Nghiên cứu, thiết kế khối truyền dữ liệu không dây dựa trên công nghệ Zigbee ứng dụng trong lĩnh vực IoT

Công nghệ thông tin<br /> <br /> NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ KHỐI TRUYỀN DỮ LIỆU<br /> KHÔNG DÂY DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ ZIGBEE<br /> ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC IoT<br /> Đào Xuân Ước*, Hoàng Đình Thắng, Thái Trung Kiên<br /> Tóm tắt: Những năm gần đây, IoT đang trở thành xu hướng của thời đại, làm cho<br /> cuộc sống của con người trở nên tiện lợi và dễ dàng hơn. Bài báo này tập trung thiết<br /> kế chế tạo module truyền dữ liệu không dây trựa trên các chip Zigbee, với mục tiêu<br /> làm chủ công nghệ thiết kế chế tạo. Module truyền dữ liệu tự thiết kế chế tạo sẽ được<br /> so sánh với các sản phẩm thương mại trên thị trường. Kết quả so sánh cho thấy chất<br /> lượng là tương đương và có thể ứng dụng vào thực tế. Bên cạnh đó, kết quả sẽ được<br /> áp dụng để chế tạo thiết bị đo nhiệt độ ẩm trong phòng sử dụng công nghệ Zigbee-<br /> một trong những công nghệ truyền dữ liệu không dây được ứng dụng nhiều trong<br /> lĩnh vực IoT.<br /> Từ khóa: Công nghệ không dây; Công nghệ Zigbee; Zigbee.<br /> <br /> 1. LỜI MỞ ĐẦU<br /> Ngày nay cuộc cách mạng công nghệ 4.0 đang là xu thế của thời đại, nó len lỏi<br /> đến mọi ngóc ngách trên toàn cầu. Một trong những yếu tố cốt lõi của Kỹ thuật số<br /> trong CMCN 4.0 là Vạn vật kết nối - Internet of Things (IoT). Internet of Things là<br /> một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định<br /> danh của riêng mình. Tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua<br /> một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người,<br /> hay người với máy tính. IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây,<br /> công nghệ vi cơ điện tử và Internet. Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả<br /> năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công<br /> việc nào đó.<br /> Trong lĩnh vực IoT, nhiều ứng dụng yêu cầu các mạng truyền thông không<br /> dây không có tốc độ truyền cao nhưng đáng tin cậy, mạnh mẽ (tự phục hồi), dễ<br /> triển khai và vận hành. Điều quan trọng là thiết bị của các mạng như vậy cho<br /> phép hoạt động lâu dài từ các nguồn năng lượng có sẵn, có chi phí thấp và nhỏ<br /> gọn (có thể chỉ là một pin AA bình thường). Một ví dụ về một ứng dụng như vậy<br /> là "nhà thông minh". Một trong số những mạng không dây đáp ứng được những<br /> yêu cầu trên là Zigbee.<br /> 2. TÍNH CẦN THIẾT VÀ XU HƯỚNG DÙNG ZIGBEE<br /> TRONG KẾT NỐI KHÔNG DÂY CHO IOT<br /> 2.1. Giới thiệu về Zigbee<br /> Công nghệ Zigbee được xây dựng trên tiêu chuẩn 802.15.4 của tổ chức IEEE [1].<br /> Tiêu chuẩn 802.15.4 này sử dụng tín hiệu radio có tần sóng ngắn, và cấu trúc của<br /> chuẩn 802.15.4 có 2 tầng là tầng vật lý và tầng MAC (Medicum Access Control).