Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Biến đổi khí hậu toàn cầu và hiện tượng nóng lên của Trái Đất đang gây ra những biến động nghiêm trọng đối với môi trường nước, trong đó xâm nhập mặn là một trong những thách thức lớn đối với sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản tại Việt Nam. Theo số liệu báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn trong mùa khô 2015–2016, tổng lượng mưa trên lưu vực thiếu hụt từ 20% đến 50% so với trung bình nhiều năm; mực nước thượng nguồn sông Mê Kông xuống thấp nhất trong vòng 90 năm. Tình trạng thiếu hụt nguồn nước ngọt khiến nước mặn xâm nhập sớm hơn 2 tháng và tiến sâu từ 40 km đến 93 km vào các hệ thống sông chính tại Đồng bằng sông Cửu Long (tăng từ 10 km đến 15 km so với các năm trước). Thiệt hại ghi nhận thực tế rất nặng nề: tỉnh Vĩnh Long lần đầu tiên bị nước mặn tấn công; tỉnh Hậu Giang có hơn 40 ha lúa bị thiệt hại; tỉnh Kiên Giang ghi nhận độ mặn xâm nhập sâu từ 3 km đến 4 km trên các sông lớn, làm thiệt hại 34.000 ha lúa; tỉnh Cà Mau có trên 18.000 ha lúa bị thiệt hại, chiếm 56% diện tích trồng lúa trên đất nuôi tôm.

Trước thực trạng đó, người nuôi trồng thủy sản và canh tác nông nghiệp cần một công cụ theo dõi liên tục các chỉ số môi trường nước để kịp thời đưa ra quyết định xử lý nguồn nước, tưới tiêu hoặc điều chỉnh mùa vụ. Đề tài tập trung giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể sau:

  1. Thiết kế và thi công mô hình quan trắc môi trường nước sạch và nước mặn sử dụng nguồn năng lượng mặt trời.
  2. Thu thập liên tục 4 thông số chất lượng nước bao gồm: nhiệt độ nước, độ pH, độ đục và độ mặn.
  3. Xây dựng máy chủ Web Server trên nền tảng vi điều khiển để cập nhật dữ liệu trực tuyến theo thời gian thực và vẽ biểu đồ trực quan.
  4. Tích hợp kênh truyền thông qua mạng di động (GSM/SMS) để gửi cảnh báo vượt ngưỡng và nhận lệnh điều khiển từ xa khi không có kết nối Internet.
  5. Thiết lập cơ chế điều khiển thiết bị ngoại vi (động cơ bơm lọc/thay nước, đèn chiếu sáng) theo hai chế độ Tự động (Auto) và Bằng tay (Manual) thông qua giao diện Web và nút bấm cứng tại chỗ.
  6. Lưu trữ thông số đo đạc nhằm phục vụ công tác tra cứu, theo dõi dài hạn và lập phương án sản xuất thích hợp trong năm.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài bao gồm hệ thống phần cứng (kit xử lý Intel Galileo Gen 2, các module cảm biến chất lượng nước, tấm pin năng lượng mặt trời, mạch giảm áp MPPT, pin lưu trữ Li-ion 18650, module SIM900A, màn hình LCD 20x4) và hệ thống phần mềm (hệ điều hành Linux nhúng, nền tảng Node.js, giao diện giám sát HTML/CSS/JavaScript). Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở mô hình thực nghiệm quy mô nhỏ, công suất thấp trong phòng thí nghiệm và định hướng mở rộng cho các hệ thống quan trắc thực địa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết về hệ thống nhúng IoT (Internet of Things), lý thuyết biến đổi quang điện, hóa lý dung dịch nước và kiến trúc lập trình web hướng sự kiện:

  • Bộ xử lý trung tâm Intel Galileo Gen 2: Hoạt động trên vi xử lý Intel Quark SoC X1000 kiến trúc 32-bit đơn nhân, đơn luồng, xung nhịp 400 MHz, bộ nhớ đệm L1 16 KB, tích hợp 512 KB SRAM, 256 MB RAM DDR3 và 8 MB SPI Flash. Bo mạch tương thích chuẩn chân cắm Arduino Uno R3, tích hợp bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số (ADC) 12-bit chip AD7298 gồm 6 kênh (A0–A5), cổng mạng Ethernet 10/100 Mbps, giao tiếp I2C/TWI, UART và khe cắm thẻ nhớ microSD hỗ trợ đến 32 GB chạy trên hệ điều hành Linux nhúng (Yocto/Debian).
  • Nguyên lý chuyển đổi năng lượng mặt trời: Ứng dụng hiệu ứng quang điện trên vật liệu bán dẫn Silic đơn tinh thể (Monocrystalline) cấu trúc tiếp giáp p-n. Khi photon ánh sáng mặt trời có năng lượng lớn hơn vùng cấm của Silic, các electron ở lớp ngoài cùng được kích thích dẫn điện và tạo ra các lỗ trống, hình thành dòng điện một chiều. Mạch biến đổi MPPT (Maximum Power Point Tracker) tần số chuyển đổi 180 kHz, hiệu suất chuyển đổi trên 95% có chức năng duy trì điểm làm việc cực đại và ổn định điện áp sạc cho khối pin dự trữ Li-ion 18650 (điện thế danh định 3.7 V, ngưỡng sạc đầy 4.2 V, ngưỡng xả an toàn không dưới 2.75 V – 3.0 V).
  • Cơ sở đo lường thông số môi trường nước:
    • Nhiệt độ: Sử dụng cảm biến bán dẫn LM35 với hệ số biến thiên tuyến tính 10 mV/°C.
    • Độ pH: Dựa trên thế điện cực galvanic của đầu dò thủy tinh trong môi trường dung dịch chuẩn pH 4.00 (axit) và pH 9.00 (kiềm).
    • Độ đục: Phương pháp quang học đo độ suy giảm cường độ ánh sáng hồng ngoại truyền qua khoang chứa mẫu nước từ cặp LED phát – thu quang bán dẫn.
    • Độ mặn: Phương pháp đo độ dẫn điện (Conductivity) dựa trên sự phân ly của muối NaCl thành các ion di động $Na^+$ và $Cl^-$ trong nước thông qua mạch cầu phân áp với điện trở chuẩn 10 kΩ.
  • Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Đề tài sử dụng phương pháp phân tích – thiết kế hệ thống phần cứng, phương pháp đo đạc thực nghiệm để hiệu chuẩn các thang đo cảm biến qua bộ chuyển đổi ADC, và phương pháp phát triển phần mềm máy chủ bất đồng bộ (Non-blocking I/O) trên nền tảng V8 Engine của Node.js kết hợp công cụ lập trình Intel XDK.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được tổ chức thành các khối chức năng liên kết chặt chẽ từ thu thập dữ liệu, xử lý trung tâm đến truyền thông và cơ cấu chấp hành:

Khối chức năng Linh kiện / Công nghệ sử dụng Thông số kỹ thuật / Đặc tính chính
Xử lý trung tâm Kit Intel Galileo Gen 2 Intel Quark SoC X1000 400 MHz, 256 MB DDR3, ADC 12-bit AD7298, nguồn cấp 5 V – 3 A
Cảm biến nhiệt độ LM35 (LM35D/LM35C) Dải đo 0–100°C (LM35D) hoặc -40 đến 110°C (LM35C), ngõ ra 10 mV/°C, dòng tiêu thụ 50 µA
Cảm biến pH Đầu dò điện cực pH analog Hiệu chuẩn bằng dung dịch đệm pH 4.00 và pH 9.00, tầm đo 0–14 pH
Cảm biến độ đục Module phát – thu hồng ngoại Đo mức độ tán xạ/hấp thụ ánh sáng, chuyển đổi sang thang đo phần trăm (%)
Cảm biến độ mặn Đầu dò độ dẫn + trở 10 kΩ Đo nồng độ ion $Na^+/Cl^-$, chuyển đổi qua mạch phân áp từ nguồn 5 V
Khối nguồn quang điện Tấm pin Mono + Mạch MPPT Pin Mono 5.5 V – 0.65 A (210x135 mm); mạch MPPT 5 A, hiệu suất >95%, ngõ vào 6–36 V
Khối lưu trữ điện Pin Li-ion 18650 Panasonic Dung lượng 4200 mAh, điện áp 3.7 V (max 4.2 V), tuổi thọ ~1200 chu kỳ sạc/xả
Khối hiển thị tại chỗ LCD ký tự 20x4 + Module I2C Module chuyển đổi PCF8574 (2 dây SDA, SCL), tự lập trình thư viện I2C cho Node.js
Khối GSM/GPRS SIM900A Mini (AT-COM) 4 băng tần 850/900/1800/1900 MHz, giao tiếp UART (TX, RX, GND), tập lệnh AT
Cơ cấu chấp hành 2 Động cơ bơm mini DC + LED dây Bơm DC 3–6 V (tốc độ 12.000 vòng/phút tại 3 V, trọng lượng 65 g); tải LED dây chiếu sáng
Máy chủ & Web Server Node.js (V8 Engine) & HTML/JS Lắng nghe cổng 8888, các module: http, process, fs, url, nodemailer, i2c

