BÀI TẬP DỰ ÁN HỌC PHẦN IOT VÀ ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI HỆ THỐNG CẤP NƯỚC THÔNG MINH SỬ DỤNG IOT

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA CƠNG NGHỆ THÔNG TIN -o0o BÀI TẬP LỚN/ BÀI TẬP DỰ ÁN HỌC PHẦN IOT VÀ ỨNG DỤNG TÊN ĐỀ TÀI : HỆ THỐNG CẤP NƯỚC THƠNG MINH SỬ DỤNG IOT NHĨM: Hà Nội, tháng 10 năm 2022 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN -o0o TÊN ĐỀ TÀI : HỆ THỐNG CẤP NƯỚC THƠNG MINH SỬ DỤNG IOT Nhóm: Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Tài Tun Trưởng nhóm: Trịnh Cơng Tồn – B19DCAT162 Thành viên: Đàm Văn Trung – B19DCAT198 Nguyễn Minh Đức – B19DCAT046 3.Phạm Văn Thanh – B19DCAT174 Hà Nội, tháng 10 năm 2022 Lời cam đoan Em/ chúng em xin cam đoan đề tài:hệ thống cấp nước thơng minh sử dụng IoT cá nhân/nhóm nghiên cứu thực Em/ chúng em kiểm tra liệu theo quy định hành Kết làm đề tài trung thực khơng chép từ tập nhóm khác Các tài liệu sử dụng tiểu luận có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng (Ký ghi rõ họ tên) Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Tài Tuyên tận tình hướng dẫn em suốt thời gian học tập để giúp em hồn thành tập lớn môn học MỤC LỤC Contents PHẦN MỞ ĐẦU 1.HỆ THỐNG CẤP NƯỚC THÔNG MINH SỬ DỤNG IOT 2.MỤC ĐÍCH DỰ ÁN 3.CÁC PHƯƠNG PHÁP CẤP NƯỚC .6 4.PHẠM VI NGHIÊN CỨU PHẦN NỘI DUNG 1.LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CỨNG 1.1 Arduino UNO .8 1.2 NodeMCU (ESP 8266) .9 1.3 ULTRASONIC SENSOR 10 1.4 Connecting Wires .11 1.5 LCD Display 16x2 12 1.6 Water Pump .12 1.7 Replay Module 12 1.8 Switch .13 1.9 Push Button 13 1.10 breadboard .13 2.PHẦN MỀM YÊU CẦU 14 2.1 ARDUINO IDE 14 2.2 ARDUINO LANGUAGE 14 3.THIẾT KẾ KỸ THUẬT 15 4.LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN .17 5.PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG 18 6.CODING 18 7.THỬ NGHIỆM MÔ PHỎNG 20 PHẦN KẾT LUẬN 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO .23 PHỤ LỤC .24 PHẦN MỞ ĐẦU Hầu hết người dân khu dân cư phải đối mặt với vấn đề tràn nước két nước cung cấp nhiều nước Nó trở nên khó khăn cho người dùng để đánh giá mức nước bể nước Khi máy bơm BẬT, người dùng không nhận thùng nước lấp đầy, điều dẫn đến tràn Hệ thống điều khiển báo mức nước sử dụng để phân loại vấn đề liên quan đến bể nước Nó kiểm tra mức nước sử dụng cảm biến để nước xuống bên dưới, bơm BẬT tự động Ngồi có nước tràn bể chứa nước, sử dụng cảm biến để phát mực nước cho mực nước vượt lên máy bơm tự động tắt Hệ thống ngăn ngừa lãng phí nước 1.HỆ THỐNG CẤP NƯỚC THÔNG MINH SỬ DỤNG IOT Hệ thống cấp nước thông minh hệ thống bể chứa, đường ống, thiết bị van công nghiệp(bao gồm nhóm van bảo vệ – van chức đóng/mở, điều tiết) thiết kế để lưu trữ nguồn nước, cung cấp, phân phối đến hộ tòa nhà chung cư cao tầng Một hệ thống cấp nước tòa nhà tiêu chuẩn phải đảm bảo cung cấp nước đến hộ, thiết bị cấp nước đặn, ổn định khơng bị lãng phí nguồn nước 2.MỤC ĐÍCH DỰ ÁN Có số mục tiêu cần đạt để hoàn thành dự án Những mục tiêu hoạt động hướng dẫn hạn chế hệ thống triển khai chocác tình định:  