Đang tải... (xem toàn văn)
Nội dung nghiên cứu: Các chỉ tiêu chất lượng nước nói chung và ao nuôi tôm nói riêng Nghiên cứu về cấu trúc, chức năng và khả năng ứng dụng của hệ thống mạng cảm biến không dây nói chung và mạng cảm biến không dây dưới nước nói riêng.Mô phỏng hoặc dùng cảm biến để đo một số thông số chất lượng nước .Nghiên cứu việc thu nhận dữ liệu thông qua Internet trên điện thoại thông minh.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM HUẾ Khoa Cơ Khí Cơng nghệ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế chế tạo hệ thống giám sát chất lượng nước ao nuôi tôm sử dụng mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) Sinh viên thực hiện: Lê Viết Tâm Đức Lớp: Kỹ thuật Cơ – Điện tử 49 Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Lịch Bộ môn: Kỹ thuật Điều khiển Tự động hoá HUẾ, NĂM 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM HUẾ Khoa Cơ Khí Cơng nghệ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế chế tạo hệ thống giám sát chất lượng nước ao nuôi tôm sử dụng mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) Sinh viên thực hiện: Lê Viết Tâm Đức Lớp: Kỹ thuật Cơ – Điện tử 49 Thời gian thực hiện: tháng Địa điểm thực hiện: Khoa Cơ khí – Cơng nghệ Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Quang Lịch Bộ môn: Kỹ thuật Điều khiển Tự động hoá HUẾ, NĂM 2020 LỜI CÁM ƠN Để hồn thành khố luận tốt nghiệp này, trước hết em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế q thầy giáo phòng Đào tạo đại học q thầy giáo khoa Cơ khí Cơng nghệ giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ q trình học tập nghiên cứu để tơi hồn thành khóa luận tốt nghiệp Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Quang Lịch dành nhiều thời gian tâm huyết, hướng dẫn tận tình tạo điều kiện thuận lợi cho em trình thực nghiên cứu đề tài hồn chỉnh khóa luận tốt nghiệp đại học chun ngành Kỹ thuật Cơ - điện tử Để hoàn thành khố luận thân tơi ln nhận giúp đỡ tận tình từ bạn sinh viên lớp Kỹ thuật Cơ - điện tử 49 bạn sinh viện thuộc Khoa Cơ khí Cơng nghệ, xin chân thành cảm ơn bạn Do giới hạn thời gian nghiên cứu lượng kiến thức, thông tin thu thập hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót q trình nghiên cứu thực Vì vậy, kính mong nhận góp ý đánh giá chân thành từ q thầy bạn để khố luận hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Thừa Thiên Huế, ngày 16 tháng 04 năm 2020 Sinh viên thực Lê Viết Tâm Đức DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Giá trị thích hợp chất lượng nước ao nuôi tôm Bảng 2.2 Một số tiêu cần đo thí nghiệm xử lý nước thải nuôi tôm Bảng 4.2 Một vài thông số Arduino UNO 37 Bảng 4.3 Các chân module LoRa Ra-02 SX1278 40 Bảng 4.4 Bảng đấu nối Arduino UNO R3 với Module Ra-02 SX1278 46 Bảng 4.5 Bảng đấu nối chân Raspberry Pi Model B+ với Module Ra-02 SX1278 55 Bảng 4.6 Dữ liệu thu thập sau trình khảo nghiệm vòng 24 73 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống thu thập liệu điều khiển hệ thống giám sát ao nuôi tôm sử dụng mức lượng thấp thông qua Zigbee Hình 2.2 Một mơ hình mạng cảm biến không dây sử dụng nguồn điện từ lượng mặt trời Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống giám sát ao nuôi thủy sản 10 Hình 2.4 Một thiết bị giám sát chất lượng nước ao nuôi cá lắp đặt Mỹ An – Vĩnh Long cùa Eplusi 10 Hình 4.1 Sơ đồ mơ hình hệ thống đề xuất 13 Hình 4.2 Sơ đồ khối nút cảm biến 15 Hình 4.3 Nút thu