BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

--------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MÔ HÌNH GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG

NƯỚC THÔNG QUA ỨNG DỤNG IOT

Giảng viên hướng dẫn : Trần Thái Sơn

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Hoàng Giang

Nguyễn Công Minh

Lớp : DH16CD

Ngành đào tạo : Cơ khí

Chuyên ngành : Cơ điện tử

Niên khóa : 2016 - 2020

Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2020

2

MỤC LỤC

I.Giới thiệu tổng quan ..................................................................... 7

A. Nội dung nghiên cứu ................................................................. 8

B. Lợi ích của mô hình ................................................................... 8

C. Cơ Sở lý thuyết .......................................................................... 9

Giới thiệu phần cứng .............................................................. 9

Chuẩn giao tiếp Wifi ............................................................. 12

Kit RF Thu Phát Wifi ESP8266 Node MCU ....................... 15

PHƯƠNG AN THIÊT KÊ HÊ THÔNG .............................. 18

II.Thi Công Hệ Thống ................................................................... 19

Giới Thiệu .................................................................................. 19

Danh sách linh kiện điện tử: ....................................................... 19

Thiêt Kê Mach TDS ................................................................. 20

Sơ đô nguyên lý .......................................................................... 20

Test và chạy thử mạch TDS ...................................................... 24

Lâp Trinh ESP 8266 MCU ...................................................... 27

Mô Phong Hệ Thống ................................................................ 34

III.Kêt Luân .................................................................................... 37

TÀI LIỆU THAM KHAO ............................................................. 39

3

MỤC LỤC HÌNH ANH

Hình 1 Arduino UnoR3...................................................................................................... 9

Hình 2 Arduino UnoR3...................................................................................................... 9

Hình 3 Sơ đô chân Arduino .......................................................................................... 11

Hình 4 Sơ đô chân ESP8266 Node MCU ........................................................... 16

Hình 5 Bảng Đơn Vi TDS.............................................................................................. 17

Hình 6 Sơ Đô Nguyên Lý ................................................................ 18

Hình 7 Giao Diện Mô Hình TDS .............................................................................. 18

Hình 8 Sơ Đô Nguyên Lý............................................................................................... 20

Hình 9 Ve Mạch Nguyên Lý ........................................................................................ 20

Hình 10 Check Fails ........................................................................................................... 21

Hình 11 Xuât File MML ................................................................................................. 21

Hình 12 Phủ Đông Mạch In .......................................................................................... 22

Hình 13 In Mạch In ............................................................................................................ 22

Hình 14 Ui Mạch In ........................................................................................................... 22 Hình 15 Board Mạch Sau Khi Ui .................................................... 22

Hình 16 Mạch Đầy Đủ Phu Kiện ..................................................... 22

Hình 17 Kết Nôi Đầu Loc TDS vs TDS .......................................... 22

Hình 18 Đo TDS ................................................................................................................... 25

Hình 19 Đoc Mạch TDS ................................................................................................ 22

Hình 20 Sơ Đô Chân MCU .............................................................. 22

Hình 21+22+23 Cài Đăt MCU Trên IDE ....................................... 22

Hình 24 Lâp Wifi và Password ........................................................ 29

Hình 25 Source Code ...................................................................... 30

Hình 26 Test chương trình ............................................................... 31

Hình 27+28 Kết quả hiên thi .......................................................... 32

Hình 29 ->35 Chạy Test Chương Trình ......................................... 36

4

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1. Họ và tên sinh viên được giao đề tài

Nguyễn Hoàng Giang MSSV: 16031603

Nguyễn Công Minh MSSV: 16030012

2. Tên đề tài

3. MÔ HÌNH GIAM SAT CHẤT LƯỢNG NƯỚC THÔNG QUA ỨNG DỤNG

IOT

4. Nội dung

THIÊT KÊ MÔ HÌNH GIAM SAT CHẤT LƯỢNG NƯỚC THÔNG QUA

ỨNG DỤNG IOT

5. Kêt quả

Đề tài hoàn thành mô hình, lâp trình được cho hệ thông và chạy thử nghiệm

thành công.

Giảng viên hướng dẫn Vũng Tàu, tháng 4 năm 2020

Sinh viên

Nguyễn Hoàng Giang

Nguyễn Công Minh

5

LỜI CAM ĐOAN

Chung tôi: Nguyễn Hoàng Giang và Nguyễn Công Minh xin cam đoan.