<br /> Nhờ khả năng truyền dữ liệu không dây ở khoảng cách xa, dữ liệu truyền ổn<br /> định, tiêu thụ năng lượng thấp, công nghệ mở đã giúp ZigBee trở nên phổ biến cho<br /> các ứng dụng IoT, đặc biệt là ứng dụng trong các dự án nhà thông minh hiện nay.<br /> ZigBee có kiến trúc nhiều tầng như chuẩn 802.15.4, là có tầng vật lý và tầng<br /> MAC, hoạt động ở 1 trong 3 dải tầng sóng: Dải 915MHz cho khu vực Bắc Mỹ,<br /> <br /> <br /> 150 Đ. X. Ước, H. Đ. Thắng, T. T. Kiên, “Nghiên cứu, thiết kế … trong lĩnh vực IoT.”<br /> Thông tin khoa học<br /> học công nghệ<br /> <br /> dải<br /> ải 868 MHzcho Châu Âu, Nhật, dải 2.4GHz cho các nnư ước<br /> ớc khác, trong đó có<br /> Việt Nam.<br /> Việt<br /> Ở dải 2.4GHz, có đến 16 kkênh ênh tín hi<br /> hiệu<br /> ệu khác nhau và ttốcốc độ đường<br /> đ ờng truyền dữ<br /> liệu<br /> ệu có thể đạt tới 250kbps. Trong khi đó dải 868 MHz chỉ có 1 kkênh ênh tín hihiệu<br /> ệu vvàà<br /> tốc<br /> ốc độ đđường<br /> ờng truyền dữ liệu có thể đạt tới 20kbps. Nh Nhưư th<br /> thếế các ti<br /> tiêu<br /> êu chu ẩn sẽ hoạt<br /> chuẩn<br /> động<br /> ộng tr<br /> trên<br /> ên kh<br /> khắp<br /> ắp to<br /> toàn<br /> àn ccầu,, mặc<br /> mặc dù<br /> dù ở các dải tầng sóng khác nhau.<br /> Thực tếế cho thấy hệ thống có thể hoạt động trong môi tr<br /> Thực trư<br /> ường<br /> ờng có dữ liệu ddày ày<br /> đặc,<br /> ặc, hay trong vvùng<br /> ùng mà có nhi nhiều<br /> ều đđường<br /> ờng truyền khác llàm<br /> àm nhi<br /> nhiễu<br /> ễu thì<br /> thì h<br /> hệệ thống vẫn<br /> đảm<br /> ảm bảo hoạt động li liên<br /> ên ttục<br /> ục.. Đó<br /> Đó là nh<br /> nhờ<br /> ờ sự đánh giá chất llượng,<br /> ợng, sự phát hiện năng<br /> lượng tiếp nhận vvàà đánh giá kênh rõ ràng. Công ngh<br /> lượng nghệệ đa truy cập nhận biết sóng<br /> mang CSMA (Carrier Sense Multiple Access) đư được<br /> ợc sử dụng để xác định thời điểm<br /> truyền, vvàà tránh đư<br /> truyền, được<br /> ợc những va chạm trong đđường ờng truyền.<br /> Tín hiệu<br /> hiệu công nghệ ZigBee có thể truyền xa đến 75m tính từ trạm phát, vvàà<br /> khoảng cách có thể xa hhơn<br /> khoảng ơn rất<br /> rất nhiều nếu đđư<br /> ược<br /> ợc tiếp tục phát từ nút liliên<br /> ên kkết<br /> ết tiếp theo<br /> trong cùng hhệệ thống.<br /> 2.2.<br /> 2. Mô hình m<br /> mạng<br /> ng Z<br /> Zigbee<br /> igbee<br /> ZigBee có ba ddạng<br /> ạng hhình<br /> ình mạng<br /> mạng đđược<br /> ợc hỗ trợ: dạng hhình<br /> ình sao, hình llư ới, và<br /> ưới, và hình<br /> cây. M<br /> Mỗi<br /> ỗi dạng hhình<br /> ình đều<br /> ều có những ưu điđiểm<br /> ểm riêng<br /> riêng và đư<br /> được<br /> ợc ứng dụng trong các<br /> trường hợp khác nhau. Trong llớp<br /> trường ớp mạ<br /> mạng<br /> ng Zigbee cho phép ba kikiểu<br /> ểu thiết bị<br /> bị:<br />  Zigbee Coordinator (ZC)<br />  Zigbee Router (ZR)<br />  Zigbee End Device (ZED)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a. Hình sao b. Hình cây c. Hình llưới<br /> ới<br /> Hình 1. Mô hình m mạng<br /> ạng Zigbee.