BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU  BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG NƯỚC THÔNG QUA ỨNG DỤNG IOT Giảng viên hướng dẫn : Trần Thái Sơn Sinh viên thực : Nguyễn Hồng Giang Nguyễn Cơng Minh Lớp : DH16CD Ngành đào tạo : Cơ khí Chuyên ngành : Cơ điện tử Niên khóa : 2016 - 2020 Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2020 MỤC LỤC I.Giới thiệu tổng quan A Nội dung nghiên cứu B Lợi ích mơ hình C Cơ Sở lý thuyết Giới thiệu phần cứng 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 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 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình Arduino UnoR3 Hình Arduino UnoR3 Hình Sơ đờ chân Arduino 11 Hình Sơ đờ chân ESP8266 Node MCU 16 Hình Bảng Đơn Vị TDS 17 Hình Sơ Đờ Ngun Lý 18 Hình Giao Diện Mơ Hình TDS 18 Hình Sơ Đờ Ngun Lý 20 Hình Vẽ Mạch Nguyên Lý 20 Hình 10 Check Fails 21 Hình 11 Xuất File MML 21 Hình 12 Phủ Đờng 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 Nới 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 Password 29 Hình 25 Source Code 30 Hình 26 Test chương trình 31 Hình 27+28 Kết hiển thị 32 Hình 29 ->35 Chạy Test Chương Trình 36 PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên giao đề tài Nguyễn Hồng Giang MSSV: 16031603 Nguyễn Cơng Minh Tên đề tài MSSV: 16030012 MƠ HÌNH GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG NƯỚC THÔNG QUA ỨNG DỤNG IOT Nội dung THIẾT KẾ MƠ HÌNH GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG NƯỚC THÔNG QUA ỨNG DỤNG IOT Kết Đề tài hồn thành mơ hình, lập trình cho hệ thống chạy thử nghiệm thành công Giảng viên hướng dẫn Vũng Tàu, tháng năm 2020 Sinh viên Nguyễn Hồng Giang Nguyễn Cơng Minh LỜI CAM ĐOAN Chúng tơi: Nguyễn Hồng Giang Nguyễn Cơng Minh xin cam đoan Đồ án tốt nghiệp thành nghiên tìm tịi từ sớ liệu thu thập, kiểm tra so sánh thực tế thực hướng dẫn giáo viên hướng dẫn Đờ án thực hồn tồn mới, thành nghiên cứu riêng thân nhóm chúng tôi, không theo bất đồ án tương tự Mọi tham khảo sử dụng đồ án trích dẫn từ ng̀n tài liệu báo cáo danh mục tài liệu tham khảo Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế nhà trường, tơi xin hồn tồn chịu mọi trách nhiệm Vũng Tàu, ngày tháng năm 2020 Sinh viên LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành gửi lời cảm ơn chân thành tri ân sâu sắc đối với thầy cô trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu, đặc biệt thầy cô khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Nông Nghiệp Công Nghệ Cao, người trực tiếp giảng dạy, truyền đạt kiến thức bổ ích cho em năm học vừa qua Những kiến thức tảng hành trang vô quý báu để chúng em phát triển sau Sau trình học tập rèn luyện nghiệm túc, với hướng dẫn đôn đốc tận tình giảng viên Trần thái Sơn, chúng em hồn thành Đờ án tớt nghiệp Đại học Và em xin chân thành cảm ơn Công ty TNHH Cường Tiến Thịnh-SDVICO toàn thể nhân viên hỡ trợ, hướng dẫn nhiệt tình, tạo điều kiện tḥn lợi cho em śt q trình thực đề tài cơng ty Trong q trình thiết