SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐỘ NGHIÊNG SỬ DỤNG WIFI MESH
Hình 1. Hệ thống đọc dữ liệu cảm biến MPU6050 lên Web Server
Hệ thống giám sát độ nghiêng ứng dụng Wifi Mesh bao gồm: khối truyền dữ liệu và khối nhận dữ liệu được thể hiện như trên Hình 1.
Khối truyền dữ liệu
Khối truyền dữ liệu gồm có module cảm biến MPU6050 và module ESP32 WROOM. Module cảm biến MPU6050 đọc dữ liệu về độ nghiêng của thiết bị nói chung, thiết bị bay nói riêng trong không gian ba chiều X, Y, Z. Sau khi nhận dạng dữ liệu về độ nghiêng trong không gian của thiết bị, nó phân tích và chuyển đổi sang tín hiệu số. Tín hiệu số đã được xử lý gửi sang module ESP32 WROOM thông qua giao tiếp I2C. Trong khi đó, vai trò của module ESP32 WROOM là nhận dữ liệu từ cảm biến MPU6050.
Giới thiệu chip MPU6050
Chip MPU6050 là một chip cảm biến do hãng InvenSense (Mỹ) chế tạo. Chip cảm biến này sử dụng công nghệ độc quyền MotionFusion của InvenSense có thể chạy trên các thiết bị di động, tay điều khiển thiết bị bay,… Chip MPU6050 là một trong những giải pháp cảm biến chuyển động đầu tiên trên thế giới có tới 6 trục, có thể mở rộng tới 9 trục, cảm biến tích hợp trong một chip duy nhất. Chip cảm biến MPU6050 giao tiếp với chip ESP32 WROOM thông qua I2C với tốc độ tối đa 400kHz. Chip MPU6050 cũng có sẵn trong một gói SPI làm cho tốc độ giao tiếp lên tới 10Mbs.
Hình 2. Cấu tạo IC MPU6050
Ngoài ra, chip MPU6050 còn có một đơn vị tăng tốc phần cứng chuyên xử lý tín hiệu (Digital Motion Processor - DSP) do cảm biến thu thập và thực hiện các tính toán cần thiết. Điều này giúp giảm bớt đáng kể phần xử lý tính toán của vi điều khiển, cải thiện tốc độ xử lý và cho ra phản hồi nhanh hơn. Đây chính là một điểm khác biệt của chip MPU6050 so với các cảm biến gia tốc và con quay hồi chuyển khác. Chip MPU6050 có thể kết hợp với cảm biến từ trường (bên ngoài) để tạo thành bộ cảm biến 9 góc đầy đủ thông qua giao tiếp I2C.
Bên trong của chip MPU6050 sử dụng bộ chuyển đổi tương tự - số (Analog to Digital Converter - ADC)
16 bit cho ra kết quả chi tiết về góc quay, tọa độ với 16 bit có 65536 giá trị cho một cảm biến. Chip MPU6050 có sẵn bộ đệm dữ liệu 1024 byte cho phép vi điều khiển phát lệnh cho cảm biến và nhận về dữ liệu sau khi chip MPU6050 tính toán xong.
Giới thiệu chip ESP32-WROOM
ESP32-WROOM là một chip với nhiều tính năng cải tiến hơn các dòng chip ESP8266, bên cạnh Wifi Mesh, nó được hỗ trợ thêm các tính năng Bluetooth và Bluetooth Low Energy (BLE). Sử dụng chip ESP32- WROOM với 2 CPU có thể được điều khiển độc lập với tần số xung clock lên đến 240 MHz.
Ngoài ra, chip ESP32-WROOM hỗ trợ các chuẩn giao tiếp SPI, UART, I2C và I2S và có khả năng kết nối với nhiều ngoại vi như các cảm biến, các bộ khuếch đại, thẻ nhớ (SD card),… Đặc biệt ở chế độ chờ (sleep) dòng điện hoạt động là 5 µA nên thích hợp cho các ứng dụng dùng pin như các thiết bị điện tử đeo tay. Bên cạnh đó chip ESP32-WROOM còn hỗ trợ cập nhật firmware từ xa (OTA), do đó người dùng vẫn có thể cập nhật những phiên bản mới. Chip ESP32- WROOM được dùng nhiều trong các ứng dụng thu thập dữ liệu và điều khiển thiết bị qua Wifi, Bluetooth. Chip ESP32-WROOM sử dụng cho các ứng dụng tiết kiệm năng lượng, điều khiển mạng lưới cảm biến, mã hóa hoặc xử lý tiếng nói, xử lý Analog-Digital trong các ứng dụng phát nhạc hoặc với các tệp MP3,…
Hình 3. Cấu tạo modul ESP32-WROOM
Khối nhận dữ liệu
Module ESP32-WROOM nhận dữ liệu từ Web Server thông qua mạng không dây (Wifi Mesh). Sau khi nhận dữ liệu từ Web Server, chip ESP32-WROOM xử lý dữ liệu và đưa dữ liệu tới module hiển thị LCD 16x2 thông qua module I2C.
