TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢIBÁO CÁO TỔNG KẾT MÔN HỌC ĐỒ ÁN THIẾT KẾ Đề tài: THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO NỒNG ĐỘ KHÍ GAS, NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM SỬ DỤNG ESP32 THEO DÕI DỮ LIỆU QUA BLYNK Sinh viên
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Tổng quan
Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, điện tử đã được ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực trong thực tế để phục vụ nhu cầu : chăm sóc sức khỏe, bảo vệ tính mạng và tài sản cho con người.
Trong một thế giới ngày càng phụ thuộc vào các nguồn năng lượng như khí gas để cung cấp năng lượng cho các ứng dụng gia đình và công nghiệp, việc đảm bảo an toàn trong việc sử dụng và vận chuyển khí gas trở thành một ưu tiên hàng đầu Các vấn đề liên quan đến rò rỉ khí gas có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng như cháy nổ, ô nhiễm không khí, và nguy cơ về sức khỏe con người.
Khi đời sống con người được cải thiện thì việc sử dụng bếp gas hay các sản phần của gas làm nhiên liệu đun nấu đang phổ biến Bên cạnh việc tiện lợi của gas, một vấn đề khác của gas cũng được quan tâm đó là : an toàn khi sử dụng gas Khi con người tiếp xúc trực tiếp với khí gas (vượt quá một nộng độ cho phép nhất định) trong thời gian dài thì rất dễ bị ngộ độc gas và có thể gây tử vong Không những vậy khi gas rò rỉ vào trong không khí có thể dễ dàng bắt ha và gây cháy nổ, ảnh hưởng nghiêm trọng tới an toàn của người sử dụng cũng như những người xung quanh Vì vậy, vấn đề phát hiện và xử lý sự cố rò gas là một việc rất cần thiết với người thường xuyên sử dụng gas
Khí gas thực chất là một hỗn hợp hidrocacbon có thành phần chính là butan và propan được trộn thành hỗn hợp với một tỷ lệ thích hợp Về bản chất, khí gas là chất không mùi, không màu, không độc, nặng hơn không khí và không thể gây cháy nổ ở điều kiện bình thường Khí gas thường được hóa lỏng và chứa trong các bình chứa đặc biệt giúp quá trình vận chuyển và sử dụng được dễ dàng hơn Cách đơn giản nhất để nhận biết bình gas có bị rò rỉ hay không là dựa vào khứu giác Bản thân khí gas không mùi, tuy nhiên trong quá trình sản xuất, người ta đã cho thêm phụ gia (Mercaptan) có mùi đặc trưng để dễ nhận biết các vụ rò rỉ Mặt khác, khí gas có đặc tính giãn nở rất nhanh khi chuyển từ thể lỏng sang thể hơi, nên bạn có thể nhanh chóng nhận biết mùi gas rò rỉ khi sự cố xảy ra. Hiện nay, phần lớn các hộ gia đình đều có 1 bình gas (loại 12kg) trong nhà để nấu ăn Với các nhà hàng, quán ăn, số lượng bình gas này sẽ nhiều hơn Chính các bình gas nói trên có thể trở hiểm họa cháy, nổ nếu chẳng may khí gas bị rò rỉ hoặc người dùng quên tắt lửa sau khi nấu ăn Đặc biệt với các gia đình có người lớn tuổi, trẻ em thì việc để quên lửa trên bếp rất dễ xảy ra.Nguy cơ cháy, nổ không chỉ đến từ những bình gas loại lớn mà còn cả bình gas mini thường dùng cho các bữa tiệc Bình gas mini vốn được sản xuất để dùng một lần nhưng thực tế lại thường xuyên được nạp gas (trái phép) và đưa vào sử dụng nhiều lần Dù lượng khí gas trong các bình này không nhiều nhưng do vỏ bình mỏng, sự cố lại xảy ra ngay khi đang có bếp nóng, nhiều người tụ tập xung quanh nên dễ gây tai nạn thương tích cho những người gần đó.Để hạn chế tới mức thấp nhất nguy cơ cháy, nổ từ khí gas, Phòng Cảnh sát PCCC và cứu nạn, cứu hộ Công an tỉnh cùng công an các địa phương đã thường xuyên tuyên truyền vấn đề này tại các khu dân cư Trong đó nhấn mạnh đến các nguy cơ có thể gây rò rỉ khí gas và cách nhận biết, phòng tránh và xử lý an toàn Riêng với các cửa hàng kinh doanh ăn uống, nhà hàng lớn, lực lượng chức năng sẽ kiểm tra định kỳ và khuyến cáo cụ thể hơn đối với những nơi có nguy cơ cháy, nổ cao.