<br /> Hình sao (Star network) ((Hình 1.a)) G<br /> Hình 1.a Gồm<br /> ồm một nút trung tâm, tất cả các nút khác<br /> đều<br /> ều đđược<br /> ợc kết nối với nút trung tâm nnày,<br /> ày, mmạng<br /> ạng hình<br /> hình sao bịbị hạn chế khoảng cách vvàà<br /> sự<br /> ự mở rộng.<br /> Hình cây (Cluster network) ((Hình 1.b)) Gồm<br /> Hình 1.b Gồm một nút trung tâm, các nút khác<br /> được li<br /> được liên<br /> ên kết<br /> kết với nhau theo mô hình gigiống<br /> ống một cái dễ cây, mạng nnày ày có kh<br /> khảả năng<br /> mở rộng cao, tăng khoảng cách vvàà quy mô ccủa<br /> mở ủa hệ thống.<br /> Hình lư<br /> lưới<br /> ới (Mesh network) ((Hình 1.c)) Mạng<br /> Hình 1.c Mạng hình<br /> hình llư<br /> ưới<br /> ới có tính tin cậy cao, mỗi<br /> nút trong mmạng<br /> ạng lư<br /> lưới<br /> ới đều có khả năng kết nối với nút khác, nó cho phép truy truyền<br /> ền<br /> thông liên ttục<br /> ục giữa các điểm nút với nhau vvàà bềnbền vững. Nếu có sự tác động cản<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp<br /> ạp chí Nghi<br /> Nghiên<br /> ên cứu<br /> cứu KH&CN quân<br /> uân sự,<br /> sự, Số<br /> ố Đặc san CNTT,<br /> CNTT 04 - 20<br /> 20199 151<br />  Công nghệ thông tin<br /> <br /> trở, hệ thống có khả năng tự xác định lại cấu hình bằng cách nhảy từ nút này sang<br /> nút khác.<br /> 2.3. Cấu trúc mạng Zigbee<br /> Ngoài 2 tầng vật lý và tầng MAC xác định bởi tiêu chuẩn 802.15.4, tiêu chuẩn<br /> ZigBee còn có thêm các tầng trên của hệ thống bao gồm: tầng mạng, tầng hỗ trợ<br /> ứng dụng, tầng đối tượng thiết bị và các đối tượng ứng dụng.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Cấu trúc mạng Zigbee [2].<br /> Tầng vật lý (PHY): có trách nhiệm điều biến, hoàn điều biến và gói tín hiệu<br /> vào không gian đồng thời giữ cho việc truyền tín hiệu được mạnh trong môi<br /> trường nhiễu.<br /> Tầng MAC: sử dụng như công nghệ đa truy cập nhận biết sóng mang để xác định<br /> hình dạng đường truyền để tránh va chạm xác định và xác định hình dạng mạng.<br /> Tầng mạng (NWK): là 1 tầng phức tạp của ZigBee, giúp tìm, kết nối mạng và mở<br /> rộng hình dạng từ chuẩn 802.15.4 lên dạng lưới. Tầng này xác định đường truyền lên<br /> ZigBee, xác định địa chỉ ZigBee thay vì địa chỉ tầng MAC bên dưới.<br /> Tầng hỗ trợ ứng dụng (APS): là tầng kết nối với tầng mạng và là nơi cài đặt những<br /> ứng dụng cần cho ZigBee, giúp lọc bớt các gói dữ liệu trùng lắp từ tầng mạng.<br /> Tầng đối tượng thiết bị (ZDO): có trách nhiệm quản lý các thiết bị, định hình<br /> tầng hỗ trợ ứng dụng và tầng mạng, cho phép thiết bị tìm kiếm, quản lý các yêu<br /> cầu và xác định trạng thái của thiết bị.<br /> Tầng các đối tượng ứng dụng người dùng (APO): là tầng mà ở đây người dùng<br /> tiếp xúc với thiết bị, tầng này cho phép người dùng có thể tuỳ biến thêm ứng dụng<br /> vào hệ thống.