Đô án tôt nghiệp là thành quả của sự nghiên tìm tòi từ các sô liệu được thu thâp,

kiêm tra và so sánh trên thực tế và được thực hiện dưới sự hướng dẫn của giáo viên

hướng dẫn.

Đô án được thực hiện hoàn toàn mới, là thành quả nghiên cứu của riêng bản thân

nhóm chung tôi, không sao theo bât cứ đô án tương tự nào.

Moi sự tham khảo sử dung trong đô án được trích dẫn từ các nguôn tài liệu trong

báo cáo và danh muc tài liệu tham khảo.

Moi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế của nhà trường, tôi xin hoàn toàn chiu

moi trách nhiệm.

Vũng Tàu, ngày tháng năm 2020

Sinh viên

6

LỜI CAM ƠN

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đôi với các thầy

cô của trường Đại hoc Bà Ria-Vũng Tàu, đăc biệt là các thầy cô trong khoa Công

Nghệ Kỹ Thuât và Nông Nghiệp Công Nghệ Cao, những người đã trực tiếp giảng

dạy, truyền đạt những kiến thức bổ ích cho em trong 4 năm hoc vừa qua. Những

kiến thức này là nền tảng cũng như những hành trang vô cùng quý báu đê chung em

phát triên sau này. Sau quá trình hoc tâp và rèn luyện nghiệm tuc, cùng với sự

hướng dẫn và đôn đôc tân tình của giảng viên Trần thái Sơn, chung em đã hoàn

thành Đô án tôt nghiệp Đại hoc.

Và em cũng xin chân thành cảm ơn Công ty TNHH Cường Tiến Thinh-SDVICO

cũng như toàn thê nhân viên đã hô trợ, hướng dẫn nhiệt tình, tạo điều kiện thuân lợi

cho em trong suôt quá trình thực hiện đề tài tại công ty.

Trong quá trình thiết kế, chế tạo, cũng như là trong quá trình làm bài báo cáo đề tài

nghiên cứu do chưa có nhiều kinh nghiệm thực tiễn nên bài báo cáo không thê tránh

khỏi có nhiều thiếu sót, em rât mong nhân được ý kiến đóng góp các thầy, đê em

hoc hỏi thêm được nhiều kinh nghiệm và se hoàn thành tôt đề tài tôt nghiệp.

Vũng Tàu, ngày … tháng … năm 2020

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hoàng Giang

Nguyễn Công Minh

7

I.Giới thiệu tổng quan

Theo đinh nghĩa của ITU-T “ Internet of things (IoT): A global infrastructure for the

information society, enabling advanced services by interconnecting (physical and

virtual) things based on existing and evolving interoperable information and

communication technologies”

Có thê dich thành IoT là cơ sở hạ tầng toàn cầu cho xã hội thông tin, cho phép các

cải thiện dich vu bằng cách kết nôi (các thực thê vât lý và thực thê ảo) dựa trên các

công nghệ thông tin và truyền thông tương thích hiện có và phát triên. Chính vì vây

mà khả năng thu thâp dữ liệu của IoT rât là vượt trội so với các công nghệ truyền

thông. Bên cạnh đó, IoT có thê tích hợp những công nghệ hiện đại khác đê mang lại

những khả năng ứng dung mà chung ta chưa thì hình dung được hết. Khi khôi trung

tâm xử lý của IoT được tích hợp công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) se đem lại khả năng

dự báo, cảnh báo gần như là theo thời gian thực hay khi ta tích hợp Bigdata với IoT

se mang lại khả năng phân tích xử lý dữ liệu chiếm tỷ lệ cao nhât, thông kê, lưu trữ

dữ liệu rât tuyệt vời đây là hướng nghiên cứu rât được các nhà sáng chế quan tâm.

Ứng dung IoT mang lại những lợi ích thiết thực không chỉ cho người dân, doanh

nghiệp, mà còn là các cơ quan quản lý như phân tích dữ liệu lớn trong các ứng dung

IoT như là sô liệu thông kê đê tham khảo phân tích các dự báo, hành vi người dùng

và phương pháp xử lý dữ liệu nâng cao (bao gôm AI). Việc ứng dung IoT đê giám

sát, cảnh báo mức độ ô nhiễm nước là một giải pháp đê giải quyết vân đề chât lượng

nước hiện nay.

Chi Số TDS

TDS là viết tắt của “Total Dissolved Solids”, có thê goi nôm na là Tổng chât rắn

hòa tan.

