits[2] + bits[3];
if (checksum != bits[4])
{
return 1; //Fail
}
//These bits are always zero, masking them reduces errors
bits[0] &= 0x03;
bits[2] &= 0x83;
//Convert
humidity = bits[0]*256 + bits[1];
temperature = (bits[2]&0x7f)*256 + bits[3];
if(bits[2] & 0x80)
{
temperature = - temperature;
}
Dưới đây là chương trình đọc cảm biến MQ-7:
double ADC_read,mq7_RsRo,mq7_RsRo_Scale,mq7_Ro;
ADC_read = analogRead(MQ7_pin); //Read ADC from pin A0
mq7_RsRo = ((1023/ADC_read -1)*10)/mq7_Ro;
//Scaling Rs

0909.232.620
63
0909.232.620
mq7_RsRo_Scale = (0.0436*humidity-0.1494)*log(temperature) + (-
0.416*humidity +1.535);
mq7_RsRo = mq7_RsRo*mq7_RsRo_Scale;
return (double)mq7_scalingfator*pow((double)mq7_RsRo,mq7_exponent);

0909.232.620
64
0909.232.620
Chương 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN
5.1. Kết quả thi công phần cứng
5.1.1. Kết quả thực hiện
a) Trạm Server

0909.232.620
65
0909.232.620
b) Node
5.1.2. Đánh giá kết quả.
a) Server
Phần cứng hoạt động tốt, nguồn ra ổn định giúp cung cấp nguồn cho module
LoRa.
Ngoài ta, có thể kết nối với Wifi, Ethernet. Giúp người dùng có thể truy cập bất kỳ
đâu
b) Node
- Mạch boost nguồn pin lên 5V đạt được mức yêu cầu, mạch power switching 5V
và mạch bật tắt nguồn 3.3V hoạt động tốt.
- Mạch thời gian thực chạy đúng thời gian, tiến trình ngắt diễn ra khi có sự kiện
ngắt. Khi nguồn bị tắ hết các thiết bị ngoại vi, mạch thời gian thực vẫn chạy do có
nguồn pin 3V.
- Mạch đọc các cảm biến tốt.

0909.232.620
66
0909.232.620
5.2. Kết quả thi công phần mềm
5.2.1. Hiển thị và cảnh báo
a) Hiển thị biểu đồ
Biểu thị thể hiện lượng pin còn lại theo thời gian
Biểu đồ thể hiện nhiệt độ theo thời gian

0909.232.620
67
0909.232.620
Biểu đồ thể hiện khí CO trong không khí
Biểu đồ hiển thị độ ẩm

0909.232.620
68
0909.232.620
b) Cảnh báo
Khi một trong các thông số quá ngưỡng được cài đặt. Server sẽ gửi email vào
email đã được cài đặt trong database.
Cảnh báo khi vượt ngưỡng
5.2.2. Đánh giá hoạt động
Thời gian đáp ứng nhanh khi có data từ node tới. Hiển thị lên giao diện web tốt,
đồng bộ dữ liệu với database.
Cảnh báo dữ liệu đáp ứng nhanh khi có tình trạng quá ngưỡng.
5.3. Đánh giá kết quả hoạt động chung
Sau một thời gian kiểm tra hoạt động giữa Server và node, kết quả như sau:
- Node được báo thức nhờ IC thời gian thực chính xác với thời gian định trước, sai
số thấp.
- Nhiệt độ, độ ẩm đọc từ cảm biến DHT22 chính xác.
- Khí CO đọc từ cảm biến MQ-7 chưa ổn định.
- Server ghi nhận data nhanh, chính xác, hiển thị biểu đồ sau 5s cập nhật, cũng như
cảnh báo dữ liệu vào email ổn định

0909.232.620
69
0909.232.620
- Khoảng cách truyền từ Node tới Server thấp hơn so với lý thuyết (trong vòng bán
kính 450m thành thị)
Hình 5. 1: Khoảng cách truyền nhận tối đa giữa node và Server thực tế
Tuy nhiên, mô hình giữa node và server chưa phải là mô hình chuẩn vì những lý
do sau đây:
- Chỉ làm việc với lớp vật lý, chưa tạo được lớp mạng giúp node bất kỳ có thể truy
cập vào khi có sự cố hư hỏng hay thay thế nhanh chóng.
- Server chỉ làm việc với một tần số thu phát cố định. Vì vậy, chưa cho phép nhiều
thiết bị được gửi cùng lúc.

0909.232.620
70
0909.232.620
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
6.1. Kết luận
Từ những yêu cầu đặt ra ở phần đầu luận văn, sau đây là những ưu điểm và nhược
điểm những gì đã làm được.
Ưu điểm:
- Hoàn thành mạch thiết kế mạch server và mạch node
- Nhiệt độ và độ ẩm đo được khá chính xác
- Thời gian gửi dữ liệu từ node tới Server chính xác
Nhược điểm:
- Cảm biến khí CO hoạt động còn chưa chính xác do phải đốt nóng lâu
- Chỉ nhận được một chiều từ node tới server, chưa được từ server tới node.
- Chưa thiết lập được lớp mạng.
6.2. Hướng phát triển
- Điều khiển từ server, dùng giám sát và điều khiển các thiết bị ngoại vi như relay, máy
bơm nước, quạt
- Sử dụng vi điều khiển công suất thấp hơn, giúp cải thiện hiệu suất năng lượng sử dụng
dài ngày hơn.
- Xây dựng lớp mạng theo chuẩn LoRaWan cho thiết bị bên ngoài cho thể truy cập vào
mạng.

0909.232.620
71
0909.232.620
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] “A DIY low-cost LoRa gateway” - C. Pham, LIUPPA laboratory, University of Pau,
France.
[2] The LoRaWAN™ EMB - http://www.embit.eu/lorawanemb-gw1301/
[3] LoRa Products - http://www.nke-watteco.com/gamme/lora-range/
[4] Cisco Interface Module for LoRaWAN - http://www.cisco.com
[5] Dongkyun Kim, “A Study of LoRa: Long Range & Low Power Networks for the
Internet of Things”, 2016
[6] “The Internet of Things LoRaWAN”- Nate Argetsinger, Rohan Paul, David Hodgson-
http://slideplayer.com
[7] Hướng dẫn cài đặt Hệ điều hành cho Raspberry Pi - http://codientu.org/
[8] Introduction to LAMP technology - http://www.ibm.com/
[9] MySQL Tutorial– https://www.tutorialspoint.com
[10] “RESEARCH ON TEMPERATURE AND HUMIDITY COMPENSATION
OF SENSOR MEASURED VALUES MQ-7”, 2015
Và cùng một số tài liệu trong datasheet SX1276/77/78/79, MQ7, DHT22, PCF8583.

Hệ thống giám sát qua mạng lora.docx

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Hệ thống giám sát qua mạng lora.docx

Similar to Hệ thống giám sát qua mạng lora.docx (20)

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Hệ thống giám sát qua mạng lora.docx