Báo cáo Đồ án Mô hình giám sát chất lượng nước thông qua ứng dụng IOT

Nội dung text: Báo cáo Đồ án Mô hình giám sát chất lượng nước thông qua ứng dụng IOT

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU  BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ HÌNH GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG NƯỚC THÔNG QUA ỨNG DỤNG IOT Giảng viên hướng dẫn : Trần Thái Sơn Sinh viên thực hiện : Nguyễn Hoàng Giang Nguyễn Công Minh Lớp : DH16CD Ngành đào tạo : Cơ khí Chuyên ngành : Cơ điện tử Niên khóa : 2016 - 2020 Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2020
2. MỤC LỤC I.Giới thiệu tổng quan 7 A. Nội dung nghiên cứu 8 B. Lợi ích của mô hình 8 C. Cơ Sở lý thuyết 9 Giới thiệu phần cứng 9 Chuẩn giao tiếp Wifi 12 Kit RF Thu Phát Wifi ESP8266 Node MCU 15 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG 18 II.Thi Công Hệ Thống 19 Giới Thiệu 19 Danh sách linh kiện điện tử: 19 Thiết Kế Mạch TDS 20 Sơ đồ nguyên lý 20 Test và chạy thử mạch TDS 24 Lập Trình ESP 8266 MCU 27 Mô Phỏng Hệ Thống 34 III.Kết Luận 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 2
3. MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Arduino UnoR3 9 Hình 2 Arduino UnoR3 9 Hình 3 Sơ đồ chân Arduino 11 Hình 4 Sơ đồ chân ESP8266 Node MCU 16 Hình 5 Bảng Đơn Vị TDS 17 Hình 6 Sơ Đồ Nguyên Lý 18 Hình 7 Giao Diện Mô Hình TDS 18 Hình 8 Sơ Đồ Nguyên Lý 20 Hình 9 Vẽ Mạch Nguyên Lý 20 Hình 10 Check Fails 21 Hình 11 Xuất File MML 21 Hình 12 Phủ Đồng Mạch In 22 Hình 13 In Mạch In 22 Hình 14 Ủi Mạch In 22 Hình 15 Board Mạch Sau Khi Ủi 22 Hình 16 Mạch Đầy Đủ Phụ Kiện 22 Hình 17 Kết Nối Đầu Lọc TDS vs TDS 22 Hình 18 Đo TDS 25 Hình 19 Đọc Mạch TDS 22 Hình 20 Sơ Đồ Chân MCU 22 Hình 21+22+23 Cài Đặt MCU Trên IDE 22 Hình 24 Lập Wifi và Password 29 Hình 25 Source Code 30 Hình 26 Test chương trình 31 Hình 27+28 Kết quả hiển thị 32 Hình 29 ->35 Chạy Test Chương Trình 36 3
4. PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Họ và tên sinh viên được giao đề tài Nguyễn Hoàng Giang MSSV: 16031603 Nguyễn Công Minh MSSV: 16030012 2. Tên đề tài 3. MÔ HÌNH GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG NƯỚC THÔNG QUA ỨNG DỤNG IOT 4. Nội dung THIẾT KẾ MÔ HÌNH GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG NƯỚC THÔNG QUA ỨNG DỤNG IOT 5. Kết quả Đề tài hoàn thành mô hình, lập trình được cho hệ thống và chạy thử nghiệm thành công. Giảng viên hướng dẫn Vũng Tàu, tháng 4 năm 2020 Sinh viên Nguyễn Hoàng Giang Nguyễn Công Minh 4
5. LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi: Nguyễn Hoàng Giang và Nguyễn Công Minh xin cam đoan. Đồ án tốt nghiệp là thành quả của sự nghiên tìm tòi từ các số liệu được thu thập, kiểm tra và so sánh trên thực tế và được thực hiện dưới sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn. Đồ án được thực hiện hoàn toàn mới, là thành quả nghiên cứu của riêng bản thân nhóm chúng tôi, không sao theo bất cứ đồ án tương tự nào. Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án được trích dẫn từ các nguồn tài liệu trong báo cáo và danh mục tài liệu tham khảo. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế của nhà trường, tôi xin hoàn toàn chịu mọi trách nhiệm. Vũng Tàu, ngày tháng năm 2020 Sinh viên 5
6. LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy cô của trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Công Nghệ Kỹ Thuật và Nông Nghiệp Công Nghệ Cao, những người đã trực tiếp giảng dạy, truyền đạt những kiến thức bổ ích cho em trong 4 năm học vừa qua. Những kiến thức này là nền tảng cũng như những hành trang vô cùng quý báu để chúng em phát triển sau này. Sau quá trình học tập và rèn luyện nghiệm túc, cùng với sự hướng dẫn và đôn đốc tận tình của giảng viên Trần thái Sơn, chúng em đã hoàn thành Đồ án tốt nghiệp Đại học. Và em cũng xin chân thành cảm ơn Công ty TNHH Cường Tiến Thịnh-SDVICO cũng như toàn thể nhân viên đã hỗ trợ, hướng dẫn nhiệt tình, tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài tại công ty. Trong quá trình thiết kế, chế tạo, cũng như là trong quá trình làm bài báo cáo đề tài nghiên cứu do chưa có nhiều kinh nghiệm thực tiễn nên bài báo cáo không thể tránh khỏi có nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp các thầy, để em học hỏi thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp. Vũng Tàu, ngày tháng năm 2020 Sinh viên thực hiện Nguyễn Hoàng Giang Nguyễn Công Minh 6
7. I.Giới thiệu tổng quan Theo định nghĩa của ITU-T “ Internet of things (IoT): A global infrastructure for the information society, enabling advanced services by interconnecting (physical and virtual) things based on existing and evolving interoperable information and communication technologies” Có thể dịch thành IoT là cơ sở hạ tầng toàn cầu cho xã hội thông tin, cho phép các cải thiện dịch vụ bằng cách kết nối (các thực thể vật lý và thực thể ảo) dựa trên các công nghệ thông tin và truyền thông tương thích hiện có và phát triển. Chính vì vậy mà khả năng thu thập dữ liệu của IoT rất là vượt trội so với các công nghệ truyền thống. Bên cạnh đó, IoT có thể tích hợp những công nghệ hiện đại khác để mang lại những khả năng ứng dụng mà chúng ta chưa thì hình dung được hết. Khi khối trung tâm xử lý của IoT được tích hợp công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) sẽ đem lại khả năng dự báo, cảnh báo gần như là theo thời gian thực hay khi ta tích hợp Bigdata với IoT sẽ mang lại khả năng phân tích xử lý dữ liệu chiếm tỷ lệ cao nhất, thống kê, lưu trữ dữ liệu rất tuyệt vời đây là hướng nghiên cứu rất được các nhà sáng chế quan tâm. Ứng dụng IoT mang lại những lợi ích thiết thực không chỉ cho người dân, doanh nghiệp, mà còn là các cơ quan quản lý như phân tích dữ liệu lớn trong các ứng dụng IoT như là số liệu thống kê để tham khảo phân tích các dự báo, hành vi người dùng và phương pháp xử lý dữ liệu nâng cao (bao gồm AI). Việc ứng dụng IoT để giám sát, cảnh báo mức độ ô nhiễm nước là một giải pháp để giải quyết vấn đề chất lượng nước hiện nay. Chỉ Số TDS TDS là viết tắt của “Total Dissolved Solids”, có thể gọi nôm na là Tổng chất rắn hòa