Xây dựng hệ thống thu thập lưu trữ và xử lý số liệu đo một số thông số môi trường nước nuôi trồng thủy hải sản : Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử - viễn thông: 2 07 00

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGÔ QUANG MINH XÂY DỰNG HỆ THỐNG THU THẬP LƯU TRỮ VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO MỘT SỐ THÔNG SỐ MÔI TRƯỜNG NƯỚC NUÔI TRỒNG THỦY HẢI SẢN LUẬN VĂN THẠC SỸ Người hướng dẫn: GS.TS Phan Hồng khôi Hà nội - 2005 MỤC LỤC Lời cảm ơn Error! Bookmark not defined Lời cam đoan Error! Bookmark not defined Danh mục bảng hình vẽ … …………………………………………………… … Chương 1: Tổng quan .5 Bối cảnh tính cấp thiết vấn đề .5 Các thành tựu việc thu thập tự động thông số môi trường 10 Mục tiêu đề xuất nghiên cứu 11 Chương 2: Xây dựng, thiết kế, chế tạo hệ thống tự động đo thông số môi trường nước 14 Hệ thống theo dõi chất lượng nước 14 Các cảm biến đo thông số môi trường nước 16 2.1 Cảm biến nhiệt độ 16 2.2 Cảm biến đo độ dẫn điện (độ muối) 23 2.3 Cảm biến đo nồng độ ôxy hoà tan 29 2.4 Cảm biến đo pH 34 Môdule thu thập số liệu CR10X 38 3.1 Cấu trúc sơ đồ mạch 38 3.2 Tổ chức nhớ 41 3.3 Tập lệnh lập trình mơdule CR10X 41 3.4 Thiết lập thông số môdule CR10X .43 3.5 Khởi tạo môdule CR10X 44 Ghép nối .45 4.1 Giao tiếp môdule thu thập, lưu trữ CR10X với máy tính (RS-232) 45 4.2 Nguồn cung cấp 46 Kỹ thuật xử lý tín hiệu 47 5.1 Thu thập số liệu 47 5.2 Khuyếch đại tín hiệu 48 5.3 Nhiễu 49 5.4 Kỹ thuật nâng cao tỷ số tín hiệu nhiễu xử lý số tín hiệu 50 Phần mềm điều khiển, thu thập lưu trữ số liệu .54 6.1 Bố cục chương trình quản lý điều khiển 54 6.2 Lập trình với PC208W .56 Đánh giá sai số 57 7.1 Một số phương pháp toán xác định giá trị đo sai số 57 7.2 Đánh giá sai số hệ thống .61 Chương 4: Ứng dụng mở rộng hệ thống .63 Ứng dụng hệ thống đo đạc tự động .63 Mở rộng ứng dụng hệ thống 64 2.1 Hệ thống quản lý số liệu từ xa 64 2.2 Hệ thống đo đạc cảnh báo khí tượng thuỷ văn 65 Tính khoa học kinh tế hệ thống đo đạc tự động 67 Kết luận 69 Các cơng trình cơng bố liên quan đến luận văn .70 Tài liệu tham khảo 71 Phụ lục 74 DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH VẼ Bảng 1: Quan hệ nhiệt độ, điện trở điện trở Pt ………………………… 18 Bảng 2: Điện áp cảm biến tương ứng với nhiệt độ nhiệt kế thuỷ ngân 20 Bảng 3: Nhiệt độ đo từ nhiệt kế thuỷ ngân từ cảm biến tự chế tạo …… 22 Bảng 4: Giá trị điện áp đo từ cảm biến tương ứng với giá trị độ dẫn điện 28 Bảng 5: Nồng độ ôxy phụ thuộc nhiệt độ, độ muối độ cao …………………… 33 Bảng 6: Thang đo độ phân giải 38 Bảng 7: Chức chân tín hiệu cổng truyền thơng CR10X 40 Bảng 8: Các tham số môi trường nước ……………………………………… 62 Hình 1: Sơ đồ ghép nối thiết bị hệ thống theo dõi chất lượng nước 16 Hình 2: Sơ đồ cảm biến đo nhiệt độ điện trở nhiệt 19 Hình 3: Đặc tuyến điện áp - nhiệt độ cảm biến đo nhiệt độ 22 Hình 4: Đặc tuyến đáp ứng