Đặt vấn đề Hiện tƣợng nóng lên của Trái Đất đang là một vấn đề đầy thử thách cho toàn thế giới, hệ quả kéo theo là làm cho môi trƣờng nƣớc biển bị ảnh hƣởng nƣớc ta cũng không ngoại lệ, sự xâm nhập mặn đang là mối lo ngại cho ngƣời nông dân, lẫn cả cơ quan chức năng và nhà khoa học. Xâm nhập mặn đã và đang gây ra hậu quả nặng nề trên các tỉnh miền Tây Việt Nam, nên sự ra đời của sản phẩm là rất cần thiết ngƣời dùng cần theo dõi thông số môi trƣờng nƣớc để đƣa ra các quyết định về việc nuôi trồng hoặc tƣới tiêu. Hệ thống giám sát dữ liệu môi trƣờng nƣớc có các chức năng nhƣ thu thập nhiệt độ nƣớc, độ mặn, độ đục, độ pH, để ngƣời dùng có thể theo dõi liên tục môi trƣờng nƣớc, áp dụng vào nuôi trồng thủy sản. Hệ thống hƣớng đến môi trƣờng nƣớc biển đƣa ra cảnh báo kịp thời thông qua chuông báo tại chỗ, tin nhắn và thông qua mạng, ngƣời dùng sẽ tra cứu thông số môi trƣờng thông qua mạng để kịp thời xử lý.
Thông số sẽ đƣợc lƣu trữ lại để ngƣời dùng tham khảo và có biện pháp theo dõi lâu dài nhằm đƣa ra phƣơng án nuôi trồng thủy sản thích hợp trong năm. Tính cấp thiết của đề tài Theo báo cáo của Bộ NN&PTNT mùa khô năm 2015-2016, Tổng lƣợng mƣa trên lƣu vực thiếu hụt 20-50% trung bình nhiều năm. Mực nƣớc thƣợng nguồn sông Mê Kông tiếp tục xuống nhanh và thấp nhất trong vòng 90 năm qua. Do thiếu nƣớc ngọt, mặn xuất hiện sớm hơn 2 tháng so với cùng kỳ đã xâm nhập sâu vào vùng ĐBSCL.
Hiện nay trên các hệ thống sông chính ở miền Tây, mặn xâm nhập sâu từ 40-93 km, tăng 10-15 km so với các năm trƣớc. Tỉnh Vĩnh Long nằm rất xa biển nhƣng lần đầu đã bị nƣớc mặn tấn công. Còn Hậu Giang hơn 40 ha lúa bị thiệt hại nặng. Theo Phó chủ tịch tỉnh Kiên Giang, Mai Anh Nhịn thì hiện tại các sông lớn đã bị mặn xâm nhập sâu từ 3 đến 4km.
Hiện tỉnh này có đến 34.000ha lúa bị thiệt hại và chƣa dừng lại, đời sống sản xuất của ngƣời dân bị ảnh hƣởng nghiêm trọng. Ở Cà Mau diện tích lúa bị thiệt hại trên 18.000ha, chiếm 56% diện tích trồng lúa trên đất nuôi tôm.[2] Chính vì sự ứng dụng rộng rãi và khả năng phát triển trong tƣơng lai , việc phân tích khả năng hoạt động của kỹ thuật nâng cao hiệu suất là rất cần thiết. Qua đó, có thể giúp nhóm thực hiện đề tài hiể u hơn về nhƣ̃ng kiế n thƣ́c mới cũng nhƣ áp dụng các kiến thức đã học vào thƣ̣c tế. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Thiết kế và thi công mô hình thu thập dữ liệu môi trƣờng nƣớc sạch và sử dụng năng lƣợng mặt trời, đồng thời gửi các thông số qua mạng Internet sau cập nhập thông tin lên web và mạng di động để nâng cao khả năng giám sát và kịp thời điều chỉnh.
ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tƣợng nghiên cứu về phần mềm đó là thu đƣợc dữ liệu từ môi trƣờng và sử dụng nguồn năng lƣợng mặt trời, gửi dữ liệu thông qua mạng Internet và mạng di động, cách thức lập trình nodejs và nhúng chƣơng trình vào Board Galileo. Còn về phần cứng là các linh kiện điện tử, các module, pin năng lƣợng mặt trời,… và board Intel Galileo gen 2. Phạm vi nghiên cứu trong khuôn khổ mô hình nhỏ có công suất thấp và có thể phát triển lên các mô hình lớn hơn. Ngoài ra, về lập trình Web nhóm thực hiện đƣợc hiển thị giá trị cảm biến, vẽ đƣợc biểu đồ, điều khiển thiết bị bằng nút nhấn trên Web.