Hệ thống cảnh báo khí gas có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm:
Gia đình: Giúp phát hiện sớm rò rỉ khí gas từ bếp ga, bình gas, giúp bảo vệ người sử dụng khỏi nguy cơ cháy nổ và ngộ độc.
Tòa nhà chung cư, khu tập thể: Giúp phát hiện sớm rò rỉ khí gas từ hệ thống đường ống dẫn gas, ngăn chặn nguy cơ cháy nổ và bảo vệ cư dân.
Nhà máy, xí nghiệp: Giúp phát hiện sớm rò rỉ khí gas từ các thiết bị sử dụng gas trong quá trình sản xuất, đảm bảo an toàn cho người lao động và tài sản của doanh nghiệp.
Vấn đề cần giải quyết
Như ngày xưa khoảng 15 năm về trước thì chỉ có thành phố mới sử dụng khi đốt cho nấu ăn hay cho những ngành công nghiệp Còn nông thôn thường sử dụng bếp ra và củi cho việc đun lâu thì nay gần như từ quê lên phố thì 99% sử dụng khi đốt cho bếp lúc đun nấu Trước tình hình nguy cơ từ việc sử dụng khí gas, nhu cầu về các thiết bị cảnh báo khí gas rò rỉ ngày càng trở nên quan trọng Hiện nay, các thiết bị cảnh báo có sẵn trên thị trường thường có giá cao, phức tạp hoặc không đáp ứng đầy đủ các yêu cầu cần thiết Ngoài ra, một số thiết bị cảnh báo còn được nhập khẩu từ các quốc gia khác, điều này có thể gây ra hạn chế về tính đa dạng và sự linh hoạt trong việc sử dụng
Nên khi khí gas bị rò rỉ ra ngoài khả năng cháy nổ là rất cao vì chỉ cần có tia lửa điện từ các ổ cắm hay thiết bị điện hay một đoạn dây bị hở sinh ra tia lửa điện là khả năng hỏa hoạn cho ngồi nhà là rất cao ảnh hưởng đến tài sản và tính mạng con người Vì thế đề tài nghiên cứu của chúng em nhằm phần nào đó việc phát hiện hiện khí gas và ngăn chặn hóa hoạn cho cho người và tài sản.
Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại hệ thống cảnh báo khí gas khác nhau, tuy nhiên
Giá thành cao: Nhiều hệ thống cảnh báo khí gas có giá thành cao, khiến cho người dân có thu nhập thấp khó tiếp cận.
Phức tạp: Một số hệ thống cảnh báo khí gas có cấu tạo phức tạp, khó khăn trong việc lắp đặt và sử dụng.
Nhập khẩu: Hầu hết các hệ thống cảnh báo khí gas chất lượng cao đều phải nhập khẩu, dẫn đến giá thành cao và khó khăn trong việc bảo trì, sửa chữa.
Hạn chế về chức năng: Một số hệ thống cảnh báo khí gas chỉ có chức năng cảnh báo rò rỉ khí gas, nhưng không có chức năng báo cáo sự cố hoặc tự động ngắt gas.
Lập trình: Một số hệ thống cảnh báo khí gas cần được lập trình để hoạt động, đòi hỏi người sử dụng phải có kiến thức về lập trình.
Mục đích luận án
Mục đích của luận án này là nghiên cứu và phát triển một hệ thống cảnh báo khí gas rò rỉ hiệu quả, giá cả phải chăng và dễ dàng sử dụng Bằng cách này, đồ án đặt ra mục tiêu là cung cấp một giải pháp toàn diện và hiệu quả cho việc đảm bảo an toàn trong việc sử dụng khí gas.