TDS là một trong những chỉ sô dùng đê kiêm tra chât lượng của nước, hàm lượng

tât cả các chât hữu cơ, vô cơ chứa trong chât lỏng (cu thê là nước)

Đơn vi TDS: mg/l (minigrams/liter) hoăc ppm (part/million)

Chỉ sô TDS càng nhỏ thì nước càng sạch, nhưng nếu nhỏ quá mức thì nước gần như

không có khoáng chât, tuy nhiên không phải chỉ sô TDS cao là nước bẩn

TDS không được coi là chỉ sô gây ô nhiễm, nó là chỉ sô tổng hợp về sự hiện diện

của các hợp chât hóa hoc.

Cảm biến TDS giup đo được chỉ sô TDS của nước

Ứng dụng:

Kiêm tra chât lượng nước ở sông ngòi, nước sinh hoạt, quá trình xử lý nước thải hay

bât kỳ ứng dung nào cần đo chỉ sô TDS

8

A. Nội dung nghiên cứu

Đê thực hiện dự án, môi thành viên trong nhóm đều có nhiệm vu cu thê:

Nguyễn Hoàng Giang đảm nhiệm vai trò lâp trình - thiết kế mạch điện, truyền

thông cho dự án.

Nguyễn Công Minh là người thiết kế hình dáng cho sản phẩm và có vai trò lâp

trình webserver, tìm hiêu nghiên cứu thi trường.

Nói về ý tưởng thực hiện dự án, các thành viên trong nhóm cho biết, trong quá trình

nghiên cứu thực tiễn nhóm nhân thây, tại một vài nhà máy loc nước hiện nay vẫn

đang thực hiện những biện pháp thủ công trong việc kiêm tra các chỉ sô chât lượng

nước. Những biện pháp thủ công này rât mât thời gian và gây tôn kém chi phí về

nguôn nhân lực lao động.

Xuât phát từ nhu cầu thực tế đó, các thành viên trong nhóm đã cùng nhau xây dựng

hệ thông giám sát chât lượng nguôn nước và tự động thu thâp dữ liệu về chỉ sô nước

tiêu thu theo mô hình mạng Internet kết nôi vạn vât nhằm giải quyết những yêu cầu

câp bách trên. Giải pháp này không chỉ cho phép các nhà máy nước giám sát được

chât lượng nguôn nước sau khi loc từ máy loc nước trước khi cung câp cho khách

hàng mà còn cho phép khách hàng giám sát được chât lượng nguôn nước ho đang

sử dung.

Ngoài việc quản lý chât lượng nguôn nước sau khi loc từ máy loc nước của công ty

thì có thê đo chât lượng nước tại các trạm quan sát khác, hoăc chât lượng không khí,

hay các chỉ sô môi trường khác tùy theo muc đích cần thiết.

B. Lợi ích của mô hinh

Khi người dùng sử dung dich vu, ho có thê biết được các thông tin về nguôn nước

loc ho sử dung nhờ các ứng dung trên thiết bi di động hoăc trên các cổng thông tin

điện tử hiên thi theo thời gian thực. Không chỉ có vây dich vu còn đưa ra cho ho

những cảnh báo, dự báo chính xác và nhanh, nhờ đó ho có đủ thời gian đê đưa ra

các quyết đinh ứng phó phù hợp. Ví du như từ những dữ liệu đo đạc được dich vu

đưa ra cảnh báo cho người dùng về việc nước vẫn còn quá bẩn chưa làm sạch hết

hoăc chưa đạt tiêu chuẩn uông được, từ đó người sử dung có thê đưa ra phương

pháp giải quyết phù hợp.

9

C. Cơ Sở lý thuyêt

• Giới thiệu phần cứng

• Arduino UNO R3

Arduino UNO có thê sử dung 3 vi điều khiên ho 8bit AVR là ATmega8,

ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thê xử lí những tác vu đơn giản như điều

khiên đèn LED nhâp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiên từ xa, làm một trạm đo

nhiệt độ - độ ẩm và hiên thi lên màn hình LCD,… hay những ứng dung khác. Đây

là giải pháp dễ dàng, tiết kiệm đê tạo ra những thiết bi có khả năng tương tác với

môi trường thông qua các cảm biến.

