Hiện nay, nuôi thuỷ sinh là một loại hình bể cảnh đang được nhiều người ưa chuộng.Để có một bể thuỷ sinh đẹp thì người nuôi không những đòi hỏi phải có kiến thức về thẩmmĩ mà còn phải có kiến thức về sinh học. Vì ở trong hệ sinh thái dưới nước nên các loàisinh vật trong bể rất nhạy cảm với các thay đổi về chỉ số môi trường của nước. Hệ thốngtrong đồ án này có khả năng đo đạc, giám sát các chỉ số chất lượng nước và tự động điềuchỉnh các chỉ số này theo ý muốn của người nuôi. Nhờ vào công nghệ IoT, người dùng cóthể theo dõi dữ liệu từ xa và điều khiển hệ thống từ xa thông qua mạng Internet. Đồ án chủyếu đề cập đến quá trình thiết kế khối phần cứng của hệ thống. Ngoài ra đồ án cũng chếtạo thành công một mô hình theo thiết kế và thực hiện khảo sát quá trình hoạt động của hệthống đã chế tạo.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THÀNH ĐẠT THIẾT KẾ, PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG PHẦN CỨNG IOT CHO BỂ THỦY SINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Kỹ thuật robot Hà Nội - 2023 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THÀNH ĐẠT THIẾT KẾ, PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG PHẦN CỨNG IOT CHO BỂ THỦY SINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Kỹ thuật robot Cán hướng dẫn: TS Nguyễn Ngọc An Hà Nội - 2023 TÓM TẮT Hiện nay, ni thuỷ sinh loại hình bể cảnh nhiều người ưa chuộng Để có bể thuỷ sinh đẹp người ni khơng địi hỏi phải có kiến thức thẩm mĩ mà cịn phải có kiến thức sinh học Vì hệ sinh thái nước nên loài sinh vật bể nhạy cảm với thay đổi số môi trường nước Hệ thống đồ án có khả đo đạc, giám sát số chất lượng nước tự động điều chỉnh số theo ý muốn người nuôi Nhờ vào cơng nghệ IoT, người dùng theo dõi liệu từ xa điều khiển hệ thống từ xa thông qua mạng Internet Đồ án chủ yếu đề cập đến trình thiết kế khối phần cứng hệ thống Ngồi đồ án chế tạo thành cơng mơ hình theo thiết kế thực khảo sát trình hoạt động hệ thống chế tạo Q trình thiết kế hệ thống chia thành phần: - Thiết kế khối cảm biến, chấp hành Thiết kế khối phần cứng điều khiển Thiết kế khối Server Apps (không thuộc phạm vi khoá luận này) Thiết kế khối cảm biến, chấp hành Mục đích hệ thống thực đo đạc thông số môi trường nước bể, thực xử lí nước để cân thơng số cho phù hợp với nhiều loại động thực vật bể thuỷ sinh Hiện thị trường có đa dạng loại sản phẩm thực nhiệm vụ việc lắp đặt lại khó khăn sản phẩm thực việc nêu Vì để tích hợp nhiều tính sản phẩm, ý tưởng đưa cho đồ án thiết kế hệ thống bơm nước từ bể thuỷ sinh ngồi, thực đo đạc xử lí sau bơm nước trở lại bể Quá trình thiết kế bao gồm: xây dựng sơ đồ khối mô tả mối quan hệ thành phần hệ thống mô hình hố 3D việc phối trí thiết bị bên hệ thống Từ thiết kế có được, tiến hành chế tạo thử mơ hình mẫu để kiểm tra tính đắn thiết kế Thiết kế khối phần cứng điều khiển Nhiệm vụ khối điều khiển vận hành khối cảm biến chấp hành Khối điều khiển gồm có vi xử lí trung tâm ESP32 thu nhận tín hiệu từ cảm biến, tiến hành tính tốn dựa vào để cung cấp tín hiệu điều khiển tới thiết bị Phần cứng trực tiếp