<br /> 2.4. Tính năng của Zigbee<br /> Nhờ cấu trúc liên kết mạng lưới và sử dụng các thuật toán định tuyến đặc biệt,<br /> mạng ZigBee cung cấp khả năng tự phục hồi và phân phối gói tin trong trường hợp<br /> mất kết nối giữa các nút riêng lẻ (tắc nghẽn), quá tải hoặc thất bại của một số yếu<br /> <br /> <br /> 152 Đ. X. Ước, H. Đ. Thắng, T. T. Kiên, “Nghiên cứu, thiết kế … trong lĩnh vực IoT.”<br /> Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> tố. Khi một thiết bị mất kết nối, các tuyến thay thế vẫn còn, cho phép toàn bộ hệ<br /> thống luôn trực tuyến. Tốc độ "Gross" là 250 kbp/s. Tốc độ truyền dữ liệu trung<br /> bình, tùy thuộc vào tải mạng và số lượng truyền lại, là từ 5 đến 40 kbit/s.<br /> Trong phạm vi giải tần từ 2,4- 2,8GHz, Zigbee có 16 kênh 5 MHz.<br /> Các thiết bị ZigBee có mức tiêu thụ điện năng thấp (khoảng 150 mA khi gửi gói<br /> tin), đặc biệt là các thiết bị đầu cuối có chế độ "ngủ" chỉ tiêu tốn vài micro Ampe,<br /> cho phép các thiết bị này hoạt động đến hàng năm từ một pin AA thông thường và<br /> thậm chí với pin AAA.<br /> Mạng ZigBee dễ dàng triển khai và mở rộng dễ dàng bằng cách gắn các thiết bị<br /> bổ sung.<br /> Các thiết bị ZigBee nhỏ gọn và tương đối rẻ tiền. Các module Zigbee khá nhỏ<br /> gọn, dễ dàng tích hợp vào các thiết bị IoT.<br /> Khoảng cách giữa các máy trạm mạng là hàng chục mét trong nhà và hàng trăm<br /> mét ngoài trời.<br /> 2.5. So sánh Zigbee với Wifi và Bluetooth<br /> Bảng 1. Bảng so sánh Zigbee với buletooth, wifi và GSM [5], [7].<br /> Zigbee Bluetooth Wifi GPRS/GSM<br /> 802.15,4 802.15.1 802.11b 1XRTT/CDMA<br /> Giám sát và Thay thế cáp Web, Video,<br /> Ứng dụng WAN, Voice/ Data<br /> điều khiển kết nối Email<br /> Tài nguyên hệ<br /> 28 kbytes 250 kbytes 1 Mbytes+ 1 Mbytes+<br /> thống<br /> Số lượng node<br /> 255 8 30 1000<br /> kết nối<br /> Tốc độ<br /> 250 1K 11K+ 64-128<br /> (kbytes/sec)<br /> Khoảng cách<br /> kết nối 10-100 1-10 1-100 1000+<br /> (meters)<br /> 2.6. Thực trạng module Zigbee được bán và xây dựng sẵn trên thị trường<br /> Hiện nay, không khó để tìm kiếm một module Zigbee được bán trên thị trường<br /> với giá thành khá rẻ (150.000 đ – 250.000 đ) với module xuất xứ Trung Quốc, và<br /> với module chính hãng thì giá thành khá cao (23-30$ với 1 module chính hãng của<br /> Ti trên trang web Mouser). Với module có xuất xứ Trung Quốc, chất lượng sản<br /> phẩm không cao, độ an toàn và bảo mật thông tin không được đảm bảo.<br /> Hơn nữa, những module Zigbee có sẵn trên thị trường có kích thước và hình<br /> dạng cố định, gây khó khăn trong việc thiết kế các ứng dụng IoT nhỏ gọn.<br /> Từ thực trạng trên cho thấy, cần thiết làm chủ được công nghệ Zigbee, có thể dễ<br /> dàng tích hợp vào các ứng dụng IoT, và làm giảm giá thành của sản phẩm.<br /> 3. NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MODULE CẢM BIẾN<br /> NHIỆT ĐỘ - ĐỘ ẨM SỬ DỤNG KẾT NỐI ZIGBEE<br /> Học hỏi, làm chủ toàn bộ thiết kế, để dễ dàng ứng dụng vào các thiết bị truyền<br /> nhận không dây, có thể tùy chỉnh vào từng thiết bị cụ thể, làm giảm giá thành của<br /> sản phẩm là mục tiêu chính của nghiên cứu này.