Hinh 1 Arduino UnoR3 Hinh 2 Arduino UnoR3

10

• Thông số kỹ thuât

Vi điều khiển ATmega328 8bit

Điện áp hoat động 5V DC

Tần số hoat động 16 MHz

Dòng điện tiêu thụ ~ 30mA

Điện áp vào khuyên

dùng 7-12V DC

Điện áp vào giới han 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa mỗi chân

I/O 30 mA

Dòng ra tối đa (5V) 500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA

Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328)

SRAM 2 KB (ATmega328)

EEPROM 1 KB (ATmega328)

11

• Sơ đồ chân

Arduino UNO có 14 chân digital dùng đê đoc hoăc xuât tín hiệu. Chung chỉ có 2 mức

điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tôi đa trên môi chân là 40mA. Ở môi chân đều

có các điện trở pull-up từ được cài đăt ngay trong vi điều khiên ATmega328 (măc

đinh thì các điện trở này không được kết nôi).

Một sô chân digital có các chức năng đăc biệt như sau:

o 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng đê gửi (transmit – TX) và nhân (receive

– RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thê giao tiếp với thiết bi khác thông

qua 2 chân này. Kết nôi bluetooth thường thây nói nôm na chính là kết nôi

Serial không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dung 2

chân này nếu không cần thiết

o Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuât ra xung PWM

với độ phân giải 8bit (giá tri từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng

hàm analogWrite(). Nói một cách đơn giản, bạn có thê điều chỉnh được

Hinh 3 Sơ đô chân Arduino

12

điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cô đinh ở mức 0V và

5V như những chân khác.

o Chân giao tiêp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài các

chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng đê truyền phát dữ liệu bằng giao

thức SPI với các thiết bi khác.

o LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bâm

nut Reset, bạn se thây đèn này nhâp nháy đê báo hiệu. Nó được nôi với chân

sô 13. Khi chân này được người dùng sử dung, LED se sáng.

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung câp độ phân giải tín hiệu 10bit (0

→ 210-1) đê đoc giá tri điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên board,

bạn có thê đê đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dung các chân analog. Tức là nếu

bạn câp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thê dùng các chân analog đê đo điện áp

trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit.

Đăc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hô trợ giao tiếp I2C/TWI

với các thiết bi khác.

• Chuẩn giao tiêp Wifi

• Giới thiệu

Wili là viết tắt của Wireless Fidelity, được goi chung là mạng không dây sử

dung

sông vô tuyến, loại sóng vô tuyến này tương tự như sóng truyền hình, điện thoại và

radio.

Wifi phát sóng trong phạm vi nhât đinh, các thiết bi điện tử tiêu dùng ngày nay như

laptop, smartphone hoăc máy tính bảng có thê kết nổi và truy câp internet trong tắm

phủ

sóng.

Nguyên tắc hoạt động

Đê tạo được kết nói Wifi nhât thiết phải có Router (bộ thu phát), Router này lây

thông tin từ mạng Internet qua kết nói hữu tuyến rôi chuyên nó sang tín hiệu vô

tuyến và

gửi đi, bộ chuyên tín hiệu không đây (adapter) trên các thiết bi đi động thu nhân tín

hiệu

này rôi giải mã nó sang những đữ liệu cần thiết. Quá trình này có thẻ thực hiện

ngược lại,

Roukr nhân tín hiệu vô tuyến từ A dapter và giải mã chung rôi gởi qua Internet.

Một sô chuẩn kết nôi Wifi

13

Tuy nói wifi tương tự như sứng vô tuyến truyền hình, radio hay điện thoại nhưng nó

vẫn khác các loại sóng kia ở mức độ tần sô hoạt động.

Sóng wifi truyền nhân dữ liệu ở tần sô 2,5Ghz đến 5Ghz. Tản sô cao này cho phép

nó mang nhiều đữ liệu hơn nhưng phạm vi truyền của nó bi giới hạn; còn các loại

sóng

khác, tuy tần sô thâp nhưng có thẻ truyền đi được rât xa.

Kết nôi wifi sử dung chuẩn kết nôi 802.11 trong thư viện IEEE (Institute of

Eleetrical and Eleetronics Engineers), chuẩn này bao gôm 4 chuẩn nhỏ a/b/g/n:

Chuẩn wifi đầu tiên 802.11: năm 1997, IEEE đã giới thiệu chuẩn đầu tiên này cho

WLAN. Tuy nhiên, 802.11 chỉ hô trợ cho băng tản mạng cực đại lên đến 2Mbps —

quá châm đôi với hẳu hết moi ứng dung, Và với lý do đó, các sản phẩm không dây

thiết kế theo chuẩn 802.11 ban đầu không được sản xuât nữa.