tan. TDS là một trong những chỉ số dùng để kiểm tra chất lượng của nước, hàm lượng tất cả các chất hữu cơ, vô cơ chứa trong chất lỏng (cụ thể là nước) Đơn vị TDS: mg/l (minigrams/liter) hoặc ppm (part/million) Chỉ số TDS càng nhỏ thì nước càng sạch, nhưng nếu nhỏ quá mức thì nước gần như không có khoáng chất, tuy nhiên không phải chỉ số TDS cao là nước bẩn TDS không được coi là chỉ số gây ô nhiễm, nó là chỉ số tổng hợp về sự hiện diện của các hợp chất hóa học. Cảm biến TDS giúp đo được chỉ số TDS của nước Ứng dụng: Kiểm tra chất lượng nước ở sông ngòi, nước sinh hoạt, quá trình xử lý nước thải hay bất kỳ ứng dụng nào cần đo chỉ số TDS 7
8. A. Nội dung nghiên cứu Để thực hiện dự án, mỗi thành viên trong nhóm đều có nhiệm vụ cụ thể: Nguyễn Hoàng Giang đảm nhiệm vai trò lập trình - thiết kế mạch điện, truyền thông cho dự án. Nguyễn Công Minh là người thiết kế hình dáng cho sản phẩm và có vai trò lập trình webserver, tìm hiểu nghiên cứu thị trường. Nói về ý tưởng thực hiện dự án, các thành viên trong nhóm cho biết, trong quá trình nghiên cứu thực tiễn nhóm nhận thấy, tại một vài nhà máy lọc nước hiện nay vẫn đang thực hiện những biện pháp thủ công trong việc kiểm tra các chỉ số chất lượng nước. Những biện pháp thủ công này rất mất thời gian và gây tốn kém chi phí về nguồn nhân lực lao động. Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, các thành viên trong nhóm đã cùng nhau xây dựng hệ thống giám sát chất lượng nguồn nước và tự động thu thập dữ liệu về chỉ số nước tiêu thụ theo mô hình mạng Internet kết nối vạn vật nhằm giải quyết những yêu cầu cấp bách trên. Giải pháp này không chỉ cho phép các nhà máy nước giám sát được chất lượng nguồn nước sau khi lọc từ máy lọc nước trước khi cung cấp cho khách hàng mà còn cho phép khách hàng giám sát được chất lượng nguồn nước họ đang sử dụng. Ngoài việc quản lý chất lượng nguồn nước sau khi lọc từ máy lọc nước của công ty thì có thể đo chất lượng nước tại các trạm quan sát khác, hoặc chất lượng không khí, hay các chỉ số môi trường khác tùy theo mục đích cần thiết. B. Lợi ích của mô hình Khi người dùng sử dụng dịch vụ, họ có thể biết được các thông tin về nguồn nước lọc họ sử dụng nhờ các ứng dụng trên thiết bị di động hoặc trên các cổng thông tin điện tử hiển thị theo thời gian thực. Không chỉ có vậy dịch vụ còn đưa ra cho họ những cảnh báo, dự báo chính xác và nhanh, nhờ đó họ có đủ thời gian để đưa ra các quyết định ứng phó phù hợp. Ví dụ như từ những dữ liệu đo đạc được dịch vụ đưa ra cảnh báo cho người dùng về việc nước vẫn còn quá bẩn chưa làm sạch hết hoặc chưa đạt tiêu chuẩn uống được, từ đó người sử dụng có thể đưa ra phương pháp giải quyết phù hợp. 8
9. C. Cơ Sở lý thuyết • Giới thiệu phần cứng • Arduino UNO R3 Hình 2 Arduino UnoR3 Hình 1 Arduino UnoR3 Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD, hay những ứng dụng khác. Đây là giải pháp dễ dàng, tiết kiệm để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến. 9
