Thiết kế và xây dựng mô hình xe giám sát chất lượng môi trường từ xa

Thiết kế và xây dựng mô hình phương tiện giám sát chất lượng môi trường từ xa, ứng dụng công nghệ hiện đại để bảo vệ môi trường hiệu quả.

• Tác giả: Le Thanh Tung
• Người hướng dẫn: M.Eng Ngo Ba Viet
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology and Education
• Chuyên ngành: Electronic and Communication Engineering Technology
• Đề tài: Design and construct a model of vehicle to monitor the quality of environment remotely
• Loại tài liệu: graduation thesis
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: INTRODUCTION
• 1.1. THESIS REPORT OUTLINE
• 2. CHƯƠNG 2: LITERATURE REVIEW
• 2.1. REMOTED-CONTROL CAR MODEL
• 2.2. INTERNET OF THINGS (IoT)
• 2.3. Overview of AlphaBot2
• 2.4. System block diagram design. Circuit design and calculation
• 2.5. Set up to run dht11 and control car
• 2.6. Set up Camera
• 2.7. Set up to get information from sensor send to Web Server
• 2.8. Set up web server for Raspberry pi
• 2.9. LogMeIn Hamachi Software
• 3. CHƯƠNG 3: METHODOLOGY
• 4. CHƯƠNG 4: EXPERIMENT RESULTS
• 4.1. The operating of model
• 4.2. Model construction results
• 4.3. The users interface of controlling on web server
• 5. CHƯƠNG 5: CONCLUSIONS AND DEVELOPMENT
• PHỤ LỤC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Dự án 'Thiết kế và xây dựng mô hình xe giám sát chất lượng môi trường từ xa' nhằm mục đích phát triển một hệ thống giám sát môi trường hiệu quả. Mô hình này sử dụng công nghệ hiện đại để thu thập và truyền tải dữ liệu về chất lượng không khí, bao gồm các thông số như nhiệt độ, độ ẩm và nồng độ khí độc hại. Việc giám sát chất lượng môi trường là rất cần thiết trong bối cảnh ô nhiễm không khí ngày càng gia tăng, ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Mô hình xe giám sát này không chỉ giúp theo dõi chất lượng môi trường mà còn cung cấp thông tin kịp thời để đưa ra các biện pháp bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

1.1. Tầm quan trọng của giám sát chất lượng môi trường

Giám sát chất lượng môi trường là một yếu tố quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe con người và hệ sinh thái. Ô nhiễm không khí có thể gây ra nhiều bệnh lý nghiêm trọng, đặc biệt là ở trẻ em và người già. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), gần như toàn bộ dân số toàn cầu hít thở không khí vượt quá giới hạn an toàn. Do đó, việc phát triển các mô hình giám sát như mô hình xe giám sát chất lượng môi trường từ xa là cần thiết để cung cấp dữ liệu chính xác và kịp thời về tình trạng ô nhiễm.

II. Thiết kế mô hình xe giám sát

Mô hình xe giám sát được thiết kế dựa trên nền tảng của bộ kit AlphaBot2, kết hợp với Raspberry Pi để thu thập và truyền tải dữ liệu. Mô hình này bao gồm các cảm biến như DHT11 để đo nhiệt độ và độ ẩm, MQ135 để đo nồng độ khí độc hại. Hệ thống được lập trình để gửi dữ liệu thu thập được lên một máy chủ web, cho phép người dùng theo dõi chất lượng môi trường từ xa. Việc thiết kế và xây dựng mô hình này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao khả năng giám sát trong các khu vực khó tiếp cận.

2.1. Các thành phần chính của mô hình

Mô hình xe giám sát bao gồm các thành phần chính như: cảm biến DHT11, cảm biến MQ135, Raspberry Pi, và các mạch điện điều khiển. Cảm biến DHT11 có nhiệm vụ đo nhiệt độ và độ ẩm, trong khi cảm biến MQ135 đo nồng độ khí độc hại. Raspberry Pi đóng vai trò là bộ điều khiển trung tâm, xử lý dữ liệu từ các cảm biến và truyền tải thông tin lên máy chủ web. Hệ thống này cho phép người dùng theo dõi chất lượng môi trường một cách dễ dàng và hiệu quả.