Chuẩn wifi 802.11b: IEEE đã mở rộng trên chuẩn gôc 802.11 đẻ tạo ra chuẩn

802.11b vào tháng 7/1999. Chuẩn này hô trợ băng thông lên đến 11Mbps, tương

ứng với Ethemet truyền thông.

Chuẩn nảy sử dung tần sô tín hiệu vô tuyến không được kiêm soát 2.4Ghz,

các nhà sản xuât rât thích sử dung tần sô này đề giảm chỉ phí sản xuât. Tuy

nhiên, các thiết bi 802.11b có thẻ bi xuyên nhiều từ các thiết bi điện thoại

không dây, lò vi sóng hoăc các thiết bi khác sử đung cùng đải tản sô. Tuy

nhiên, ta có thẻ giảm được hiện tượng xuyên nhiều này bằng cách lắp thiết bi

802.1 1b cách xa các thiết bi như vây

Ưu điêm của 802.1 1b: giá thành thâp nhât, phạm vì tín hiệu tôt vả không đê

bi cản trở.

Nhược điêm của 802.11b: tôc độ tôi đa thâp nhât, các thiết bi gia dung có thê

gây cán trở.

Chuẩn wifi 802.11a: trong khi 802.11b vẫn đang được phát triên, IEEE đã

tạo ra

14

một mở rộng thứ 2 có tên gợi là 802.11a. Do giá thành cao hơn nên 802.11a thường

được sử dung cho các mạng doanh nghiệp, còn 802.1 1b thích hợp hơn cho các hộ

gia đình.

802.11a hô trợ băng thông lên đến 54Mbps và sử dung tần sô SGhz. Do

802.11a và 802.11b sử đựng 2 tằn sô khác nhau, nên 2 công nghệ này không

thẻ tương thích với nhau. Do đó, một sô hãng đã cung câp các thiết bi mạng

bài cho 802. 11a/b, nhưng sản phẩm nảy chỉ đơn thuần là thực hiện 2 chuẩn

xong song.

Ưu điềm: tôc độ cực nhanh, tằn sô được kiêm sóat nên tránh được sự xuyên

nhiễu từ các thiết bi khác.

Nhược điêm: giá thành đắt, phạm vi hẹp và đễ bi cản trở.

Chuẩn wili 802.11g: vào năm 2002 và 2003, các sản phẩm WLAN hô trợ

một

chuẩn mới hơn đó là 802.11g, rât được đánh giá cao trên thi trường, Đây là một nô

lực kết hợp ưu điêm của cả 802.11a và 802.11b, hô trợ băng thông lên đến 54Mbps

và sử dung tắn sô 2.4Ghz đẻ có phạm vi rộng.

Ưu điêm: tôc độ cực nhanh, phạm vỉ tín hiệu tôt và ít bi cản trở.

Nhược điêm: giá thành đắt hơn 802.1 Ib, các thiết bi có thẻ đê bi xuyên nhiều

từ những đỏ gia dung sử dung củng tần sô tín hiệu vô tuyến không được kiêm

soát.

Chuẩn wifi 802.11n: 802.11n - đôi khi được goi tắt là wireless, được thiết kế

đề cải

thiện cho 802.11g trong tổng sô băng thông được hô trợ bằng cách tân dung nhiều

tín hiệu không dây và anten. Được phê chuẩn vào năm 2009, với băng thông tôi đa

lên đến 600Mbps, 802.11n cũng cung câp phạm vi tôt hơn những chuẩn wifi trước

đó, do cường độ tín hiệu cửa nó đã tăng lên.

Ưu điênr tôc độ tôi đa nhanh nhât, phạm vì tín hiệu tôt nhât và khả năng

chông nhiều tôt hơn từ các nguôn bên ngoài.

Nhược điêm: giá thành đât hơn 802.11g, việc sử dung nhiều tín hiệu có thê

15

gây nhiễu với các mạng dựa trên chuân 802.1 1b và 802. 11g ở gắn.

Chuẩn wifi 802.11ac: đây là chuẩn wifi lớn nhât, được sử dung phô biến nhât hiện

nay. 802.11ac sử dung công nghệ không đây băng tần kép, hô trợ các kết nôi đông

thời trên cả băng tần 2.4Ghz và 5SGhz. 802.1 lac có băng thông đạt tới 1.300Mbns

trên băng tần 5Ghz và 450Mbps trên 2.4Ghz.