10. • Thông số kỹ thuật Vi điều khiển ATmega328 8bit Điện áp hoạt động 5V DC Tần số hoạt động 16 MHz Dòng điện tiêu thụ ~ 30mA Điện áp vào khuyên 7-12V DC dùng Điện áp vào giới hạn 6-20V DC Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa mỗi chân 30 mA I/O Dòng ra tối đa (5V) 500 mA Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) SRAM 2 KB (ATmega328) EEPROM 1 KB (ATmega328) 10
11. • Sơ đồ chân Hình 3 Sơ đồ chân Arduino Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúngcó chỉ 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối). Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau: o 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit– TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết o Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite(). Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được 11
12. điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác. o Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác. o LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng. Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit. Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác. • Chuẩn giao tiếp Wifi • Giới thiệu Wili là viết tắt của Wireless Fidelity, được gọi chung là mạng không dây sử dụng sống vô tuyến, loại sóng vô tuyến này tương tự như sóng truyền hình, điện thoại và radio. Wifi phát sóng trong phạm vi nhất định, các thiết bị điện tử tiêu dùng ngày nay như laptop, smartphone hoặc máy tính bảng có thể kết nổi và truy cập internet trong tắm phủ sóng. Nguyên tắc hoạt động Để tạo được kết nói Wifi nhất thiết phải có Router (bộ thu phát), Router này lây thông tin từ mạng Internet qua kết nói hữu tuyến rồi chuyên nó sang tín hiệu vô tuyến và gửi đi, bộ chuyên tín hiệu không đây (adapter) trên các thiết bị đi động thu nhận tín hiệu này rồi giải mã nó sang những đữ liệu cần thiết. Quá trình này có thẻ thực hiện ngược lại, Roukr nhận tín hiệu vô tuyến từ A dapter và giải mã chúng rồi gởi qua Internet. Một số chuẩn kết nối Wifi 12
13. Tuy nói wifi tương tự như sứng vô tuyến truyền hình, radio hay điện thoại nhưng nó vẫn khác các loại sóng kia ở mức độ tần số hoạt động. Sóng wifi truyền nhận dữ liệu ở tần số 2,5Ghz đến 5Ghz. Tản số cao này cho phép nó mang nhiều đữ liệu hơn nhưng phạm vi truyền của nó bị giới hạn; còn các loại sóng khác, tuy tần số thấp nhưng có thẻ truyền đi được rất xa. Kết nối wifi sử dụng chuẩn kết nối 802.11 trong thư viện IEEE (Institute of Eleetrical and Eleetronics Engineers), chuẩn này bao gồm 4 chuẩn nhỏ a/b/g/n: Chuẩn wifi đầu tiên 802.11: năm 1997, IEEE đã giới thiệu chuẩn đầu tiên này cho WLAN. Tuy nhiên, 802.11 chỉ hỗ trợ cho băng tản mạng cực đại lên đến 2Mbps — quá chậm đối với hẳu hết mọi ứng dụng, Và với lý do đó, các sản phẩm không dây thiết kế theo chuẩn 802.11 ban đầu không được sản xuất nữa. Chuẩn wifi 802.11b: IEEE đã mở rộng trên chuẩn gốc 802.11 đẻ tạo ra chuẩn 802.11b vào tháng 7/1999. Chuẩn này hỗ trợ băng thông lên đến 11Mbps, tương ứng với Ethemet truyền thông. Chuẩn nảy sử dụng tần số tín hiệu vô tuyến không được kiểm soát 2.4Ghz, các nhà sản xuất