Qua việc thiết kế và chế tạo một hệ thống cảnh báo khí gas giá rẻ, đơn giản, dễ sử dụng và có đầy đủ chức năng để đáp ứng nhu cầu của người dân Hệ thống cần có những đặc điểm sau:
Giá thành rẻ: Sử dụng các linh kiện điện tử giá rẻ, dễ dàng tìm kiếm trên thị trường.
Đơn giản: Cấu tạo đơn giản, dễ dàng lắp đặt và sử dụng.
Dễ sử dụng : Có giao diện người dùng đơn giản, dễ hiểu.
Đầy đủ chức năng: Có chức năng cảnh báo rò rỉ khí gas, báo cáo sự cố và tự động ngắt gas.
Không cần lập trình: Hệ thống hoạt động tự động, không cần người sử dụng phải lập trình.
Kết luận
Hệ thống cảnh báo khí gas được thiết kế và chế tạo trong luận án này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau, góp phần nâng cao an toàn cho người sử dụng và bảo vệ tài sản.
Ví dụ báo cáo cảnh báo khí gas:
Báo cáo cảnh báo khí gas
Mức độ khí gas: Cao (Nguy hiểm)
Khuyến nghị: Cảnh báo khí gas bị rò rỉ
Hành động đã thực hiện: Hệ thống đã kích hoạt còi báo động và gửi thông báo đến người sử dụng.
Chương 1 đã trình bày tổng quan về vấn đề cảnh báo khí gas rò rỉ, nhấn mạnh vào tầm quan trọng của việc nghiên cứu và phát triển các thiết bị cảnh báo hiệu quả Tiếp theo, đồ án sẽ tiến hành phân tích chi tiết về các phương pháp và công nghệ hiện có, cũng như đề xuất giải pháp mới cho vấn đề này.
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH THIẾT BỊ ĐO NỒNG ĐỘ KHÍ GAS VÀ NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM
Thiết kế tổng quát
Sơ đồ khối của mạch
Hình 2.1: Sơ đồ khối của mạch
Sơ đồ khối hệ thống:
Hệ thống bao gồm các khối chức năng chính sau:
Gồm cảm biến khí gas và cảm biến nhiệt độ độ ẩm.
Chức năng: thu thập dữ liệu về nồng độ khí gas và các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm trong môi trường.
Nhận dữ liệu từ các cảm biến.
Phân tích nồng độ khí gas để phát hiện rò rỉ.
Cập nhật giá trị nhiệt độ độ ẩm hiện tại. Điều khiển các khối khác theo logic cài đặt.
Hiển thị thông tin nồng độ khí gas, nhiệt độ và độ ẩm trên màn hình LCD hoặc LED. Cung cấp giao diện cho người dùng tương tác với hệ thống (nếu có).
Kích hoạt còi, đèn báo động khi phát hiện rò rỉ khí gas vượt quá ngưỡng cho phép.
Có thể kết nối với hệ thống thông gió để tự động kích hoạt khi cần thiết.
Cung cấp nguồn điện cho các khối chức năng khác trong hệ thống.
Loại cảm biến: MQ-2, MQ-8, TGS2602 hoặc tương thích.
Dải đo: 0-20 ppm (MQ-2), 0-1000 ppm (MQ-8), 0-5000 ppm (TGS2602). Độ nhạy cao với khí gas mục tiêu (ví dụ: LPG, CO, Methane).
Thời gian đáp ứng nhanh.
Hoạt động ổn định trong môi trường có độ ẩm và nhiệt độ thay đổi.
Cảm biến nhiệt độ độ ẩm:
Loại cảm biến: DHT11, DHT22, SHT30 hoặc tương thích.
Dải đo nhiệt độ: 0-50°C (DHT11, DHT22), -40-80°C (SHT30).
Dải đo độ ẩm: 20-80% (DHT11, DHT22), 0-100% (SHT30). Độ chính xác cao.
Hoạt động ổn định trong môi trường có độ ẩm và nhiệt độ thay đổi.
Vi điều khiển: Arduino Uno, ESP32, ESP8266 hoặc tương thích.
Thuật toán xử lý dữ liệu:
Lọc nhiễu cho tín hiệu từ cảm biến.
Chuyển đổi tín hiệu cảm biến sang đơn vị đo phù hợp.