Module I2C dùng để truyền thông giữa module ESP32-WROOM và module LCD 16x2 theo hình thức nối tiếp đồng bộ, được sử dụng rộng rãi trong việc kết nối nhiều chip vi điều khiển với nhau, kết nối giữa chip vi điều khiển và các ngoại vi với tốc độ thấp. Giao tiếp I2C sử dụng 2 dây để kết nối là SCL và SDA. Trong đó, dây SCL có tác dụng để đồng bộ hóa giữa các thiết bị khi truyền dữ liệu, SDA là dây truyền dữ liệu.
Module LCD 16x2 nhận dữ liệu từ module ESP32-WROOM để hiển thị dữ liệu từ module cảm biến MPU6050 thông qua module I2C.
LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN CỦA HỆ THỐNG
Hình 4. Lưu đồ thuật toán hệ thống
Lưu đồ thuật toán truyền dữ liệu
Khởi động hệ thống (Start) gồm có: Khởi tạo ESP32-WROOM Wifi Mesh và khởi tạo module cảm biến MPU6050. ESP32-WROOM kết nối Wifi, nếu không kết nối được quay trở lại tiếp tục kết nối. Nếu kết nối được tiếp tục khởi tạo địa chỉ vật lý (MAC) gồm có kênh Wifi và ID truyền. Sau khi khởi tạo xong đọc dữ liệu cảm biến MPU6050 (X, Y, Z). Khi đọc dữ liệu cảm biến xong gửi dữ liệu qua địa chỉ MAC, nếu sai quay trở lại đọc lại, nếu đúng gửi dữ liệu.
Lưu đồ thuật toán nhận nhận dữ liệu
Khối nhận khởi tạo ESP32-WROOM Wifi Mesh và khởi tạo module LCD. Sau khi ESP32-WROOM khởi tạo Wifi Mesh, nếu không kết nối được quay trở lại để kết nối Wifi. Nếu kết nối được Wifi nó tiến hành đọc ID và địa chỉ MAC của bên truyền. Nếu sai ID và địa chỉ MAC của bên truyền nó quay trở lại đọc lại. Nếu đúng nó gửi dữ liệu lên LCD, LCD nhận dữ liệu từ ESP32-WROOM thông qua module I2C giải mã. Đồng thời, gửi dữ liệu do cảm biến MPU6050 gửi tới lên Web Server thông qua Wifi Mesh.
MÔ HÌNH PHẦN CỨNG VÀ GIAO DIỆN CỦA HỆ THỐNG
Mô hình phần cứng của hệ thống
Hình 5. Sơ đồ thiết kế module đọc dữ liệu cảm biến MPU6050
Sơ đồ phần cứng của hệ thống được chia thành khối truyền dữ liệu và khối nhận dữ liệu. Khối truyền dữ liệu gồm có module cảm biến MPU6040 và module ESP32- WROOM kết nối với nhau như Hình 5, được cấp bởi nguồn 5V gồm dây màu đen và đỏ. Hai module trên truyền dữ liệu với nhau qua giao tiếp I2C (SCL, SDA) gồm dây màu xanh và vàng. Khối nhận dữ liệu gồm module ESP32- WROOM, module I2C và module hiển thị dữ liệu LCD, ba module này được cung cấp bởi nguồn 5V. Giữa module ESP32-WROOM và module LCD giao tiếp với nhau qua module I2C gồm hai dây màu vàng, xanh. Hai khối truyền và nhận kết nối với nhau qua Wifi Mesh.
Giao diện Web Server của hệ thống
Dữ liệu được cảm biến MPU 6050 gửi lên Web Server thông qua module ESP32-WROOM có giao diện như trong Hình 6.
.png)
Hình 6. Giao diện đọc dữ liệu MPU6050 trên Web Server
Đánh giá kết quả
Mô hình thực hiện giám sát độ nghiêng X, Y, Z qua cảm biến MPU6050 chính xác, ổn định trên trình duyệt web. Giám sát độ nghiêng theo trục X, Y, Z được cập nhật 2 giây/lần do cảm biến MPU6050 trên trình duyệt web.
KẾT LUẬN
Kết quả thực tế cho thấy có thể sử dụng các thiết bị như máy tính, điện thoại thông minh hay máy tính bảng để truy cập hệ thống đo độ nghiêng trong không gian thông qua các trình duyệt web. Điều này rất thuận tiện cho việc giám sát và điều khiển hệ thống từ xa của người quản lý và vận hành.
|
Tài liệu tham khảo [1]. Giáo trình “Kỹ thuật cảm biến”, Đặng Văn Hải và Lại Hồng Nhung, Học viện Kỹ thuật mật mã, 2021. [2]. https://randomnerdtutorials.com/esp-mesh-esp32-esp8266- painlessmesh/. [3]. https://www.pcmag.com/picks/the-best-wi-fi-meshnetwork-systems. [4]. https://www.sciencedirect.com/topics/computer-science/ wireless-mesh-network. |
Đặng Văn Hải, Phùng Văn Quyền, Tô Thị Tuyết Nhung, Học viện Kỹ thuật mật mã
09:00 | 04/05/2023
12:00 | 26/09/2022
15:00 | 16/11/2023
09:00 | 04/01/2022
13:00 | 17/04/2024
Mới đây, Cơ quan An ninh mạng và Cơ sở hạ tầng Hoa Kỳ (CISA) đã phát hành phiên bản mới của hệ thống Malware Next-Gen có khả năng tự động phân tích các tệp độc hại tiềm ẩn, địa chỉ URL đáng ngờ và truy tìm mối đe dọa an ninh mạng. Phiên bản mới này cho phép người dùng gửi các mẫu phần mềm độc hại để CISA phân tích.