kế, chế tạo, trình làm báo cáo đề tài nghiên cứu chưa có nhiều kinh nghiệm thực tiễn nên báo cáo không thể tránh khỏi có nhiều thiếu sót, em rất mong nhận ý kiến đóng góp thầy, để em học hỏi thêm nhiều kinh nghiệm sẽ hồn thành tớt đề tài tốt nghiệp Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2020 Sinh viên thực Nguyễn Hoàng Giang Nguyễn Công Minh I.Giới thiệu tổng quan Theo định nghĩa 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 sở hạ tầng tồn cầu cho xã hội thơng tin, cho phép cải thiện dịch vụ cách kết nối (các thực thể vật lý thực thể ảo) dựa công nghệ thông tin truyền thông tương thích có phát triển Chính vậy mà khả thu thập liệu IoT rất vượt trội so với công nghệ truyền thống Bên cạnh đó, IoT có thể tích hợp cơng nghệ đại khác để mang lại khả ứng dụng mà chúng ta chưa hình dung hết Khi khối trung tâm xử lý IoT tích hợp cơng nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) sẽ đem lại khả dự báo, cảnh báo gần theo thời gian thực hay ta tích hợp Bigdata với IoT sẽ mang lại khả phân tích xử lý liệu chiếm tỷ lệ cao nhất, thống kê, lưu trữ liệu rất tuyệt vời hướng nghiên cứu rất nhà sáng chế quan tâm Ứng dụng IoT mang lại lợi ích thiết thực khơng cho người dân, doanh nghiệp, mà cịn quan quản lý phân tích liệu lớn ứng dụng IoT số liệu thớng kê để tham khảo phân tích dự báo, hành vi người dùng phương pháp xử lý liệu nâng cao (bao gồm AI) Việc ứng dụng IoT để giám sát, cảnh báo mức độ ô nhiễm nước giải pháp để giải vấn đề chất lượng nước Chỉ Số TDS TDS viết tắt “Total Dissolved Solids”, có thể gọi nơm na Tổng chất rắn hòa tan TDS số dùng để kiểm tra chất lượng nước, hàm lượng tất chất hữu cơ, vô chứa chất lỏng (cụ thể nước) Đơn vị TDS: mg/l (minigrams/liter) hoặc ppm (part/million) Chỉ số TDS nhỏ nước sạch, nhỏ q mức nước gần khơng có khống chất, nhiên số TDS cao nước bẩn TDS không coi số gây ô nhiễm, sớ tổng hợp diện hợp chất hóa học Cảm biến TDS giúp đo số TDS nước Ứng dụng: Kiểm tra chất lượng nước sơng ngịi, nước sinh hoạt, trình xử lý nước thải hay bất kỳ ứng dụng cần đo số TDS A Nội dung nghiên cứu Để thực dự án, mỗi thành viên nhóm có nhiệm vụ cụ thể: Nguyễn Hồng Giang đảm nhiệm vai trị lập trình - thiết kế mạch điện, truyền thông cho dự án Nguyễn Cơng Minh người thiết kế hình dáng cho sản phẩm có vai trị lập trình webserver, tìm hiểu nghiên cứu thị trường Nói ý tưởng thực dự án, thành viên nhóm cho biết, q trình nghiên cứu thực tiễn nhóm nhận thấy, vài nhà máy lọc nước thực biện pháp thủ công việc kiểm tra số chất lượng nước Những biện pháp thủ công rất mất thời gian gây tốn chi phí ng̀n nhân lực lao động X́t phát từ nhu cầu thực tế đó, thành viên nhóm xây dựng hệ thớng giám sát chất lượng nguồn nước tự động thu thập liệu số nước tiêu thụ theo mô hình mạng Internet kết nới vạn vật nhằm giải yêu cầu cấp bách Giải pháp không cho phép nhà máy nước giám sát chất lượng nguồn nước sau lọc từ máy lọc nước trước cung cấp cho khách hàng mà cho phép khách hàng giám sát chất lượng nguồn nước họ sử