Thiết kế chi tiết
Hình 2.2: Sơ đồ chi tiết của mạch
2.2.1 Tính toán các linh kiện chi tiết
Linh kiện Số lượng Hãng bán Ghi chú
LCD_I2C 1 Banlinhkien Điện trở 2 Banlinhkien Giá trị 1k
Nút nhấn 2 Banlinhkien 4 chân ( 12x12x10mm)
ESP32: Vi điều khiển chính.
MQ-2: Cảm biến khí gas và khói.
DHT11: Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm. Điện trở: Các điện trở cần thiết để bảo vệ và điều chỉnh dòng điện.
Dây nối và breadboard: Để kết nối các linh kiện với nhau.
Nguồn cấp điện: Đảm bảo cung cấp đủ điện áp và dòng điện cho toàn bộ mạch.
1 Kết nối ESP32 và DHT11:
DHT11 có 4 chân: VCC, GND, DATA, và NC (Not Connected, không dùng).
Chân VCC của DHT11 kết nối với 3.3V của ESP32.
Chân GND của DHT11 kết nối với GND của ESP32.
Chân DATA của DHT11 kết nối với một chân GPIO bất kỳ của ESP32 (ví dụ GPIO 4). Điện trở pull-up: Kết nối một điện trở 10kΩ giữa chân VCC và DATA của DHT11 để đảm bảo tín hiệu ổn định.
Hình 2.3: Cảm biến DHT kết nối với vi điều khiển
2 Kết nối ESP32 và MQ-2:
MQ-2 có 4 chân: VCC, GND, AOUT (Analog Output), và DOUT (Digital Output).
Chân VCC của MQ-2 kết nối với 3.3V hoặc 5V của ESP32 (tùy thuộc vào loại MQ-2 bạn dùng, thường là 5V).
Chân GND của MQ-2 kết nối với GND của ESP32.
Chân AOUT của MQ-2 kết nối với một chân ADC của ESP32 (ví dụ GPIO 36 hoặc GPIO 39).
Chân DOUT của MQ-2 kết nối với một chân GPIO bất kỳ của ESP32 (nếu bạn muốn sử dụng đầu ra số). Điện trở và linh kiện bảo vệ: Điện trở cho DHT11: 10kΩ pull-up giữa VCC và DATA. Điện trở cho MQ-2: Thường không cần điện trở thêm nếu bạn sử dụng đầu ra analog (AOUT), nhưng nếu bạn sử dụng đầu ra số (DOUT), bạn có thể cần một điện trở để điều chỉnh tín hiệu.
Hình 2.4: Cảm biến MQ2 kết nối với vi điều khiển
2.2.2 Giới thiệu về các linh kiện
ESP32-WROOM-32 là module MCU mạnh mẽ và đa dụng được sử dụng rộng rãi trong các thiết kế mạch PCB Wifi Bluetooth và BLE Sản phẩm được ứng dụng phổ biến trong các đề tài liên quan đến IoT hiện nay Chúng có thể ứng dụng trong các mạng Sensor tiết kiệm điện năng đến những ứng dụng yêu cầu độ phức tạp hơn rất nhiều, như giải mã đoạn MP3 đến mã hóa các loại âm thanh, …
Cấu tạo cơ bản của ESP32.
ESP sở hữu 1 lõi được gọi là chip ESP32-D0WDQ6 Chip nhúng được thiết kế để nâng cao khả năng mở rộng và tùy biến rất cao Thiết kế ESP32 có 2 lõi CPU hoạt động 1 cách độc lập có thể dễ dàng điều khiển Tần số clock có thể điều chỉnh dễ dàng từ 80MHZ lên đến 240MHZ Trong quá trình sử dụng người lập trình có thể tắt CPU để có thể sử dụng thiết bị ở chế độ công suất thấp Qua đó theo dõi được sự thay đổi và vượt ngưỡng ESP32 được tích hợp các bộ tương tác ngoại vi khá phong phú như: cảm biến Hall, cảm biến điện dung, SD card, SPI tốc độ cao, I2S, I2C hay SPI tốc độ cao.
Các thiết bị ngoại vi
- GPIO (General Purpose Input/Output Interface): ESP32 với số lượng lớn chân GPIO tùy thuộc vào từng phiên bản module, mỗi chân được tích hợp nhiều chức năng khác nhau bằng cách lập trình thanh ghi.
