Nghiên cứu thiết kế thiết bị đo PH không dây ứng dụng trong đo và giám sát nước thải công nghiệp

Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế thiết bị đo pH không dây ứng dụng đo giám sát nước thải công nghiệp” LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu khóa luận trung thực có nguồn gốc rõ ràng Hà Nội, tháng năm 2016 Tác giả luận văn VŨ PHONG Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế thiết bị đo pH không dây ứng dụng đo giám sát nước thải công nghiệp” LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi đến quý thầy cô Viện Điện – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho em suốt thời gian học tập trường Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Bùi Đăng Thảnh người trực tiếp hướng dẫn em suốt thời gian thực đề tài Nhờ giúp đỡ hướng dẫn nhiệt tình thầy em có kiến thức qúy báuvề cách thức nghiên cứu vấn đề nội dung đề tài, từ em hoàn thành tốt khoá luận tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2016 Học viên thực Vũ Phong Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế thiết bị đo pH không dây ứng dụng đo giám sát nước thải công nghiệp” MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƢỚC THẢI CÔNG NGHIỆP VÀ PH 1.1 Nƣớc thải công nghiệp 1.2 Tổng quan công nghệ xử lý nƣớc thải khu công nghiệp 1.2.1 Xử lý sơ 1.2.2 Xử lý học 1.2.3 Xử lý hóa học 1.2.4 Xử lý sinh học 1.3 Đo pH nƣớc thải công nghiệp 1.3.1 pH Là gì? 1.3.2 Vai trò pH 1.3.3 Các phương pháp đo độ pH 10 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO pH CÓ TÍCH HỢP TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY 18 2.1 Yêu cầu thiết kế 18 2.2 Thiết kế thiết bị đo pH có tích hợp truyền thông không dây 18 2.2.1 Sơ đồ khối 18 2.2.2 Thiết kế phần cứng 19 a, Đầu đo pH meter SEN0161 21 b, Ảnh hưởng nhiệt độ tới phép đo 23 c, Mạch tiền xử lý 24 d, Vi điều khiển AVR Atmega16A 26 e, Hiển thị LCD 27 2.2.3 Thiết kế phần mềm 29 2.3 Thiết kế mạch thu thập trung tâm 29 2.3.1 Sơ đồ khối 29 2.3.2 Truyền thông nối tiếp không đồng 30 2.3.3 Tích hợp truyền thông không dây 31 Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế thiết bị đo pH không dây ứng dụng đo giám sát nước thải công nghiệp” 2.3.4 Thiết kế phần mềm 35 2.4 Thiết kế phần mềm cho máy tính 35 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 37 3.1 Phần cứng 37 3.2 Phần mềm 39 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 PHỤ LỤC 42 Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế thiết bị đo pH không dây ứng dụng đo giám sát nước thải công nghiệp” DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết tắt Chú thích EEPROM Electrically Erasable Programmable ReadOnly Memory – Bộ nhớ đọc FET Field- effect transistor – Transistor hiệu ứng trường MosFET Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor Reduced Instructions Set Computer – hệ thống với tập lệnh đơn giản RISC PLC Programmable Logic Controller Bộ điều khiển lập trình PC Máy tính USART Universal Syncrounous Asynchronous Receiver Transmitter – Bộ truyền nhận nối tiếp không đồng Master Chủ trung tâm Slave Tớ từ xa MCU Micro-controller Unit - Khối vi điều khiển LCD Liquid Crystal Display – Màn hình hiển thị tinh thể lỏng Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế thiết bị đo pH không dây ứng dụng đo giám sát nước thải công nghiệp” DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo bể lắng đứng Hình 1.2 Ba giai đoạn trình lên men yếm khí Hình 1.3 Sơ đồ điện cực hydro chuẩn 11 Hình 1.4 Điện cực Antimon 12 Hình 1.5 Phương pháp đo pH sử dụng transitor hiệu ứng trường 13 Hình 1.6 Đo