Trang chủ Công nghệ & Ứng dụng Công nghệ & Ứng dụng Công nghệ kết nối không dây trong giám sát và điều khiển thông minh mọi đối tượng (Phần 2)

Công nghệ kết nối không dây trong giám sát và điều khiển thông minh mọi đối tượng (Phần 2)

Phần 1 của bài (Tạp chí số tháng 5/2017) đã giới thiệu về công nghệ kết nối có dây và một phần của kết nối không dây (Bluetooth, wifi)

2.3. SMS: là công nghệ cho phép truyền tin nhắn giữa các điện thoại với nhau

Sơ đồ hệ thống truyền tin được ứng dụng trong điều khiển thiết bị được biểu diễn trên hình 13:

Trong đó:

- Nguồn tín hiệu: Tín hiệu truyền đi, có thể là tín hiệu không điện, hoặc tín hiệu điện;

- Khối truyền tin: Thường gồm mạch điều chế tín hiệu, một bộ dồn kênh, bộ phát tín hiệu;

- Đường truyền: Vô tuyến, hữu tuyến; - Khối nhận tin: Gồm một bộ giải điều chế tín hiệu, một bộ phân kênh tín hiệu;

- Cơ cấu chấp hành: Có thể là một màn hình hiển thị hoặc, loa, rơ le để đóng ngắt thiết bị.

Muốn điều khiển một thiết bị bất kỳ, từ điện thoại di động sẽ nhắn tin theo cú pháp bất kỳ do người phát triển quy định (ví dụ: Đèn 1-Bật, Đèn 2-Tắt) đến khối nhận tin, trong đó khối nhận tin và khối truyền tin (điện thoại di động) được gắn SIM điện thoại, và nhắn tin bình thường như nhắn tin giữa 2 điện thoại với nhau.

2.4 HỆ THỐNG RF: Nguyên lý: Truyền sóng vô tuyến tương ứng với các lệnh nhị phân, bộ phận thu sóng trên thiết bị được điều khiển nhận tín hiệu và giải mã nó. Nguyên lý hệ thống truyền thông RF được trình bày trên hình 14.

Ưu điểm: Truyền với khoảng cách 30m hoặc có thể lớn hơn 100m, truyền xuyên tường, xuyên kính.

Khuyết điểm: Bị nhiễu sóng do bên ngoài có rất nhiều các thiết bị máy móc sử dụng tần số khác nhau.

2.5 HỒNG NGOẠI:

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong đời sống để điều khiển đèn, quạt, tivi…

Ưu điểm:

- Nhỏ gọn, dễ lắp ráp và sử dụng;

- Linh kiện rẻ tiền, thông dụng;

- Độ tin cậy cao;

- Điện áp cung cấp thấp, công suất nhỏ;

- Một hệ thống điều khiển được nhiều các thiết bị khác nhau.

Nhược điểm: Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém, trong điều khiển từ xa bằng hồng ngoại, chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng nên khi điều khiển người sử dụng phải hướng remote vào thiết bị.

2.6 ZIGBEE: Là một tiêu chuẩn được định nghĩa: là tâp hợp các giao thức giao tiếp mạng không dây khoảng cách ngắn có tốc độ truyền dữ liệu thấp, tiêu thụ ít năng lượng. Zigbee được hỗ trợ trong các dải tần số 784MHz (Trung Quốc), 868MHz (châu Âu), 915MHz (Mỹ và Úc), 2.4GHz (ở hầu hết các nước).

Kiến trúc của giao thức ZigBee được chia thành 3 phần được cho trên hình 16:

- IEEE 802.15.4 bao gồm các lớp vật lý và lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC: Media Access Control);

- Các lớp ZigBee bao gồm lớp mạng, đối tượng thiết bị Zigbee (ZDO: ZigBee Device Object), lớp con ứng dụng và quản lý bảo mật.

- Ứng dụng của nhà sản xuất.

Các phần tử cơ bản trong mạng ZigBee:

- Một mạng ZigBee (Hình 17) bao gồm các thiết bị ZigBee. Các thiết bị ZigBee có thể chia làm 5 khối:

- Thiết bị điều phối (Cordinator): đảm nhiệm vai trò quản lý mạng. Mỗi mạng có một thiết bị điều phối.

