Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu cảm biến đo thông số môi trường và giám sát qua mạng Internet

Luận văn tốt nghiệp môi trường nghiên cứu tốt nghiệp file word nghiên cứu một số cảm biến đo thông số môi trường và giám sát qua mạng internet, điều tra thực trạng, phân tích số

• 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

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 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. Đo nhiệt độ bằng điện trở
• 1.1.2. Đo nhiệt độ bằng bán dẫn
• 1.1.3. 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

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu cảm biến môi trường và giám sát qua Internet

Nghiên cứu cảm biến môi trường và giám sát qua Internet là một lĩnh vực đang phát triển mạnh mẽ trong thời đại công nghệ 4.0. Các cảm biến môi trường giúp thu thập dữ liệu về các thông số như nhiệt độ, độ ẩm, và chất lượng không khí. Việc giám sát qua Internet cho phép người dùng theo dõi và quản lý các thông số này từ xa, mang lại nhiều lợi ích cho cuộc sống hàng ngày.

1.1. Cảm biến môi trường là gì

Cảm biến môi trường là thiết bị điện tử có khả năng đo lường các thông số như nhiệt độ, độ ẩm, và chất lượng không khí. Chúng hoạt động dựa trên các nguyên lý vật lý và hóa học, chuyển đổi các thông số vật lý thành tín hiệu điện để xử lý và phân tích.

1.2. Tại sao cần giám sát môi trường qua Internet

Giám sát môi trường qua Internet giúp người dùng có thể theo dõi các thông số môi trường từ xa, từ đó đưa ra các quyết định kịp thời nhằm bảo vệ sức khỏe và cải thiện chất lượng cuộc sống. Hệ thống này cũng hỗ trợ trong việc phát hiện sớm các vấn đề môi trường.

II. Những thách thức trong nghiên cứu cảm biến môi trường

Mặc dù có nhiều lợi ích, nhưng việc nghiên cứu và phát triển cảm biến môi trường cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như độ chính xác của cảm biến, khả năng kết nối Internet, và chi phí sản xuất là những yếu tố cần được xem xét.

2.1. Độ chính xác của cảm biến

Độ chính xác của cảm biến là yếu tố quan trọng quyết định tính hiệu quả của hệ thống giám sát. Các cảm biến cần được hiệu chuẩn định kỳ để đảm bảo độ chính xác trong việc đo lường các thông số môi trường.

2.2. Khả năng kết nối Internet

Khả năng kết nối Internet của các cảm biến là một thách thức lớn. Các cảm biến cần có khả năng truyền tải dữ liệu một cách ổn định và nhanh chóng để đảm bảo thông tin được cập nhật kịp thời.

III. Phương pháp nghiên cứu cảm biến môi trường hiệu quả

Để nghiên cứu cảm biến môi trường hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Việc sử dụng các công nghệ IoT và phân tích dữ liệu lớn sẽ giúp tối ưu hóa quá trình thu thập và xử lý dữ liệu.

3.1. Sử dụng công nghệ IoT trong cảm biến

Công nghệ Internet of Things (IoT) cho phép các cảm biến kết nối với Internet, từ đó thu thập và truyền tải dữ liệu một cách tự động. Điều này giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người và tăng tính chính xác của dữ liệu.

3.2. Phân tích dữ liệu môi trường

Phân tích dữ liệu thu thập từ các cảm biến môi trường giúp nhận diện các xu hướng và vấn đề tiềm ẩn. Việc áp dụng các thuật toán học máy có thể giúp cải thiện độ chính xác và hiệu quả của hệ thống giám sát.

IV. Ứng dụng thực tiễn của cảm biến môi trường

Cảm biến môi trường có nhiều ứng dụng thực tiễn trong đời sống hàng ngày, từ việc giám sát chất lượng không khí đến quản lý nông nghiệp thông minh. Những ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện chất lượng cuộc sống mà còn bảo vệ môi trường.