thập liệu (Sink Node) nơi tiếp nhận liệu từ nút cảm biến trọng mạng cảm biến khôndây gửi thiết bị giám sát thông qua mạng Internet 16 Hình 4.5 Lập trình giao diện người dùng thông qua MIT App Inventor 18 Hình 4.6 Lập trình đổ liệu cho giao diện người dùng tàng Android 19 Hình 4.7 Lập trình giao diện người dùng tảng Website Javascript 20 Hình 4.9 Cấu trúc mạng cảm biến không dây 21 Hình 4.10 Một mơ hình IoT sử dụng mạng không dây LoRa 27 Hình 4.11 Bốn dây kết nối giao tiếp SPI 29 Hình 4.12 Truyền nhận liệu thông qua SPI 30 Hình 4.13 Kết nối thiết bị vào bus I2C chế độ chuẩn (Standard mode) chế độ nhanh (Fast mode) 31 Hình 4.14 Truyền nhận liệu thông qua I2C 31 Hình 4.15 Quá trình truyền bít liệu qua I2C 32 Hình 4.16 Các hệ Raspberry Pi [12] 34 Hình 4.17 Raspberry Pi Model B+ chân I/O 35 Hình 4.18 Thơng số kỹ thuật Raspberry Pi Model B+ 36 Hình 4.19 Vi điều khiển Atmega328 38 Hình 4.20 Module Lora Ra-02 SX1278 39 Hình 4.21 Các chân module LoRa Ra-02 SX1278 41 Hình 4.22 LCD 2004 42 Hình 4.23 Module I2C thực tế 43 Hình 4.26 Thiết kế sơ đồ nguyên lí cho nút cảm biến 45 Hình 4.27 Sơ đồ dây Arduino UNO R3 Ra-02 SX1278 46 Hình 4.28 Sơ đồ mạch nguồn cho nút cảm biến 47 Hình 4.29 Vẽ mạch nguyên lí nút cảm biến Eagle 48 Hình 4.30 Thiết kế mạch in (PCB) cho nút cảm biến 48 Hình 4.31 Mạch in rửa 49 Hình 4.32 Lắp ráp linh kiện để hồn thiện nút cảm biến 49 Hình 4.33 Bản vẽ lắp cho nút cảm biến 50 Hình 4.34 Nút cảm biến thiết kế Solidworks 50 Hình 4.35 Lắp ráp linh kiện điện tử, Module Lora Ra-02 Arduino UNO mạch in 53 Hình 4.36 Nút cảm biến sau hồn thiện lắp ráp đặt ao nuôi giả định 53 Hình 4.37 Nút cảm biến lắp đặt ao nuôi giả định với cảm biến lắp vào để đo khảo nghiệm 54 Hình 4.38 Sơ đồ minh hoạ đấu nối Raspberry Pi Model B+ với Module Ra-02 SX1278 56 Hình 4.39 Đấu nối Raspberry Pi Model B+ với Module Ra-02 SX1278 để tiến hành thử nghiệm 56 Hình 4.41 Thiết kế hộp cho nút thu thập liệu 58 Hình 4.42 Nút thu thập liệu thiết kế với thêm LCD 20x4 hiển thị thông số đo 58 Hình 4.43 Đấu nối Module Lora Ra-02 (đã gắn vào bo mạch) với Raspberry Pi 59 Hình 4.44 Đấu nối Module I2C với LCD 2004 59 Hình 4.45 Hồn thiện đấu nối linh kiện điện tử nút thu thập liệu 60 Hình 4.46 Lắp ráp nút thu phát liệu hoàn thiện - mặt trước 61 Hình 4.47 Nút thu phát liệu lắp ráp hoàn thiện 61 Hình 4.48 Khởi tạo dự án đặt tên cho dự án 62 Hình 4.49 Kho liệu khởi tạo thành công 62 Hình 4.50 Thiết kế giao diện phầm mềm giám sát smartphone công cụ MIT App Inventor 63 Hình 4.51 Giao diện phần mềm giám sát smartphone 63 Hình 4.52 Giao diện phần mềm giám sát tảng website 64 Hình 4.54 Gửi tín hiệu từ nút cảm biến 66 Hình 4.56 Raspberry Pi nút thu phát liệu nhận tín hiệu từ nút cảm biến 68 Hình 4.57 Lập trình ứng dụng MIT App Inventor 69 Hình 4.58 Lập trình Javascript Notepad++ 69 Hình 4.59 Tiến hành lắp đặt nút cảm biến vào ao khảo nghiệm 70 Hình 4.60 Lắp đặt nút thu thập liệu 71 Hình 4.61 Dữ liệu cập nhật liên tục kho liệu Firebase 71 Hình 4.62 Dữ liệu tức thời cập nhập Website 72 Hình 4.63 Dữ liệu tức thời cập nhật ứng dụng smartphone 72 Hình 4.64 Đồ thị biểu thị vòng 24h giao diện người dùng tảng website 75 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT NLMT Năng lượng mặt trời NTTS Nuôi trồng thuỷ sản IoT Internet of Things – Internet vạn vật SMEWW Các phương pháp chuẩn xét nghiệm nước nước thải BNNPTNT Bộ nông nghiệp phát triển nông thôn WSN Wireless Sensor