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tìm hiểu các lý thuyết về cách thu dữ liệu, truyền qua Board Galileo và cách đẩy dữ liệu lên mạng sử dụng ngôn ngữ nodejs và javacript để thực hiện lập trình cho kit. Thiết kế và xây dựng mô hình. Qua thực nghiệm từ những sản phẩm của đề tài trƣớc dẫn tới rút kinh nghiệm và tìm hiểu và xây dựng đề tài. BỐ CỤC ĐỒ ÁN Chƣơng 1: Tổng quan Giới thiệu sơ lƣợc về tình hình nghiên cứu hiện nay cũng nhƣ tính cấp thiết của đề tài.
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết Nêu các lý thuyết cần thiết để sử dụng trong đề tài. Chƣơng 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống Trình bày sơ đồ hệ thống và giải thích hoạt động của hệ thống. Đƣa ra các phƣơng pháp lựa chọn phần cứng và xác định lựa chọn phù hợp với yêu cầu của đề tài. Tính toán đƣa ra giải thuật, thuật toán phần mềm.
2 do an Chƣơng 4: Kết quả thực hiện Trình bày kết quả đã thực hiện về phần cứng và phần mềm, đƣa ra nhận xét. Chƣơng 5: Kết luận và phạm vi ứng dụng Nêu các ƣu điểm và nhƣợc điểm của đề tài, hƣớng khắc phục và phạm vi sử dụng trong thực tế 3 do an Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. KIT INTEL GALILEO 2. Giới thiệu về kit galileo Kit Galileolà một board mạch vi điều khiển dựa trên bộ xử lí ứng dụng Intel Quark SoC X1000 - một bộ xử lí thuộc dòng Pentium 32-bit system-on-chip (tích hợp tất cả các thành phần hệ thống vào trong 1 chip xử lí duy nhất).
Kit Galileo là board mạch tƣơng thích với Arduino đầu tiên dựa trên cấu trúc của Intel. Cả phần cứng lẫn phần mềm của Kit Galileo đều tƣơng thích với các Arduino Shield vốn đƣợc thiết kế cho Arduino UNO R3 với chuẩn chân cắm Arduino 1. Kit Galileo có thể chạy đƣợc các shield của Arduino ở cả 2 mức điện áp 3.3V và 5V mặc dù điện áp hệ thống của nó chỉ là 3. Kit Galileocó đƣợc điều này là nhờ các bộ chuyển đổi điện áp đƣợc tích hợp ngay trên Kit Galileo.
Mặc định, Kit Galileochạy shield ở mức 5V và có thể chuyển xuống 3.3V bằng cách thay đổi các chân cắm (jumper) trên mạch. Ngoài các tƣơng thích vềphần mềm lẫn phần cứng với nền tảng Arduino, Kit Galileocũng hỗ trợ các chuẩn giao tiếp trên máy tính cá nhân hiện nay. Vì vậy, Kit Galileocó thể giao tiếp với nhiều thiết bị khác ngoài các shield trong Arduino. Mặc định, trên bo mạch Kit Galileohỗ trợ: Cổng full sized mini-PCI Express 2.
Cổng Ethernet 100Mbps. Cổng Serial RS-232. Cổng USB Host và USB Client. RAM DDR3 256MB.
Chân cắm chuẩn Arduino Pinout 1. Khe cắm thẻ nhớ micro-SD hỗ trợ lên tới 32GB. Bộ nhớ flash 8MB dùng để chứa firmware hay bootloader. 256KB - 512KB bộ nhớ lƣu trữ chƣơng trình Arduino.
4 do an Khả năng chạy các hệ điều hành Linux Yocto, Linux Debian, Windows 8,Windows 10,. đƣợc tuỳ biến đặc biệt. Đây là Kit Galileo mạch đầu tiên trong họ hàng của Arduino có khe cắm mini-PCI Express half-sized lẫn full-sized. Intel Galileo hiện có 2 phiên bản là Gen 1 và Gen 2 nhƣ hình 2.1: Kit Intel Galileo Gen 1 và Gen 2 Nguồn cung cấp cho Intel Galileo Gen 1 là 5V, 2A.