- Thiết bị cuối (End device): thực hiện truyền các gói tin ứng dụng;

- Thiết bị định tuyến (Router): được sử dụng trong mạng hình cây và mạng hình lưới;

- ZigBee trust center (ZTC): là thiết bị quản lý và cung cấp các thông tin liên quan đến bảo mật của mạng. ZTC thường là thiết bị điều phối của mạng, nhưng cũng có thể là một thiết bị chuyên dụng riêng;

- Zigbee gateway: là thiết bị được sử dụng để kết nối mạng ZigBee đến các mạng khác. Cấu trúc mạng ZigBee trên hình 17:

- Mạng hình sao

- Mạng hình cây

- Mạng hình lưới Ứng dụng của ZigBee:

- SmartHome;

- Theo dõi bệnh nhân ở nhà như huyết áp, nhịp tim;

- Tích hợp và quản lý chiếu sáng trong các tòa nhà;

- Quản lý năng lượng một cách thông minh.

Đặc biệt trong mô hình nhà thông minh thì ZigBee là công nghệ không thể thiếu, giúp đáp ứng mọi nhu cầu của người sử dụng để thực hiện điều khiển các thiết bị trong nhà.

3. THIẾT BỊ THÔNG MINH

Thiết bị thực tế là vô tri, vô giác, nhưng con người với tái tuệ của mình đã thổi hồn vào thiết bị, giúp cho chúng có thể hoạt động theo tư duy của mình. Để làm cho một hệ thống kỹ thuật trở nên thông minh, có thể hoạt động như theo tác động của bộ óc con người, nghĩa là có trí tuệ nhân tạo thì cần phải dựa trên 4 nền tảng biểu diễn trên hình 18 sau đây:

Logic mờ: Logic tự nhiên chỉ dựa trên 2 biến là đúng (1) và sai (0) với 2 tác động đóng (ON) và mở (OFF). Các hệ thống kỹ thuật dựa trên logic kinh điển này đáp ứng với những thay đổi bất định, do đó điều khiển thiếu linh hoạt. Logic mờ do Lofti Zadeh (1921 - 2004) nhà khoa học gốc Azecbaidan làm việc tại Đại học Beckeley, California phát triển từ lý thuyết tập mờ để thực hiện lập luận một cách xấp xỉ thay vì lập luận chính xác. Lôgic mờ xử lý các giá trị trong thế giới thực cho các bài toán phức tạp, cho phép người ta có thể lượng hoá giá trị các mệnh đề mờ, nhờ đó truyền đạt một số thông tin cho máy móc qua ngôn ngữ tự nhiên, và chúng có thể “hiểu” khá chính xác nội dung của những thông tin đó. Đây là một bước tiến có tính đột phá trong việc phiên dịch hay lượng hoá những mệnh đề của ngôn ngữ tự nhiên (có giá trị nội dung “không rõ ràng”) sang ngôn ngữ nhân tạo. Về triết học logic mờ theo quy luật NẾU ... THÌ (IF ... THEN) cho phép suy diễn giống đầu óc con người. Logic mờ cho phép làm việc với dữ liệu xấp xỉ, không đầy đủ và nhập nhằng.

Mạng nơ ron nhân tạo:

Artifical Neuron Network (ANN) là mạng nơ ron nhân tạo. Hình 19a là sơ đồ nguyên lý còn hình 19b mô tả các thuật toán xử lý trong một nơ ron nhân tạo:

Lớp đầu vào gồm n dữ liệu vào liên kết với lớp ẩn phía sau. Các lớp ẩn cũng liên kết với lớp đầu ra. Sự liên kết giữa các lớp được thể hiện qua các hàm trọng số và xác định hàm truyền của một nơron. Mô hình xử lý thông tin được mô phỏng dựa trên hoạt động của hệ thống thần kinh của sinh vật, bao gồm số lượng lớn các nơ ron được gắn kết để xử lý thông tin. ANN giống như bộ não con người. Đặc trưng cơ bản của ANN là:

• Có khả năng học kinh nghiệm (thông qua huấn luyện mạng);

• Có khả năng lưu giữ những kinh nghiệm hiểu biết (tri thức);

• Sử dụng những tri thức có thể dự đoán các dữ liệu chưa biết.

Robot: Là thiết bị cơ điện tử phức tạp có nhiều bậc tự do, hoạt động theo chương trình cài đặt sẵn giúp thay thế lao động cơ bắp của con người. Hình 20 là hình ảnh các robot lắp ráp trong phân xưởng chế tạo ô tô.

