Thiết kế hệ thống quan trắc nước tại HCMUTE

LỜI NÓI ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY

1.2. Tính cấp thiết của đề tài

1.3. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

1.4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.6. BỐ CỤC ĐỒ ÁN

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. KIT ARDUINO MEGA 2560

2.2. Sơ lược về Arduino

2.3. Tổng quan về kit Arduino Mega 2560 R3

2.4. Thông số kỹ thuật của Arduino Mega 2560 R3

2.5. Cấu trúc của Arduino Mega 2560 R3

2.6. Phương thức lập trình cho Arduino Mega R3

2.7. CÁC CHUẨN TRUYỀN SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI

2.8. Các mức điện áp của đường truyền

2.9. LCD HIỂN THỊ

2.10. Giới thiệu về LCD

2.11. Các lệnh điều khiển

2.12. Module I2C giao tiếp với LCD

2.13. CẢM BIẾN DS18B20

2.14. Đặc tính kỹ thuật

2.15. Sơ đồ khối của cảm biến DS18B20

2.16. Hoạt động của cảm biến DS18B20

2.17. Bộ nhớ ROM của cảm biến DS18B20

2.18. Thanh ghi định cấu hình của cảm biến DS18B20

2.19. Cấp nguồn cho cảm biến DS18B20

2.20. CẢM BIẾN SIÊU ÂM SRF04

2.21. Giới thiệu về sóng siêu âm

2.22. Thông số kỹ thuật của SRF04

2.23. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

2.24. Giới thiệu về Module SIM

2.25. Thông số kỹ thuật

2.26. Chức năng các chân của Module SIM800A

2.27. Giới thiệu về độ pH

2.28. Phương pháp đo độ pH bằng điện cực

2.29. Cảm biến pH DFRobot

2.30. WEB SERVER

3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

3.1. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG

3.2. Yêu cầu của hệ thống

3.3. Sơ đồ khối và chức năng từng khối

3.4. Hoạt động của hệ thống

3.5. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

3.5.1. Khối cảm biến nhiệt độ

3.5.2. Khối cảm biến đo mực nước

3.5.3. Khối cảm biến pH

3.5.4. Khối hiển thị

3.5.5. Khối xử lý trung tâm

3.5.6. Khối Web Server

3.5.7. Khối chuyển đổi điện áp

3.6. THIẾT KẾ PHẦN MỀM

3.6.1. Cấu hình cho phép sử dụng UART ở Raspberry Pi

3.6.2. Cài đặt Web Server trên Raspberry Pi

4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN

4.1. KẾT QUẢ PHẦN CỨNG

4.2. KẾT QUẢ PHẦN MỀM

4.3. Giao diện Web

4.4. Giao tiếp qua mạng di động

5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG

5.1. HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.2. PHẠM VI ỨNG DỤNG

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC: HƯỚNG DẪN ĐIỀU KHIỂN - THIẾT LẬP

6. BẮT ĐẦU ĐỌC DỮ LIỆU TỪ ARDUINO

6.1. CÀI GIỚI HẠN TỪ WEB SERVER

6.2. LẤY GIÁ TRỊ ĐO ĐƯỢC HIỆN TẠI BẰNG TIN NHẮN

I. Thiết kế hệ thống quan trắc nước tại HCMUTE Tổng quan

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ thống quan trắc nước tại Đại học Công nghệ TP. HCM (HCMUTE) tập trung vào việc xây dựng một hệ thống giám sát chất lượng nước. Hệ thống này nhằm mục đích thu thập dữ liệu về các thông số quan trọng như nhiệt độ nước, mực nước, và độ pH. Dữ liệu thu thập được sẽ được xử lý và truyền tải qua mạng Internet và mạng di động, cho phép người dùng theo dõi và kiểm soát tình trạng nước từ xa. Hệ thống quan trắc nước này có ý nghĩa thiết thực trong việc quản lý chất lượng nước, đặc biệt trong lĩnh vực nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản. Việc giám sát chất lượng nước kịp thời giúp đưa ra các quyết định chính xác, hạn chế thiệt hại do ô nhiễm hoặc biến động môi trường nước gây ra. Ứng dụng công nghệ quan trắc nước trong đồ án này góp phần vào nghiên cứu khoa học HCMUTE và mang lại lợi ích thiết thực cho cộng đồng.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế hệ thống giám sát và giám sát chất lượng nước hiệu quả, bao gồm việc thu thập dữ liệu từ các cảm biến quan trắc nước, xử lý dữ liệu và hiển thị thông tin trên giao diện web và ứng dụng di động. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào thiết kế phần cứng bao gồm lựa chọn các cảm biến quan trắc nước phù hợp (cảm biến nhiệt độ, cảm biến mực nước, cảm biến pH), thiết kế phần mềm bao gồm việc lập trình thu thập dữ liệu từ các cảm biến, xử lý dữ liệu, truyền dữ liệu qua mạng, và xây dựng giao diện người dùng. Thiết kế phần mềm hệ thống quan trắc bao gồm việc tích hợp với web server để hiển thị dữ liệu trực tuyến và sử dụng module SIM800A cho phép gửi cảnh báo qua tin nhắn. Thiết kế hệ thống nhắm đến một hệ thống có công suất thấp, dễ dàng mở rộng và tích hợp với các hệ thống khác trong tương lai. An toàn nước sạch là một yếu tố quan trọng được xem xét trong quá trình thiết kế.

1.2. Phương pháp nghiên cứu

Đồ án sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với nghiên cứu lý thuyết. Phần lý thuyết tập trung vào tìm hiểu về hệ thống quan trắc môi trường, hoạt động của các loại cảm biến quan trắc nước, xử lý dữ liệu quan trắc nước, và các công nghệ truyền dữ liệu không dây. Phần thực nghiệm tập trung vào việc thiết kế phần cứng hệ thống quan trắc, thiết kế phần mềm hệ thống quan trắc, triển khai hệ thống quan trắc, và kiểm thử hệ thống. Quá trình thu thập dữ liệu quan trắc nước được thực hiện thông qua việc kết nối các cảm biến quan trắc nước với bộ điều khiển trung tâm (Arduino Mega 2560 R3). Dữ liệu được xử lý và lưu trữ trước khi được truyền lên web server thông qua Raspberry Pi. Phân tích chất lượng nước dựa trên dữ liệu thu thập được, sau đó được hiển thị trên giao diện web và ứng dụng di động. Phân tích dữ liệu quan trắc sẽ được thực hiện để đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống.

1.3. Ý nghĩa và ứng dụng

Đồ án này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Về mặt khoa học, đồ án đóng góp vào việc ứng dụng công nghệ mới trong nghiên cứu khoa học HCMUTE, cụ thể là trong lĩnh vực quan trắc môi trường. Về mặt thực tiễn, hệ thống quan trắc nước có thể được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản, quản lý nguồn nước đô thị, và bảo vệ môi trường. Giải pháp quan trắc nước này cung cấp thông tin kịp thời về chất lượng nước, hỗ trợ người dùng đưa ra quyết định quản lý hiệu quả, tiết kiệm chi phí, và nâng cao năng suất. Lợi ích hệ thống quan trắc nước bao gồm việc giảm thiểu rủi ro do ô nhiễm nước, cải thiện hiệu quả sản xuất, và góp phần bảo vệ môi trường. Chi phí thiết kế hệ thống quan trắc nước tương đối thấp so với các hệ thống tương tự trên thị trường, làm cho giải pháp này dễ dàng tiếp cận và triển khai rộng rãi.

Đồ án thiết kế hệ thống quan trắc nước tại HCMUTE