Luận Văn: Nghiên Cứu Cảm Biến Đo Thông Số Môi Trường Và Giám Sát Qua Mạng Internet

• Tác giả: Phạm Ngọc Hiếu
• Người hướng dẫn: TS. Đoàn Hữu Chức
• Trường học: Trường Đại Học Quản Lý Và Công Nghệ Hải Phòng
• Chuyên ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp
• Đề tài: Nghiên Cứu Một Số Cảm Biến Đo Thông Số Môi Trường Và Giám Sát Qua Mạng Internet
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hải Phòng

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU MỘT SỐ CẢM BIẾN ĐO CÁC THÔNG SỐ CỦA MÔI TRƯỜNG
• 1.1. Cảm biến đo nhiệt độ
• 1.1.1. Khái niệm cơ bản
• 1.1.2. Đo nhiệt độ bằng điện trở
• 1.1.3. Đo nhiệt độ bằng bán dẫn
• 1.1.4. Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt
• 1.2. Cảm biến đo độ ẩm
• 1.2.1. Cảm biến độ ẩm đất điện dung
• 1.2.2. Cảm biến đo độ ẩm đất điện trở
• 1.2.3. Cảm biến DHT11
• 1.2.4. Cảm biến khí gas
• 2. CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ ARDUINO
• 2.1. Tổng quan về arduino
• 2.2. Phần mềm arduino IDE
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 3.1. Hệ thống nhiệt độ, độ ẩm không khí
• 3.1.1. Giới thiệu các linh kiện cần dùng
• 3.1.2. Thiết kế hệ thống
• 3.2. Hệ thống đo độ ẩm đất
• 3.2.1. Giới thiệu các linh kiện cần dùng
• 3.2.2. Thiết kế hệ thống
• 3.3. Hệ thống báo mưa xuất dữ liệu ra màn hình
• 3.3.1. Giới thiệu các linh kiện cần dùng
• 3.3.2. Thiết kế hệ thống
• 3.4. Đưa dữ liệu lên internet
• 3.4.1. Giới thiệu về blynk
• 3.4.2. Công nghệ truyền nhận dữ liệu
• 3.4.3. Giới thiệu chuẩn giao tiếp uart
• 3.4.4. Thiết kế hệ thống
• 3.5. Kết luận chương
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Cảm biến môi trường

Cảm biến môi trường là thiết bị quan trọng trong việc thu thập dữ liệu về các thông số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, và khí gas. Các loại cảm biến này hoạt động dựa trên nguyên lý biến đổi các đại lượng vật lý thành tín hiệu điện, giúp theo dõi và kiểm soát môi trường một cách hiệu quả. Công nghệ cảm biến hiện đại cho phép đo lường chính xác và ổn định, đặc biệt trong các ứng dụng công nghiệp và nông nghiệp.

1.1. Cảm biến đo nhiệt độ

Cảm biến đo nhiệt độ sử dụng các nguyên lý khác nhau như điện trở, bán dẫn, và cặp nhiệt để đo lường nhiệt độ. Nhiệt điện trở kim loại như Pt có độ chính xác cao và phạm vi đo rộng, trong khi nhiệt điện trở bán dẫn có độ nhạy cao nhưng phi tuyến. Cặp nhiệt điện (thermocouple) dựa trên hiệu ứng nhiệt điện, tạo ra sức điện động tỷ lệ với hiệu nhiệt độ giữa hai đầu dây. Các loại cảm biến này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và nghiên cứu khoa học.

1.2. Cảm biến đo độ ẩm

Cảm biến đo độ ẩm hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở hoặc điện dung khi hấp thụ hơi nước. Cảm biến độ ẩm điện dung sử dụng hai điện cực để đo sự thay đổi điện dung, trong khi cảm biến điện trở dựa trên sự thay đổi điện trở của vật liệu polymer hoặc sứ. Cảm biến DHT11 là một ví dụ điển hình, tích hợp cả đo nhiệt độ và độ ẩm, được sử dụng phổ biến trong các hệ thống giám sát môi trường.

II. Hệ thống giám sát môi trường

Hệ thống giám sát môi trường kết hợp các cảm biến với công nghệ Internet of Things (IoT) để thu thập và truyền dữ liệu qua mạng Internet. Hệ thống này cho phép giám sát từ xa các thông số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, và khí gas, giúp người dùng kiểm soát môi trường một cách hiệu quả. Công nghệ giám sát này đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng như nhà thông minh, nhà kính, và nhà máy công nghiệp.

2.1. Kết nối Internet

Kết nối Internet là yếu tố quan trọng trong hệ thống giám sát môi trường. Các thiết bị như NodeMCU ESP8266 và Arduino được sử dụng để kết nối cảm biến với mạng Internet, cho phép truyền dữ liệu lên các nền tảng đám mây. Công nghệ này giúp người dùng theo dõi và điều khiển hệ thống từ xa thông qua điện thoại hoặc máy tính, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả cao.

2.2. Phân tích dữ liệu môi trường

Phân tích dữ liệu môi trường là bước quan trọng để đánh giá và tối ưu hóa hệ thống giám sát. Dữ liệu thu thập từ các cảm biến được xử lý và phân tích để đưa ra các quyết định điều chỉnh môi trường phù hợp. Các công cụ phân tích dữ liệu giúp phát hiện các xu hướng và cảnh báo sớm các vấn đề môi trường, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quản lý môi trường.

III. Ứng dụng thực tế

Ứng dụng thực tế của hệ thống cảm biến và giám sát môi trường rất đa dạng, từ nhà ở, nhà kính đến các nhà máy công nghiệp. Quản lý môi trường thông qua hệ thống này giúp tối ưu hóa điều kiện sống và làm việc, đồng thời giảm thiểu rủi ro liên quan đến các yếu tố môi trường. Các hệ thống này cũng được sử dụng trong nghiên cứu khoa học và dự báo thời tiết, mang lại giá trị lớn cho xã hội.

3.1. Nhà thông minh

Trong nhà thông minh, hệ thống cảm biến và giám sát môi trường giúp điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm, và chất lượng không khí một cách tự động. Các thiết bị như cảm biến DHT11 và NodeMCU ESP8266 được tích hợp để tạo ra môi trường sống thoải mái và tiết kiệm năng lượng. Hệ thống này cũng cho phép người dùng giám sát và điều khiển từ xa thông qua ứng dụng di động.

3.2. Nông nghiệp công nghệ cao

Trong nông nghiệp công nghệ cao, hệ thống cảm biến và giám sát môi trường được sử dụng để theo dõi điều kiện đất và không khí trong nhà kính. Các cảm biến độ ẩm đất và nhiệt độ giúp tối ưu hóa quá trình tưới tiêu và kiểm soát nhiệt độ, đảm bảo cây trồng phát triển tốt. Hệ thống này cũng giúp giảm thiểu lãng phí tài nguyên và nâng cao năng suất cây trồng.