thực điều khiển thiết bị chấp hành relay có chức bật tắt theo điều kiện Các linh kiện điện tử bố trí mạch PCB để dễ dàng lắp đặt vào hệ thống đồ án trình bày trình thiết kế mạch PCB Các thuật tốn lập trình điều khiển cho vi xử lí ESP32 trình bày chi tiết Chương “Lắp ghép lập trình điều khiển hệ thống” i Khảo sát, đánh giá hệ thống Thực khảo sát liên quan tới hệ thống cảm biến cấu chấp hành Giám sát trình đọc liệu cảm biến cách thực đo liên tục hệ thống thực bơm nước liên tục Giám sát thay đổi nhiệt độ theo thời gian hệ thống điều hồ nhiệt độ nước hoạt động Từ khố: Thiết bị IoT, mạng IoT, mơ hình 3D, thiết kế PCB, ESP32 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đồ án tốt nghiệp “Thiết kế, phát triển hệ thống phần cứng IoT cho bể thuỷ sinh” cơng trình nghiên cứu thân thực hiện, chưa sử dụng để bảo vệ cấp độ trường đại học sở giáo dục, đào tạo khác Các nội dung, kết trình bày đồ án tốt nghiệp trung thực, xác có từ thực nghiệm Tơi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn với lời cam đoan Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tác giả đồ án Nguyễn Thành Đạt iii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án này, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy TS Nguyễn Ngọc An tận tình bảo, hướng dẫn dành nhiều thời gian quan tâm q trình tơi thực đồ án Tôi xin dành lời cảm ơn chân thành đến hai bạn Nguyễn Thành Công (K64ĐA-CLC) Lê Đức (K65ĐA-CLC) thực đồ án từ ngày Bạn Nguyễn Thành Công xây dựng Server có chức truyền nhận liệu với hệ thống giúp tơi việc lập trình vi xử lí ESP32 để giao tiếp với Server Bạn Lê Đức giúp thiết kế PCB cho hệ thống phần cứng điều khiển Cuối cùng, xin cảm ơn thành viên nhóm myLab thầy An gia đình nguồn động lực để tơi hoàn thành đồ án iv MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix MỞ ĐẦU Chương GIỚI THIỆU, ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu nuôi thuỷ sinh 1.2 Khái niệm hệ thống Internet of Things (IoT) Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ khối tổng quát 2.1.1 Khối cảm biến, chấp hành 2.1.2 Khối phần cứng điều khiển 2.1.3 Khối Server Apps 2.2 Thiết kế khối cảm biến, chấp hành 2.2.1 Sơ đồ chi tiết 2.2.2 Linh kiện 2.2.3 Phối trí 3D 12 2.3 Thiết kế khối phần cứng điều khiển 14 2.3.1 Sơ đồ nguyên lý 14 2.3.2 Bố trí linh kiện 19 2.3.3 Phối trí 3D, thực tế 21 2.4 Sơ đồ khối Server Apps 22 Chương LẮP GHÉP VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 24 3.1 Sơ đồ hệ thống 24 3.2 Giải thuật điều khiển 24 3.2.1 Hiệu chuẩn cảm biến 24 3.2.2 Điều khiển hệ thống bơm nước điều chỉnh nhiệt độ nước 26 3.2.3 Gửi nhận liệu với Sever 28 3.3 Phối trí 3D, thực tế 30 Chương ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 31 4.1 Đánh giá hệ thống bơm nước 31 v 4.2 Khảo sát thời gian đáp ứng hệ thống 31 4.3 Đánh giá hệ cảm biến 32 4.4 Đánh giá hệ thống điều hoà nhiệt độ 33 Chương KẾT LUẬN 35 5.1 Kết luận đề tài 35 5.2 Triển vọng đề tài 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Bể thuỷ sinh Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát khối cảm