cảm biến nhiệt độ theo thời gian ……………… 23 Hình 5: Sơ đồ tương đương cảm biến đo độ dẫn dựa việc đo điện trở 26 Hình 6: Cảm biến đo độ dẫn (độ muối) 27 Hình 7: Đặc tuyến độ dẫn điện - điện áp 29 Hình 8: Thiết bị máy đo nồng độ ơxy hồ tan 32 Hình 9: Sự phụ thuộc nhiệt độ nồng độ ơxy hồ tan ………………………… 33 Hình 10: Đặc tuyến đáp ứng cảm biến đo nồng độ ơxy hồ tan theo thời gian 34 Hình 11: Sơ đồ đo pH dùng màng thuỷ tinh 35 Hình 12: Mạch tiền khuếch đại: giảm nhiễu tăng hệ số khuếch đại pH… 36 Hình 13: Đặc trưng pH theo giá trị tín hiệu ……………………………………… 37 Hình 14: Bản mạch đóng gói mơdule CR10X 38 Hình 15: Các tập lệnh nhớ môdule CR10X 42 Hình 16: Giao diện thiết lập thơng số hệ thống ………………………… 43 Hình 17: Màn hình hiển thị kết nối máy tính với mơdule CR10X ……… 44 Hình 18: Dịng liệu cổng RS-232 với tốc độ 9600 baud ………………… 46 Hình 19: Mơ hình thu thập, lưu trữ xử lý số liệu đo 47 Hình 20: Sơ đồ khuyếch đại trở kháng đơn giản 48 Hình 21: Tín hiệu tổng sau lấy trung bình …………………………………… 52 Hình 22: Sơ đồ xử lý trung bình đa kênh …………………………………….… 52 Hình 23: Mơ hình minh hoạ q trình thu thập, lưu trữ xử lý số liệu …….…… 53 Hình 24: Lưu đồ chương trình quản lý điều khiển ……….…………………… 54 Hình 25: Tập thể cán nghiên cứu kiểm tra đo đạc ….…………………… 63 Hình 26: Số liệu hiển thị dạng trực tuyến ………….……………………… 63 Hình 27: Mơ hình quản lý điều khiển từ xa 63 Hình 28: Mơ hình dự báo cảnh báo mơi trường ……………………………… 65 Hình 29: Hệ thống đo khí tượng 66 Chương 1: TỔNG QUAN BỐI CẢNH VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ Ơ nhiễm mơi trường trái đất Việt Nam không ngừng tăng lên, nhiều Quốc gia giới Việt Nam ta tìm biện pháp để khắc phục Các số liệu thống kê cho thấy mức độ ô nhiễm môi trường nhiều nước giới có nước ta nặng nề Các chất thải công nông nghiệp không xử lý triệt để có nhiều ảnh hưởng tai hại đến sức khoẻ người môi trường sinh thái [1] Một biện pháp tích cực góp phần bảo vệ môi trường nghiên cứu, sản xuất thiết bị đo để đánh giá mức độ ô nhiễm mơi trường Cùng với quan tâm đời quy định luật pháp (bao gồm quy định Quốc gia Quốc tế) nhằm cố gắng làm thay đổi mối quan hệ môi trường phát triển Đánh giá tác động môi trường ví dụ quan trọng nỗ lực Ở Việt Nam ta, năm gần mơi trường quan tâm, có nhiều văn luật hướng dẫn, thi hành luật bảo vệ môi trường như: Chỉ thị số 23/2005/TCTTg ngày 21/6/2005 Thủ tướng phủ đẩy mạnh công tác quản lý chất thải rắn đô thị khu công nghiệp; Nghị đ ịnh số 68/2008/NĐCP ngày 20/5/2005 Chính phủ an tồn hố chất; nhiều văn pháp luật khác Hiện nay, luật Bảo vệ môi trường Quốc hội thông qua kỳ họp thứ 10, khoá XI [2] Trong năm 1990, phạm vi đánh giá tác động môi trường mở rộng nhiều Do đó, có lẽ ngạc nhiên biết việc đánh giá tác động môi trường gặp phải nhiều phản đối nhiều nước khác nhau, với lý làm cản trở phát triển kinh tế Thường tăng trưởng kinh