dụng Ngoài việc quản lý chất lượng nguồn nước sau lọc từ máy lọc nước cơng ty có thể đo chất lượng nước trạm quan sát khác, hoặc chất lượng không khí, hay sớ mơi trường khác tùy theo mục đích cần thiết B Lợi ích mơ hình Khi người dùng sử dụng dịch vụ, họ có thể biết thông tin nguồn nước lọc họ sử dụng nhờ ứng dụng thiết bị di động hoặc cổng thông tin điện tử hiển thị theo thời gian thực Khơng có vậy dịch vụ đưa cho họ cảnh báo, dự báo xác nhanh, nhờ họ có đủ thời gian để đưa định ứng phó phù hợp Ví dụ từ liệu đo đạc dịch vụ đưa cảnh báo cho người dùng việc nước bẩn chưa làm hết hoặc chưa đạt tiêu chuẩn uống được, từ người sử dụng có thể đưa phương pháp giải phù hợp C Cơ Sở lý thuyết • Giới thiệu phần cứng • Arduino UNO R3 Hình Arduino UnoR3 Hình Arduino UnoR3 Arduino UNO có thể sử dụng vi điều khiển họ 8bit AVR ATmega8, ATmega168, ATmega328 Bộ não có thể xử lí tác vụ đơn giản điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm trạm đo nhiệt độ - độ ẩm hiển thị lên hình LCD,… hay ứng dụng khác Đây giải pháp dễ dàng, tiết kiệm để tạo thiết bị có khả tương tác với môi trường thông qua cảm biến • Thơng số kỹ tḥt 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 dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa chân I/O 30 mA Dòng tối đa (5V) 500 mA Dòng tối đa (3.3V) 50 mA Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) SRAM KB (ATmega328) EEPROM KB (ATmega328) 10 Hình 18 Đo TDS Hình 19 Đọc Mạch TDS 25 Kết sau test cho thấy: Nước sinh hoạt có sớ 122PPM “Có thể dụng được” Nước lọc có sớ 79PPM “Có thể dụng được” Nước bẩn lấy sử dụng nước bể cá để test có sớ 301PPM “ Khơng nên sử dụng sớ PPM cao” 26 ❖ Lập Trình ESP 8266 MCU Sơ đồ chân MCU Hình 20 Sơ Đờ Chân MCU Pin GPIO: NodeMCU có 16 chân GPIO sơ đờ có thể sử dụng để điều khiển thiết bị ngoại vi khác cảm biến, đèn LED, công tắc, v.v Những chân có thể sử dụng làm chân PWM Pin ADC (Bộ chủn đổi tương tự sang sớ): Nó có kênh ADC có thể truy cập thơng qua chân A0 Pin SPI: Có chân (SCK, MISO, MOSI, v.v.) có sẵn để giao tiếp SPI hiển thị hình chữ nhật màu xanh sơ đờ Pin I2C: Nó có hỡ trợ chức I2C sử dụng nội chân này, bạn phải tìm chân I2C Pin UART: Nó có hai giao diện UART Vì, RXD0 TXD0 sử dụng để tải mã lên bảng, chúng khơng thể sử dụng chúng lập trình mơ-đun Ta có thể sử dụng RXD1 TXD1 bất lúc 27 Cài đặt NodeMCU Arduino IDE: Hình 21 Cai Đăt MCU Trên IDE Hình 22 Cai Đăt MCU Trên IDE 28 Hình 23 Cai Đăt MCU Trên IDE • Lập trình Web IDE NodeMCU Chương trình web Hàm setup() Lập trình giao diện web nhận thị kết webPage += “HT Electronic – ESP8266 Web Server Kết nối vào mạng Wifi, gửi nội dung web server để thị 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 event Web server 29 • Lập trình chạy thử IDE Thiết lập Wifi Password Hình 24 Lâp Wif va 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 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 Chạy thử chương trình Hình 26 Test chương trình Hình 27 Kết quả hiển thị 32 Hình 28 Kết quả hiển thị 33 ❖ Mô