biến, chấp hành Hình 2.2: Sơ đồ khối phần cứng điều khiển Hình 2.3: Sơ đồ mạng IoT tổng thể Hình 2.4: Sơ đồ chi tiết khối cảm biến, chấp hành Hình 2.5: Cảm biến DS18B20 với kiểu hình dáng Hình 2.6: Cảm biến TDS module TDS Meter V1.0 Hình 2.7: Cảm biến pH module PH-4502C Hình 2.8: Máy bơm 10 Hình 2.9: Bơm mini 10 Hình 2.10: Bộ lọc XBL-300 10 Hình 2.11: Thanh sưởi bể cá 11 Hình 2.12: Hệ làm mát 11 Hình 2.13: Bản vẽ 3D bể cảm biến 12 Hình 2.14: Bản vẽ 3D bể xử lí 12 Hình 2.15: Hệ cảm biến phao 13 Hình 2.16: Giá đỡ cảm biến 13 Hình 2.17: Mơ hình 3D khối cảm biến, chấp hành 13 Hình 2.18: Sơ đồ ngun lý tồn khối điều khiển 14 Hình 2.19: Sơ đồ khối nguồn 15 Hình 2.20: Biểu đồ giá trị ADC tương ứng điện áp ESP32 16 Hình 2.21: Sơ đồ khối cảm biến 16 Hình 2.22: Sơ đồ mạch phân áp 17 Hình 2.23: Sơ đồ khối điều khiển cấu chấp hành 17 Hình 2.24: Relay HF32F-G 18 Hình 2.25: Cấu tạo Relay 18 vii Hình 2.26: Sơ đồ mạch relay sử dụng cách li quang Opto 18 Hình 2.27: Sơ đồ khối nút nhấn 19 Hình 2.28: Sơ đồ chân module ESP32 DEVKIT V1 20 Hình 2.29: Bố trí mạch 3D 21 Hình 2.30: Mạch PCB thực tế 21 Hình 2.31: Nguồn tổ ong 12V-5A 22 Hình 2.32: Giao tiếp hệ thống với sever 22 Hình 2.33: Giao diện hình 23 Hình 2.34: Màn hình cài đặt 23 Hình 3.1: Dung dịch hiệu chuẩn pH 25 Hình 3.2: Sơ đồ điều khiển hệ thống chấp hành 27 Hình 3.3: Vị trí cảm biến phao 28 Hình 3.4: Cấu trúc gói tin gửi tới Server 29 Hình 3.5: Cấu trúc gói tin nhận từ Server 29 Hình 3.6: Mơ hình hệ thống thực tế 30 Hình 4.1: Biểu đồ độ pH 32 Hình 4.2: Biểu đồ số TDS 33 Hình 4.3: Biểu đồ nhiệt độ làm mát 33 Hình 4.4: Biểu đồ nhiệt độ làm ấm 34 Hình 4.5: Biểu đồ nhiệt độ hệ thống ổn định 34 viii Hình 2.31: Nguồn tổ ong 12V-5A 2.4 Sơ đồ khối Server Apps Hình 2.32: Giao tiếp hệ thống với sever Một máy chủ (Server) máy tính thiết kế để cung cấp dịch vụ cho máy tính khác Các máy tính kết nối tới server (gọi Client) thơng qua mạng nội mạng Internet nhờ giao thức truyền thơng Một giao thức phổ biến số HTTP Giao thức HTTP (HyperText Transfer Protocol) giao thức truyền tải siêu văn giao thức truyền tải liệu mạng Internet, sử dụng để truyền tải tài liệu siêu văn (HTML, CSS, JavaScript, v.v.) Server Client Trong giao thức HTTP, Request Response hai khái niệm quan trọng Request yêu cầu thông điệp gửi tới Server Client cần tài nguyên từ Server Nội dung request phương thức yêu cầu HTTP xác định loại hoạt động mà trình duyệt web muốn thực tài nguyên yêu cầu Một số phương thức phổ biến GET, POST, PUT, DELETE Sau Client gửi yêu cầu HTTP đến máy chủ web, máy chủ web xử lý yêu cầu trả phản hồi HTTP tương ứng gọi Response Giao diện máy chủ truy cập tên miền https://aqua-iot.pro/ 22 Phần mềm (Apps) giao diện hiển thị liệu cảm biến thông tin khác hệ thống để người dùng theo dõi từ xa Bên cạnh đó, phần mềm có chức điều khiển tham số hệ thống bao gồm: bật tắt máy sưởi, làm mát, điều chỉnh ngưỡng nhiệt độ mong muốn Người dùng thông qua phần mềm để gửi liệu điều khiển tới Sever hệ thống liên tục cập nhật liệu điều khiển Ngồi hình hình cài đặt phần mềm có chức thiết lập