Hệ chuyên gia Expert system: Hệ chuyên gia còn gọi là hệ thống dựa tri thức, là một chương trình máy tính chứa một số tri thức đặc thù của một hoặc nhiều chuyên gia con người về một chủ đề cụ thể nào đó. Hình 21 mô tả hoạt động của một hệ chuyên gia.

Dạng phổ biến nhất của hệ chuyên gia là một chương trình gồm một tập phân tích thông tin về một lớp vấn đề cụ thể, cũng như đưa ra các phân tích và giải pháp về các vấn đề đó, và tùy theo thiết kế chương trình mà đưa lời khuyên về trình tự các hành động cần thực hiện để giải quyết vấn đề. Đây là một hệ thống sử dụng các khả năng lập luận để đạt tới các kết luận. Nhiều hệ chuyên gia đã được thiết kế và xây dựng để phục vụ các lĩnh vực khoa học và xã hội.

Một trong những ứng dụng không thể thiếu của hệ thống thông minh kết nối qua Zigbee là ngôi nhà thông minh: Một kiến trúc ngôi nhà thông minh (hình 22) bao gồm:

- Hệ thống cơ bản: đồ điện gia dụng, thiết bị chiếu sáng;

- Công nghệ không dây: Bluetooth, Zigbee, Wifi…

- Hệ thống điều khiển;

- Cổng Internet: Gateway là cửa sổ của hệ thống IoT nội bộ với thế giới bên ngoài;

- Cảm biến thông minh.

Với sự phát triển của công nghệ mạng di động, Internet và điện toán đám mây, xu hướng các hệ thống nhà thông minh được giám sát và điều khiển từ xa thông qua các thiết bị di động đang ngày càng được phát triển. Các thiết bị được kết nối có dây hoặc không dây với một Gateway. Thiết bị điều khiển, thường sử dụng là các smartphone hoặc máy tính, kết nối với Gateway thông qua bộ Router để điều khiển các thiết bị trong hệ thống.

4. TƯƠNG LAI RỰC RỠ Công nghệ không dây và hệ thống thông minh có mặt ở khắp mọi nơi. Với bất kỳ ứng dụng hay dịch vụ liên quan đến truyền dữ liệu sẽ đều có một giải pháp không dây. Những công nghệ mới chuẩn bị ra đời vốn được hy vọng là sẽ hứa hẹn một thế giới hoàn toàn không dây, do vậy cuối cùng mớ dây lằng nhằng ở phía sau chiếc máy tính và các đồ điện gia dụng của bạn, các hệ thống TV, âm thanh nổi ở nhà có thể bị tống vào kho vì có lẽ bạn sẽ không bao giờ dùng đến chúng nữa. Ngày nay, cùng với sự bùng phát của cách mạng công nghiệp 4.0 với nòng cốt là những công nghệ không dây, những thống kê ước tính đến năm 2020:

- 4 tỷ người kết nối với nhau thông qua IoT;

- 4 ngàn tỷ USD doanh thu từ IoT; - Hơn 25 triệu ứng dụng;

- Hơn 25 tỷ hệ thống thông minh và hệ thống nhúng;

- 50 ngàn tỷ Gigabytes dữ liệu.

Theo ước tính của CISCO, đến năm 2020, toàn thế giới sẽ có 50 tỷ thiết bị được kết nối không dây vào mạng lưới IoT. Và con số này sẽ tăng lên 500 tỷ đến năm 2030. Với những thành công cho đến thời điểm hiện tại, công nghệ không dây nói riêng và IoT nói chung được kỳ vọng sẽ trở thành thị trường thiết bị lớn nhất thế giới và sẽ tạo ra sự bùng nổ kinh tế mới. Một công nghệ không dây hoàn toàn mới với những tính năng nổi trội là kết nối bằng tín hiệu ánh sáng. Về vấn đề lý thú này chúng tôi sẽ đề cập vào những số tới của tạp chí.

Lê Văn Doanh - Đỗ Anh Đức - Nguyễn Xuân Toàn (Bộ môn Chiếu sáng thông minh - Trung tâm R&D Rạng Đông)

Theo Tạp chí Tự động hóa ngày nay sống tháng 6/2017


Newer news items:
Older news items:

 

Mới cập nhật

Tìm kiếm

Quảng cáo&Liên kết