<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 04 - 2019 153<br />  Công nghệ thông tin<br /> <br /> 3.1. Lựa chọn IC cho module zigbee<br /> Hiện nay, Liên minh Zigbee (Zigbee alliance) đang thực sự lớn mạnh với hơn<br /> 400 tổ chức, thành viên. Kỹ thuật truyền thông không dây Zigbee ra đời dưới sự<br /> giám sát và bảo trợ của hơn 150 nhà sản xuất linh kiện hàng đầu thế giới. Rất nhiều<br /> nhà sản xuất đã đưa ra các IC chức năng phù hợp với tiêu chuẩn Zigbee [2] mà<br /> Liên minh Zigbee đưa ra. Dưới đây là một số nhà sản xuất tiêu biểu nhất:<br /> Atmel<br /> Atmel cung cấp vi điều khiển và các sản phẩm liên quan khác được sử dụng<br /> trong điện toán di động, điện tử công nghiệp và ô tô, và các thiết bị liên lạc.<br /> Atmel cung cấp các giải pháp không dây được chứng nhận bởi IEEE 802.15.4<br /> ZigBee. Giải pháp ZigBee của công ty cung cấp giải pháp chip đơn, thu phát và<br /> mô-đun. BitCloud ZigBee PRO của công ty được sử dụng trong các ứng dụng<br /> chiếu sáng bao gồm chấn lưu huỳnh quang, chấn lưu HID, chấn lưu LED và điều<br /> khiển ánh sáng.<br /> NXP Semiconductors<br /> NXP Semiconductors cung cấp bộ điều khiển vi mô 32 bit (MCU) và các sản<br /> phẩm IEEE802.15.4 bao gồm bộ vi điều khiển không dây JN51xx, năng lượng<br /> thông minh ZigBee, liên kết ánh sáng, tự động hóa nhà và điều khiển từ xa. Sản<br /> phẩm ZigBee của công ty được sử dụng trong các ứng dụng tự động hóa tại nhà và<br /> xây dựng, mạng cảm biến không dây, quản lý tài sản, chăm sóc sức khỏe, điều<br /> khiển từ xa, bảo mật và cảm biến thu năng lượng và công tắc.<br /> Texas Instruments (TI)<br /> Texas Instruments cung cấp các bộ vi xử lý như bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số và<br /> bộ vi xử lý ứng dụng, bộ vi điều khiển và các sản phẩm kết nối cho các thiết bị<br /> điện tử để kết nối và truyền dữ liệu. Các sản phẩm kết nối hỗ trợ nhiều công nghệ<br /> không dây như Bluetooth, Wi-Fi, GPS và các tiêu chuẩn mạng không dây công<br /> suất thấp như ZigBee.<br /> Trong đó, hãng TI có diễn đàn hỗ trợ và hỗ trợ trực tuyến mạnh mẽ. Dòng IC<br /> CC2530 đã được hãng đưa ra và khá phổ biến trên thị trường. CC2530 [3] là một<br /> dạng IC system on chip (SoC) có chức năng phù hợp với chuẩn IEEE 802.15.4.<br /> Vì vậy, với các ứng dụng IoT nhỏ, ta hoàn toàn có thể sử dụng IC CC2530 vừa<br /> như một IC trung tâm, vừa làm nhiệm vụ thu phát với chuẩn Zigbee. Zigbee<br /> CC2530 kết hợp hiệu suất tuyệt vời của bộ thu phát RF hàng đầu với MCU 8051<br /> được cải tiến, bộ nhớ flash có thể lập trình trong hệ thống, RAM 8 KB và nhiều<br /> tính năng mạnh mẽ khác. Đó là những lý do cho sự lựa chọn IC Ti-CC2530 cho<br /> thiết kế Zigbee.<br /> 3.2. Thiết kế module Zigbe dựa trên chip TI-CC2530<br /> a. Thiết kế antenna PCB 2.4GHz<br /> Đây là kiểu antenna F đảo ngược (Inverted F Antenna – IFA) được uốn khúc.