07:00 | 08/04/2024
Thiết bị truyền dữ liệu một chiều Datadiode có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo đảm an toàn thông tin (ATTT) cho việc kết nối liên thông giữa các vùng mạng với nhau, đặc biệt giữa vùng mạng riêng, nội bộ với các vùng mạng bên ngoài kém an toàn hơn. Khi chủ trương xây dựng Chính phủ điện tử, Chính phủ số của Quân đội được quan tâm, đẩy mạnh phát triển. Việc liên thông các mạng với nhau, giữa mạng trong và mạng ngoài, giữa mạng truyền số liệu quân sự (TSLQS) và mạng Internet, giữa các hệ thống thông tin quân sự và cơ sở dữ liệu (CSDL) quốc gia về dân cư, bảo hiểm y tế và các CSDL dùng chung khác yêu cầu phải kết nối. Bài báo sẽ trình bày giải pháp truyền dữ liệu một chiều Datadiode cho phép các ứng dụng giữa hai vùng mạng kết nối sử dụng giao thức Webservice/RestAPI.
09:00 | 09/03/2023
D2D (Device-to-Device) là phương tiện liên lạc trực tiếp giữa các thiết bị mà không qua nút trung gian, nó giúp mở rộng phạm vi phủ sóng di động và tăng cường tái sử dụng tần số vô tuyến trong mạng 5G [1]. Đồng thời, D2D còn là công nghệ lõi của liên lạc giữa thiết bị với vạn vật IoT. Tuy nhiên, truyền thông D2D trong mạng 5G là kiểu mạng thông tin di động có nhiều thách thức bao gồm ẩn danh, nghe lén, đánh cắp quyền riêng tư, tấn công tự do… Những thách thức này sẽ khó giảm thiểu hơn do tính chất hạn chế tài nguyên của các thiết bị IoT. Do đó, việc sử dụng mật mã hạng nhẹ vào bảo mật hệ thống D2D nhằm đáp ứng yêu cầu về năng lượng tiêu thụ, tài nguyên bộ nhớ, tốc độ thực thi bảo mật xác thực trong 5G IoT là đặc biệt quan trọng. Bài báo đi phân tích các bước trong mô hình bảo mật D2D cho mạng 5G IoT. Từ đó, đề xuất thuật toán có thể sử dụng để bảo mật liên lạc D2D cho các thiết bị 5G IoT.
10:00 | 21/12/2022
Hôm 9/12, chính phủ Vương quốc Anh vừa công bố quy tắc thực hành tự nguyện thúc giục các nhà điều hành cửa hàng ứng dụng và nhà phát triển ứng dụng nâng cấp các biện pháp bảo mật và quyền riêng tư của họ. Hướng dẫn này là kết quả của một cuộc tham vấn cộng đồng được đưa ra hồi tháng 5, với 59 phản hồi, phần lớn trong số đó là tích cực. Hướng dẫn mới sẽ được theo dõi để đảm bảo tuân thủ.
08:00 | 11/01/2024 | Chính sách - Chiến lược
09:00 | 10/01/2024 | Giải pháp khác
09:00 | 05/01/2024|Chính sách - Chiến lược
09:00 | 05/01/2024|An ninh – Quốc Phòng
Lược đồ chữ ký số dựa trên hàm băm là một trong những lược đồ chữ ký số kháng lượng tử đã được Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ (NIST) chuẩn hóa trong tiêu chuẩn đề cử FIPS 205 (Stateless Hash Based Digital Signature Standard) vào tháng 8/2023. Bài báo này sẽ trình bày tổng quan về sự phát triển của của lược đồ chữ ký số dựa trên hàm băm thông qua việc phân tích đặc trưng của các phiên bản điển hình của dòng lược đồ chữ ký số này.
09:00 | 01/04/2024
Theo báo cáo năm 2022 về những mối đe doạ mạng của SonicWall, trong năm 2021, thế giới có tổng cộng 623,3 triệu cuộc tấn công ransomware, tương đương với trung bình có 19 cuộc tấn công mỗi giây. Điều này cho thấy một nhu cầu cấp thiết là các tổ chức cần tăng cường khả năng an ninh mạng của mình. Như việc gần đây, các cuộc tấn công mã độc tống tiền (ransomware) liên tục xảy ra. Do đó, các tổ chức, doanh nghiệp cần quan tâm hơn đến phương án khôi phục sau khi bị tấn công.
19:00 | 30/04/2024