- ADC (Analog to Digital Converter): ESP32 tích hợp ADC 12-bit và hỗ trợ đo 18 kênh Với thiết lập thích hợp, ADC có thể được cấu hình để đo điện áp tối đa 18 chân.
- DAC (Digital to Analog Converter): ESP32 có hai kênh DAC 8-bit được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu analog, được tích hợp điện trở và bộ đệm.
- Bộ điều khiển SDIO/SPI: SP32 tích hợp giao tiếp thiết bị S phù hợp với tiêu chuẩn
S O, hỗ trợ các tính năng sau: Chế độ truyền SPI, SPIO 1 bit, SPIO 4 bit, truy cập trực tiếp đến máy chủ, ngắt để bắt đầu truyền dữ liệu, kích thước khối dữ liệu lên đến 512 byte
- UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter): ESP32 tích hợp ba UART: UART1, UART2, UART3 cung cấp chuẩn giao tiếp bất đồng bộ (RS232 và RS485) với tốc độ lên đến 5Mbps, có thể truy cập bởi bộ điều khiển MA hoặc trực tiếp bởi PU.
- I2C Interface (Inter-Integrated Circuit): SP32 có hai giao tiếp 2, có thể vận hành ở chế độ master hoặc slave phụ thuộc vào người sử dụng cấu hình, nó hỗ trợ: Chế độ tiêu chuẩn (100Kbit/s), Chế độ nhanh (400 Kbit/s), Tốc độ lên đến 5MHz, Chế độ kép.
- I2S Interface (Inter-IC Sound): Hai giao tiếp 25 có sẵn trên SP32, có thể hoạt động ở chế độ master hoặc slave Và được cấu hình để hoạt động ở độ phân giải 8/16/32/48/64bit làm kênh đầu vào hoặc đầu ra Hỗ trợ tần số từ 10KHz đến 40KHz.
- Điều khiển hồng ngoại từ xa (Infrared Remote controller): bộ điều khiển hồng ngoại từ xa hỗ trợ 8 kênh điều khiển truyền và nhận Hỗ trợ các giao thức hồng ngoại khác nhau.
- Bộ đếm (Pulse counter): bộ đếm counter có 7 chế độ Ổn tín hiệu đầu vào bao gồm
2 tín hiệu xung và 2 tín hiệu điều khiển Khi bộ đếm đạt được đến ngưỡng đặt, thì một interrupt được tạo ra.
- PWM (Pulse Width Modulation): bộ điều khiển độ rộng xung (PWM) được sử dụng để điều khiển động cơ kỹ thuật số và đèn thông minh.
- SPI (Serial Peripheral Interface): ESP32 có 3 SPI (SPI, HSPI, VSPI) ở chế độ master và slave, SP có thể kết nối đến lash/SRAM và L.
Các kết nối không dây.
Station mode (Wi-Fi client hay STA) ESP32 có khả năng kết nối đến các điểm
Trở thành 1 điểm truy cập (Access Point mode hay Soft-AP) Lúc thành ESP trở thành trung tâm kết nối liên kết thông tin Các Station kết nối với Access-Point chính là ESP32 tạo nên.
Bluetooth: BLE và v4.2 BR/EDR.
Việc hỗ trợ cả bluetooth khiến tăng tính tương tác cho ESP32 Chúng có thể kết nối với các thiết bị như là chuột, bàn phím, hay các thiết bị thông minh như điện thoại, laptop khi mà không có Wi-Fi Bạn có thể lựa chọn tùy biến chức năng này là BLE hay Bluetooth Classic Tùy theo các yêu cầu về tốc độ và năng lượng mà project cần thiết.
MQ2 là một loại cảm biến khí gas, được sản xuất từ chất bán dẫn SnO2 Ban đầu, chất này không nhạy với không khí sạch, nhưng khi tiếp xúc với chất gây cháy, khả năng dẫn điện của nó sẽ thay đổi ngay lập tức Điều này đã tạo điều kiện cho việc tích hợp nó vào mạch đơn giản, chuyển đổi độ nhạy thành tín hiệu điện.