tế, với nhiễm mơi trường, chất thải cơngnơng nghiệp gây nên hiệu ứng nhà kính Năm 1992, nhà môi trường đưa quan điểm phát triển bền vững, phát triển mức độ trì chất lượng mơi trường, giữ cân môi trường phát triển Trong báo cáo đánh giá tác động mơi trường, đo đạc quan trắc môi trường thiếu Quan trắc đo đạc cho số liệu trạng mơi trường “Quan trắc mơi trường việc theo dõi thường xuyên chất lượng môi trường với trọng tâm, trọng điểm hợp lý nhằm phục vụ hoạt động bảo vệ môi trường phát triển bền vững” [2] Như vậy, để có số liệu cụ thể cho báo cáo đánh giá tác động mơi trường khơng thể thiếu phép đo đạc quan trắc trực tiếp gián tiếp từ môi trường Có nhiều cách để đo đạc quan trắc mơi trường mà cách sử dụng thiết bị khoa học Đã từ lâu cảm biến sử dụng phận để cảm nhận phát yếu tố vật lý, vài chục năm trở lại chúng thể rõ vai trò quan trọng hoạt động người Nhờ tiến khoa học công nghệ lĩnh vực vật liệu, thiết bị điện tử tin học, cảm biến giảm thiểu kích thước, cải thiện tính ngày mở rộng phạm vi ứng dụng [3] Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, nhà khoa học đặc biệt quan tâm nghiên cứu cảm biến phục vụ cho việc đo đạc thông số môi trường Trong thực tế việc phân tích mơi trường, thường phải tiến hành phân tích nhiều mẫu yêu cầu kết phải đạt độ xác cao Các quy trình phân tích thơng thường [13] địi hỏi người phân tích phải có khả kinh nghiệm nghề nghiệp cao hạn chế sai số thực nghiệm gây Ngồi ra, để có số liệu đầy đủ phân tích q trình biến đổi môi trường, thay việc ghi chép số liệu, vẽ đồ thị tay (dữ liệu thu từ cách làm thường khơng khách quan) việc ứng dụng máy vi tính vào kỹ thuật đo lường điều khiển tự động thông số môi trường đem lại kết đầy tính ưu việt Các thiết bị, hệ thống đo lường điều khiển ghép nối với máy tính cho ta kết có độ xác cao, thời gian thu thập số liệu ngắn, điều đáng quan tâm mức độ tự động hoá việc thu thập xử lý kết đo, kể việc lập bảng thống kê in kết [4] Hiện nay, hai môi trường quan tâm cả, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống sinh hoạt sản xuất hàng ngày mơi trường nước mơi trường khơng khí Trong luận văn này, tơi đề cập đến mơi trường nước vì: Nước tài nguyên vật liệu quan trọng loài người sinh vật trái đất Ngoài chức tham gia vào chu trình sống trên, nước cịn chất mang lượng (hải triều, thuỷ năng), chất mang vật liệu tác nhân điều hồ khí hậu, thực chu trình tuần hồn vật chất thiên nhiên Có thể nói sống người sinh vật trái đất phụ thuộc vào nước Một ngành sản xuất sử dụng môi trường nước ngành ni trồng thuỷ hải sản, ngành sản xuất quan tâm đem lại lợi nhuận cao cho kinh tế Để có lợi nhuận cao từ ngành nuôi trồng thuỷ hải sản, cần phải ý đến môi trường cho thuỷ hải sản phát triển, mà môi trường nước Trong kinh tế hội nhập, việc tiến hành sản xuất thủ công xưa, sản phẩm làm muốn xuất phải đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế đặt ra, tiêu chuẩn môi trường Vậy yêu cầu đặt phải gắn kết với khoa học cơng nghệ phát triển sản xuất, đủ lực cạnh tranh kinh tế hội nhập [5] Các qui trình cơng nghệ, thiết bị đo đạc, quan trắc môi trường nhập ngoại đắt mà không dễ việc bảo hành, thay Trong ngành khoa học cơng nghệ Việt Nam có bước phát triển mạnh [6] Cần có sách động viên cho việc sử thiết bị khoa học nước sản xuất Nhiệt độ, độ muối, nồng độ ơxy hồ tan độ pH thông số quan trọng môi trường nước, đặc biệt môi trường cho nuôi trồng thuỷ hải sản Đo đạc, quan trắc thông số so sánh với tiêu chuẩn cho trước môi trường cụ thể cho ta báo cáo tình hình mơi trường đó, từ có điều chỉnh để giảm thiểu tác nhân gây hại Trong việc nuôi trồng thuỷ hải sản, ta cần phải quan tâm theo dõi, đánh giá môi trường nước suốt trình phát triển thuỷ hải sản Hiện nay, máy đo đạc thông số môi trường cầm tay bán rộng rãi thị trường, với loại thiết bị ta biết thông số thời điểm quan sát Số liệu ghi chép lại, thường không đầy đủ khơng khách quan Để có số liệu đầy đủ, xác khách quan biến đổi yếu tố mơi trường, phân tích, đánh giá tác động mơi trường q trình, thời gian dài, thay cho việc thường xuyên ghi chép thủ cơng, việc cần có hệ thống tự động thu thập, lưu trữ số liệu cần thiết Nhiều sở nghiên cứu nghiên cứu môi trường, nhập mua hệ thống tự động, thu thập thơng số mơi trường cảm biến kết nối với hệ thiết bị thu thập, lưu trữ Các hệ thống nhập ngoại có ưu điểm hồn chỉnh có tính thương mại cao Tuy nhiên, có nhược điểm đắt tiền, hệ thống hoàn chỉnh nên người sử dụng khó sửa chữa, can thiệp Ngoài ra, cảm biến sau thời gian sử dụng thường bị già hố, khó chuẩn lại, dẫn đến sai số cho phép đo Chính lý đó, luận văn đề cập đến việc sử dụng môdule thu thập lưu trữ xử lý CR10X thương mại, tiến hành khai thác, xây dựng, phát triển làm chủ hệ thống tự động thu thập, lưu trữ xử lý đo thông số môi trường, đặc biệt môi trường nước: nắm thông số phần cứng (các mạch điện mơdule CR10X, loại cảm biến có loại chế tạo loại mua, ghép nối chúng với môdule CR10X); xây dựng phần mềm điều khiển việc tự động thu thập, lưu trữ, xử lý số liệu đo Với hệ thống tự động này, cho phép đo tự động liên tục thường xuyên thông số môi trường nước: nhiệt độ, độ ơxy hồ tan, độ 60 Khi c j hệ (27) giải nghiệm Các hàm số k x thường chọn theo kinh nghiệm đơn giản hàm xk để dễ tính toán Với c j n j xác định nhờ điều kiện (28) Hàm c0 , c1 ,, cn , x gọi hàm nội suy f dùng làm cơng thức để tính giá trị f(x) giá trị x chưa biết Sai số nội suy Gọi Ln(x) hàm nội suy f; Với x [a, b], ta ước lượng sai số f(x) - Ln(x); Với x cho trước, đặt nội suy n n t x0  t xn Khi x khơng mốc t nên tìm số k để: x f x Ln x k Ln t k n x (29) t (30) Xét hàm số Ft f t n Hàm có n + nghiệm phân biệt t = xi (i = 0,…,n) t = x Bằng quy nạp dễ dàng chứng minh tồn điểm c [a,b] cho F(n+1)(c) = Vì Ln đa