• Kit RF Thu Phát Wifi ESP8266 Node MCU

Mô tả: Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua là kit phát triên dựa trên nền

chip Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ sử dung và đăc biệt là có thê sử dung trực

tiếp trình biên dich của Arduino đê lâp trình và nạp code, điều này khiến việc sử

dung và lâp trình các ứng dung trên ESP8266 trở nên rât đơn giản.

Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua được dùng cho các ứng dung cần kết

nôi, thu thâp dữ liệu và điều khiên qua sóng Wifi, đăc biệt là các ứng dung liên

quan đến IoT. Ở đây sử dung Kit RF thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua đê Thu

phát tin hiệu Wifi kết nôi với phần websever.

• Thông số kỹ thuât:

o IC chính: ESP8266 Wifi SoC.

o Phiên bản firmware: NodeMCU Lua

o Chip nạp và giao tiếp UART: CP2102.

o GPIO tương thích hoàn toàn với firmware Node MCU.

o Câp nguôn: 5VDC MicroUSB hoăc Vin.

o GIPO giao tiếp mức 3.3VDC

o Tích hợp Led báo trạng thái, nut Reset, Flash.

o Tương thích hoàn toàn với trình biên dich Arduino.

o Kích thước: 25 x 50 mm

16

Hinh 4 Sơ đô chân ESP8266 Node MCU

• Cảm Biên Chât Lượng Nước TDS

Tổng chât rắn hòa tan (TDS - Total dissolved solids) là thước đo hàm lượng kết hợp

hòa tan của tât cả các chât vô cơ và hữu cơ có trong chât lỏng ở dạng phân tử, ion

hóa hoăc hạt nhỏ (dạng keo).

Nói chung, đinh nghĩa hoạt động là các chât rắn phải đủ nhỏ đê tôn tại quá trình loc

thông qua bộ loc có lô chân lông 2 micromet (kích thước danh nghĩa hoăc nhỏ hơn).

Tổng chât rắn hòa tan thường chỉ được thảo luân cho các hệ thông nước ngot, vì độ

măn bao gôm một sô ion câu thành đinh nghĩa của TDS. Ứng dung chính của TDS

là trong nghiên cứu về chât lượng nước cho suôi, sông và hô. Thành phần hóa hoc

phổ biến nhât trong nước là canxi , phôt phát , nitrat , natri , kali và clorua , được

tìm thây trong nước phù sa, nước mưa, nước biên,… Các chât này có thê là cation ,

anion , phân tử hoăc kết tu theo thứ tự một nghìn hoăc ít hơn các phân tử, miễn là

một hạt vi mô hòa tan được hình thành.

Nước có thê được phân loại theo mức tổng chât rắn hòa tan (TDS) trong nước:

Nước ngot: TDS dưới 1.000 mg / L

Nước lợ: TDS = 1.000 đến 10.000 mg / L

Nước muôi: TDS = 10.000 đến 35.000 mg / L

17

Hypersaline: TDS lớn hơn 35.000 mg / L

Nước uông thường có TDS dưới 500 mg / L.

Hinh 5 Bang Đơn Vi TDS

18

• PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

• Sơ đồ nguyên lý

• Giao diện TDS Sensor với NodeMCU

Hinh 6 Sơ Đô Nguyên Ly

Hinh 7 Giao Diên Mô Hinh TDS

19

II.Thi Công Hệ Thống

❖ Giới Thiệu Sau khi tính toán và lựa chon thiết bi cu thê, ta se bước sang giai đoạn cuôi cùng là

thi công hệ thông. Về phần cứng , phần lớn các thiết bi được sử dung trong đề tài là

các module và cảm biến điều có sẵn trên thi trường Arduino Nano, ESP8266

Đôi với phần mềm chung ta se tiến hành lâp trình điều khiên Modul ESP8266 Node

MCU và cảm biến TDS đông thời thiết kế giao diện websever xây dựng cơ sở dữ

liệu Realtime Database Firebase.

