I. Thiết kế công tơ nước điện tử
Đồ án tốt nghiệp tập trung vào thiết kế công tơ nước điện tử giám sát qua internet. Nội dung nghiên cứu bao gồm việc tìm hiểu và ứng dụng các board vi điều khiển như Arduino Yún, Arduino Pro Mini, và Arduino Uno. Việc lựa chọn các board này dựa trên khả năng xử lý dữ liệu, kết nối mạng và khả năng tích hợp với các cảm biến. Cảm biến lưu lượng và cảm biến áp suất được sử dụng để thu thập dữ liệu về lưu lượng và áp suất nước. Dữ liệu này sau đó được truyền đến trạm chính thông qua giao tiếp giữa các module ESP8266, tạo nên một hệ thống giám sát từ xa hiệu quả. Hệ thống này được thiết kế để vận hành trong phạm vi của một công ty hoặc doanh nghiệp, tận dụng mạng wifi nội bộ sẵn có, giảm thiểu chi phí đầu tư so với các hệ thống sử dụng PLC và phần mềm SCADA.
1.1. Lựa chọn phần cứng và phần mềm
Việc lựa chọn Arduino Yún là trọng tâm vì khả năng tích hợp cả vi điều khiển và module Wifi. Arduino Pro Mini và Arduino Uno được sử dụng cho các trạm con, giảm chi phí và kích thước. ESP8266 đảm nhiệm việc truyền dữ liệu không dây giữa các trạm con và trạm chính. Phần mềm sử dụng bao gồm Arduino IDE cho lập trình vi điều khiển, Google Spreadsheet để lưu trữ và hiển thị dữ liệu, và Temboo để tạo cầu nối giữa Arduino Yún và các dịch vụ trực tuyến như Gmail và Twitter cho mục đích cảnh báo. Chọn Google Spreadsheet cho phép hiển thị dữ liệu trực quan, dễ dàng theo dõi và phân tích. Temboo giúp đơn giản hóa quá trình tích hợp với các dịch vụ này, giúp giảm thời gian lập trình và tăng độ tin cậy. Sự lựa chọn này tối ưu hóa chi phí, độ tin cậy và tính dễ sử dụng của hệ thống.
1.2. Thu thập và xử lý dữ liệu
Hệ thống sử dụng cảm biến lưu lượng và cảm biến áp suất để thu thập dữ liệu về tình trạng nước. Dữ liệu thô được xử lý bởi các vi điều khiển Arduino. ESP8266 đảm bảo việc truyền dữ liệu không dây ổn định. Arduino Yún, với khả năng kết nối internet, đóng vai trò trạm chính, thu thập và gửi dữ liệu đến Google Spreadsheet. Quá trình thu thập dữ liệu công tơ nước cần đảm bảo độ chính xác cao. Xử lý dữ liệu trên Arduino bao gồm việc chuyển đổi tín hiệu analog từ cảm biến thành dữ liệu số và các phép tính cần thiết. Phân tích dữ liệu công tơ nước trên Google Spreadsheet giúp theo dõi hiệu quả và phát hiện các bất thường. Việc lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp đảm bảo độ chính xác và hiệu quả của hệ thống giám sát.
II. Giám sát công tơ nước từ xa
Hệ thống được thiết kế để giám sát công tơ nước từ xa thông qua internet. Dữ liệu được hiển thị trên Google Spreadsheet, cho phép người dùng theo dõi lưu lượng và áp suất nước mọi lúc mọi nơi. Hệ thống giám sát công tơ nước qua internet giúp tiết kiệm thời gian và chi phí vận hành. Cơ chế giám sát công tơ nước từ xa dựa trên việc truyền dữ liệu từ các trạm con đến trạm chính qua mạng wifi. Việc sử dụng Google Spreadsheet đảm bảo tính khả dụng cao và dễ dàng chia sẻ dữ liệu. Các cảnh báo tự động được gửi qua email và Twitter khi phát hiện sự cố vượt ngưỡng cho phép, nhờ vào tích hợp Temboo.