Network – Mạng cảm biến không dây MIT Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) ADC Bộ chuyển đổi tương tự/số LCD Liquid Crystal Display – Màn hình tinh thể lỏng LPWAN Các cơng nghệ khơng dây với đặc điểm phủ sóng lớn, băng thơng thấp, kích thước gói tin nhỏ thời gian sử dụng pin lâu dài MỤC LỤC PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.3.1 Ý nghĩa khoa học 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn PHẦN 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở lý luận 2.1.1 Chất lượng nước phù hợp với việc nuôi tôm 2.1.2 Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) 2.2 Cơ sở thực tiễn 2.2.1 Tình hình nghiên cứu hệ thống giám sát chất lượng nước ao nuôi tôm giới 2.2.2 Tình hình nghiên cứu hệ thống giám sát chất lượng nước ao nuôi tôm Việt Nam PHẦN ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11 3.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 11 3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 11 3.1.2 Phạm vi nghiên cứu 11 3.2 Nội dung nghiên cứu: 11 3.3 Phương pháp nghiên cứu: 11 3.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 11 3.3.2 Phương pháp tính tốn thiết kế mô 11 3.3.3 Phương pháp chế tạo khảo nghiệm 11 3.3.4 Phương pháp phân tích xử lý số liệu 12 PHẦN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 13 4.1 Đề xuất mơ hình hệ thống 13 4.1.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống nguyên lý điều khiển 13 4.1.3 Các nút cảm biến (Sensor Nodes) 15 4.1.4 Nút thu phát liệu (Sink Node) 15 4.1.5 Lưu trữ liệu tức thời (Real-time database) 16 4.1.6 Giao diện người dùng (User Interface) 18 4.2 Mạng cảm biến không dây kiểu giao tiếp sử dụng đề tài 21 4.2.1 Mạng cảm biến không dây 21 4.2.2 LoRa khả ứng dụng LoRa cho mạng cảm biến không dây 25 4.2.4 Giao tiếp I2C 30 4.3 Lựa chọn thiết bị phần cứng cho hệ thống 33 4.3.1 Raspberry Pi 3B+ 33 4.3.2 Aduino UNO R3 37 4.3.3 Module Lora Ra-02 SX1278 39 4.3.5 Module giao tiếp I2C cho LCD 43 4.4 Thiết kế, lắp đặt hệ thống 45 4.4.1 Thiết kế, lắp ráp nút cảm biến (Sensor Node) 45 4.4.2 Thiết kế, lắp ráp nút thu thập liệu (Sink Node) 54 4.5 Hoàn thiện phần mềm 62 4.5.1 Khởi tạo khu vực lưu trữ dự liệu đám mây Google Firebase 62 4.5.2 Thiết kế giao diện phần mềm giám sát thiết bị di động 63 4.5.3 Thiết kế giao diện phần mềm giám sát tảng website 64 4.5.4 Lập trình 65 4.6 Tiến hành khảo nghiệm 70 4.6.1 Tiến hành lắp đặt khảo nghiệm 70 4.6.2 Thực lấy số liệu khảo nghiệm 71 4.6.3 Kết 73 PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 5.1 Kết luận 76 5.2 Kiến nghị 76 PHẦN TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHẦN PHỤ LỤC 79 WQS System dashboard class="material-icons" Trang chủ pages More keyboard_arrow_down 98 Đăng nhập Đăng ký Quên mật 404!!!! class="mdl-navigation link" link Duc Le 99 Mạng cảm biến không dây Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) bao gồm tập hợp thiết bị cảm biến sử dụng liên kết không dây (vô tuyến, hồng ngoại quang học) để phối hợp thực nhiệm vụ thu thập thông tin liệu phân tán với quy mô lớn điều kiện vùng địa lý 100 Wikipedia Thông số ao nuôi- Nhiệt độ (oC) width="100%" 102 width="100%" width="100%" width="100%" 103 Phần cứng Hiện tại room Thua-Thien Hue, Viet Nam src="images/huaf.png" width="100%" height="380px" Le Viet Tam Duc 105 Mechanical Engineer - Hue University of Algriculture And Forestry - PKH Technology For more info To-do list