Đang tải... (xem toàn văn)
Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NĂM HỌC 2022-2023 ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MODULE ĐO CÁC THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NĂM HỌC 2022-2023 ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MODULE ĐO CÁC THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ UV CÓ KHẢ NĂNG GỬI DỮ LIỆU LÊN INTERNET Sinh viên thực hiện: Tên lớp Tên khoa Trần Văn Thụ Cơ điện tử 2 K61 Cơ khí Vũ Huy Tấn Cơ điện tử 2 K61 Cơ khí Phạm Hoàng Anh Cơ điện tử 2 K61 Cơ khí Nguyễn Hải Nam Cơ điện tử 2 K61 Cơ khí Bùi Văn Thuần Cơ điện tử 2 K61 Cơ khí Người hướng dẫn: Ths Trịnh Tuấn Dương HÀ NỘI, 2023 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MODULE ĐO CÁC THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM, CƯỜNG ĐỘ UV CÓ KHẢ NĂNG GỬI DỮ LIỆU LÊN INTERNET Nhóm, tên thành viên: Trần Văn Thụ (Nhóm Trường) GVHD: Ths Trịnh Tuấn Dương Vũ Huy Tấn Phạm Hoàng Anh Nguyễn Hải Nam Bùi Văn Thuần 1 MỤC LỤC MỤC LỤC 2 DANH MỤC CÁC HÌNH .4 DANH MỤC CÁC BẢNG 5 MỞ ĐẦU .6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 7 1.1 Giới thiệu chung 7 1.2 Mục đích, đối tượng, nội dung nghiên cứu 7 1.2.1 Mục đích nghiên cứu 7 1.2.2 Đối tượng nghiên cứu 8 1.2.3 Nội dung nghiên cứu của đề tài: 8 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH PHẦN CỨNG 10 2.1 Tổng quan về linh kiện sử dụng 10 2.1.1 Arduino UNO R3 11 2.1.2 Phần mềm để lập trình cho Arduino: 14 2.1.3 Chọn loại thiết bị truyền phát không dây và cơ sở lý thuyết : 18 2.1.4 Cơ sở lý thuyết chung về cảm biến nhiệt độ , độ ẩm , tia UV : 20 2.1.5 Phần mềm mô phỏng , thiết kế mạch Proteus: 23 2.2 Sơ đồ khối hệ thống ,thiết kế mạch nguyên lí 26 2.2.1 Chuẩn bị các thiết bị cần thiết để lắp mạch phát cảm biến nhiệt độ, độ ẩm và cường độ tia uv 27 2.2.2 Thiết kế mạch phát trên Proteus: 28 2.2.3 Tiến hành lắp mạch thật: 29 2.2.4 Tiến hành hoàn thiện bo mạch phát và nạp code cho mạch 33 2.2.5 Nguyên lí của mạch và giải thích code 37 2.3 Tiến hành hoàn thiện bo mạch phát và tiến hành nạp code cho mạch: 40 2.4 Tiến hành kiểm tra, khảo sát mạch phát và thu 42 2.4.1 Kiểm tra khảo sát mạch ở điều kiện trong phòng: 42 2 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO VỎ CHO MÔ HÌNH 44 3.1 Tìm hiểu về công nghệ in 3D 44 3.2 Thiết kế mô hình in 3D bằng phần mềm solidworks 44 3.2.1 Giới thiệu qua về phần mềm solidworks 44 3.2.2 Thiết kế vỏ mô hình 45 3.3 Thiết lập in cho sản phẩm 48 CHƯƠNG 4 APP INVENTOR 50 4.1 Giới thiệu về App Inventor 50 4.2 Các tính năng có trên MIT App Inventor 50 4.3 Hướng dẫn sử dụng App Inventor 51 4.4 Tạo phần mềm hiển thị cảm biến nhiệt độ,độ ẩm và tia uv gửi từ Bluetooth bằng app Inventor 52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 Phần kết luận: 60 Phần kiến nghị: 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 62 3 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Sơ đồ chân module HC 05 .18 Hình 2: Sơ đồ kết nối HC-05 19 Hình 3: Cảm biến DHT21 .21 Hình 4: Cấu tạo DHT21 22 Hình 5: Cảm biến tia UV ML8511 .23 Hình 6: Phần mềm Proteus 24 Hình 7: hình ảnh