Luận Văn Ghép nối đầu đo áp suất cho nút mạng cảm nhận không dây với phần mềm nhúng

MỞ ĐẦU

Trong số các ngành công nghiệp khác nhau các cảm biến áp suất được ứng dụng nhiều nhất trong nhiều lĩnh vực. Đó là vì trong các thiết bị cung cấp năng lượng thuỷ lực, nhiệt, hạt nhân cần phải đo và theo dõi áp suất một cách liên tục. Nếu áp suất vượt ngưỡng cho phép sẽ gây nhiều hậu quả nghiêm trọng đến cơ sở vật chất và tính mạng con người. Chính vì vậy, cảm biến áp suất là rất quan trọng trong đời sống.
Trong y tế cũng có rất nhiều ứng dụng của cảm biến áp suất như dùng để đo huyết áp, nhịp tim và đo nồng độ máu từ xa.
Trong khoá luận này chúng ta sẽ khảo sát một số đặc tính của một cảm biến áp suất dùng để đo độ sâu của nước. Đây là loại cảm biến có rất nhiều ứng dụng và ý nghĩa trong khoa học cũng như trong thực tế, chúng có thể dùng để đo liên tục suốt ngày đêm và trong tự động hoá thì ngày càng có lợi. Đặc biệt ứng dụng trong theo dõi diễn biến môi trường, thời tiết, ứng dụng trong thu thập thông tin và cảnh báo, thì việc theo dõi được một cách liên tục sẽ rất có lợi, phục vụ đắc lực cho con người.

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngày nay có rất nhiều loại đầu đo áp suất ra đời với những ưu thế vượt trội, ngày càng đáp ứng nhu cầu sử dụng của đời sống. Các loại đầu đo này đạt được độ chính xác càng cao càng tốt, cỡ centimet (cm), decimet (dm), thậm chí lên đến hang chục centimet, và chúng có độ tuyến tính trên một dải rộng.

Để thu thập và xử lý các thông tin từ đầu đo áp suất thì cần phải kết nối đầu đo với một số thiết bị khác có thể truyền/nhận, xử lý, tính toán các dữ liệu thông tin đó để phục vụ cho những mục đích khác nhau của con người. Một trong các thiết bị đó là mạng cảm nhận không dây (Wireless Sensor Network, viết tắt là WSN).
Một đặc điểm nổi bật của mạng cảm nhận không dây là sự kết hợp việc cảm nhận, tính toán và truyền thông vào một thiết bị nhỏ. Thông qua mạng hình lưới, những thiết bị này tạo ra một sự kết nối rộng lớn trong thế giới vật lý. Trong khi khả năng của từng thiết bị là rất nhỏ, sự kết hợp hang trăm thiết bị như vậy yêu cầu phải có công nghệ mới.
Thế mạnh của WSN là khả năng triển khai một số lượng lớn các thiết bị nhỏ có thể tự thiết lập cấu hình hệ thống. Sử dụng những thiết bị này để theo dõi theo thời gian thực, để giám sát điều kiện môi trường, để theo dõi cấu trúc hoặc hình dạng thiết bị.

Hầu hết những ứng dụng của WSN là giám sát môi trường từ xa với tần số lấy dữ liệu thấp.Chẳng hạn, có thể dễ dàng giám sát sự rò rỉ của một nhà máy hóa chất bời hang trăm cảm biến tự động kết nối thành hệ thống mạng không dây để ngay lập tức phát hiện và thông báo có sự rò rỉ. Không giống những hệ thống có dây truyền thống, chi phí triển khai cho WSN được giảm thiểu. Thay vì hang ngàn mét dây dẫn thông qua các ống dẫn bảo vệ, người lắp đặt chỉ việc đơn giản là đặt thiết bị nhỏ gọn vào nơi cần thiết. Mạng có thể được mở rộng chỉ bằng cách đơn giản là thêm các thiết bị, không cần các thao tác phức tạp như trong hệ thống mạng có dây. Hệ thống cũng có khả năng hoạt động trong vài năm chỉ với một nguồn pin duy nhất.

Nhìn chung, khi nói đến mạng không dây thì người ta thương sẽ nghĩ đến các thiết bị di động, PDA hay laptop. Đó là những thiết bị có giá thành cao, được ứng dụng theo một mục đích cho trước, và dựa trên cơ sở hạ tầng đã có sẵn. Ngược lại, mạng cảm nhận không dây lại sử dụng các thiết bị nhúng nhỏ, giá thành thấp cho các ứng dụng đa dạng và không dựa trên bất kì cơ sở hạ tầng nào đã sẵn có từ trước. Không giống các thiết bị không dây truyền thống, các nút mạng WSN không cần truyền trực tiếp tới trạm gốc, mà chỉ cần truyền tới mạng gần nó, rồi lần lượt truyền vể trạm gốc theo dạng truyền thông multihop.
Một thách thức cơ bản của WSN là đưa các ràng buộc khắt khe vào chỉ trong một thiết bị đơn lẻ. Rất nhiều ràng buộc đối với các thiết bị được triển khai với số lượng lớn cần có kích thước nhỏ và giá thành thấp. Kích thước giảm là điều chủ yếu dẫn đến giá thành giảm cũng như khả năng cho phép được sử dụng trong một dải rộng các ứng dụng.

Một khó khăn lớn của WSN là năng lượng tiêu thụ. Kích thước vật lý giảm thì cũng làm giảm năng lượng tiêu thụ, các ràng buộc về năng lượng sẽ tạo nên những giới hạn tính toán.
Bản luận văn “Ghép nối đầu đo áp suất cho nút mạng cảm nhận không dây với phần mềm nhúng” sẽ giới thiệu về một loại vi cảm biến thuộc công nghệ MEMS là đầu đo áp suất - mức nước, khảo sát một số đặc trưng của đầu đo như độ nhạy, độ tuyến tính, khả năng làm việc Đồng thời bản luận văn này cũng khái quát hoá về mạng cảm nhận không dây WSN và xây dựng một thử nghiệm mạng cảm nhận không dây dùng vi điều khiển CC1010 của hãng Chipcon – Nauy.

Bản luận văn gồm 3 chương nội dung, phần mở đầu, phần kết luận, phần phụ lục và tài liệu tham khảo.

Chương 1: Đầu đo áp suất - mức nước sẽ tổng quát về đầu đo, các đặc trưng cơ bản của cảm biến, đưa ra các phương pháp đo áp suất cùng các đặc trưng chính của đầu đo.

Chương 2: Ghép nối đầu đo với nút mạng cảm nhận không dây. Chương này sẽ giới thiệu qua về mạng cảm nhận không dây và nút mạng cơ sở dùng vi điều khiển CC1010, đồng thời chỉ ra phương thức kết nối giữa đầu đo và nút mạng.

Chương 3: Chương trình nhúng truyền/ nhận thông qua nút mạng cơ sở. Chương này giới thiệu về phần mềm nhúng, các bước xây dựng một phần mềm nhúng và chương trình nhúng cụ thể dùng để ghép nối đầu đo cảm biến cho nút mạng không dây cơ sở.