4.1. Giám sát chất lượng không khí

Cảm biến chất lượng không khí giúp theo dõi nồng độ các chất ô nhiễm trong không khí, từ đó đưa ra cảnh báo kịp thời cho người dân. Điều này rất quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

4.2. Quản lý nông nghiệp thông minh

Cảm biến môi trường được sử dụng trong nông nghiệp để theo dõi độ ẩm đất, nhiệt độ và các yếu tố khác. Thông qua việc giám sát này, nông dân có thể tối ưu hóa quy trình sản xuất và tiết kiệm tài nguyên.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu cảm biến môi trường

Nghiên cứu cảm biến môi trường và giám sát qua Internet đang mở ra nhiều cơ hội mới cho việc cải thiện chất lượng cuộc sống và bảo vệ môi trường. Tương lai của lĩnh vực này hứa hẹn sẽ có nhiều tiến bộ với sự phát triển của công nghệ.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ cảm biến

Công nghệ cảm biến sẽ tiếp tục phát triển với sự ra đời của các cảm biến thông minh hơn, có khả năng tự động điều chỉnh và tối ưu hóa quy trình giám sát.

5.2. Tác động đến chính sách môi trường

Việc áp dụng công nghệ cảm biến trong giám sát môi trường sẽ ảnh hưởng đến các chính sách bảo vệ môi trường, giúp các nhà quản lý đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu chính xác và kịp thời.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG ------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH : ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinh viên : Phạm Ngọc Hiếu Giảng viên hướng dẫn: TS. Đoàn Hữu Chức HẢI PHÒNG – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG ----------------------------------- NGHIÊN CỨU MỘT SỐ CẢM BIẾN ĐO THÔNG SỐ MÔI TRƯỜNG VÀ GIÁM SÁT QUA MẠNG INTERNET ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH : ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinh viên : Phạm Ngọc Hiếu Giảng viên hướng dẫn : TS. Đoàn Hữu Chức HẢI PHÒNG – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên:Phạm Ngọc Hiếu Mã SV: 1512102007 Lớp : DC 1901 Ngành: Điện tự động công nghiệp Tên đề tài: Nghiên cứu một số cảm biến đo thông số môi trường và giám sát qua mạng internet NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp …………………………………………………………………………………. Các tài liệu, số liệu cần thiết …………………………………………………………………………………. Địa điểm thực tập tốt nghiệp Công ty cổ phần bao bì Thuận Phát Địa chỉ 25 QL5, Nam Sơn, An Dương, Hải Phòng CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Họ và tên : Đoàn Hữu Chức Học hàm, học vị: Tiến Sỹ Cơ quan công tác: Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng Nội dung hướng dẫn: Nghiên cứu một số cảm biết đo thông số môi trường và giám sát qua mạng internet Đề tài tốt nghiệp được giao ngày 12 tháng 04 năm 2021 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 03 tháng 07 năm 2021 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Giảng viên hướng dẫn Phạm Ngọc Hiếu TS Đoàn Hữu Chức Hải Phòng, ngày 04 tháng 07 năm 2021 TRƯỞNG KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Họ và tên giảng viên: TS. Đoàn Hữu Chức Đơn vị công tác: Trường Đại học quản lý và công nghệ Hải Phòng Họ và tên sinh viên: Phạm Ngọc Hiếu Chuyên ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp Đề tài tốt nghiệp: Nghiên cứu một số cảm biến đo thông số môi trường và giám sát qua mạng internet 1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp . Đánh giá chất lượng của đồ án . Ý kiến của giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp Được bảo vệ Không được bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày 03 tháng 07 năm 2021 Giảng viên hướng dẫn