Thi công mạch / Thực hiện chương trình
Thực hiện phần test linh kiện:
Ghép nối ESP32 và led
Viết chương trình lên phần mềm Arduino IDE
Chương trình phần mềm : void setup()
{ pinMode(22, OUTPUT); // Set GPIO22 as digital output pin
{ digitalWrite(22, HIGH); // Set GPIO22 active high delay(1000); // delay of one second delay(1000); // delay of one second
2.3.2 Ghép nối LCD với ESP32:
Thực hiện phần test linh kiện:
Ghép nối ESP32 và lcd
Viết chương trình lên phần mềm Arduino IDE
Chương trình phần mềm : import machine from machine import Pin, SoftI2C from lcd_api import LcdApi from i2c_lcd import I2cLcd from time import sleep
I2C_ADDR = 0x27 totalRows = 2 totalColumns = 16 i2c = SoftI2C(scl=Pin(22), sda=Pin(21), freq000) #initializing the I2C method for ESP32 lcd = I2cLcd(i2c, I2C_ADDR, totalRows, totalColumns) while True: lcd.putstr("Canh bao khi gas") sleep(2) lcd.clear() for i in range(11): lcd.putstr(str(i)) sleep(1) lcd.clear()
2.3.3 Ghép nối DHT11 với ESP32:
Thực hiện phần test linh kiện:
Ghép nối ESP32 và DHT11
Viết chương trình lên phần mềm Arduino IDE
// Start the DHT sensor dht.begin();
// Initialize the LCD lcd.begin(); lcd.backlight();
// Print a message to the LCD. lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("DHT11 Sensor"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Initializing "); delay(2000);
// Read temperature and humidity float h = dht.readHumidity(); float t = dht.readTemperature();
// Check if any reads failed and exit early (to try again). if (isnan(h) || isnan(t)) { lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Failed to read"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("from DHT sensor"); return;
// Clear the previous readings lcd.clear();
// Display the temperature and humidity lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Nhiet do: "); lcd.print(t); lcd.print(" C"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Do am: "); lcd.print(h); lcd.print(" %")
// Wait a few seconds between measurements. delay(2000);
2.3.4 Ghép nối MQ-2 với ESP32:
Thực hiện phần test linh kiện:
Ghép nối ESP32 và MQ-2
Viết chương trình lên phần mềm Arduino IDE
// Define the DHT11 sensor pin and type
// Define the MQ-2 sensor pin
// Initialize the LCD (address 0x27 for a 16x2 LCD)
// Start the DHT sensor dht.begin();
// Initialize the LCD lcd.begin(); lcd.backlight();
// Print a message to the LCD. lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Initializing "); delay(2000);
// Read temperature and humidity float h = dht.readHumidity(); float t = dht.readTemperature();
// Read gas sensor value int gasValue = analogRead(MQ2PIN);
// Check if any reads failed and exit early (to try again). if (isnan(h) || isnan(t)) { lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("DHT Read Fail"); return;
// Clear the previous readings lcd.clear();
// Display the temperature and humidity lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("T:");
Hàn các chân kết nối vào mạch in 2.3.6 Kết nối Blynk IOT
Tạo Device trên website Blynk Cloud
Tiếp tục tạo giao diện kết nối trên điện thoại qua app Blynk IOT
Khai báo các câu lệnh kết nối vào phần mềm:
#define BLYNK_TEMPLATE_ID "TMPL6orVH6Umc"
#define BLYNK_TEMPLATE_NAME "Canh bao khi ga"
#define BLYNK_AUTH_TOKEN "_cR2m1_E7wVd45bZc1xpsytAv9DuXjIO"
Sản phẩm hoàn thiện
Hình 2.9: Sản phẩm hoàn thiện Thông số kỹ thuật:
Tên thiết bị: Mô hình thiết bị đo nồng độ khí gas- Nhiệt độ- Độ ẩm
Kích thước: 10cm x 7cm x 5cm
Điện áp làm việc: 5 VDC
Nhiệt độ làm việc: Nhiệt độ phòng (20℃-50℃)
Dung lượng cài đặt: 100MB
Kết luận chương 2
Để sử dụng sản phẩm ta cần cài đặt ứng dụng như đã nêu ở trên và dùng sản phẩm ở những nơi cần sử dụng như trong bếp hoặc nơi có thể có khí gas tràn lan xung quanh. Cần lưu ý khi thực hiện phần làm vỏ hộp sao cho không bị tổn hại đến linh kiện và cần được bảo quản tốt như thế sẽ có thể sử dụng được lâu Phần thiết kế mạch in cũng cần phải nhỏ gọn để tối thiểu được độ rộng của cả mạch và sản phẩm Cần có thiết kế ban đầu tỉ mỉ và tinh gọn để tránh mạch bị rối lúc thi công.