thông tin kết nối Wifi cho ESP32 trường hợp hệ thống thiết lập lần đầu thơng tin có thay đổi Các thơng tin Wifi bao gồm tên điểm phát sóng (SSID) mật kết nối (Password) sau gửi tới hệ thống ESP32 lưu lại vào nhớ (EEPROM) để sử dụng cho lần sau hệ thống bị ngắt nguồn khởi động lại Hình 2.33: Giao diện hình Hình 2.34: Màn hình cài đặt 23 Chương LẮP GHÉP VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 3.1 Sơ lược hệ thống Có thể lập trình ESP32 nhiều ngơn ngữ khác nhau, số ngơn ngữ dùng phổ biến như: • • • • • Arduino C/C++ ( Arduino core for ESP32 ) Espressif IDF ( IoT Development Framework ) Micropython JavaScript LUA Trong đồ án này, lựa chọn sử dụng Arduino C/C++ PlatformIO extension VS Code để lập trình tính phổ dụng thuận tiện Module ESP32 DEVKIT V1 sử dụng đồ án giao tiếp với máy tính qua cổng COM chip CP2102 ( USB to UART ), máy tính cần cài driver thực nạp chương trình lên chip ESP32 Driver tơi sử dụng đồ án CP2102 USB to UART Bridge Silicon Labs 3.2 Giải thuật điều khiển 3.2.1 Hiệu chuẩn cảm biến Quá trình thu thập xử lý liệu cảm biến mơi trường nước thực hồn tồn ESP32 Việc sử dụng Arduino C/C++ với nhiều thư viện hỗ trợ giúp cho lập trình đọc giá trị analog trở nên dễ dàng Điện áp ( giá trị analog ) đo từ cảm biến sau hiệu chuẩn thành giá trị pH, TDS để gửi lên lưu trữ server thực điều khiển tự động Hiệu chuẩn nghĩa đưa giá trị đọc từ chân ADC giá trị với khoảng đại lượng cần đo Cảm biến TDS từ - 1000 pH khoảng – 14 Trong đồ án này, tơi sử dụng hàm hiệu chuẩn sẵn có cảm biến TDS tham khảo từ trang chủ Keyestudio [2] Việc hiệu chuẩn thực cảm biến pH Quá trình hiệu chuẩn sau: 24 Sử dụng cảm biến đo dung dịch tham chiếu có giá trị pH biết trước, giá trị ADC thu tương ứng với giá trị pH dung dịch tham chiếu Lúc này, ta thu điểm liệu có dạng ( x, y ) với x y giá trị ADC giá trị pH Thực đo nhiều mẫu dung dịch tham chiếu khác nhau, ta thu tập hợp gồm nhiều điểm liệu: 𝑃𝑃 = {(𝑥𝑥1, 𝑦𝑦1); (𝑥𝑥2, 𝑦𝑦2); … (𝑥𝑥𝑥𝑥, 𝑦𝑦𝑦𝑦)} Sau ta tìm hàm số f(x) thoả mãn điều kiện: 𝑓𝑓 (𝑥𝑥1) = 𝑦𝑦1 𝑓𝑓 (𝑥𝑥2) = 𝑦𝑦2 … 𝑓𝑓 (𝑥𝑥𝑥𝑥) = 𝑦𝑦𝑦𝑦 Hàm số qua tất điểm liệu nói miêu tả mối tương quan giá trị ADC ESP32 đọc từ chân cảm biến với giá trị thực độ pH Từ hàm số ta suy điểm liệu cịn lại khơng có tập hợp tham chiếu P Hình 3.1: Dung dịch hiệu chuẩn pH 25 Bảng 3-1: Các giá trị pH ADC tương ứng Giá trị pH 6,86 9,18 Giá trị ADC 2006 1714 1520 Cảm biến pH đồ án thuộc loại có đáp ứng tuyến tính [3], hàm đặc tả chọn hàm bậc có dạng: 𝑦𝑦 = 𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝑏𝑏 Việc hiệu chuẩn trở nên dễ dàng cần đo điểm liệu suy hệ số a, b Sử dụng cảm biến pH đo dung dịch hiệu chuẩn trên, thu bảng 3-1 Sau đó, tơi lựa chọn điểm liệu pH = pH = 9.18 để tính tốn suy hàm số sau: 𝑦𝑦 = −0,0106 𝑥𝑥 + 25,3 Cấu trúc hàm số lưu lại ESP32 đo điểm liệu thơng qua hàm số để đưa giá trị tương ứng Ngồi để khử nhiễu q trình đo đạc, giá trị cảm biến xử lí thông qua hàm lọc lấy giá trị trung vị Giá trị trung vị số tách nửa lớn nửa bé tập hợp điểm liệu, hiểu đơn giản xếp dãy điểm liệu theo chiều tăng dần giảm dần số