mô phỏng Proteus cho mạch Arduino xuất ra màn hình LCD 25 Hình 8: mô phỏng thiết kế mạch đo nhiệt độ truyền phát không dây 25 Hình 9: Sơ đồ khối mạch phát .26 Hình 10: Mạch phát đo nhiệt độ, độ ẩm, uv hiển thị lên LCD, truyền dữ liệu lên app.29 Hình 11: Hình ảnh lắp đặt modul chuyển đổi I2C vào màn hình LCD .30 Hình 12Modul IC2 và màn hình LCD 30 Hình 13: Lắp đặt màn hình led LCD thông qua bộ chuyển đổi vào Arduino .31 Hình 14: Sơ đồ lắp đặt cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT21 32 Hình 15: Lắp đặt cảm biến cường độ tia UV ML8511 32 Hình 16: lắp đặt modul truyền phát tín hiệu bluetooth HC 05 .33 Hình 17: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch 34 Hình 18: Mạch phát nhiệt độ, độ ẩm và cường độ tia UV sau khi nhập code 36 Hình 19: Nghiệm thu nhiệt độ so sánh độ chênh lệch so với thực tế trong phòng 42 Hình 20: Nghiệm thu kiểm tra nhiệt độ so sánh độ chênh lệch so với thực tế 43 Hình 21: Tổng quát về vỏ hộp 46 Hình 22: Nắp hộp 47 Hình 23: Nắp pin 47 Hình 24: Vị trí lắp Arduino 47 Hình 25: Vị trí lắp cảm biến DHT21 47 Hình 26: Vị trí lắp cảm biến UV 48 Hình 27: Vị trí lắp LED LCD 1602 .48 Hình 28: Sản phẩm sau khi hoàn thiện 49 Hình 29: Trang quản lý dự án .51 Hình 30: Tạo một trang quản lý mới 52 Hình 31: Cửa số giao tiếp với App Inventor 52 Hình 32: Thiết kế giao diện ứng dụng 53 Hình 33: Giao diện ứng dụng mô phỏng khi hoàn thành 54 Hình 34: Cửa sổ tạo chương trình cho ứng dụng 54 Hình 35: Thuộc tính của block 55 Hình 36: Phương thức của block 55 Hình 37: Sự kiện của Block 56 Hình 38: Hành động kết nối liên lục các bluetooth đã lưu 56 Hình 39: Hành động nút bấm chọn kết nối Bluetooth 57 Hình 40: Hành động kết nối Bluetooth cần chọn 57 Hình 41: Hành động kết nối hiển thị data từ buletooth 58 Hình 42: Cách cài đặt chương trình bằng mã quét QR và code 59 4 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Thống kê thiết bị cần thiết để thiết kế bộ phát .27 Bảng 2: Bảng nguyên lí cắm chân từ LCD tới mạch chuyển đổi I2C 29 Bảng 3: Bảng nguyên lí cắm chân từ modul chuyển đổi tới Arduino Uno 31 Bảng 4: Bảng nguyên lí cắm chân từ cảm biến về uno 31 Bảng 5: Bảng nguyên lí cắm cảm biến tia UV ML8511 vào Arduino 32 Bảng 6:Bảng nguyên lí cắm modul truyền phát Bluetooth HC 05 vào Arduino 33 5 MỞ ĐẦU Trong thời đại công nghệ số ngày nay, việc thu thập và giám sát thông tin môi trường đã trở thành một phần quan trọng của cuộc sống hàng ngày Cùng với sự phát triển của công nghệ, chúng ta có khả năng kết nối và truyền dữ liệu từ các thiết bị đo môi trường lên Internet một cách dễ dàng và nhanh chóng Điều này mở ra cơ hội cho việc tạo ra các thiết bị thông minh có khả năng đo nhiệt độ, độ ẩm và cường độ UV, và gửi dữ liệu trực tiếp lên Internet để giúp chúng ta hiểu rõ hơn về môi trường xung quanh Mục tiêu của chúng em là thiết kế một thiết bị nhỏ gọn, hiệu quả và dễ sử dụng, có khả năng đo các thông số môi trường quan trọng và truyền dữ liệu lên nền tảng trực tuyến để có thể truy cập từ xa Để đạt được mục tiêu này, chúng em sẽ sử dụng các cảm biến để đo nhiệt độ, độ ẩm và cường độ UV Module sẽ được