thức bậc n nên đạo hàm đến cấp (n + 1) biểu thức (30) Ta có: Fn1 c fn1 c kn f Vậy k (31) n c n (32) Và: f x Ln x f n c x n n (33) Điểm c thay đổi x thay đổi Nếu đạo hàm cấp (n + 1) f bị chặn; f n x M x a, b ta có ước lượng 61 n f x Ln x M n n x (34) c Sai số hàm biến Cho hàm số y = f(x) x số gần x0; ký hiệu x y sai số tuyệt đối tương ứng đối số hàm số Ta xét ước lượng sai số hàm đối số biết hai sai số Ước lượng y biết x x Theo công thức số gia hữu hạn ta có: y y0 f c x x0 (35) y0 giá trị y c điểm thuộc miền (x, x0) x < x0 thuộc (x0, x) x0 < x Khi x bé, x gần x0 ta có ước lượng hay y f x x x0 y f x (36) x 7.2 Đánh giá sai số hệ thống Để đánh giá thông số hệ đo điều khiển tự động trên, xét đánh giá số tiêu chuẩn sau đây: a.Độ xác: sai lệch nhỏ giá trị đo so với giá trị chuẩn coi giá trị Trong hệ thống đo tự động thông số mơi trường nước ni trồng thuỷ hải sản, độ xác phụ thuộc vào độ rộng thang đo (độ xác trung bình cho thơng số thu thập từ hệ thống 1,5%) b Độ lặp lại: Với hệ thống này, môdule thu thập số liệu CR10X có độ lặp lại cao, nên độ lặp lại hệ thống thu thập thông số môi trường nước mà xây dựng phụ thuộc vào độ lặp lại cảm biến (các cảm biến thường có độ trơi) 62 c.Độ chọn lọc: Các cảm biến tương ứng với thông số môi trường nước cần thu thập có khả phân biệt giá trị đo nhiễu có; d Dải đo: Là khoảng giá trị phép đo định lượng thực được; dải đo thông số đáp ứng thực tế cho thông số môi trường nước nuôi trồng thuỷ hải sản; e.Độ trơi: Một khía cạnh quan trọng tiêu hệ đo công nghiệp phịng thí nghiệm thiên hướng “trơi” giá trị đo Thí dụ điểm thay đổi từ từ q trình biến đổi nhiệt độ phịng già hố thiết bị Do vậy, với hệ thống đo này, thời gian để chuẩn lại cảm biến 15 ngày; f Độ phân giải: độ xác mà phép đo hiển thị được; g.Thời gian đáp: thiết bị điện tử ln có trễ đại lượng biến đổi cần đo giá trị đo Thời gian đáp thời gian để thiết bị đặt số % giá trị xác định (thí dụ 95%) tồn dải biến đổi 63 Chương 4: ỨNG DỤNG VÀ MỞ RỘNG HỆ THỐNG ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐO ĐẠC TỰ ĐỘNG Hệ thống tự động thu thập, lưu trữ xử lý số liệu đưa vào đo đạc trạm mẫu nuôi trồng thuỷ, hải sản Viện Hải Dương học (Nha Trang - Khánh Hoà) thời gian ngày liên tục, với nguồn nuôi cung cấp cho môdule CR10X ắc-quy không kết nối trực tiếp với máy tính Sau đó, hệ thống đem kết nối với máy tính để lấy số liệu Bảng phần số liệu thu Bảng 8: Các tham số môi trường nước: Date Time: thời gian đo; Temp C: nhiệt độ; Cond (mS/cm) TDS ppt: độ dẫn điện độ muối tương ứng; pHvalue: giá trị pH; DO (%) DOdens (mg/l): nồng độ ơxy hồ tan Date Time 8/10/02 9:20 8/10/02 9:21 8/10/02 9:22 8/10/02 9:23 8/10/02 9:24 8/10/02 9:25 8/10/02 9:26 8/10/02 9:27 8/10/02 9:28 8/10/02 9:29 8/10/02 9:30 8/10/02 9:31 8/10/02 9:32 8/10/02 9:33 8/10/02 9:34 8/10/02 9:35 8/10/02 9:36 8/10/02 9:37 8/10/02 9:38 8/10/02 9:39 