Phát triển hệ thống kiểm soát mực nước để kiểm soát mực nước bể  Để kiểm tra mức nước bể Tùy thuộc vào mực nước, động BẬT mực nước xuống mức a mức định trước động TẮT bể chứa đầy  Để hiển thị mực nước liệu quan trọng Màn hình phân đoạn  Để theo dõi mức nước bể Nếu mức bên bể thấp, động BẬT Tương tự bể chứa đầy, động TẮT 3.CÁC PHƯƠNG PHÁP CẤP NƯỚC Các hệ thống cấp nước tòa nhà chung cư cao tầng thường áp dụng hỗn hợp hai phương thức cấp nước: Cấp nước trực tiếp cấp nước gián tiếp  Cấp nước trực tiếp hệ thống sử dụng trực tiếp nước cấp từ hệ thống cấp nước khu vực Khi áp suất nước đường ống mạng lưới cấp nước khu vực đủ mạnh theo đường ống đến thiết bị sử dụng nước hộ Tuy tiết kiệm chi phí vận hành cho tịa nhà hiệu suất kém, mức độ ổn định, cân thấp  Hệ thống cấp nước gián tiếp hệ thống có bể chứa Nước từ mạng lưới cấp nước khu vực cấp vào bể chứa Hệ thống máy bơm, đường ống, loại van khóa nước, van điều tiết, van bảo vệ cấp đến téc trữ nước tầng mái Van khóa nước van cổng, van bướm, van bi,…; van bảo vệ gồm van an tồn, van giảm áp, van xả khí,… Tiếp theo hệ thống ống phụ, van dẫn nước từ téc phân chia đến hộ Bên cạnh đó, hệ thống PCCC tòa nhà chung cư sử dụng nguồn nước từ bể chứa Hình Ở tập lớn chúng em chọn phương thức cung cấp nước: Bơm từ bể ngầm -> Trạm bơm -> Phân cấp nước đến két nước tầng 4.PHẠM VI NGHIÊN CỨU  Quy mơ: tồ nhà chung cư 15 tầng, tầng có 10  Kích thước 40x30x60 m  Mật độ dân số: người / hộ ( ~ 40 người /tầng)  Tiêu chuẩn dùng nước: 350l/ người / ngày đêm (~1400l /hộ) Hình PHẦN NỘI DUNG 1.LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CỨNG Hình 1.1 Arduino UNO Nó tảng IoT có Wi-Fi bên ngồi mơ-đun kết nối với internet thơng qua điểm phát sóng cách sử dụng SSID Mật Nó lập trình để triển khai câu lệnh logic theo yêu cầu dự án Cảm biến siêu âm đọc khoảng cách nước bề mặt trả Arduino UNO Arduino UNO, kết nối với internet, tải lên giá trị đến NodeMCU, IoT nguồn mở tảng Ngồi ra, lấy số giá trị từ NodeMCU người dùng đặt android đăng kí Theo đó, hoạt động động phụ thuộc vào mực nước giá trị lớn nhỏ Hình 1.2 NodeMCU (ESP 8266) Nó mơ-đun Wi-Fi kết nối với internet qua điểm phát sóng cách sử dụng SSID Mật Nó lập trình để triển khai câu lệnh logic theo yêu cầu dự án Trong dự án sử dụng để kết nối ứng dụng Android với Arduino Đối với dự sử dụng giao diện ứng dụng Android Arduino Hình 1.3 ULTRASONIC SENSOR Về bản, cảm biến khoảng cách sử dụng để phát khoảng cách Nó có hai sóng siêu âm máy phát cụ thể máy thu điều khiển mạch điện Máy phát phát tần số cao sóng âm siêu âm phát từ vật rắn máy thu nhận tiếng vang Các echo sau xử lý mạch điều khiển để tính tốn thời gian khác biệt máy phát máy thu tín hiệu Lần sau sử dụng để đo lường khoảng cách cảm biến vật thể phản xạ Nó có tần số siêu âm 40 KHz độ xác gần với 0,3 cm 10 Hình Hình 1.4 Connecting Wires Trong mạch điện tử nào, dây dẫn dây dẫn điện kết nối phần tử tiếp xúc Về mặt lý thuyết, chúng điện trở cung cấp kết nối hồn hảo Hình 11 1.5 LCD Display 16x2 Màn hình hiển thị mực nước trạng thái bơm bật hay