III. Công nghệ giám sát từ xa

Công nghệ giám sát từ xa sử dụng Internet of Things (IoT) để kết nối các thiết bị và thu thập dữ liệu. Mô hình xe giám sát chất lượng môi trường từ xa sử dụng công nghệ này để truyền tải thông tin về chất lượng không khí đến người dùng. Việc sử dụng IoT không chỉ giúp cải thiện khả năng giám sát mà còn tạo ra một hệ thống thông minh, cho phép người dùng nhận thông báo kịp thời về tình trạng ô nhiễm. Hệ thống này có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ nông nghiệp đến quản lý đô thị.

3.1. Lợi ích của công nghệ IoT trong giám sát môi trường

Công nghệ IoT mang lại nhiều lợi ích trong việc giám sát môi trường. Nó cho phép thu thập dữ liệu theo thời gian thực, giúp người dùng có thể đưa ra quyết định nhanh chóng và chính xác. Hệ thống giám sát môi trường từ xa không chỉ giúp phát hiện ô nhiễm mà còn cung cấp thông tin cần thiết để thực hiện các biện pháp khắc phục. Ngoài ra, việc sử dụng IoT còn giúp tiết kiệm chi phí và thời gian trong quá trình giám sát.

IV. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Mô hình xe giám sát chất lượng môi trường từ xa đã được thử nghiệm và cho kết quả khả quan. Hệ thống hoạt động ổn định, có khả năng thu thập và truyền tải dữ liệu một cách chính xác. Các thông số về chất lượng không khí được cập nhật liên tục trên máy chủ web, cho phép người dùng theo dõi tình trạng ô nhiễm một cách dễ dàng. Mô hình này có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ giám sát chất lượng không khí trong các khu công nghiệp đến việc theo dõi ô nhiễm trong các khu vực đô thị.

4.1. Ứng dụng trong thực tiễn

Mô hình xe giám sát chất lượng môi trường từ xa có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong nông nghiệp, nó có thể giúp theo dõi chất lượng không khí để đảm bảo sức khỏe cây trồng. Trong quản lý đô thị, mô hình này có thể được sử dụng để giám sát ô nhiễm không khí, từ đó đưa ra các biện pháp cải thiện chất lượng môi trường. Hệ thống cũng có thể được áp dụng trong các nghiên cứu khoa học để thu thập dữ liệu về ô nhiễm không khí.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING CAPSTONE PROJECT ELECTRONIC AND COMMUNICATION DESIGN AND CONSTRUCT A MODEL OF VEHICLE TO MONITOR THE QUALITY OF ENVIRONMENT REMOTELY LECTURER: M.Eng NGO BA VIET STUDENT: LE THANH TUNG NGUYEN LE DUY SKL 0 0 9 3 1 4 Ho Chi Minh City, 2022 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING -------------- GRADUATION THESIS DESIGN AND CONSTRUCT A MODEL OF VEHICLE TO MONITOR THE QUALITY OF ENVIRONMENT REMOTELY LE THANH TUNG Student ID: 17141036 NGUYEN LE DUY Student ID: 17141002 Major: ELECTRONIC AND COMMUNICATION ENGINEERING TECHNOLOGY Advisor: NGO BA VIET, M. Ho Chi Minh City, July 2022 THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, July 30th, 2022 ADVISOR’S EVALUATION SHEET Student name: Le Thanh Tung Student ID: 17141036 Student name: Nguyen Le Duy Student ID: 17141002 Major: Electronics and Communication Engineering Technology Project title: Design and construct a model of vehicle to monitor the quality of environment remotely. Ngo Ba Viet EVALUATION 1. Content of the project: - Project completed on schedule.

The model works according to its intended purpose. Strengths: - Students actively self-study to program hardware and applications. In addition, students have good ability to design and construct electrical circuits. Approval for oral defense? (Approved or denied): Approved 5.

Overall evaluation: (Excellent, Good, Fair, Poor): Good 6.5 Ho Chi Minh City, July 30th , 2022 ADVISOR (Sign with full name) iii THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, July 30th, 2022 PRE-DEFENSE EVALUATION SHEET Student name: Le Thanh Tung Student ID: 17141036 Student name: Nguyen Le Duy Student ID: 17141002 Major: Electronics and Communication Engineering Technology Project title: design and construct a model of vehicle to monitor the quality of environment remotely Name of Reviewer:. Content and workload of the project. Approval for oral defense? (Approved or denied) .) Ho Chi Minh City, day….month……year…… REVIEWER (Sign with full name) iii THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, July 30th, 2022 EVALUATION SHEET OF DEFENSE COMMITTEE MEMBER Student name: Le Thanh Tung Student ID: 17141036 Student name: Nguyen Le Duy Student ID: 17141002 Major: Electronics and Communication Engineering Technology Project title: Design and construct a model of vehicle to monitor the quality of environment remotely Advisor: M. Ngo Ba Viet Name of Defense Committee Member:.