<br /> Antenna này được thiết kế phù hợp với trở kháng 50 ohm tại 2.4 GHz. Mục tiêu là<br /> đạt được độ phản xạ nhỏ hơn -10 dB trên băng tần ISM 2,4 GHz, để đảm bảo rằng<br /> hơn 90% công suất có sẵn được phân phối tới antenna.<br /> <br /> <br /> 154 Đ. X. Ước, H. Đ. Thắng, T. T. Kiên, “Nghiên cứu, thiết kế … trong lĩnh vực IoT.”<br /> Thông tin khoa học<br /> học công nghệ<br /> <br /> <br /> <br /> L1 3.94<br /> L2 2.70<br /> L3 5.00<br /> L4 2.64<br /> L5 2.00<br /> L6 4.90<br /> W1 0.90<br /> W2 0.50<br /> D1 0.50<br /> D2 1.40<br /> <br /> <br /> ấu tạo antenna 2.4GHz (Đơn vị<br /> Hình 3. Cấu vị mm) [6].<br /> [6]<br /> b. Thiết<br /> Thiết kế module cảm biến nhiệt độđộ, đđộ<br /> ộ ẩm sử dụng công nghệ Zigbee<br /> igbee<br /> Module ccảmảm biến nhiệt độ, độ ẩm đđượcợc tích hợp một cảm biến nhiệt độ, độ ẩm<br /> đi kèm vvớiới module Zigbee sử dụng IC CC2530 vvàà m một<br /> ột IC khuếch đại tín hiệu<br /> CC2592 ccủaủa nhà<br /> nhà sản<br /> sản xuất Texas Instruments (TI).<br /> (TI). CC2530 là m một<br /> ột IC SOC (system<br /> on chip) nên không ccầnần phải sử dụng th<br /> phải thêm<br /> êm bất<br /> bất kì<br /> kì một<br /> một IC xử lý nnào<br /> ào khác.<br /> Module này ssử ử dụng nguồn 5V qua cổng microUSB kkèm èm theo mmộtột pin 3.7V<br /> trong trư<br /> trường<br /> ờng hợp mất điện.<br /> Module ccảm ảm biến nhiệt độ, độ ẩm đđư ược<br /> ợc thiết kế tr<br /> trên<br /> ên phần<br /> phần mềm Altium<br /> Designer.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Sơ đđồ<br /> ồ khối kết nối.<br /> nối.<br /> M số<br /> Một ố lưu<br /> lưu ý trong thi ết kế:<br /> thiết<br />  Đi dây có ít llỗỗ xuy ên Via nhất.<br /> xuyên nhất.<br />  Đi dây llớn<br /> ớn hhơn<br /> ơn vvới<br /> ới đường<br /> đ ờng nguồn và và nhỏ<br /> nhỏ hơn<br /> hơn với<br /> với đđưường<br /> ờng tín hiệu.<br />  Đường<br /> Đường tín hiệu không nnên ên ch<br /> chạy<br /> ạy song song với đđư ường<br /> ờng nguồn để tránh nhiễu.<br />  Hạn<br /> Hạn chế đường<br /> đ ờng tín hiệu bẻ góc 90 độ, nếu có th thìì hãy làm m mưượt<br /> ợt nó.<br />  Giữa<br /> Giữa tụ bypass nguồn của IC không nnên ên đi xuyên via mà hhãy ãy đi via ở sau tụ.<br />  Không đưđược<br /> ợc đi dây ddướiới thạch anh dao động.<br />  Sau khi thi<br /> thiết<br /> ết kế, phủ mass GND to toàn<br /> àn mạch<br /> mạch là<br /> là vi<br /> việc<br /> ệc llàm<br /> àm ccần<br /> ần thiết.<br /> <br /> <br /> Tạp<br /> ạp chí Nghi<br /> Nghiên<br /> ên cứu<br /> cứu KH&CN quân<br /> uân sự,<br /> sự, Số<br /> ố Đặc san CNTT,<br /> CNTT 04 - 20<br /> 20199 155<br />  Công ngh<br /> nghệệ thông tin<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a. Mạch<br /> ạch nguyên<br /> nguyên lý b. Module<br /> Hình 5. M<br /> Module<br /> odule ccảm<br /> ảm biến nhiệt độ, độ ẩm sử dụng<br /> ụng Zigbee<br /> Zigbee.