Phỏng Hệ Thống Hình 28 Sơ Đồ Mơ Phỏng • ➢ Chạy thử hệ thống Đo thử với nước lọc Hình 29 Chạy Test Chương Trình 34 Hình 30 Chạy Test Chương Trình ➢ Đo thử với nước pha với muối Hình 31 Chạy Test Chương Trình 35 Hình 32 Chạy Test Chương Trình ➢ Đo thử với nước pha với phân bón Nutrient solution Hình 33 Chạy Test Chương Trình 36 Hinh 35 Chạy Test Chương Trình 37 III.Kết Luận Từ kết thực nghiệm trên, chúng sơ đưa số kết luận sau: Mục tiêu đề tài Tóm lại, đề tài thiết kế nghiên cứu hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao đáp ứng kết sau: ➢ Thiết kế mơ hình sản phẩm ➢ ➢ ➢ ➢ Có thể hoạt động tự động Sản phẩm đề tài Bộ modul đầu lọc chất lượng nước với cảm biến TDS Chip ESP8266 NodeMCU Báo cáo tổng kế đề tài Tính hiệu đề tài ➢ ➢ Qua đề tài trình bày cho chúng ta biết cách lập trình sử dụng cảm biến chương trình cần thiết IDE Arduino Thi công chạy thử mô hình thành thạo Hướng phát triển đề tài ➢ ➢ ➢ Với hệ thống đề tài nghiên cứu này, nghiên cứu phát triển nhằm tới ưu hóa hệ thớng Để có thể tới ưu hóa nhóm chúng tơi xin đưa hướng phát triển sau: Có thể tích hợp thêm nhiều cách thức phân loại để tới ưu hóa việc đọc cảm biến tớt đúng Có cài đặt để có thể chạy tự động theo chu kỳ Về thiết kế có thể thiết kế phù hợp cho nhu cầu Tổng kết Xuất phát từ nhu cầu thực tế, thành viên nhóm xây dựng hệ thớng giám sát chất lượng nguồn nước tự động thu thập liệu sớ nước tiêu thụ theo mơ hình mạng Internet kết nối vạn vật nhằm giải yêu cầu cấp bách Giải pháp không cho phép nhà máy nước giám sát chất lượng nguồn nước sau lọc từ máy lọc nước trước cung cấp cho khách hàng mà cho phép khách hàng giám sát chất lượng nguồn nước họ sử dụng Ngoài việc quản lý chất lượng nguồn nước sau lọc từ máy lọc nước cơng ty có thể đo chất lượng nước trạm quan sát khác, hoặc chất lượng khơng khí, hay số môi trường khác tùy theo mục đích cần thiết 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hướng dẫn chi tiết cách tạo server điều khiển Arduino cho dự án IoT | Cộng đồng Arduino Việt Nam Tạo webserver esp8266 | Mechasolution Việt Nam Mechasolution.fpo.vn Internet Of Things (IoT) : cho người bắt đầu Hướng dẫn sử dụng ESP8266 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 iNut Platform | Cộng đồng Arduino Việt Nam Vẽ thiết kế mạch in: Bài tập - VOER D.I.Y - Arduino: Tự Chế Đầu Đọc Nồng Độ Dung Dịch Thủy Canh - Ec/ppm Meter | Page | Vườn rau xanh - Cộng đồng làm vườn cho người Việt Máy đo EC / TDS / PPM 39 ... MSSV: 16030012 MƠ HÌNH GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG NƯỚC THÔNG QUA ỨNG DỤNG IOT Nội dung THIẾT KẾ MƠ HÌNH GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG NƯỚC THƠNG QUA ỨNG DỤNG IOT Kết Đề tài hồn thành mơ hình, lập trình... 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 iNut Platform | Cộng đồng Arduino... giám sát chất lượng nguồn nước sau lọc từ máy lọc nước trước cung cấp cho khách hàng mà cho phép khách hàng giám sát chất lượng nguồn nước họ sử dụng Ngồi việc quản lý chất lượng ng̀n nước