8/10/02 9:40 8/10/02 9:41 8/10/02 9:42 Temp C Cond mS/cm TDS ppt pH value DO sat % DO dens mg/l 22.87 35.6 17.8 7.12 65.2 5.22 22.88 35.6 17.8 7.12 65.1 5.21 22.88 35.5 17.7 7.12 65.1 5.21 22.89 35.7 17.8 7.12 65.1 5.21 22.91 35.6 17.8 7.12 65.1 5.21 22.91 35.5 17.7 7.12 65.1 5.21 22.92 35.6 17.8 7.12 65.1 5.21 22.93 35.6 17.8 7.12 65.1 5.21 22.94 35.5 17.7 7.12 65.1 5.21 22.95 35.6 17.8 7.12 65.1 5.21 22.96 35.7 17.8 7.12 65.1 5.21 22.96 35.6 17.8 7.12 65.1 5.21 22.98 35.5 17.7 7.12 65.1 5.21 22.97 35.6 17.8 7.12 65.1 5.21 23 35.6 17.8 7.12 65.1 5.21 22.99 35.5 17.7 7.12 65.1 5.21 23 35.6 17.8 7.12 65.1 5.21 23.01 35.6 17.8 7.12 65.1 5.21 23.02 35.6 17.8 7.12 65.1 5.21 23.01 35.6 17.8 7.12 65.1 5.21 23.01 35.6 17.8 7.12 65.1 5.21 23.03 35.6 17.8 7.12 65.1 5.21 23.04 35.6 17.8 7.12 65.1 5.21 64 Ngoài ra, hệ thống dùng để kiểm tra đo đạc phịng thí nghiệm Kết thu từ hệ thống dạng đồ thị số liệu dạng bảng Ta quan sát trực tuyến máy tính, khơng trực tuyến Khoảng cách hai lần đo liên tiếp điều khiển phần mềm chương trình, nhằm mục đích giản thiểu khơng gian nhớ Dưới số hình ảnh đo đạc, kiểm tra Phịng thí nghiệm: Hình 25: Tập thể cán nghiên Hình26: Số liệu hiển thị dạng trực tuyến cứu kiểm tra đo đạc Phịng thí nghiệm MỞ RỘNG ỨNG DỤNG HỆ THỐNG 2.1 Hệ thống quản lý số liệu từ xa Với hệ thiết bị cho phép quản lý số liệu từ xa: Tức xây dựng trung tâm quản lý số liệu, thích hợp cho vùng sâu, vùng xa, nơi mà việc lấy số liệu khó khăn địa hình hiểm trở điều kiện khác Mơ hình điều khiển quản lý số liệu từ xa thực cách ghép nối thông qua mô-đem đường dây điện thoại: Qua mạng điện thoại công cộng; mạng di động tế bào; qua vệ tinh Hình vẽ minh hoạ việc thực kết nối 65 Hình 27: Mơ hình quản lý điều khiển từ xa 2.2 Hệ thống đo đạc cảnh báo khí tượng thuỷ văn Ngồi tính phục cho việc thu thập xử lý số liệu môi trường nước, mơdule CR10X cịn có khả ứng dụng việc tự động hoá việc thu thập số liệu truyền số liệu, cảnh báo ngành Khí tượng Thuỷ văn ngành quan trắc mơi trường khác muốn tự động hoá việc thu thập, lưu trữ xử lý số liệu Với hệ thống đo đạc cảnh báo Khí tượng Thuỷ văn đây, cho phép xử lý thông số môi trường (lưu lượng mưa, tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ, độ ẩm …) Đây thông số kỹ thuật cần thiết ngành Khí tượng Thuỷ văn Thay cho việc ghi chép thủ công số liệu hàng ngày, hệ thống cho phép thu thập, lưu trữ, xử lý số liệu Dựa vào số liệu thống kê được, từ có dự báo cụ thể phục vụ cho ngành khác từ sản xuất đến sinh hoạt hàng ngày Dữ liệu truyền trung tâm đường truyền vô tuyến hữu tuyến Số liệu trung tâm xử lý đưa cảnh báo dự báo môi trường 66 Môdule thu thập số liệu Cảm biến: đo tốc độ/ hướng gió, độ ẩm, nhiệt độ khơng khí Cảm biến: đo xạ mặt trời CR10X Cảm biến Cảm biến TRẠM GỐC Đường truyền vô tuyến (trải phổ) Modem GSM, Vệ tinh mặt đất Hình 28: Mơ hình dự báo cảnh báo