Trong khi đó, nguồn cung cấp cho Gen 2 đƣợc kéo dãn lên từ 7V - 12V. Ngoài ra, tốc độ làm việc của các chân giao tiếp cũng đƣợc tăng lên đáng kể. Cấu trúc của KIT Galileo Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc của kit Intel Galileo Giống nhƣ Arduino UNO phiên bản 3, Kit Galileo có: • 14 chân Digital I/O, trong đó 6 chân có thể phát xung PWM. • Chúng có thể đƣợc sử dụng ở cả 2 chế độ INPUT và OUTPUT, sử dụng đƣợc với các hàm pinMode(), digitalWrite() và digitalRead() nhƣ trên các mạch Arduino.
• Các chân giao tiếp có thể hoạt động ở 2 mức điện áp 3. Dòng cấp tối đa là 10mA, dòng đỉnh là 25mA. • Mỗi chân đều có một điện trở kéo lên trong có trị số khoảng 5. Mặc định, các điện trở này bị ngắt.
• 6 chân Analog từ A0 đến A5 giao tiếp qua chip AD7298 (chuyển đổi Analog-to-Digital). • Mỗi chân Analog có thể cung cấp độ phân giải 12bit với 4096 giá trị khác nhau. Mặc định tính từ GND đến 5V. • I2C bus, TWI với 2 chân SDA và SCL nằm cạnh chân AREF.
• TWI: gồm 2 chân SDA (A4) và SCL (A5). Hỗ trợ giao tiếp TWI thông qua thƣ viện Wire tƣơng tự nhƣ trên Arduino. 6 do an • UART (cổng Serial): là một cổng UART với tốc độ có thể lập trình đƣợc, 2 chân giao tiếp là 0 (RX) và chân 1 (TX). • Chân 5V output: chân này cấp nguồn ra 5V từ nguồn ngoài cấp cho Kit Galileo hay từ nguồn USB.
Dòng ra tối đa ở chân này cho các shield là 800mA.3V output: cấp điện áp ra 3.3V đƣợc điều chế từ các mạch điều áp trên Kit Galileo. Dòng ra tối đa ở chân này cho các shield là 800mA. • GND: chân nối cực âm của nguồn điện. • RESET: chân/nút nhấn RESET.
Kéo chân này xuống GND để reset chƣơng trình Arduino đang chạy trên Kit Galileo. Thƣờng chân này đƣợc dùng để reset các shield. Các tính năng hỗ trợ Các bộ xử lí của Intel và các tƣơng thích I/O của SoC đi kèm cung cấp hầu nhƣ tất cả các tính năng cần thiết: Bộ xử lí 400Mhz Intel Pentium 32bit tƣơng thích với kiến trúc tập lệnh ISA (ISA-compatible). 16KB bộ nhớ đệm L1.
512KB bộ nhớ SRAM tích hợp trên mạch. Dễ dàng lập trình: đơn luồng, đơn nhân, xung nhịp cố định. Mạch thời gian thực tích hợp (RTC intergrated) với 1 pin nút áo 3V. Cổng kết nối10/100 Ethernet.
Cổng kết nối USB Client dùng để lập trình. Ngoài chức năng là một cổng lập trình, nó cũng có thể đóng vai trò nhƣ một USB Host chuẩn 2. 10 chân header chuẩn JTAG hỗ trợ việc dò lỗi hệ thống. Nút Reboot dùng để reboot vi xử lí trung tâm.
Nút Reset dùng để reset chƣơng trình Arduino đang chạy hay bất kì shield nào đang kết nối. Tùy chọn lƣu trữ: 8MB Legacy SPI Flash dùng để lƣu trữ firmware hay bootloader cũng nhƣ chƣơng trình Arduino. Khoảng 256KB đến 512KB đƣợc tách ra từ 7 do an 8MB này để lƣu trữ chƣơng trình Arduino cuối cùng đƣợc tải lên. Các chƣơng trình Arduino đƣợc tải lên từ máy tính đƣợc xử lí một cách tự động, bạn không cần phải thao tác gì trừ khi có một sự thay đổi nào đó đƣợc thêm vào firmware.
512KB bộ nhớ SRAM nhúng đƣợc mở mặc định bởi firmware. 256MB DRAM đƣợc mở mặc định bởi firmware. Tùy chọn thẻ nhớ ngoài SD có thể cung cấp lên tới 32GB dung lƣợng lƣu trữ. Lƣu trữ USB có thể làm việc với bất kì ổ đĩa USB 2.0 nào tƣơng thích.
11KB EEPROM có thể đƣợc lập trình qua thƣ viện EEPROM. Kit Galileo cung cấp giao tiếp UART, TTL, Serial ở cả 2 mức 3.