rất thích sử dụng tần số này đề giảm chỉ phí sản xuất. Tuy nhiên, các thiết bị 802.11b có thẻ bị xuyên nhiều từ các thiết bị điện thoại không dây, lò vi sóng hoặc các thiết bị khác sử đụng cùng đải tản số. Tuy nhiên, ta có thẻ giảm được hiện tượng xuyên nhiều này bằng cách lắp thiết bị 802.1 1b cách xa các thiết bị như vậy Ưu điểm của 802.1 1b: giá thành thấp nhất, phạm vì tín hiệu tốt vả không để bị cản trở. Nhược điểm của 802.11b: tốc độ tối đa thấp nhất, các thiết bị gia dụng có thể gây cán trở. Chuẩn wifi 802.11a: trong khi 802.11b vẫn đang được phát triển, IEEE đã tạo ra 13
14. một mở rộng thứ 2 có tên gợi là 802.11a. Do giá thành cao hơn nên 802.11a thường được sử dụng cho các mạng doanh nghiệp, còn 802.1 1b thích hợp hơn cho các hộ gia đình. 802.11a hỗ trợ băng thông lên đến 54Mbps và sử dụng tần số SGhz. Do 802.11a và 802.11b sử đựng 2 tằn số khác nhau, nên 2 công nghệ này không thẻ tương thích với nhau. Do đó, một số hãng đã cung cấp các thiết bị mạng bài cho 802. 11a/b, nhưng sản phẩm nảy chỉ đơn thuần là thực hiện 2 chuẩn xong song. Ưu điềm: tốc độ cực nhanh, tằn số được kiểm sóat nên tránh được sự xuyên nhiễu từ các thiết bị khác. Nhược điểm: giá thành đắt, phạm vi hẹp và đễ bị cản trở. Chuẩn wili 802.11g: vào năm 2002 và 2003, các sản phẩm WLAN hỗ trợ một chuẩn mới hơn đó là 802.11g, rất được đánh giá cao trên thị trường, Đây là một nỗ lực kết hợp ưu điểm của cả 802.11a và 802.11b, hỗ trợ băng thông lên đến 54Mbps và sử dụng tắn số 2.4Ghz đẻ có phạm vi rộng. Ưu điểm: tốc độ cực nhanh, phạm vỉ tín hiệu tốt và ít bị cản trở. Nhược điểm: giá thành đắt hơn 802.1 Ib, các thiết bị có thẻ để bị xuyên nhiều từ những đỏ gia dụng sử dụng củng tần số tín hiệu vô tuyến không được kiểm soát. Chuẩn wifi 802.11n: 802.11n - đôi khi được gọi tắt là wireless, được thiết kế đề cải thiện cho 802.11g trong tổng số băng thông được hỗ trợ bằng cách tận dụng nhiều tín hiệu không dây và anten. Được phê chuẩn vào năm 2009, với băng thông tối đa lên đến 600Mbps, 802.11n cũng cung cấp phạm vi tốt hơn những chuẩn wifi trước đó, do cường độ tín hiệu cửa nó đã tăng lên. Ưu điểnr tốc độ tối đa nhanh nhất, phạm vì tín hiệu tốt nhất và khả năng chống nhiều tốt hơn từ các nguồn bên ngoài. Nhược điểm: giá thành đất hơn 802.11g, việc sử dụng nhiều tín hiệu có thể 14
15. gây nhiễu với các mạng dựa trên chuân 802.1 1b và 802. 11g ở gắn. Chuẩn wifi 802.11ac: đây là chuẩn wifi lớn nhất, được sử dụng phô biến nhất hiện nay. 802.11ac sử dụng công nghệ không đây băng tần kép, hỗ trợ các kết nối đồng thời trên cả băng tần 2.4Ghz và 5SGhz. 802.1 lac có băng thông đạt tới 1.300Mbns trên băng tần 5Ghz và 450Mbps trên 2.4Ghz. • Kit RF Thu Phát Wifi ESP8266 Node MCU Mô tả: Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua là kit phát triển dựa trên nền chip Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếp trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản. Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua được dùng cho các ứng dụng cần kết nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến IoT. Ở đây sử dụng Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua để Thu phát tin hiệu Wifi kết nối với phần websever. • Thông số kỹ thuật: o IC chính: ESP8266 Wifi SoC. o Phiên bản firmware: NodeMCU Lua o Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102. o GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU. o Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc Vin. o GIPO giao tiếp mức 3.3VDC o Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash. o Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino. o Kích thước: 25 x 50 mm 15
16. Hình 4 Sơ đồ chân ESP8266 Node MCU • Cảm Biến Chất Lượng Nước TDS Tổng chất rắn hòa tan (TDS - Total dissolved solids) là thước đo hàm lượng kết hợp hòa tan của tất cả các chất vô cơ và hữu cơ có trong chất lỏng ở dạng phân tử, ion hóa hoặc hạt nhỏ (dạng keo). Nói chung, định nghĩa hoạt động là các chất rắn phải đủ nhỏ để tồn tại quá trình lọc thông qua bộ lọc có lỗ chân lông 2 micromet (kích thước danh nghĩa hoặc nhỏ hơn). Tổng chất rắn hòa tan thường chỉ được thảo luận cho các hệ thống nước ngọt, vì độ mặn bao gồm một số ion cấu thành định nghĩa của TDS. Ứng dụng chính của TDS là trong nghiên cứu về chất lượng nước cho suối, sông và hồ. Thành phần hóa học phổ biến nhất trong nước là canxi , phốt phát , nitrat , natri , kali và clorua , được tìm thấy trong nước phù sa, nước mưa, nước biển, Các chất này có thể là cation , anion , phân tử hoặc kết tụ theo thứ tự một nghìn hoặc ít hơn các phân tử, miễn là một hạt vi mô hòa tan được hình thành. Nước có thể được phân loại theo mức tổng chất rắn hòa tan (TDS) trong nước: Nước ngọt: TDS dưới 1.000 mg / L Nước lợ: TDS = 1.000 đến 10.000 mg / L Nước muối: TDS = 10.000 đến 35.000 mg / L 16
17. Hypersaline: TDS lớn hơn 35.000 mg / L Nước uống thường có TDS dưới 500 mg / L. Hình 5 Bảng Đơn Vị TDS 17
18. • PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG • Sơ đồ nguyên lý Hình 6 Sơ Đồ Nguyên Lý • Giao diện TDS Sensor với NodeMCU Hình 7 Giao Diện Mô Hình TDS 18
19. II.Thi Công Hệ Thống ❖ Giới Thiệu Sau khi tính toán và lựa chọn thiết bị cụ thể, ta sẽ bước sang giai đoạn cuối cùng là thi công hệ thống. Về phần cứng , phần lớn các thiết bị được sử dụng trong đề tài là các module và cảm biến điều có sẵn trên thị trường Arduino Nano, ESP8266 Đối với phần mềm chúng ta sẽ tiến hành lập trình điều khiển Modul ESP8266 Node MCU và cảm biến TDS đồng thời thiết kế giao diện websever xây dựng cơ sở dữ liệu Realtime Database Firebase. ▪ Danh sách linh kiện điện tử: o Linh kiện chính: ➢ Cảm Biến TDS ➢ Board ESP8266 NODE MCU ➢ Dây nối male-female header ➢ Điện trở 5K Ohm ➢ Cable kết nối giữa board ESP8266 và máy tính o Linh kiện phụ thử nghiệm: ➢ Đèn led ➢ Cable kết nối board ESP8266 và máy tính ➢ Đầu lọc cảm biến 19
20. ❖ Thiết Kế Mạch TDS ▪ Sơ đồ nguyên lý Hình 8 Sơ Đồ Nguyên Lý Vẽ mạch cụ thể bằng phần mềm CaptureCIS của OrCad Hình 9 Vẽ Mạch Nguyên Lý 20
21. Kiểm Tra lỗi Và Xuất File Có Đuôi MMN Hình 10 Check Fails Hình 11 Xuất File MML 21