môi trường Hệ thống đo đạc tự động thơng số Khí tượng nhóm nghiên cứu kết hợp với Cục mạng lưới- Tổng cục Khí tượng Thuỷ văn xây dựng trạm quan sát Khí tượng Phú Thụy (Gia Lâm - Hà Nội): (a) (b) 67 Hình 29: Hệ thống đo khí (d) (c) tượng: (a) Cảm biến đo lưu lượng mưa; (b) Cảm biến hiển thị giá trị tốc độ/hướng gió; (c) Trạm tự động quan trắc Khí tượng Đặc điểm hệ thống: Máy đo mưa tự ghi kết hợp cảm biến đo mưa chao lật với datalogger ghi theo nguyên lý liên tục lưu giữ liệu thời gian dài Với số liệu thu thời gian dài thuận lợi cho việc đánh giá (từ phương thức nội/ ngoại suy) lưu lượng mưa cho vùng thời gian Đây tiên đoán quan trọng đời sống sản xuất Thiết bị đo liên tục tháng với khoảng ghi 10 phút Ngoài việc dùng để đo lượng mưa xác, thiết bị cịn dùng để đo dòng chảy mưa bão Với hệ thiết bị đo hướng gió tốc độ gió, tiêu quan trọng ngành hàng không dự báo khí tượng TÍNH KHOA HỌC VÀ KINH TẾ CỦA HỆ THỐNG ĐO ĐẠC TỰ ĐỘNG Việc nghiên cứu chế tạo cảm biến đo môi trường việc thiết kế, xây dựng hệ đo tự động thông số mơi trường có ý nghĩa lớn mặt khoa học kỹ thuật, giúp đánh giá chất lượng mơi trường, để từ có giải pháp, điều chỉnh cho phù hợp cho phát triển chung Đây chủ trương mà nhà hoạch định mơi trường nhiều nước có Việt Nam quan tâm Nguyên tắc đo máy đo: mạch điện tử q trình điện hố Khơng thể chế tạo cảm biến không nắm chất điện hố q trình 68 kỹ thuật đo đạc Ngồi ra, việc xây dựng thành cơng hệ thống tự động thu thập, lưu trữ xử lý số liệu phần mềm tự viết công cụ đắc lực nghiên cứu triển khai ứng dụng Có thể nói việc chế tạo cảm biến máy đo việc ghép nối cảm biến thành hệ đo hoàn chỉnh thơng số mơi trường địi hỏi nhiều kiến thức đầu tư cần thiết Việc nghiên cứu triển khai hệ thống chắn thúc đẩy cách mạnh mẽ ngành khoa học nghiên cứu quan trắc môi trường Các cảm biến phận quan trọng khơng thể thiếu được, khó thay với hệ thống đo đạc hay điều khiển tự động Việc hỏng cảm biến kèm theo việc ngừng hoạt động hệ thống gây thiệt hại nghiên cứu sản xuất Ngồi ra, việc xây dựng thành cơng hệ thống tự động thu thập, lưu trữ xử lý số liệu đo môi trường tiến bước đường tự động hoá thiết bị đo đạc thay cho thủ cơng, sức người Như vậy, ngồi ý nghĩa khoa học, cịn bao gồm ý nghĩa kinh tế 69 KẾT LUẬN Các kết đạt luận văn bao gồm: Đã chế tạo thành công cảm biến máy đo nồng độ ơxy hồ tan sở điện cực kiểu Clark với vật liệu phổ thông, cảm biến đo nhiệt độ, độ dẫn điện (độ muối) với cấu trúc vật liệu thích hợp, có độ bền, độ xác cao thích hợp cho đo đạc nghiên cứu môi trường nước nuôi trồng thuỷ hải sản; Đã xây dựng phần mềm chương trình điều khiển, thu thập, lưu trữ xử lý số liệu đo thông số môi trường nước nuôi trồng thủy hải sản từ cảm biến tương ứng; Đã thiết kế, xây dựng hệ thống có ghép nối với máy tính để tự động việc thu thập, lưu trữ xử lý số liệu môi trường nước Đã tiến hành kiểm chuẩn, đánh