TS. Đoàn Hữu Chức Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------------------------------------- PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊM CHẤM PHẢN BIỆN Họ và tên giảng viên:. Họ và tên sinh viên: . Đề tài tốt nghiệp: . Phần nhận xét của giảng viên chấm phản biện . Những mặt còn hạn chế . Ý kiến của giảng viên chấm phản biện Được bảo vệ Không được bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày.năm 2021 Giảng viên chấm phản biện ( ký và ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới Tiến Sĩ Đoàn Hữu Chức - thầy là người đã chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ em trong việc định hướng, triển khai và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Đồng thời em cũng gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu nhà trường, Khoa Điện – Điện tử Trường Đại Học Quản Lý và Công Nghệ Hải Phòng đã tạo điều kiện cho em cơ hội học tập tốt trong 4 năm học vừa qua. Em xin chúc các thầy cô luôn mạnh khỏe, công tác tốt, mãi mãi là những người ‘‘lái đò’’ cao quý trong những ‘‘chuyến đò’’ tương lai. Hải Phòng, tháng 7 năm 2021 Sinh viên Phạm Ngọc HIếu MỤC LỤC Lời mở đầu. Nghiên cứu một số cảm biến đo các thông số của môi trường.1 Cảm biến đo nhiệt độ.2 Đo nhiệt độ bằng điện trở.3 Đo nhiệt độ bằng bán dẫn.4 Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt.2 Cảm biến đo độ ẩm.1 Cảm biến độ ẩm đất điện dung.2 Cảm biến đo độ ẩm đất điện trở.3 Cảm biến DHT11.4 Cảm biến khí gas. 14 Chương 2 Tìm hiểu về Arduino.1 Tổng quan về arduino.4 Phần mềm arduino IDE. 24 Chương 3 Thiết kế hệ thống.1 Hệ thống nhiệt độ, độ ẩm không khí.1 Giới thiệu các linh kiện cần dùng.2 Thiết kế hệ thống.2 Hệ thống đo độ ẩm đất.1 Giới thiệu các linh kiện cần dùng.2 Thiết kế hệ thống.3 Hệ thống báo mưa xuất dữ liệu ra màn hình.1Giới thiệu các linh kiện cần dùng.2Thiết kế hệ thống.4 Đưa dữ liệu lên internet.1 Giới thiệu về blynk.2 Công nghệ truyền nhận dữ liệu.3 Giới thiệu chuẩn giao tiếp uart.4 Thiết kế hệ thống.5 Kết luận chương. 50 Kết luận và hướng phát triển. 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO.60 DANH MỤC BẢNG ` Bảng 2.1: Bảng thông số của Arduino Uno R3.2 Bảng thông số của Arduino Mega 2560.1 Các chân kết nối của LCD.1 bảng nối chân hệ thống đo nhiệt độ độ ẩm không khí.2 bảng nối chân hệ thống đo độ ẩm đất.3 bảng nối chân hệ thống báo mưa.4 bảng sơ đồ nối chân toàn hệ thống.45 Lời mở đầu 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, công nghệ kết nối đầu tiên cần nhắc đến hiển nhiên là Wifi – công nghệ kết nối không dây phổ biến nhất hiện nay. Cũng vì tính phổ biến của dạng kết nối này mà cái tên Wifi thường bị lạm dụng để chỉ kết nối không dây nói chung. Lí do mà kết nối Wifi được ưa chuộng như vậy đơn giản là vì khả năng hoạt động hiệu quả trong phạm vi vài chục đến vài trăm mét của các mạng WLAN. Và trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa hiện nay, việc giám sát các thông số môi trường rất được quan tâm và rất hữu ích cho cuộc sống hàng ngày. Vì mục tiêu công nghệ hiện đại hóa ngày càng phát triển, em đã quyết định làm một đồ án “Nghiên cứu một số cảm biết đo thông số môi trường và giám sát qua mạng internet”. Đề tài của em khi hoàn thành chúng ta có thể giám sát các các thông số trong môi trường… bằng cách hiển thị trạng thái hoạt động trên điện thoại, màn hình lcd và máy tính. Như vậy, dù chúng ta ở bất cứ nơi nào có internet đều có thể giám sát được các thiết bị đã kết nối với module điều khiển. Khi dự án thành công và được áp dụng rộng rãi thì sẽ rất tiện lợi cho cuộc sống thường ngày, giúp cho đất nước ngày càng phát triển. Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Với đề tài “Nghiên cứu một số cảm biết đo thông số môi trường và giám sát qua mạng internet” mục tiêu là: - Tiếp nhận tín hiện từ các cảm biến. - Có chức năng giám sát qua internet, sử dụng điện thoại hoặc máy tính. - Có chức năng hiển thị lên màn hình. - Có thể thi công đồ án trên một ngôi nhà thực tế hoặc mô hình. Nội dung đề tài Việc thực hiện thiết kế mạch ‘‘Nghiên cứu một số cảm biết đo thông số môi trường và giám sát qua mạng internet’’ sẽ cần phải thực hiện các nội dung như sau: Nội dung 1: Nghiên cứu tài liệu về Arduino, KIT NodeMCU ESP8266,một số loại cảm biến, giao tiếp không dây và mạng Internet. 1 Nội dung 2: Nghiên cứu các mô hình điều khiển. Nội dung 3: Thiết kế mạch phần cứng cho thiết bị. Nội dung 4: Thi công phần cứng, thử nghiệm và hiệu chỉnh phần cứng. Nội dung 5: Thử nghiệm và điều chỉnh hệ thống cũng như chương trình để hệ thống được tối ưu. Đánh giá các thông số của mô hình so với thực tế. Nội dung 6: Viết báo cáo thực hiện. Nội dung 7: Bảo vệ luận văn - Giới hạn + Kích thước mô hình + Sử dụng NodeMCU ESP8266 và Arduino uno r3 + Tập trung vào thiết bị điều khiển trung tâm +Sử dụng các nền tảng đã có sẵn và các thư viện mở để phát triển sản phẩm - Phạm vi ứng dụng Đề tài là mô hình thu nhỏ, tuy nhiên có thể được ứng dụng rộng rãi ở các môi trường khác nhau như nhà ở, nhà xưởng, nhà kính…Trong sản xuất cũng như sinh hoạt. Bố cục khóa luận Bố cục khóa luận gồm 4 phần không kể mở đầu và phần kết thúc: Chương 1. Nghiên cứu một số cảm biến đo các thông số của môi trường Chương 2 Tìm hiểu về Arduino Chương 3 Thiết kế hệ thống Kết luận và hướng phát triển 2 Chương 1. Nghiên cứu một số cảm biến đo các thông số của môi trường 1.1 Cảm biến đo nhiệt độ 1.1 Khái niệm Trong tất cả các đại lượng vật lý, nhiệt độ là đại lượng được quan tâm nhiều nhất. Đó là vì nhiệt độ có vai trò quyết định trong nhiều tính chất của vật chất. Một trong những đặc điểm tác động của nhiệt độ là làm thay đổi một cách liên tục các đại lượng chịu sự ảnh hưởng của nó. Tuy nhiên, để đo được trị số chính xác của một nhiệt độ là vấn đề không đơn giản, phần lớn các đại lượng vật lý đều có thể xác định một cách định lượng nhờ so sánh chúng với một đại lượng cùng bản chất. Nhiệt độ là đại lượng chỉ có thể đo gián tiếp trên cơ sở tính chất của vật phụ thuộc vào nhiệt độ. Để đo được trị số chính của nhiệt phải dùng cảm biến nhiệt độ. Để chế tạo các bộ cảm biến nhiệt độ người ta sử dụng nhiều nguyên lý khác nhau như các nhiệt điện trở, nhiệt ngẫu, phương pháp quang dựa trên phân bố phổ bức xạ nhiệt do dao động nhiệt, phương pháp dựa trên sự giãn nở của vật rắn, chất lỏng hoặc chất khí hoặc dựa trên tốc độ âm.2 Đo nhiệt độ bằng điện trở Trong các nhiệt điện trở Rt = f (to), có thể đo điện trở Rt để suy ra nhiệt độ to. Nhiệt điện trở kim loại: Nhiệt điện trở kim loại có đặc điểm là quan hệ giữa điện trở của nó và nhiệt độ hầu như tuyến tính, tính lặp lại của quan hệ ấy rất cao nên thiết bị đơn giản. Đối với nhiệt điện trở Pt, tính lặp lại rất cao sai số ngẫu nhiên rất thấp (0.01%) cho nên có thể dùng đo nhiệt độ thấp, sai khác 0. Nhiệt điện trở đồng và Niken tính lặp lại không cao bằng nhiệt điện trở Pt nhưng giá thành rẻ. Quan hệ giữa nhiệt độ và nhiệt điện trở: 𝑅𝑡 = 𝑅0(1 + αt + β𝑡2 + 𝛾𝑡3) Trong đó: β và 𝛾 trong phạm vi sử dụng với độ chính xác không cao thì coi như không đáng kể và quan hệ giữa Rt và to là tuyến tính.1 Nhiệt điện trở công nghiệp dùng Platin 1. Gốm cách điện 3. Sứ cách điện 6. Cách điện chịu nhiệt 8.