<br /> igbee<br /> 4. KH<br /> KHẢO<br /> ẢO SÁT V<br /> VÀ<br /> À ĐÁNH GIÁ<br /> Để khảo sát vvàà đánh giá chính xác ch<br /> Để chất<br /> ất llư<br /> ượng<br /> ợng và<br /> và tính ổn định của một sản phẩm<br /> truyền<br /> truyền dữ liệu không dây không hề đđơn ơn giản,<br /> giản, cần nhiều thời gian vvàà các thi thiết<br /> ết bị<br /> chuyên ddụng<br /> ụng đắt đỏ vvàà ccồng<br /> ồng kềnh. Do thời gian vvàà kinh phí hạn hạn chế, bbài<br /> ài báo ssử<br /> ử<br /> dụng<br /> ụng hai module Zigbee mua sẵn tr trên<br /> ên th<br /> thịị trư<br /> trường<br /> ờng với cấu trúc phần cứng ttương ương<br /> đồng<br /> ồng module tự thiết kế, trong đó một module llàm àm thi<br /> thiết<br /> ết bị thu tín hiệu, sau đó sử<br /> dụng<br /> ụng module tự thiết kế vvàà một<br /> một module Zigbee ccòn òn lại<br /> lại phát tín hiệu ở các kkho<br /> hoảng<br /> ảng<br /> cách khác nhau và trong cùng m một<br /> ột môi tr<br /> trường.<br /> ờng. Bài<br /> Bài báo ssửử dụng phần mềm đo<br /> cường độ tín hiệu thu ““SmartRF<br /> cường SmartRF Studio<br /> Studio”” do TI hhỗ ỗ trợ, môi trư<br /> trường<br /> ờng đo làlà trong<br /> phòng hhội<br /> ội trư<br /> trường.<br /> ờng.<br /> Kết<br /> ết quả đo đđư<br /> ược<br /> ợc ghi lại trong bảng sau:<br /> Bả ảng 2. Kết<br /> ng 2. ết quả khả<br /> khảo o sát module ZZigbee<br /> igbee..<br /> Cường độ tín hiệu thu (Db)<br /> Cường<br /> Khoảng cách (m)<br /> Khoảng Số<br /> Số lần<br /> Module ttự<br /> ự sản xuất Module bán ssẵn<br /> 1 -31<br /> - --29<br /> 2 -29<br /> - --28<br /> 1 3 -28<br /> - --27<br /> 4 -29<br /> - --30<br /> 5 -30<br /> - --31<br /> Trung bình -29,4<br /> 29,4 --29<br /> 1 -43<br /> - --42<br /> 2 -41<br /> - --40<br /> 5 3 -41<br /> - --41<br /> 4 -41<br /> - --41<br /> 5 -42<br /> - --41<br /> Trung bình -41,6<br /> 41,6 --41<br /> 1 -50<br /> - --48<br /> 10<br /> 2 -49<br /> - --49<br /> 3 -49<br /> - --46<br /> <br /> <br /> 156 Đ. X. Ư<br /> Ước,<br /> ớc, H. Đ. Thắng, T. T. Ki<br /> Kiên,, “Nghiên cứu, thiết kế … trong lĩnh vực IIooT.””<br /> “Nghiên cứu,<br /> Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> 4 -47 -47<br /> 5 -47 -49<br /> Trung bình -48,4 -47,8<br /> 1 -55 -53<br /> 2 -53 -54<br /> 20 3 -55 -55<br /> 4 -54 -54<br /> 5 -55 -53<br /> Trung bình -54,4 -53,8<br /> 1 -64 -63<br /> 2 -65 -62<br /> 30 3 -64 -65<br /> 4 -63 -65<br /> 5 -65 -63<br /> Trung bình -64,2 -63,6<br /> Đánh giá:<br /> Thực tế đánh giá, module tự thiết kế và module mua sẵn có chất lượng tương<br /> đương nhau. Tuy nhiên module tự thiết kế phát tín hiệu còn kém hơn module bán<br /> sẵn trên thị trường. Nguyên nhân: Do hạn chế về thiết bị và kinh phí nên module tự<br /> thiết kế sử dụng linh kiện chưa thực sự tốt, board mạch hai lớp có chất lượng trung<br /> bình, nên kích thước antenna chưa hoàn toàn chính xác, chưa cách ly tốt giữa<br /> đường tín hiệu và đường nguồn.