tắt Hình 1.6 Water Pump Máy bơm nước vào bình Hình 10 1.7 Replay Module Relay hay cịn gọi Rơ – le, công tắc điện từ hoạt động dựa dòng điện tương đối nhỏ bật/tắt dịng điện lớn nhiều Hình 11 12 1.8 Switch Nút bật /tắt hệ thống Hình 12 1.9 Push Button Nút mở / đóng van bơm Hình 13 1.10 breadboard Bảng mạch để lắp mạch điện lên Hình 14 13 2.PHẦN MỀM YÊU CẦU 2.1 ARDUINO IDE Môi trường phát triển tích hợp Arduino (IDE) ứng dụng đa tảng (dành cho Windows, MAC OS, Linux) Mã nguồn cho IDE phát hành theo GNU (Giấy phép Công cộng) phiên Arduino IDE hỗ trợ ngôn ngữ C C ++ cách sử dụng quy tắc đặc biệt cấu trúc mã Arduino IDE cung cấp phần mềm thư viện từ dự án Wiring, cung cấp nhiều thủ tục đầu vào đầu thông thường Mã người dùng viết yêu cầu hai chức bản, để bắt đầu phác thảo vịng lặp chương trình chính, biên dịch liên kết với sơ khai chương trình main () thành chu trình thực thi chương trình điều hành với chuỗi công cụ GNU, bao gồm với phân phối IDE Khi mạch BẬT, cảm biến siêu âm truyền tín hiệu âm tạo tới đáy bể nước mục tiêu mực nước đo lường Tín hiệu sau chạm vào đế bể phản xạ trở lại nhận máy thu thiết bị cảm biến sóng siêu âm Thời gian thực tồn hành trình tín hiệu truyền ghi lại Đầu thu khoảng cách cần thiết Hình 15 2.2 ARDUINO LANGUAGE Phần mềm biên dịch lưu trữ máy tính tách biệt với Arduino UNO Cơng việc trình biên dịch chuyển đổi chương trình cung cấp người viết chương trình vào mã máy phù hợp để tải vào xử lý Sau tệp nguồn cung cấp cho trình biên dịch, trình biên dịch thực hai bước để hiển thị mã máy 14 3.THIẾT KẾ KỸ THUẬT Sơ đồ khối : Hình 16 Sơ đồ tổng quát : Hình 17 15 sơ đồ chi tiết mạch: Hình 18 16 4.LƯU ĐỒ THUẬT TỐN Hình 19 17 5.PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG Tín hiệu đầu vào : khoảng cách từ mặt nước bình đến cảm biến siêu âm (UltraSonic Sensor) Cơ cấu chấp hành : nút bật tắt bơm Hoạt động : Cảm biến siêu âm đo khoảng cách từ mặt nước đến gửi giá trị vừa đo đến MCU (Arduino Uno R3) >> MCU tính tốn tín hiệu vừa nhận gửi cho hình LCD 16x2 để hiển thị trạng thái đồng thời kiểm tra điều kiện >> water_level < 90 MCU gửi tín hiệu HIGH đến cơng tắc để bật bơm , bơm bật mà water_level >=90 MCU gửi tín hiệu LOW đến cơng tắc để tắt bơm , cịn bơm khơng bật khơng làm chờ tín hiệu 6.CODING // thêm thư viện #include // khởi tạo thư viện với số chân giao diện LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); int cm = 0; int pump = 8; bool STOP_pump = HIGH ; bool RUN_pump = LOW ; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(pump,OUTPUT); lcd.begin(16, 2); digitalWrite(pump,RUN_pump); } 18 void loop() { // tính tốn khoảng cách từ mặt nước đến sensor cm = 0.01723 * readUltrasonicDistance(7, 7); // chuyển sang đơn vị inch int level = map(cm, 400 , 10, , 100); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print( "Tank Level"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(level); lcd.setCursor(3, 1); lcd.print("%"); //nếu level >= 90 dừng bơm if( level >=90){ digitalWrite(pump,STOP_pump); }// nhỏ 95 bật bơm else if( level