Content and workload of the project .) Ho Chi Minh City, day….year COMMITTEE MEMBER (Sign with full name) iv HCMC University of Technology and Education Socialist Republic of Vietnam Faculty for High Quality training Independence - Liberty – Happiness Ho Chi Minh City, July 30th, 2022 PROJECT ASSIGNMENT Name of Members: Le Thanh Tung Student ID: 17141036 Nguyen Le Duy Student ID: 17141002 Training system: Regular university Major: Electronics and communication engineering technology Class: 17141CLA I. NAME OF PROJECT: DESIGN AND CONSTRUCT A MODEL OF A VEHICLE TO MONITOR THE QUALITY OF THE ENVIRONMENT REMOTELY II. The original figures - Recognize the urgency and importance of the monitor and control system. - Conducting research, studying materials, current models related to the topic for comparison and improvement.

Content of implementation Task 1: Brainstorm and research related topics. Task 2: Research and select components. Task 3: Draw algorithm flowchart. Write a program to communicate between the main microcontroller and peripheral devices Task 4: Design and build complete system model.

Run tests and calibrate the system. Task 5: Write a report. DATE OF RECEIVING TASK: IV. DATE OF TASK COMPLETION: V.

Ngo Ba Viet CHAIR OF THE PROGRAM ADVISOR (Sign with full name) (Sign with full name) v HCMC University of Technology and Education Socialist Republic of Vietnam Faculty for High Quality training Independence - Liberty – Happiness Ho Chi Minh City, July 30th, 2022 PROJECT IMPLEMENT SCHEDULE Name of Members: Le Thanh Tung Student ID: 17141036 Nguyen Le Duy Student ID: 17141002 Class: 17141CLA Name of project: Design and construct a model of a vehicle to monitor the quality of the environment remotely Week/Date Content Lecture Confirm 1st Meet Instructor to disseminate regulations: (11/3-18/3) choose topic, working time. - Instructor conducts review of the topic. 2st - Write a summary of the requirements of the (19/3-25/3) selected topic: Reasons and objectives of the topic, design content, limited parameters of the topic. 3nd Write the plan and detail outlines for the topic.

(26/3-2/4) - Design block diagram. rd 4 - Design the principal diagram and explain the (3/4-9/3) function of each block. vi - Search for knowledge, information about the temperature, humidity and CO2 concentration in 5th the air (29/3-4/4) - Find out the sensors used in the subject. - Learn about how to write program to control car.

6th Connect and write code to push data to the web (5/4-18/4) server 7th Connect and write code to send data from Arduino (19/4-2/5) to Raspberry 8th Research and learn about MJPEG to run Camera (3/5-9/5) 9th - Programming to connect operating modules in the system. (10/5-16/5) - Design background and control interface in web server 10th (17/5-23/5) 11th (24/5-30/5) 12th (31/5-7/6) 13th - Research, learn and use Hamachi for this project - Model Building (8/6-14/6) 14th (15/6-21/6) vii 15th - Implement, test and fix the Project. (22/6-30/6) - Write the report. Complete the report and send it to Instructor to th 16 review and comment for the last time before (1/7-14/7) printing the report.

17th Submit the report and slide PowerPoint. (15/7-28/7) ADVISOR STUDENTS (Sign with full name) (Sign with full name) viii DISCLAIMER We guarantee that this project is our research, under M. NGO BA VIET 's guidance. The results published in this project are honest and are not replicated from any other work.

STUDENTS Le Thanh Tung Nguyen Le Duy iii ACKNOWLEDGMENTS Foremost, our group would like to express our sincere thanks to the teachers in the Faculty of High Quality Training. During the time studying at the school, the teachers were dedicated to teaching and imparting to their group knowledge, experience and motivation in the learning process. We sincerely thank to my advisor for his continued support and encouragement: M. Ngo Ba Viet.

We offer our sincere appreciation for the learning opportunities provided by my lecturer. Besides my advisor, we would like to thank our friends who shared knowledge and valuable experiences during the implementation of the project. Finally, we would like to thank our family for giving time to care and supporting us spiritually throughout our life. Sincerely! STUDENTS Le Thanh Tung Nguyen Le Duy iv LIST OF CONTENTS PROJECT ASSIGNMENT.

v PROJECT IMPLEMENT SCHEDULE. x LIST OF CONTENTS. xi LIST OF FIGURES. xiii LIST OF TABLE.

xvi Chapter 1: INTRODUCTION. THESIS REPORT OUTLINE. 2 Chapter 2: LITERATURE REVIEW. REMOTED-CONTROL CAR MODEL.