THỬ NGHIỆM MẠCH THIẾT BỊ ĐO NỒNG ĐỘ KHÍ GAS, NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM VÀ KẾT QUẢ
Kịch bản thử nghiệm
Tải app Blynk IOT và kết nối
Đặt sản phẩm tại vị trí bất kì và lấy 1 chiếc bật lửa để bơm khí gas
Kí hiệu trên LCD: + T ( Nhiệt độ nhận được)
+ H ( Độ ẩm nhận được) + Gas ( Nồng độ khí gas)
- Các trường hợp lỗi có thể xảy ra
Dây nối của các cảm biến có dấu hiệu bị tuộ
Hiển thị các giá trị Nhiệt độ và độ ẩm là Nan
Dây data bị lỏng hoặc hỏng
Giá trị khí gas không thay đổi
Kết quả thử nghiệm
Sau khi tìm hiểu và hoàn thiện sản phẩm, nhóm đã rút ra được 1 số ưu và nhược điểm sau:
Ưu điểm: o Các linh kiện rẻ, dễ tìm trên thị trường o Dễ dàng thay thế các linh kiện nếu chúng bị hỏng o Thiết kế nhỏ gọn, dễ di chuyển o Giao diện người dùng thiết kế đơn giản, dễ theo dõi o Có hỗ trợ biểu đồ giúp theo dõi ở các mốc thời gian o Hỗ trợ theo dõi từ xa thông qua kết nối Wifi
Nhược điểm: o Wifi muốn thay đổi phải can thiệp vào phần mềm o Không có kết nối Wifi thì thiết bị không có chức năng cảnh báo o Chưa có chức năng tắt bật o Do giá thành rẻ nên tuổi thọ linh kiện có thể không cao
Nhóm đã thu được các kết quả như sau:
Thiết kế được mạch nguyên lý, PCB
Đặt mạch in thay vì tự làm bằng phương pháp ăn mòn thuận lợi hơn
Hàn gắn các linh kiện vào mạch và hoạt động tốt
Truyền tải thông tin, dữ liệu thành công
Đã biết xây dựng giao diện cho người dùng
Hỗ trợ quan sát từ xa
Tìm hiểu nguyên lý các cảm biến sử dụng
Thiết kế cả về mặt phần cứng cho sản phẩm
Các kết quả thu lại được:
Hình 3.1 Kết quả thu được và hiển thị trên Blynk
Hình 3.2 Kết quả thử nghiệm trên sản phẩm
Kết quả của sản phầm đúng 80- 90 % ý tưởng thiết kế ban đầu Sản phẩm đã kết nối được với app và hiện thị kết quả tương đương qua đó có thể theo dõi từ xa Tuy nhiên độ chính xác của sản phẩm chưa đúng với thực tế và có thể dẫn tới hiển thị sai thông tin có thể do linh kiện chưa được tốt hoặc do quá trình thử nghiệm thi đã sai sót nên kết quả vẫn chưa được hoàn toàn như mong đợi Ban đầu ý tưởng của mạch đề ra có rất nhiều thứ ví dụ như động cơ dùng để quạt tản khí gas hay còi báo động tuy nhiên đây chỉ là sản phẩm mô hình và số lượng người tham gia dự án cũng hạn chế cho nên cần rút gọn lại chỉ còn lại ý chính của mô hình sản phẩm đó là hiển thị ra được nồng độ khí gas giúp chúng ta thận trọng hơn và phòng chống được cháy nổ từ khí gas cao hơn mức bình thường Theo như trên thị trường thì có rất nhiều loại máy đo nồng độ khí gas nhưng lại có giá thành cực kỳ cao rất khó tiếp cận được với nhiều hộ gia đình Vì vậy, nhóm chúng em phát triển đồ án này mong muốn có được thiết bị nhỏ gọn tiện lợi và giá thành phải chăng để nó có thể phổ biến và đảm bảo an toàn được với nhiều người hơn.