thiết kế và lập trình sử dụng một vi điều khiển nhúng, như Arduino, để điều khiển hoạt động và thu thập dữ liệu Chúng em sẽ tìm hiểu về các giao thức truyền thông, như Wi-Fi hoặc Bluetoot, để kết nối module với Internet và gửi dữ liệu lên nền tảng đám mây Thông qua đề tài này, nhóm nghiên cứu chúng em hy vọng có thể đóng góp vào việc phát triển các thiết bị đo môi trường thông minh và kết nối mạng Việc thu thập và phân tích dữ liệu môi trường từ xa sẽ mang lại nhiều lợi ích, từ việc quản lý và bảo vệ môi trường đến ứng dụng trong các lĩnh vực như nông nghiệp, quản lý đô thị và y tế Tuy nhiên, chúng em nhận thức rằng đề tài này có những hạn chế và thách thức Sự đa dạng của môi trường và yêu cầu đa dạng của người dùng đòi hỏi sự linh hoạt và đa năng của module Chúng em rất mong nhận được sự hỗ trợ, đóng góp và góp ý từ các thầy/cô giảng viên để hoàn thiện và nâng cao chất lượng của đề tài này Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ths Trịnh Tuấn Dương đã giúp đỡ chúng rất nhiều trong quá trình tìm hiểu, thiết kế và hoàn thành đề tài nghiên cứu này Hà Nội, ngày 29 tháng 5 năm 2023 Phụ trách thực hiện 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung Đề tài "Thiết kế, chế tạo module đo các thông số nhiệt độ, độ ẩm, cường độ UV có khả năng gửi dữ liệu lên Internet" tập trung vào việc phát triển một thiết bị đo các thông số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và cường độ UV Thiết bị này được thiết kế và chế tạo để hoạt động trong môi trường ngoài trời và có khả năng gửi dữ liệu về một máy chủ trên Internet Đặc điểm nổi bật của module là khả năng gửi dữ liệu lên Internet, cho phép người dùng từ xa có thể theo dõi, giám sát và thu thập dữ liệu môi trường từ thiết bị Việc gửi dữ liệu lên Internet cung cấp khả năng truy cập từ xa, thuận tiện cho việc giám sát, phân tích dữ liệu và đưa ra các quyết định hợp lý dựa trên thông số thu thập được Đề tài đòi hỏi sự kết hợp giữa các công nghệ như Arduino, cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến cường độ UV và giao thức kết nối Internet như Bluetooth hoặc Wi-Fi Việc nghiên cứu và chế tạo module này đòi hỏi sự hiểu biết về lĩnh vực đo lường môi trường, kỹ thuật điện tử và lập trình Sau khi hoàn thành, module đo các thông số nhiệt độ, độ ẩm, cường độ UV và khả năng gửi dữ liệu lên Internet sẽ mang lại lợi ích trong việc giám sát, quản lý môi trường và đưa ra các quyết định dựa trên dữ liệu thu thập được 1.2 Mục đích, đối tượng, nội dung nghiên cứu 1.2.1 Mục đích nghiên cứu Mục đích chính của nghiên cứu này là thiết kế và chế tạo một module đo các thông số nhiệt độ, độ ẩm và cường độ UV, và có khả năng gửi dữ liệu liên tục lên Internet Điều này nhằm tạo ra một sản phẩm có khả năng đo và gửi dữ liệu môi trường trong thời gian thực, từ đó cung cấp thông tin hữu ích cho việc giám sát, quản lý và phân tích dữ liệu môi trường Thông qua việc sử dụng module đo các thông số và kết nối Internet, sản phẩm này sẽ cho phép thu thập dữ liệu môi trường từ nhiều địa điểm khác nhau và gửi nhanh chóng đến một máy chủ trên Internet Dữ liệu thu thập được có