Thuật toán và công thức tính toán tín hiệu cảm biến

  • Cảm biến nhiệt độ LM35: Điện áp tham chiếu ADC được chọn là $V_{ref+} = 5\text{ V}$. Với độ phân giải 10-bit (1024 mức), bước nhảy điện áp của ADC là $SS(ADC) = 5000\text{ mV} / 1023 \approx 4.887\text{ mV}$. Do độ nhạy cảm biến là 10 mV/°C, tỉ lệ chênh lệch giữa bước nhảy cảm biến và ADC là $10\text{ mV} / 4.887\text{ mV} \approx 2.046$. Giá trị nhiệt độ được tính bằng cách lấy điện áp đo được chia cho hệ số chuyển đổi tương ứng.
  • Cảm biến pH: Giá trị được chuyển đổi từ điện áp đọc tại chân Analog theo công thức thực nghiệm sau khi hiệu chuẩn tại hai mốc chuẩn axit và kiềm: $$\text{valuePH} = \frac{\frac{\text{tem_pH}}{100} \times 5}{1024} \times 3.5$$
  • Cảm biến độ đục: Dựa trên mức suy giảm điện áp của cảm biến quang so với môi trường nước trong (điện áp chuẩn cực đại $4.29\text{ V}$): $$\text{valueTUR} = 100 - \left( \frac{\text{valueTemp} \times 5}{1023 \times 4.29} \times 100 \right)$$
  • Cảm biến độ mặn: Đo đạc nồng độ muối thông qua giá trị điện áp rơi trên mạch phân áp của cảm biến độ dẫn: $$\text{valueSAN} = \frac{100 - \frac{\text{tem_San}}{450}}{10}$$

Kiến trúc phần mềm và truyền thông

Hệ thống phần mềm máy chủ xây dựng bằng Node.js đóng vai trò điều phối trung tâm. Nhờ cơ chế Non-blocking I/O và vòng lặp sự kiện (Event Loop), máy chủ có thể đồng thời lấy mẫu cảm biến liên tục từ thư viện phần cứng mraa, phục vụ các yêu cầu HTTP Request/Response từ trình duyệt web của người dùng, cập nhật dữ liệu hiển thị lên LCD 20x4 qua bus I2C và giao tiếp với module SIM900A qua cổng nối tiếp UART. Khi giá trị vượt ngưỡng thiết lập, hệ thống kích hoạt còi báo động, gửi tin nhắn SMS cảnh báo bằng tập lệnh AT+CMGS đến số điện thoại quản trị viên và tự động kích hoạt máy bơm nước để xử lý môi trường.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tổng quan về tình trạng biến đổi khí hậu toàn cầu và phân tích chi tiết thực trạng xâm nhập mặn tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long trong mùa khô 2015–2016 dựa trên các báo cáo thực tế. Tác giả nêu rõ tính cấp thiết của việc xây dựng trạm quan trắc tự động, xác định mục tiêu nghiên cứu thiết kế mô hình đo 4 thông số nước sử dụng năng lượng mặt trời, xác định phạm vi nghiên cứu phần cứng – phần mềm và thiết lập bố cục tổng thể gồm 5 chương của đồ án.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này cung cấp toàn bộ nền tảng lý thuyết phục vụ việc thiết kế hệ thống:

  • Giới thiệu kiến trúc phần cứng Kit Intel Galileo (Gen 1 và Gen 2), sơ đồ khối vi xử lý Intel Quark SoC X1000, cấu trúc 14 chân Digital, 6 chân Analog 12-bit qua chip AD7298, các chuẩn giao tiếp UART, I2C, SPI, Ethernet và môi trường lập trình Intel XDK / Arduino IDE.
  • Phân tích cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời (loại đơn tinh thể, đa tinh thể, dải silic); thông số kỹ thuật mạch sạc hạ áp MPPT 5 A (tần số 180 kHz, hiệu suất >95%).
  • Cơ chế hoạt động của pin Li-ion 18650, các đặc tính ngưỡng nạp (4.2 V), ngưỡng xả (3.0 V) và hiện tượng chai pin.
  • Cấu tạo màn hình LCD ký tự 20x4, sơ đồ 16 chân kết nối, tập lệnh điều khiển IC HD44780 và nguyên lý truyền thông 2 dây qua module chuyển đổi I2C (PCF8574).
  • Nền tảng Node.js, kiến trúc luồng xử lý Non-blocking so với Blocking code, các module tích hợp (http, process, console, fs, url, nodemailer, i2c), cơ chế máy chủ Web lắng nghe cổng kết nối và trả về phản hồi HTTP (mã 200, Content-Type).
  • Module truyền thông di động GSM/GPRS SIM900A mini, các thông số băng tần, mạch nguồn hạ áp LM2596 và bảng tập lệnh AT cơ bản (AT, AT+CMGF=1, AT+CMGS, ATD, ATH).
  • Cấu trúc tài liệu HTML và phương thức xây dựng giao diện hiển thị web.

Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống

Chương 3 đi sâu vào tính toán và hiện thực hóa các khối trong hệ thống:

  • Xác định yêu cầu kỹ thuật và xây dựng sơ đồ khối tổng thể gồm khối nguồn, khối xử lý trung tâm, khối cảm biến, khối hiển thị, khối GSM, khối nút nhấn, khối Web Server và khối ngoại vi.
  • Thiết kế chi tiết phần cứng khối cảm biến: tính toán bước nhảy ADC và hệ số tỉ lệ cho cảm biến nhiệt độ LM35; nguyên lý hiệu chuẩn cảm biến pH bằng dung dịch chuẩn 4.00 và 9.00; cấu tạo quang học khoang đo của cảm biến độ đục; cơ chế điện hóa học ion $Na^+/Cl^-$ và phản ứng oxy hóa – khử trên điện cực của cảm biến độ mặn.
  • Thiết kế khối nguồn: phân tích lý do chọn adapter 5 V – 3 A làm nguồn chính cho Intel Galileo Gen 2 và adapter 12 V cho module SIM/ngoại vi; sử dụng tấm pin mặt trời Monocrystalline 5.5 V – 0.65 A (210x135 mm) kết hợp pin Li-ion 18650 Panasonic 4200 mAh cho khối năng lượng độc lập.
  • Thiết kế khối ngoại vi gồm 2 động cơ bơm mini DC 3–6 V (12.000 vòng/phút) và hệ thống đèn LED dây.
  • Xây dựng phần mềm nhúng: phát triển thư viện I2C cho LCD trên Node.js; xây dựng lưu đồ thuật toán đọc dữ liệu cảm biến, lưu đồ hiển thị LCD/Web, lưu đồ xử lý tin nhắn GSM và lưu đồ kiểm tra cảnh báo vượt ngưỡng.
  • Thiết kế giao diện Web gồm các trang: Đăng nhập, Trang chủ, Hiển thị thông số môi trường, Thiết lập giá trị ngưỡng cảnh báo và Điều khiển thiết bị ngoại vi.

Chương 4: Kết quả phần cứng

Chương 4 công bố các kết quả thực nghiệm đạt được sau quá trình thi công:

  • Hoàn thiện mô hình kết nối phần cứng hoàn chỉnh giữa kit Intel Galileo Gen 2, các module cảm biến nước, LCD 20x4, module SIM900A, mạch sạc pin mặt trời và động cơ bơm.
  • Kết quả phần mềm: Vận hành thành công Web server trên nền Node.js; hiển thị chính xác các giá trị đo đạc (nhiệt độ, pH, độ đục, độ mặn) lên giao diện Web theo thời gian thực; tích hợp biểu đồ chart trực quan hóa diễn biến thông số; cho phép người dùng thay đổi giá trị ngưỡng cảnh báo trực tiếp trên Web.
  • Kết quả điều khiển và truyền thông: Điều khiển bật/tắt thiết bị ngoại vi (bơm lọc, bơm xả, đèn LED) từ các nút nhấn ảo trên giao diện Web; thực hiện gửi nhận tin nhắn SMS cảnh báo và nhận lệnh điều khiển thông qua mạng di động bằng module SIM900A.