2.1. Giao diện người dùng và cảnh báo
Google Spreadsheet cung cấp giao diện trực quan để hiển thị dữ liệu về lưu lượng và áp suất nước. Dữ liệu được tổ chức theo ngày tháng năm, dễ dàng theo dõi và phân tích. Hệ thống cảnh báo tự động gửi email và tin nhắn Twitter khi phát hiện sự cố vượt ngưỡng, đảm bảo người dùng kịp thời xử lý. Việc sử dụng Google Spreadsheet như một giao diện người dùng cho phép tiếp cận dữ liệu dễ dàng, dù ở bất kỳ đâu. Tính năng cảnh báo qua email và Twitter giúp nâng cao tính hiệu quả của hệ thống giám sát. Thiết kế giao diện thân thiện, dễ sử dụng, giảm thiểu thời gian cần thiết cho việc theo dõi và quản lý.
2.2. An ninh mạng và bảo mật
Mặc dù đồ án không đề cập chi tiết, nhưng an ninh mạng trong hệ thống giám sát nước là yếu tố quan trọng cần được xem xét. Việc bảo mật dữ liệu và ngăn chặn truy cập trái phép là cần thiết. An ninh mạng bao gồm việc bảo vệ dữ liệu khỏi bị tấn công và rò rỉ thông tin. Bảo mật mạng internet trong hệ thống này cần được ưu tiên để đảm bảo tính toàn vẹn và độ tin cậy của dữ liệu. Các biện pháp bảo mật cần thiết như mã hóa dữ liệu, xác thực người dùng và kiểm soát truy cập cần được nghiên cứu và triển khai trong các phiên bản nâng cấp sau này. Đây là một điểm cần cải thiện để tăng độ tin cậy và an toàn của hệ thống.
III. Ứng dụng và triển khai
Hệ thống công tơ nước thông minh này có thể được ứng dụng rộng rãi trong các công ty cấp nước, doanh nghiệp và các khu dân cư. Internet of Things (IoT) trong quản lý nước được thể hiện rõ nét trong hệ thống này. Giải pháp quản lý nước thông minh này mang lại hiệu quả cao trong việc tiết kiệm nước và giảm thiểu thất thoát. Ứng dụng giám sát nước này giúp người quản lý đưa ra quyết định kịp thời, hiệu quả. Điều khiển công tơ nước từ xa không được đề cập trong đồ án này, nhưng có thể là hướng phát triển trong tương lai.
3.1. Tiết kiệm chi phí và hiệu quả
So với các hệ thống giám sát truyền thống, hệ thống này giúp tiết kiệm nước đáng kể nhờ khả năng phát hiện rò rỉ kịp thời. Sử dụng các module vi điều khiển giá rẻ thay cho PLC giúp giảm chi phí đầu tư. Quản lý nguồn nước hiệu quả hơn giúp giảm chi phí vận hành. Việc giám sát từ xa giúp giảm bớt nhân lực, tiết kiệm chi phí nhân công. Quản lý nguồn nước hiệu quả là một trong những lợi ích quan trọng của hệ thống này. Tiết kiệm chi phí là một trong những ưu điểm chính của hệ thống giám sát công tơ nước được thiết kế trong đồ án này.
3.2. Hướng phát triển và mở rộng
Hệ thống có thể được mở rộng để tích hợp thêm các cảm biến khác, chẳng hạn như cảm biến chất lượng nước. Ứng dụng IoT trong quản lý đồ thị có thể được bổ sung để tạo ra phân tích dữ liệu chi tiết hơn. Giám sát nước trực tuyến có thể được cải thiện bằng việc tích hợp các công nghệ hiện đại hơn. Thiết kế luận văn HCMUTE này đặt nền móng cho nhiều nghiên cứu và phát triển hơn nữa. Dự án công nghệ thông tin HCMUTE này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực liên quan đến quản lý nguồn nước. Nghiên cứu khoa học HCMUTE này đóng góp vào việc ứng dụng công nghệ trong quản lý nguồn nước hiệu quả hơn.