22. Thiết kế board mạch in với Layout Hình 12 Phủ Đồng Mạch In In mạch và tiến hành làm mạch in Hình 13 In Mạch In 22
23. Hình 14 Ủi Mạch In Hình 15 Board Mạch Sau Khi Ủi 23
24. ▪ Test và chạy thử mạch TDS Hình 16 Mạch Đầy Đủ Phụ Kiện Hình 17 Kết Nối Đầu Lọc TDS vs TDS 24
25. Hình 18 Đo TDS Hình 19 Đọc Mạch TDS 25
26. Kết quả sau khi test cho thấy: Nước sinh hoạt có chỉ số là 122PPM “Có thể sự dụng được” Nước lọc có chỉ số là 79PPM “Có thể sự dụng được” Nước bẩn ở đây lấy sử dụng nước bể cá để test có chỉ số 301PPM “ Không nên sử dụng vì chỉ số PPM cao”. 26
27. ❖ Lập Trình ESP 8266 MCU Sơ đồ chân MCU Hình 20 Sơ Đồ Chân MCU Pin GPIO: NodeMCU có 16 chân GPIO như trong sơ đồ trên có thể được sử dụng để điều khiển các thiết bị ngoại vi khác như cảm biến, đèn LED, công tắc, v.v. Những chân này cũng có thể được sử dụng làm chân PWM. Pin ADC (Bộ chuyển đổi tương tự sang số): Nó có một kênh ADC và có thể được truy cập thông qua chân A0. Pin SPI: Có 4 chân (SCK, MISO, MOSI, v.v.) có sẵn để giao tiếp SPI như được hiển thị trong hình chữ nhật màu xanh lá cây trong sơ đồ. Pin I2C: Nó có hỗ trợ chức năng I2C nhưng do sử dụng nội bộ các chân này, bạn phải tìm chân nào là I2C. Pin UART: Nó có hai giao diện UART. Vì, RXD0 và TXD0 được sử dụng để tải mã lên bảng, chúng tôi không thể sử dụng chúng trong khi lập trình mô-đun này. Ta có thể sử dụng RXD1 và TXD1 bất cứ lúc nào. 27
28. Cài đặt NodeMCU trên Arduino IDE: Hình 21 Cài Đặt MCU Trên IDE Hình 22 Cài Đặt MCU Trên IDE 28
29. Hình 23 Cài Đặt MCU Trên IDE • Lập trình Web trên IDE bằng NodeMCU Chương trình web Hàm setup() Lập trình giao diện web nhận và hiện thị kết quả webPage += “ HT Electronic – ESP8266 Web Server Kết nối vào mạng Wifi, gửi nội dung web server để hiện thị khi có client truy xuất vào WiFi.begin(ssid, password); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED); //đợi kết nối Wifi thành công server.on(“/”, [](){ server.send(200, “text/html”, webPage);}); Bắt đầu chạy Web server server.begin(); Hàm loop() Chỉ gọi hàm server.handleClient() để xử lý các event của Web server 29
30. • Lập trình và chạy thử trên IDE Thiết lập Wifi và Password Hình 24 Lập Wifi và Password • Source Code/Program #include #include "GravityTDS.h" #define TdsSensorPin A1 GravityTDS gravityTds; float temperature = 25,tdsValue = 0; void setup() { Serial.begin(115200); gravityTds.setPin(TdsSensorPin); gravityTds.setAref(5.0); //reference voltage on ADC, default 5.0V on Arduino UNO gravityTds.setAdcRange(1024); //1024 for 10bit ADC;4096 for 12bit ADC gravityTds.begin(); //initialization } void loop() { //temperature = readTemperature(); //add your temperature sensor and read it 30
31. gravityTds.setTemperature(temperature); // set the temperature and execute temperature compensation gravityTds.update(); //sample and calculate tdsValue = gravityTds.getTdsValue(); // then get the value Serial.print(tdsValue,0); Serial.println("ppm"); delay(1000); } Hình 25 Source Code 31
32. Chạy thử chương trình Hình 26 Test chương trình Hình 27 Kết quả hiển thị 32