Chương 5: Kết quả và phạm vi ứng dụng

Chương 5 tổng kết lại toàn bộ kết quả của đồ án và đánh giá các phạm vi ứng dụng thực tiễn của hệ thống trong nuôi trồng thủy sản nước ngọt, lợ, mặn; kiểm soát chất lượng nước tưới tiêu nông nghiệp trước nguy cơ hạn mặn; và khả năng triển khai tại các trạm quan trắc tài nguyên nước tự động độc lập vùng sâu, vùng xa.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm chính

  • Xây dựng thành công trạm quan trắc IoT hoàn chỉnh thu thập đồng thời 4 chỉ số chất lượng nước: nhiệt độ nước (LM35), độ pH (đầu dò pH), độ đục (quang trở hồng ngoại) và độ mặn (độ dẫn điện phân áp).
  • Triển khai thành công Web Server nhúng chạy bằng Node.js trực tiếp trên hệ điều hành Linux của bo mạch Intel Quark SoC X1000 (cổng kết nối 8888), phục vụ giám sát trực tuyến và vẽ đồ thị biến thiên dữ liệu theo thời gian thực.
  • Thiết lập kênh truyền thông giám sát kép: hiển thị tại chỗ qua màn hình LCD 20x4 (chuẩn I2C), giám sát diện rộng qua Internet (Web) và giám sát dự phòng qua mạng di động GSM/SMS (module SIM900A mini với tập lệnh AT chuẩn).
  • Hiện thực hóa hệ thống điều khiển linh hoạt hai chế độ Tự động (khi thông số vượt ngưỡng cài đặt trên Web) và Bằng tay (Manual) đối với 2 động cơ bơm mini 3–6 V và tải chiếu sáng LED dây.

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

  • Tự xây dựng thành công module thư viện giao tiếp I2C cho màn hình LCD 20x4 trên môi trường lập trình Node.js nhúng của bo mạch Intel Galileo Gen 2, khắc phục hạn chế thiếu hụt thư viện hỗ trợ sẵn của nền tảng tại thời điểm nghiên cứu.
  • Ứng dụng thành công giải pháp kết hợp nguồn năng lượng tái tạo (tấm pin quang điện Silic đơn tinh thể 5.5 V – 0.65 A) cùng mạch giảm áp MPPT hiệu suất >95% và pin Li-ion 18650 dung lượng 4200 mAh, tạo tiền đề cho việc xây dựng các trạm đo đạc môi trường vận hành độc lập tại các khu vực nuôi trồng xa lưới điện.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Mô hình được xây dựng ở quy mô thử nghiệm nhỏ trong phòng thí nghiệm; công suất tải và dung lượng khối nguồn quang điện còn giới hạn.
  • Bo mạch Intel Galileo Gen 2 có yêu cầu khắt khe về công suất nguồn nuôi (5 V – 3 A, tối thiểu 2 A), do đó hệ thống trung tâm vẫn phải sử dụng nguồn adapter chuyển đổi trực tiếp từ lưới điện, chưa thể vận hành hoàn toàn độc lập 100% bằng khối pin năng lượng mặt trời đi kèm.
  • Các động cơ bơm mini DC (3–6 V) và cảm biến sử dụng là dòng linh kiện thử nghiệm cơ bản, chưa được thiết kế chuẩn công nghiệp để chịu đựng sự ăn mòn hóa học lâu dài trong môi trường nước biển có độ mặn cao.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Nâng cấp công suất tấm pin năng lượng mặt trời và mở rộng hệ thống lưu trữ năng lượng để cung cấp nguồn vận hành độc lập hoàn toàn cho cả vi xử lý trung tâm và các cơ cấu chấp hành công suất lớn.
  • Ứng dụng các cảm biến công nghiệp chuyên dụng có độ bền cao, chống ăn mòn và chuẩn hóa độ chính xác theo tiêu chuẩn quan trắc môi trường quốc gia.
  • Mở rộng quy mô điều khiển đối với các máy sục khí, máy cấp oxy, van đóng mở cống ngăn mặn tự động quy mô trang trại lớn tại Đồng bằng sông Cửu Long.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Máy tính, Hệ thống Nhúng & IoT, Điện tử – Viễn thông và Tự động hóa. Nội dung đồ án cung cấp giá trị thực tiễn cao trong các mảng:

  • Phương pháp thiết kế và lập trình hệ thống IoT trên bo mạch Intel Galileo Gen 2 chạy Linux nhúng bằng ngôn ngữ Node.js và công cụ Intel XDK.
  • Kỹ thuật tự xây dựng thư viện điều khiển ngoại vi (I2C, UART) trong môi trường Node.js nhúng.
  • Phương pháp ghép nối, chuẩn hóa tín hiệu ADC và hiệu chuẩn các loại cảm biến hóa lý môi trường nước (pH, nhiệt độ, độ đục, độ dẫn điện).
  • Mô hình tích hợp nguồn năng lượng mặt trời MPPT kết hợp pin Li-ion cho các thiết bị đo đạc không dây.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ xử lý trung tâm sử dụng trong hệ thống có cấu hình phần cứng như thế nào?