INTERNET OF THINGS (IoT). Overview of AlphaBot2. System block diagram design. Circuit design and calculation.

Set up to run dht11 and control car .3 Set up Camera: .4 Set up to get information from sensor send to Web Server .6 Set up web server for Raspberry pi .7 LogMeIn Hamachi Software. 33 Chapter 4: EXPERIMENT RESULTS. The operating of model. Model construction results .1 The users interface of controlling on web server.

CONCLUSIONS AND DEVELOPMENT. 47 vi LIST OF FIGURES Fig. Control car by remote control (short distance) [4]. Control car through internet (long distance) [4].

Applications of the Internet of Things. UART protocol format. Send and receive process between MASTER and SLAVE. Summary of Wi-Fi standards.

11 The picture of AlphaBot2-base [2]. The picture of AlphaBot2-Pi [2]. Block diagram of the system. GPIO Pins of Raspberry Pi 4 [10].

DHT11 sensor pinout [13]. MQ135 sensor pins out [14]. Servo motor pinout [16]. The time when servo runs and stops [16].

The Camera raspberry V1. Image of TB6612FNG [19]. Pins out of TB6612FNG [19]. The main flow chart of system.

The flowchart of car. The flowchart of camera. Interface of VNC Viewer. Arduino IDE and Python3 after install completed.

Interface of Arduino IDE. Access pane in Thingspeak. Channel after created. Channel settings tab.

API Keys tab. API Key support used for send data to Thingspeak. Code for Python file. Data from sensor shown in line chart.

Iframe of line chart. Background of web server. LogMeIn Hamachi Software. Product model after completion.

Arduino Nano in the body of the car. MQ135 on the car body. DHT11 on the car body. Operating of LogMeIn Hamachi.

Camera on top of the car. The top half of user interface. Picture from camera. The other half of user interface.

Line chart of Temperature. Line chart of Humidity. Line chart of CO2 Concentration. Graph update interval.

CO2 Concentration without lighter. CO2 Concentration when sensor nearby fire of lighter. 43 viii LIST OF TABLE TABLE 3. Specification of Arduino Nano [12].

DHT11 PINS OUT. Specification of MQ135 sensor [15]. SG90 SERVO SPECIFICATIONS. The specification of Camera Raspberry Pi V1[18].

measured data compare with actual data table. 42 ix ABSTRACT Our living conditions are better day by day thanks to the development of science and technology. In the past, we had to work in dangerous conditions without any assistant devices or an equipment which protect your life while working but nowadays we have a better working conditions with assistant devices and equipment, we have better living conditions, modern medical instruments. However, along with the benefits of the development of science and technology is pollutions and the most dangerous pollution is air pollutions.

Human cannot live without breathing, we have to breath to live and we cannot know that the thing we breathe in is good or bad by smelling. Breathing in polluted air will make asthma symptoms worse and trigger an asthma attack, cause cardiovascular disease. Air pollution could make adults’ health worse day by day but it will make children who has immune system worse than adult worse immediately. It interferes with the child's maturation process.

Monitoring the air quality is necessary to have a relevant solution to protect children’s health. Therefore, in order to protect the health of people we have to know the measurement of the air. So this also the purpose of our project:” DESIGN AND CONSTRUCT A MODEL OF A VEHICLE TO MONITOR THE QUALITY OF THE ENVIRONMENT REMOTELY”. We were allowed by my advisor to use the model:” AlphaBot2 Robot Building Kit for raspberry Pi 3B/3B+/4B from hshop.

This model has many functions but in this project we just use some of them. PROBLEM STATEMENT Contamination of the indoor or outdoor environment by any chemical, physical or biological agent that modifies the natural characteristics of the atmosphere that is defined is air pollution. The emission from daily activities such as household combustion devices, motor vehicles, industrial facilities and forest fires are common sources of air pollution. Pollutants of major public health concern include particulate matter, carbon monoxide, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide.

Outdoor and indoor air pollution cause respiratory and other diseases and are important sources of morbidity and mortality. WHO data show that almost all of the global population (99%) breathe air that exceeds WHO guideline limits and contains high levels of pollutants, with low- and middle-income countries suffering from the highest exposures [1]. Air quality is closely linked to the earth’s climate and ecosystems globally. Many of the drivers of air pollution (i.

combustion of fossil fuels) are also sources of greenhouse gas emissions.