trung vị số nằm Chu kỳ lấy mẫu cảm biến đồ án 1s với cảm biến pH, TDS nhiệt độ Chu kỳ lấy mẫu lớn thơng số nước thường khơng có thay đổi nhiều khoảng thời gian ngắn, chu kỳ lấy mẫu chấp nhận ESP32 thực lấy mẫu liên tục giá trị mẫu lưu vào tập mẫu gồm 40 phần tử Sau chu kỳ 30s ESP32 thực tính tốn để lấy số trung vị từ tập mẫu Số trung vị giá trị điển hình tập mẫu, khác với giá trị trung bình tập mẫu Giá trị trung bình bị khơng mang tính điển hình tập mẫu xuất vài điểm liệu cao thấp bất thường Việc sử dụng số trung vị làm tăng tính ổn định tăng độ tin cậy cho hệ thống cảm biến 3.2.2 Điều khiển hệ thống bơm nước điều chỉnh nhiệt độ nước Nhằm giúp cho hệ thống dễ dàng điều khiển, việc xây dựng thuật toán điều khiển điều vơ quan trọng Hình 3.8 mơ tả thuật tốn dùng để điều khiển thiết bị hệ thống Sơ đồ thuật tốn mơ tả q trình hoạt động hệ thống bao gồm: đọc liệu cảm biến, điều khiển điều hoà nhiệt độ nước điều khiển máy bơm Các q trình chạy lặp lại vơ hạn 26 Hình 3.2: Sơ đồ điều khiển hệ thống chấp hành Bên trái sơ đồ thuật toán điều khiển máy bơm nhằm kiểm soát mực nước bể, hệ thống hoạt động bình thường mực nước ln nằm khoảng UP LOW Khi nước dâng cao đến ngưỡng kích hoạt cảm biến phao phía hệ thống ngắt bơm đầu vào, bơm đầu mở Cịn nước hạ xuống ngưỡng kích hoạt cảm biến phao phía bơm đầu ngắt, bơm đầu vào mở Tốc độ bơm đầu vào tốc độ bơm đầu lọc gần nhau, trình hoạt động bơm chạy mực nước gần khơng thay đổi Tuy nhiên, tốc độ bơm khơng ổn định q trình hoạt động phát sinh sai số, mực nước dần chạm tới mức UP LOW Lúc hệ thống tìm cách quay trở lại vị trí mực nước nằm cảm biến bật lại bơm Việc này giúp cho máy bơm đầu vào đầu hoạt động lúc, tăng hiệu suất bơm nước hệ Thuật tốn thực mơ tả sau: - - Khi nước dâng đến phao UP, hệ thống bắt đầu tính thời gian, gọi mốc thời gian lúc t0 Sau đó, nước chạm phao LOW hệ thống lưu lại khoảng thời gian kể từ mốc t0 Đây thời gian mà lọc cần để bơm nước từ mức UP xuống mức LOW, gọi khoảng thời gian t_filter Ở lần dâng nước chạm phao UP tiếp theo, lúc máy bơm tắt, máy lọc mở hệ bắt đầu tính mốc thời gian gọi t1, sau khoảng thời gian nửa t_filter bật máy bơm đầu vào 27 Bên cạnh đó, kiểm sốt mực nước bể trung chuyển nhằm đảm bảo an toàn hệ thống hoạt động Vì máy sưởi khối điều hoà nhiệt độ nước lúc làm việc cần đặt chìm hồn tồn nước để tránh q tải nhiệt Thanh sưởi thiết kế đặt nằm nghiêng bể xử lí độ cao từ đáy bể tới đầu sưởi 10 cm Vì nhằm mục đích trì mực nước ln cao sưởi, vị trí lắp phao LOW Level cần phải cao 10cm so với đáy bể trung chuyển Hình 3.3: Vị trí cảm biến phao Phần sơ đồ bên phải thuật tốn điều hồ nhiệt độ nước Trong đó, giá trị nhiệt độ từ cảm biến giá trị t, giá trị nhiệt độ mà người dùng mong muốn T, b khoảng dao động nhiệt độ, cụ thể đồ án b = 0,5 Nghĩa hệ thống điều khiển bật tắt máy sưởi làm mát nước cho nhiệt độ nằm khoảng (t-0,5 ; t+0,5) Đầu tiên, hệ thống nhận vào nhiệt độ T, nhiệt độ lớn giá trị (T+0,5) hệ thống tự động bật làm mát tự tắt nhiệt độ đạt giá trị T Nếu nhiệt độ nhỏ giá trị (T-0,5) hệ thống tự động bật máy sưởi tắt máy