pH sử dụng điện cực màng thủy tinh 14 Hình 1.7 Các mức điện khác nhúng hai điện cực vào dung dịch 16 Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch thu thập trường 19 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch thu thập trường có thu phát không dây 20 Hình 2.3 Hình ảnh đầu đo pH 21 Hình 2.4 Kích thước đầu đo 23 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại 25 Hình 2.6 kết mô tín hiệu mạch khuếch đại 25 Hình 2.7 Hình ảnh vi xử lý Atmega16A 26 Hình 2.8 Hình ảnh LCD 16x2 27 Hình 2.9 Lưu đồ thuật toán lập trình mạch thu thập trường 29 Hình 2.10: Sơ đồ khối mạch thu thập trung tâm 29 Hình 2.11 Truyền bit theo phương pháp song song nối tiếp 30 Hình 2.12 module nRF24L01 31 Hình 2.13 Sơ đồ khối truyền thông không dây 31 Hình 2.14 Các chân thu phát không dây nRF24L01 32 Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý thu phát nRF24L01 33 Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý mạch thu thập trung tâm có kết nối máy tính 34 Hình 2.17 Lưu đồ thuật toán lập trình mạch thu thập trung tâm 35 Hình 3.1 Mạch thu thập trường 37 Hình 3.2 Mạch thu thập trung tâm kết nối máy tính 38 Hình 3.3 Kết nối mạch máy tính 38 Hình 3.4 Màn hình hiển thị giá trị pH 39 Hình 3.5 Màn hình thị nhiệt độ 39 Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế thiết bị đo pH không dây ứng dụng đo giám sát nước thải công nghiệp” DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Lưu lượng nước thải trung bình số ngành công nghiệp Bảng 1.2 Giá trị C thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp Bảng 1.3 Ví dụ độ pH Bảng 1.4 Tính chất số chất thị màu 10 Bảng 1.5 so sánh phương pháp đo pH 16 Bảng 2.1 Đầu pH nhiệt độ 25oC 22 Bảng 2.2 giá trị đầu nhiệt độ khác 23 Bảng 2.3 Chức chân LCD 27 Bảng 2.4 Chức chân thu phát không dây 32 Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế thiết bị đo pH không dây ứng dụng đo giám sát nước thải công nghiệp” MỞ ĐẦU Nước ta quốc gia phát triển với nhiều ngành công nghiệp kết hợp Các khu công nghiệp nhà nước ưu tiên đầu tư, phát triển nhiều Trong năm gần nhiều khu công nghiệp xây dựng góp phần thu hút nguồn vốn đầu tư, tạo nhiều việc làm, tác động tốt đến đến tình hình kinh tế, xã hội, nâng cao GDP mức thu nhập bình quân người dân Tuy nhiên việc xuất nhiều khu công nghiệp ảnh hưởng định đến môi trường, điều kiện sống người, mà trực tiếp vấn đề môi trường Hàng loạt vấn đề khí thải, bụi, tiếng ồn, nước thải không kiểm soát gây hậu nghiêm trọng Từ yêu cầu giám sát, xử lý vấn đề chất thải đặt cấp bách Ảnh hưởng trực tiếp nhiều đến môi trường sức khỏe cộng đồng chất lượng nước thải từ khu công nghiệp, yêu cầu nước thải phải xử lý trước xả vào môi trường bắt buộc Do cần có thiết bị đo, giám sát thông số nước thải sau xử lý cách xác, nhanh chóng để đưa biện pháp phù hợp PH số quan trọng để đánh giá chất lượng nước thải, thiết kế thiết bị đo pH có tích hợp truyền thông không dây việc giám sát chất lượng nước thải trở nên dễ dàng, xác Đây lý học viên chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế thiết bị đo pH không dây ứng dụng đo giám sát nước thải công nghiệp” Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế thiết bị đo pH không dây ứng dụng đo giám sát nước thải công nghiệp” CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƢỚC THẢI CÔNG NGHIỆP VÀ PH 1.1 Nƣớc thải công nghiệp Nước thải công nghiệp nước thải sinh trình sản xuất công nghiệp Đối với xí nghiệp công nghiệp có hai loại nước thải: nƣớc thải sinh hoạt nƣớc thải sản xuất Nước thải sinh hoạt bao gồm: nước thải sinh hoạt từ khâu chuẩn bị, chế