▪ Danh sách linh kiện điện tử:

o Linh kiện chính:

➢ Cảm Biến TDS

➢ Board ESP8266 NODE MCU

➢ Dây nôi male-female header

➢ Điện trở 5K Ohm

➢ Cable kết nôi giữa board ESP8266 và máy tính

o Linh kiện phu thử nghiệm:

➢ Đèn led

➢ Cable kết nôi board ESP8266 và máy tính

➢ Đầu loc cảm biến

20

❖ Thiêt Kê Mach TDS

▪ Sơ đô nguyên lý

Ve mạch cu thê bằng phần mềm CaptureCIS của OrCad

Hinh 8 Sơ Đô Nguyên Ly

Hinh 9 Ve Mach Nguyên Ly

21

Kiêm Tra lôi Và Xuât File Có Đuôi MMN

Hinh 10 Check Fails

Hinh 11 Xuât File MML

22

Thiết kế board mạch in với Layout

In mạch và tiến hành làm mạch in

Hinh 12 Phu Đông Mach In

Hinh 13 In Mach In

23

Hinh 14 Ui Mach In

Hinh 15 Board Mach Sau Khi Ui

24

▪ Test và chạy thử mạch TDS

Hinh 16 Mach Đây Đu Phu Kiên

Hinh 17 Kêt Nôi Đâu Loc TDS vs TDS

25

Hinh 18 Đo TDS

Hinh 19 Đoc Mach TDS

26

Kết quả sau khi test cho thây:

Nước sinh hoạt có chỉ sô là 122PPM “Có thê sự dung được”

Nước loc có chỉ sô là 79PPM “Có thê sự dung được”

Nước bẩn ở đây lây sử dung nước bê cá đê test có chỉ sô 301PPM “ Không nên sử

dung vì chỉ sô PPM cao”.

27

❖ Lâp Trinh ESP 8266 MCU Sơ đô chân MCU

Pin GPIO: NodeMCU có 16 chân GPIO như trong sơ đô trên có thê được sử dung

đê điều khiên các thiết bi ngoại vi khác như cảm biến, đèn LED, công tắc, v.v.

Những chân này cũng có thê được sử dung làm chân PWM.

Pin ADC (Bộ chuyên đổi tương tự sang sô): Nó có một kênh ADC và có thê được

truy câp thông qua chân A0.

Pin SPI: Có 4 chân (SCK, MISO, MOSI, v.v.) có sẵn đê giao tiếp SPI như được

hiên thi trong hình chữ nhât màu xanh lá cây trong sơ đô.

Pin I2C: Nó có hô trợ chức năng I2C nhưng do sử dung nội bộ các chân này, bạn

phải tìm chân nào là I2C.

Pin UART: Nó có hai giao diện UART. Vì, RXD0 và TXD0 được sử dung đê tải

mã lên bảng, chung tôi không thê sử dung chung trong khi lâp trình mô-đun này. Ta

có thê sử dung RXD1 và TXD1 bât cứ luc nào.

Hinh 20 Sơ Đô Chân MCU

28

Cài đăt NodeMCU trên Arduino IDE:

Hinh 21 Cai Đăt MCU Trên IDE

Hinh 22 Cai Đăt MCU Trên IDE

29

• Lâp trình Web trên IDE bằng NodeMCU

Chương trình web

Hàm setup()

Lâp trình giao diện web nhân và hiện thi kết quả

webPage += “<h1>HT Electronic – ESP8266 Web Server</h1>

Kết nôi vào mạng Wifi, gửi nội dung web server đê hiện thi khi có client truy xuât

vào

WiFi.begin(ssid, password);

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED); //đợi kết nôi Wifi thành công

server.on(“/”, [](){ server.send(200, “text/html”, webPage);});

Bắt đầu chạy Web server

server.begin();

Hàm loop()

Chỉ goi hàm server.handleClient() đê xử lý các event của Web server

Hinh 23 Cai Đăt MCU Trên IDE

30

• Lâp trình và chạy thử trên IDE

Thiết lâp Wifi và Password

• Source Code/Program

#include <EEPROM.h>

#include "GravityTDS.h"

#define TdsSensorPin A1

GravityTDS gravityTds;

float temperature = 25,tdsValue = 0;

void setup()

{

Serial.begin(115200);

gravityTds.setPin(TdsSensorPin);

gravityTds.setAref(5.0); //reference voltage on ADC, default 5.0V on Arduino

UNO

gravityTds.setAdcRange(1024); //1024 for 10bit ADC;4096 for 12bit ADC

gravityTds.begin(); //initialization

}

void loop()

{

//temperature = readTemperature(); //add your temperature sensor and read it

Hinh 24 Lâp Wifi va Password

31

gravityTds.setTemperature(temperature); // set the temperature and execute

temperature compensation

gravityTds.update(); //sample and calculate

tdsValue = gravityTds.getTdsValue(); // then get the value

Serial.print(tdsValue,0);

Serial.println("ppm");

delay(1000);