<br /> 5. KẾT LUẬN<br /> Bài báo trình bày hoàn chỉnh về một thiết kế module Zigbee ứng dụng trong<br /> công nghệ IoT. Module Zigbee tự thiết kế có chất lượng tương đương những<br /> module bán sẵn trên thị trường. Với chất lượng mạch và linh kiện tốt, module<br /> Zigbee tự thiết kế hoàn toàn có khả năng thu – phát tốt hơn, sánh ngang với các sản<br /> phẩm hiện có trên thị trường. Đặc biệt, khi làm chủ được thiết kế, có thể mềm dẻo<br /> ứng dụng vào các thiết bị không dây trong lĩnh vực IoT và làm giảm giá thành của<br /> sản phẩm.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. “IEEE std. 802.15.4 – 2006: Wireless Medium Access Control (MAC) and<br /> Physical Layer (PHY) Specifications for Low Rate Wireless Personal Area<br /> Networks (WPANs)”, (http://standards.ieee.org/findstds/standard/802.15.4-<br /> 2006.html)<br /> [2]. “ZigBee Standard Specification”,<br /> [3]. (https://www.zigbee.org/download/standards-zigbee-specification/)<br /> [4]. “CC2530: Second Generation System-on-Chip Solution for 2.4 GHz IEEE<br /> 802.15.4 / RF4CE / ZigBee Data Sheet”,<br /> [5]. (http://www.ti.com/lit/ds/swrs081b/swrs081b.pdf).<br /> [6]. Павел ИльИн, Олег Пушкарев, “СС2530 - новый ZigBee-трансивер для<br /> широкого спектра применений”, КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ (№<br /> 10) 2009, стр. 98-100.<br /> [7]. WiFi, Bluetooth или Zigbee – какой стандарт лучше?<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 04 - 2019 157<br />  Công nghệ thông tin<br /> <br /> [8]. (http://ua.automation.com/content/wifi-bluetooth-ili-zigbee-kakoj-standart-<br /> luchshe).<br /> [9]. “Small Size 2.4 GHz PCB antenna”,<br /> [10]. (http://www.ti.com/lit/an/swra117d/swra117d.pdf)<br /> [11]. Дмитрий Панфилов, Михаил Соколов, “Введение в беспроводную<br /> технологию zigbee стандарта 802.15.4”, ЭЛЕКТРОННЫЕ<br /> КОМПОНЕНТЫ (№ 12) 2004, стр. 73-79.<br /> ABSTRACT<br /> RESEARCH, DESIGN OF WIRELESS DATA TRANSMISSION<br /> BASED ON ZIGBEE TECHNOLOGY APPLICABLE IN IoT<br /> In recent years, IoT is becoming a trend of the era, making people's lives more<br /> convenient and easier. This article focuses on designing and manufacturing wireless data<br /> transfer modules on Zigbee chips, with the goal of mastering manufacturing design<br /> technology. Self-designed data transfer modules will be compared with commercial products<br /> on the market. The comparison results show that quality is equivalent and can be applied in<br /> practice. In addition, the results will be applied to the manufacture of room temperature<br /> humidity measuring devices using Zigbee technology - one of the wireless data transfer<br /> technologies widely used in the field of IoT.<br /> Keywords: Wireless technology; Zigbee Technology; Zigbee.<br /> <br /> <br /> <br /> Nhận bài ngày 28 tháng 11 năm 2018<br /> Hoàn thiện ngày 29 tháng 02 năm 2019<br /> Chấp nhận đăng ngày 25 tháng 3 năm 2019<br /> <br /> <br /> <br /> Địa chỉ: Viện Công nghệ thông tin, Viện KH-CNQS.<br /> *<br /> Email: daoxuanuoc@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 158 Đ. X. Ước, H. Đ. Thắng, T. T. Kiên, “Nghiên cứu, thiết kế … trong lĩnh vực IoT.”<br />