sưởi nhiệt độ đạt tới giá trị t Hệ thống thực bật tắt máy sưởi làm mát để điều hoà nhiệt độ nước cách tự động theo lưu đồ Nếu người dùng chuyển chế độ điều khiển từ Tự động sang Thủ cơng thơng qua nút nhấn Button Button để bật tắt thủ công hai thiết bị 3.2.3 Gửi nhận liệu với Sever Trong đồ án này, sử dụng server để lưu trữ liệu Giao tiếp hệ thống với server chủ yếu bao gồm việc gửi liệu cảm biến thu nhận tín hiệu điều khiển Để ESP32 truyền nhận liệu với webserver giao thức HTTP, sử dụng thư viện HTTPClient Arduino ESP32 đóng vai trị Client gửi yêu cầu tới Server sau nhận phản hồi 28 Việc gửi liệu cảm biến đến Server thực theo chu kỳ 60s lần chậm so với hệ thống IoT thông thường cần thời gian cập nhật thời gian thực Nhưng hệ thống này, thơng số môi trường nước thay đổi chậm chọn chu kỳ 60s để tiết kiệm tài nguyên tính tốn xử lí cho ESP32 Nhằm giúp việc giao tiếp ESP32 server thuận lợi nhất, gói tin gửi nhận với server thống dùng kiểu định dạng liệu JSON Để thực thao tác xử lí với chuỗi JSON, tơi sử dụng thư viện ArduinoJson Gói tin gửi tới server có dạng chuỗi JSON sau: Hình 3.4: Cấu trúc gói tin gửi tới Server Về phần nhận liệu điều khiển, hệ thống mạng sử dụng giao thức HTTP cần phải gửi tín hiệu Request tới Server nhận phản hồi trở lại Tơi sử dụng phương pháp polling để liên tục gửi yêu cầu nhận liệu điều khiển tới Server Việc gửi yêu cầu liên tục khoảng thời gian ngắn làm cho Server bị tải nên cần thời gian trễ cho lần Request Vì tránh trường hợp xảy ra, chọn thời gian trễ 5s Nghĩa cách khoảng thời gian tối đa 5s, hệ thống nhận tín hiệu điều khiển từ người dùng thông qua Server Cấu trúc gói tin nhận từ Server có dạng chuỗi JSON Hình 3.5: Cấu trúc gói tin nhận từ Server 29 3.3 Phối trí 3D, thực tế Hình 3.6: Mơ hình hệ thống thực tế Một mơ hình hệ thống thực tế chế tạo để kiểm chứng thiết kế nêu Một lưu ý bể trung chuyển chế tạo cách ghép nhựa mica dày 5mm Khi lắp ghép nhựa mica với xuất khe hở cạnh hộp phần viền cạnh hộp phủ keo sillicon bên nhằm tránh rò rỉ nước 30 Chương ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 4.1 Đánh giá hệ thống bơm nước Hệ thống bơm phao nước hoạt động mục đích đề ra, mực nước trì khoảng phao UP LOW Thực đo đạc thời gian hoạt động hệ bơm nước, thu kết bảng 4-1 Từ bảng thấy hệ thống hoạt động ổn định thiết kế Bảng 4-1: Thời gian hoạt động hệ bơm nước Lần đo 10 Trung bình Thời gian IN (giây) 20,8 20,6 20,9 20,3 20,7 21,0 20,9 20,7 20,9 21,0 20,8 Thời gian OUT (giây) Thời gian đồng thời (giây) 26,2 43,0 26,2 43,8 26,0 42,6 27,5 45,2 26,4 43,6 26,0 44,3 26,4 44,2 26,3 43,6 26,3 44,0 26,5 44,2 26,38 43,85 Chú thích: - - - Thời gian IN: thời gian bơm nước vào từ trạng thái phao LOW đến phao UP có bơm vào mở Thời gian OUT: thời gian bơm nước từ trạng thái phao UP đến phao LOW có bơm mở Thời gian đồng thời: thời gian bơm hoạt động 4.2 Khảo sát thời gian đáp ứng hệ thống Hệ thống mạng IoT thiết kế sau có tương tác người dùng thông qua app gửi liệu điều khiển tới server Hệ phần cứng điều khiển sau khoảng thời gian trễ chủ động truy cập tới server