}

Hinh 25 Source Code

32

Chạy thử chương trình

Hinh 26 Test chương trinh

Hinh 27 Kêt qua hiên thi

33

Hinh 28 Kêt qua hiên thi

34

❖ Mô Phong Hệ Thống

• Chay thư hệ thống

➢ Đo thử với nước loc

Hinh 28 Sơ Đô Mô Phong

Hinh 29 Chay Test Chương Trinh

35

➢ Đo thử với nước pha với muôi

Hinh 30 Chay Test Chương Trinh

Hinh 31 Chay Test Chương Trinh

36

➢ Đo thử với nước pha với phân bón Nutrient solution

Hinh 32 Chay Test Chương Trinh

Hinh 33 Chay Test Chương Trinh

37

Hinh 35 Chay Test Chương Trinh

38

III.Kêt Luân

Từ các kết quả và thực nghiệm trên, chung tôi sơ bộ đưa ra một sô kết luân sau:

Mục tiêu đề tài

Tóm lại, đề tài thiết kế và nghiên cứu hệ thông phân loại sản phẩm theo

chiều cao đã đáp ứng được các kết quả như sau:

➢ Thiết kế được mô hình sản phẩm

➢ Có thê hoạt động tự động

Sản phẩm của đề tài

➢ Bộ modul đầu loc chât lượng nước với cảm biến TDS

➢ Chip ESP8266 NodeMCU

➢ Báo cáo tổng kế đề tài

Tính hiệu quả của đề tài

➢ Qua đề tài đã trình bày cho chung ta biết về cách lâp trình và sử dung cảm

biến cũng như các chương trình cần thiết như IDE Arduino.

➢ Thi công và chạy thử mô hình thành thạo.

Hướng phát triển đề tài.

➢ Với hệ thông của đề tài nghiên cứu này, đã nghiên cứu và phát triên nhằm

tôi ưu hóa hệ thông. Đê có thê tôi ưu hóa nhóm chung tôi xin đưa ra hướng

phát triên sau:

➢ Có thê tích hợp thêm nhiều cách thức phân loại đê tôi ưu hóa việc đoc cảm

biến được tôt và đung hơn. Có thế cài đăt đê có thê chạy tự động theo chu kỳ.

➢ Về thiết kế có thê thiết kế phù hợp cho từng nhu cầu

Tổng kêt

Xuât phát từ nhu cầu thực tế, các thành viên trong nhóm đã cùng nhau xây

dựng hệ thông giám sát chât lượng nguôn nước và tự động thu thâp dữ liệu về chỉ sô

nước tiêu thu theo mô hình mạng Internet kết nôi vạn vât nhằm giải quyết những

yêu cầu câp bách trên. Giải pháp này không chỉ cho phép các nhà máy nước giám

sát được chât lượng nguôn nước sau khi loc từ máy loc nước trước khi cung câp cho

khách hàng mà còn cho phép khách hàng giám sát được chât lượng nguôn nước ho

đang sử dung.

Ngoài việc quản lý chât lượng nguôn nước sau khi loc từ máy loc nước của công ty

thì có thê đo chât lượng nước tại các trạm quan sát khác, hoăc chât lượng không khí,

hay các chỉ sô môi trường khác tùy theo muc đích cần thiết.

39

TÀI LIỆU THAM KHAO Hướng dẫn chi tiêt cách tao server và điều khiển Arduino cho dự án IoT |

Cộng đồng Arduino Việt Nam

Tao một webserver bằng esp8266 | Mechasolution Việt Nam -

Mechasolution.fpo.vn

Internet Of Things (IoT) : cho người mới bắt đầu

Hướng dẫn sư dụng ESP8266 trong các ứng dụng Internet Of Things (Phần 7)

– HT Electronics

Lâp trinh cho ESP8266 dùng Arduino IDE | Học ARM

Lâp trinh vi điều khiển- Phần 255- Module esp8266 Node MCU - YouTube

mô hinh giám sát chât lượng nước thông qua Iot - Tim với Google

Với 30 phút, tự làm demo thùng nước IoT bơm nước tự động cùng iNut

Platform | Cộng đồng Arduino Việt Nam

Vẽ và thiêt kê mach in: Bài tâp 2 - VOER

D.I.Y - Arduino: Tự Chê Đầu Đọc Nồng Độ Dung Dịch Thủy Canh - Ec/ppm

Meter | Page 2 | Vườn rau xanh - Cộng đồng làm vườn cho người Việt

Máy đo EC / TDS / PPM