biến thức ăn nhà hàng nhà ăn xí nhiệp, nước thải sinh hoạt công nhân… Nước thải sản xuất loại nước thải phát sinh trình sản xuất công ty, xí nghiệp…tùy thuộc vào nguyên liệu, công nghệ sản xuất…thì mức độ ô nhiễm khác Dưới tốc độ phát triển công nghiệp, đô thị hoá gia tăng dân số, tài nguyên nước vùng lãnh thổ ngày chịu áp lực nhiều Hệ môi trường nước nhiều đô thị, khu công nghiệp làng nghề ngày bị ô nhiễm nước thải, khí thải chất thải rắn Ô nhiễm nước sản xuất công nghiệp đóng phần lớn cho ô nhiễm chung, bên cạnh ô nhiễm từ nguồn nước thải sinh hoạt Trong công nghiệp, nước sử dụng loại nguyên liệu thô hay phương tiện sản xuất (nước cho trình) phục vụ cho mục đích truyền nhiệt Nước cấp cho sản xuất lấy mạng cấp nước sinh hoạt chung lấy trực tiếp từ nguồn nước ngầm hay nước mặt xí nghiệp có hệ thống xử lý riêng Nhu cầu cấp nước lưu lượng nước thải sản xuất phụ thuộc vào nhiều yếu tố, xác định chủ yếu đặc tính sản phẩm sản xuất Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế thiết bị đo pH không dây ứng dụng đo giám sát nước thải công nghiệp” Bảng 1.1 Lƣu lƣợng nƣớc thải trung bình số ngành công nghiệp STT Ngành công nghiệp Đơn vị sản phẩm Lƣu lƣợng nƣớc thải – 6L Sản xuất bia 1L bia Tinh chế đường củ cải đường Sản xuất bơ sữa sữa Nhà máy đồ hộp rau sản phẩm 1,5 – 4,5m3 Giết mổ gia súc sản phẩm – 10m3 Dệt sợi nhân tạo sản phẩm 100m3 Xí nghiệp tẩy trắng sợi Luyện thép sản phẩm 10 – 20m3 – 6m3 1000 – 4000m3 4600m3 Đặc tính nước thải sinh hoạt thường ổn định so với nước thải sản xuất Nước thải sinh hoạt ô nhiễm chủ yếu thông số BOD5, COD, TSS, Tổng N, Tổng P, dầu mỡ – chất béo Trong thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp xác định loại hình công nghệ sản xuất cụ thể Nếu không xử lý cục mà chảy chung vào đường cống thoát nước, loại nước thải gây ô nhiễm môi trường, hư hỏng đường ống, cống thoát nước Nước thải sản xuất có nhiều yếu tố độc hại, gây ô nhiễm, ví dụ ngành công nghiệp đặc thù dệt may, giấy bột giấy, nước thải thường có độ pH trung bình từ – 11, số ôxy sinh hoá (BOD), ôxy hoá học (COD) lên đến 700mg/1 2.500mg/1, hàm lượng chất rắn lơ lửng cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép Hàm lượng nước thải ngành có chứa Xyanua (CN–) vượt đến 84 lần, H2S vượt 4.2 lần, hàm lượng NH3+ vượt 84 lần tiêu chuẩn cho phép nên gây ô nhiễm cho nguồn nước bề mặt vùng dân cư, chưa tính đến ngành công nghiệp có tác động nặng nề môi trường (như ngành xi măng, mạ, thép, sản xuất thức ăn, nước uống,…) nước thải sinh hoạt toàn xã hội nói chung, ngành công nghiệp nói riêng Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế thiết bị đo pH không dây ứng dụng đo giám sát nước thải công nghiệp” } case 3: { break; } case 4: { break; } case 5: { break; } default: { return 0; } } return 1; }//End Check Function char startwith(char *source,char *str) { char i=0; #ifdef DEBUG char dis[30]=""; #endif for(i=0;i0;j ) if(source[i+j-k-1]!=str[j-1]) { #ifdef DEBUG printf("Function endwith debug:\r\n"); sprintf(dis,"source[%d]=%c # str[%d]=%c!!\r\n",i+j-k-1,source[i+j-k-1],j-1,str[j-1]); printf("%s",dis); #endif return 0; } 70 Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế thiết bị đo pH không dây ứng dụng đo giám sát nước thải công nghiệp” return 1; }//End function endwith void split(char *source, char *str,char data_out[6][6]) { unsigned char i=0,j=0,k=0,h=0,status=0; #ifdef DEBUG char dis[32]=""; #endif #ifdef DEBUG printf("Split Function debug:\r\n"); sprintf(dis,"Source=\"%s\"\r\n",source); printf("%s",dis); printf("Duoc chia thanh:\r\n"); #endif for(k=0;k