Hệ thống sử dụng kit Intel Galileo Gen 2 trang bị vi xử lý Intel Quark SoC X1000 32-bit (xung nhịp 400 MHz), tích hợp 16 KB cache L1, 512 KB SRAM, 256 MB RAM DDR3, 8 MB Legacy SPI Flash chứa bootloader, chip ADC 12-bit AD7298 (6 ngõ vào analog A0–A5), 14 chân Digital I/O (6 chân PWM), cổng Ethernet 10/100, USB Host/Client, khe thẻ nhớ microSD (tối đa 32 GB) và chạy hệ điều hành Linux nhúng.

2. Hệ thống đo lường những chỉ số chất lượng nước nào và sử dụng công thức chuyển đổi nào?

Hệ thống đo 4 thông số:

  • Nhiệt độ: Cảm biến LM35 (độ nhạy 10 mV/°C, tính toán qua tỉ lệ bước nhảy ADC $5000\text{ mV}/1023 \approx 4.887\text{ mV}$).
  • Độ pH: Đầu dò pH analog với công thức valuePH = (((tem_pH/100*5)/1024)*3.5).
  • Độ đục: Cặp quang hồng ngoại với công thức valueTUR = 100 - (valueTemp * 5/1023/4.29 * 100).
  • Độ mặn: Cảm biến độ dẫn điện phân áp 10 kΩ với công thức valueSAN = (100 - tem_San/450)/10.

3. Kênh truyền thông dự phòng qua mạng di động được hiện thực hóa như thế nào?

Hệ thống sử dụng module GSM/GPRS SIM900A mini do AT-COM phát triển, kết nối với Intel Galileo qua cổng nối tiếp UART (chân TX, RX, GND) và hạ áp qua IC LM2596. Hệ thống sử dụng các tập lệnh AT như AT+CMGF=1 (định dạng tin nhắn text) và AT+CMGS để tự động gửi tin nhắn SMS cảnh báo đến điện thoại người dùng khi thông số vượt ngưỡng, đồng thời nhận tin nhắn chỉ lệnh điều khiển từ người dùng.

4. Tác giả đã xử lý vấn đề hiển thị LCD 20x4 trên môi trường Node.js như thế nào?

Do màn hình LCD 20x4 giao tiếp qua module chuyển đổi I2C (PCF8574) chỉ dùng 4 chân (VCC, GND, SDA, SCL) nhưng chưa có thư viện I2C hỗ trợ sẵn cho Node.js trên bo mạch Intel Galileo, nhóm nghiên cứu đã tự lập trình và xây dựng một thư viện I2C mới cho Node.js dựa trên tài liệu chuyên ngành vi xử lý và thư viện phần cứng mraa.

5. Thông số kỹ thuật của khối pin quang điện và khối lưu trữ năng lượng là gì?

Khối nguồn quang điện sử dụng tấm pin Monocrystalline kích thước 210x135 mm, điện áp ngõ ra 5.5 V, dòng điện 0.65 A, trọng lượng 100 g, kết hợp mạch sạc giảm áp MPPT 5 A (tần số 180 kHz, hiệu suất >95%). Khối lưu trữ sử dụng pin Li-ion 18650 Panasonic dung lượng 4200 mAh, điện thế 3.7 V (sạc đầy 4.2 V), trọng lượng 46 g với chu kỳ nạp xả khoảng 1200 lần.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã thiết kế và chế tạo thành công mô hình hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu chất lượng nước ứng dụng công nghệ IoTs trên nền tảng vi xử lý Intel Galileo Gen 2 và máy chủ Node.js. Hệ thống đáp ứng tốt các yêu cầu thu thập liên tục 4 thông số môi trường nước (nhiệt độ, pH, độ đục, độ mặn), hỗ trợ giám sát đa kênh qua Web thời gian thực, màn hình LCD I2C tại chỗ và mạng di động GSM/SMS, đồng thời cho phép điều khiển tự động và thủ công các thiết bị bơm lọc nước. Đây là công trình thực nghiệm có giá trị ứng dụng cao, mang tính thời sự trong bối cảnh ứng phó hạn mặn và nâng cao hiệu quả nuôi trồng thủy sản tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.