33. Hình 28 Kết quả hiển thị 33
34. ❖ Mô Phỏng Hệ Thống Hình 28 Sơ Đồ Mô Phỏng • Chạy thử hệ thống ➢ Đo thử với nước lọc Hình 29 Chạy Test Chương Trình 34
35. Hình 30 Chạy Test Chương Trình ➢ Đo thử với nước pha với muối Hình 31 Chạy Test Chương Trình 35
36. Hình 32 Chạy Test Chương Trình ➢ Đo thử với nước pha với phân bón Nutrient solution Hình 33 Chạy Test Chương Trình 36
37. Hình 35 Chạy Test Chương Trình 37
38. III.Kết Luận Từ các kết quả và thực nghiệm trên, chúng tôi sơ bộ đưa ra một số kết luận sau: Mục tiêu đề tài Tóm lại, đề tài thiết kế và nghiên cứu hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao đã đáp ứng được các kết quả như sau: ➢ Thiết kế được mô hình sản phẩm ➢ Có thể hoạt động tự động Sản phẩm của đề tài ➢ Bộ modul đầu lọc chất lượng nước với cảm biến TDS ➢ Chip ESP8266 NodeMCU ➢ Báo cáo tổng kế đề tài Tính hiệu quả của đề tài ➢ Qua đề tài đã trình bày cho chúng ta biết về cách lập trình và sử dụng cảm biến cũng như các chương trình cần thiết như IDE Arduino. ➢ Thi công và chạy thử mô hình thành thạo. Hướng phát triển đề tài. ➢ Với hệ thống của đề tài nghiên cứu này, đã nghiên cứu và phát triển nhằm tối ưu hóa hệ thống. Để có thể tối ưu hóa nhóm chúng tôi xin đưa ra hướng phát triển sau: ➢ Có thể tích hợp thêm nhiều cách thức phân loại để tối ưu hóa việc đọc cảm biến được tốt và đúng hơn. Có thế cài đặt để có thể chạy tự động theo chu kỳ. ➢ Về thiết kế có thể thiết kế phù hợp cho từng nhu cầu Tổng kết Xuất phát từ nhu cầu thực tế, các thành viên trong nhóm đã cùng nhau xây dựng hệ thống giám sát chất lượng nguồn nước và tự động thu thập dữ liệu về chỉ số nước tiêu thụ theo mô hình mạng Internet kết nối vạn vật nhằm giải quyết những yêu cầu cấp bách trên. Giải pháp này không chỉ cho phép các nhà máy nước giám sát được chất lượng nguồn nước sau khi lọc từ máy lọc nước trước khi cung cấp cho khách hàng mà còn cho phép khách hàng giám sát được chất lượng nguồn nước họ đang sử dụng. Ngoài việc quản lý chất lượng nguồn nước sau khi lọc từ máy lọc nước của công ty thì có thể đo chất lượng nước tại các trạm quan sát khác, hoặc chất lượng không khí, hay các chỉ số môi trường khác tùy theo mục đích cần thiết. 38
39. TÀI LIỆU THAM KHẢO Hướng dẫn chi tiết cách tạo server và điều khiển Arduino cho dự án IoT | Cộng đồng Arduino Việt Nam Tạo một webserver bằng esp8266 | Mechasolution Việt Nam - Mechasolution.fpo.vn Internet Of Things (IoT) : cho người mới bắt đầu Hướng dẫn sử dụng ESP8266 trong các ứng dụng Internet Of Things (Phần 7) – HT Electronics Lập trình cho ESP8266 dùng Arduino IDE | Học ARM Lập trình vi điều khiển- Phần 255- Module esp8266 Node MCU - YouTube mô hình giám sát chất lượng nước thông qua Iot - Tìm với Google Với 30 phút, tự làm demo thùng nước IoT bơm nước tự động cùng iNut Platform | Cộng đồng Arduino Việt Nam Vẽ và thiết kế mạch in: Bài tập 2 - VOER D.I.Y - Arduino: Tự Chế Đầu Đọc Nồng Độ Dung Dịch Thủy Canh - Ec/ppm Meter | Page 2 | Vườn rau xanh - Cộng đồng làm vườn cho người Việt Máy đo EC / TDS / PPM 39