để nhận liệu điều khiển đưa tín hiệu điều khiển thiết bị Tơi khảo sát dựa vào thời gian thực tế kể từ lúc ứng dụng gửi liệu đến thiết bị điều khiển Sau khảo sát nhiều lần, tơi thu bảng 4-2 Qua thấy thời gian đáp ứng hệ thống nằm khoảng giây thiết kế 31 Bảng 4-2: Thời gian đáp ứng hệ thống Lần đo Thời gian đáp ứng (giây) 00:05.0 00:03.1 00:03.9 00:02.9 00:03.0 00:04.2 00:04.3 00:05.3 00:04.4 10 00:04.9 4.3 Đánh giá hệ cảm biến Để đánh giá hệ thống, tơi bố trí bể nước dung tích 15 lít coi bể thuỷ sinh điều kiện chưa có sinh vật khối trang trí đá, lũa, đất Hệ thống cảm biến hoạt động ổn định, việc truyền liệu tín hiệu cảm biến tới Server diễn theo thiết kế Hình 4.1: Biểu đồ độ pH 32 Hình 4.2: Biểu đồ số TDS 4.4 Đánh giá hệ thống điều hoà nhiệt độ Điều khiện khảo sát hệ thống điều hoà nhiệt độ giống với điều kiện khảo sát hệ thống cảm biến Có thể thấy hệ thống làm ấm nước hoạt động tốt hệ thống làm mát Hệ thống làm ấm 60 phút để đưa nhiệt độ bể từ 26°C đến mức 30°C, trung bình 15 phút tăng độ Còn hệ thống làm mát phải tới 140 phút để đưa nhiệt độ từ mức 25°C giảm xuống 24°C Hình 4.3: Biểu đồ nhiệt độ làm mát 33 Hình 4.4: Biểu đồ nhiệt độ làm ấm Khi nhiệt độ đạt tới mức người dùng mong muốn, hệ thống bật tắt máy sưởi làm mát để trì nhiệt độ dao động khoảng độ xung quanh ngưỡng cài đặt Trong hình 4.5, ta thấy nhiệt độ dao động khoảng 30°C Hình 4.5: Biểu đồ nhiệt độ hệ thống ổn định 34 Chương KẾT LUẬN 5.1 Kết luận đề tài Báo cáo đồ án trình bày phát triển hệ cảm biến chấp hành hệ điều khiển IoT cho bể thuỷ sinh Việc thiết kế hệ cảm biến chấp hành thực phần mềm vẽ 3D Solidworks Việc thiết kế mạch điều khiển thực phần mềm Altium Designer Báo cáo đưa kết chế tạo sản phẩm thực tế minh chứng hoạt động hệ thống khảo sát liên quan đến hệ cảm biến, chấp hành Đồng thời trình bày thơng tin, cài đặt hồn thiện thành phần hệ thống phần cứng cho bể thuỷ sinh Hệ thống phần cứng IoT cho bể thuỷ sinh đạt mục tiêu đề ban đầu Tuy nhiên hệ thống cần cải tiến thêm nhiều mặt (ví dụ như: tốc độ đáp ứng cấu chấp hành, độ xác cảm biến, khả cập nhật thời gian thực) Kết đạt nỗ lực hồn thành dự án tơi hỗ trợ, góp ý từ thầy bạn Đây kết đáng nhớ thân tơi q trình theo học ngành Kỹ thuật robot trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội 5.2 Triển vọng đề tài Đây đề tài phát triển thành công hệ thống phần cứng IoT cho bể thuỷ sinh có chức đo đạc giám sát thông số môi trường nước điều khiển cân thông số từ xa Từ kết đạt thực cải tiến hồn thiện thương mại hố sản phẩm 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] G S P G B B J H David Hanes, "Introduction to IoT," in IoT fundamental: networking technologies, protocols and use cases for the Internet of things, Indianapolis, Indiana, USA, Cisco Press, 2017 [2] "KS0429 keyestudio TDS Meter V1.0," [Online] Available: https://wiki.keyestudio.com/KS0429_keyestudio_TDS_Meter_V1.0 [3] A B R M D A d S A B O d S Mádilo Lages Vieira Passos, "Performance of sensors for quality analysis of irrigation water," Brazilian Journal of Biosystems Engineering, 2022 36