Kết quả đạt được
Nhìn chung qua thời gian thực hiện dự án, nhóm đã đạt được yêu câu mà đã đề ra từ đầu là thiết kế thiết bị đo nồng độ khí gas và nhiệt độ- độ ẩm bằng ESP32 sau đó hiển thị lên LCD và BLYNK.
Kết quả đạt được là thông số, dữ liệu thu được từ các cảm biến Các thông số này thay đổi liên tục theo thời gian thực tùy thuộc vào sự thay đổi tức thời của nhiệt độ, độ ẩm, khí gas trong môi trường Hiển thị thông số đó ngay trên màn hình LCD gắn liền với sản phẩm và từ xa thông qua Web va App nhờ vào kết nối mạng Wifi Thiết kế được hệ thống hoàn chỉnh từ phần cứng tới phần mềm
Tuy nhiên, dự án này còn tồn tại nhiều hạn chế, ví dụ như sai số của cảm biến cũng như phạm vi đo lường chỉ có thể áp dụng cho 1 không gian nhỏ Thiết kế mạch không có chức năng tắt bật chế độ hoạt động Không có khả năng mở rộng thêm chức năng, tiện ích.Khó khăn trong việc thay đổi mật khẩu WiFi khi di chuyển tới các nơi khác nhau Và phụ thuộc lớn nhất vào tài khoản đăng ký cho việc theo dõi từ xa là duy nhất có thể mất và bị
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Qua quá trình thực hiện dự án nhóm chung, em thu lại được rất nhiều kiến thức chuyên môn và kỹ năng từ khâu thiết kế đến thi công hoàn chỉnh của một sản phẩm IoT Những kinh nghiệm này là hành trang quý báu, sẵn sàng cho các dự án tiếp theo hay thậm chí là đồ án tốt nghiệp Mô hình dự án của nhóm tuy còn nhiều hạn chế về mặt tiện lợi hay tối ưu về độ bền, nhưng có tiềm năng phát triển nhiều tính năng hơn nữa và có thể thay đổi bằng các loại linh kiện tốt hơn.
Hướng phát triển của dự án:
Đèn báo thiết bị khi khí gas đạt ngưỡng cực cao: Khi nồng độ khí gas trong môi trường đạt đến mức nguy hiểm, hệ thống có thể kích hoạt đèn báo hiệu để cảnh báo người dùng về nguy cơ cháy nổ lớn Điều này giúp tăng cường tính an toàn cho người sử dụng và môi trường xung quanh.
Còi hoặc loa phát ra âm thanh cảnh báo: Kết hợp thêm còi hoặc loa có khả năng phát ra âm thanh lớn khi phát hiện nồng độ khí gas vượt ngưỡng cho phép, nhằm cảnh báo những người xung quanh một cách nhanh chóng và hiệu quả hơn.
Tính năng nhắn tin đến thiết bị di động: Hệ thống có thể được tích hợp thêm chức năng gửi tin nhắn cảnh báo đến thiết bị di động của người chủ sở hữu Điều này giúp người dùng nhận được thông báo kịp thời, ngay cả khi không có mặt tại hiện trường.
Động cơ điều khiển van khí gas: Hệ thống có thể được trang bị động cơ để tự động thổi khí hoặc đóng các van của bình chứa khí gas khi phát hiện nguy cơ rò rỉ hoặc nồng độ khí gas quá cao Tính năng này giúp giảm thiểu nguy cơ cháy nổ và tăng cường tính an toàn cho hệ thống.
Ngoài ra, nhóm cũng nên tiếp tục nghiên cứu và cải tiến để tăng cường độ bền, tính tiện lợi và hiệu quả của sản phẩm Việc sử dụng các linh kiện chất lượng cao hơn cũng là một hướng đi cần được xem xét để nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ của hệ thống Qua quá trình hoàn thiện và phát triển dự án này, chúng ta không chỉ tích lũy được kiến thức và kỹ năng mà còn mở ra nhiều cơ hội và tiềm năng mới cho các dự án IoT trong tương lai.