thể được truy cập từ xa và theo dõi thông qua các thiết bị di động hoặc máy tính, cung cấp thông tin cần thiết để đánh giá tình trạng môi trường, phân tích xu hướng và đưa ra quyết định hợp lý 7 Việc giám sát các thông số nhiệt độ, độ ẩm và cường độ UV trong thời gian thực là quan trọng trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, môi trường, y tế, và công nghiệp Sản phẩm này có thể được ứng dụng để giám sát môi trường trong các trang trại, khu đô thị, công viên, công trình xây dựng và nhiều vị trí khác Nó cung cấp cho người dùng thông tin quan trọng để đưa ra các biện pháp bảo vệ môi trường, điều chỉnh điều kiện sống và nâng cao chất lượng cuộc sống 1.2.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng của nghiên cứu có thể là học sinh, sinh viên hoặc các chuyên gia, nhà nghiên cứu trong lĩnh vực môi trường, nông nghiệp, đô thị và khoa học địa chất Học sinh, sinh viên có thể ứng dụng trong việc học tập Các chuyên gia trong lĩnh vực môi trường có thể sử dụng sản phẩm để giám sát các thông số nhiệt độ, độ ẩm và cường độ UV trong các khu vực môi trường khác nhau và thu thập dữ liệu để phân tích và đưa ra quyết định hợp lý về bảo vệ môi trường Các chuyên gia trong lĩnh vực nông nghiệp có thể sử dụng sản phẩm để theo dõi điều kiện môi trường trong trang trại và ứng dụng các biện pháp phù hợp để cải thiện năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp Trong lĩnh vực đô thị, các tổ chức quản lý môi trường và các trung tâm nghiên cứu có thể sử dụng sản phẩm để giám sát chất lượng môi trường trong các khu vực đô thị và đưa ra các biện pháp cải thiện môi trường sống cho cộng đồng Cuối cùng, các nhà khoa học và nhà nghiên cứu quan tâm đến việc giám sát môi trường cũng có thể tận dụng sản phẩm để thu thập dữ liệu và phân tích các xu hướng và biến đổi môi trường 1.2.3 Nội dung nghiên cứu của đề tài: Nội dung nghiên cứu bao gồm: Phân tích yêu cầu: Nghiên cứu yêu cầu và nhu cầu về thông số nhiệt độ, độ ẩm và cường độ UV trong việc giám sát môi trường Thiết kế module: Nghiên cứu và phát triển thiết kế module đo các thông số môi trường, bao gồm lựa chọn các linh kiện, mạch điện, cảm biến và giao thức kết nối Internet Chế tạo module: Tiến hành gia công, lắp ráp và kiểm tra module để đảm bảo hoạt động đúng và ổn định Đo lường và kiểm tra: Thực hiện các thử nghiệm và đo lường để đánh giá độ chính xác và tin cậy của module trong các điều kiện môi trường khác nhau 8 Gửi dữ liệu lên Internet: Xây dựng phần mềm hoặc ứng dụng để gửi dữ liệu đo được từ module lên một máy chủ trên Internet và hiển thị dữ liệu môi trường một cách trực quan và dễ sử dụng Tìm hiểu về công nghệ in 3D: Sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra vỏ bảo vệ và thiết kế ngoại hình cho module đo Áp dụng kỹ thuật thiết kế 3D và sử dụng máy in 3D để tạo ra các bộ phận cần thiết cho module Đánh giá tính khả thi và hiệu quả của việc sử dụng in 3D trong quá trình sản xuất module đo Đánh giá và kết luận: Đánh giá hiệu quả và tính ứng dụng của module trong việc giám sát môi trường và rút ra kết luận về hiệu quả và tiềm năng của sản phẩm 9