giá sai số hệ thống Phịng thí nghiệm Hệ thống làm việc ổn định, xác, nhanh chóng cung cấp thơng số môi trường nước nuôi trồng thủy hải sản: nhiệt độ, độ muối, độ ơxy hồ tan, độ pH với thông số kỹ thuật:  Nhiệt độ: Dải đo 500C, sai số 1,5%;  Độ muối: Dải đo 50 g/l, sai số 1,5%;  Độ ơxy hồ tan: Dải đo  Độ pH: Dải đo 20 mg/l, sai số 1,5%; 14 pH, sai số 1,5% Đã sử dụng hệ thống để nghiên cứu tính như: độ ổn định, thời gian đáp ứng,… số loại cảm biến: nhiệt độ, độ muối, độ ơxy hồ tan, pH; 70 Đã triển khai ứng dụng thử hệ thiết bị cho đo đạc thực tế môi trường nước nuôi trồng thuỷ hải sản Ngoài ra, luận văn đề cập đến việc đề xuất khả mở rộng ứng dụng hệ thống cho mục đích khác CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN [1] Đào Đức Khang, Dương Ngọc Tùng, Lê Văn Hồng, Lê Thị Trọng Tuyên, Ngô Quang Minh: “Chế tạo máy đo ôxy hoà tan (DO-Meter) sử dụng cho môi trường nuôi trồng thuỷ sản” Tuyển tập Hội nghị Vật lý ứng dụng Tồn quốc lần thứ II, Hồ Chí Minh, 10-11 tháng 12 năm 2004 [2] Đào Đức Khang, Dương Ngọc Tùng, Lê Văn Hồng, Lê Thị Trọng Tuyên, Ngô Quang Minh: “Nghiên cứu, chế tạo cảm biến đo nồng độ ôxy hoà tan sử dụng cho môi trường nuôi trồng thuỷ sản” Tuyển tập Hội nghị Mơi trường Tồn quốc lần thứ II, Hà Nội, 23-25 tháng năm 2005 [3] Ngô Quang Minh, Đào Đức Khang, Phan Hồng Khôi: “Nghiên cứu chế tạo cảm biến đo độ dẫn, độ muối” Tuyển tập Hội nghị Mơi trường Tồn quốc lần thứ II, Hà Nội, 23-25 tháng năm 2005 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Dương Đức Tiến; Báo cáo “Đánh giá trạng nước mặt nước thải số ngành công nghiệp Hà Nội”; Hà Nội (1991) [2] http://www.nea.gov.vn [3] Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến, Giáo trình Cảm biến, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội - 2002 [4] Ngơ Diên Tập, Giáo trình Đo lường điều khiển máy tính, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội - 1997 [5] Trần Văn Quỳnh, Tạp chí Khuyến ngư Việt nam, số (2002), trang [6] Hội nghị vô tuyến điện tử Việt Nam lần thứ IV (11/1992), tập 1, trang 527 [7] Lê Quốc Hùng, Nguyễn Kiên Cường; “Phương pháp đo đường cong phân cực xác định vùng làm việc tối ưu chất lượng điện cực ơxy kiểu Clark”; Tạp chí phân tích hố học, sinh học địa chất, 1996 [8] Lê Quốc Hùng, Phạm Hồng Phong, Nguyễn Kiên Cường, Phan Thị Bình, Đỗ Quang Minh; “Ứng dụng máy vi tính để đo thời gian cảm ứng điện cực ôxy” Tuyển tập Hội nghị Tin học ứng dụng hoá học; Hà Nội, 7/ 1993 [9] Đào Đức Khang, Dương Ngọc Tùng, Lê Văn Hồng, Lê Thị Trọng Tuyên, Ngô Quang Minh: “Chế tạo máy đo ơxy hồ tan (DO-Meter) sử dụng cho môi trường nuôi trồng thuỷ sản” Tuyển tập Hội nghị Vật lý ứng dụng Toàn quốc lần thứ II, Hồ Chí Minh, 10-11/12/2004 72 [10] Đào Đức Khang, Dương Ngọc Tùng, Lê Văn Hồng, Lê Thị Trọng Tuyên, Ngô Quang Minh: “Nghiên cứu, chế tạo cảm biến đo nồng độ ơxy hồ tan sử dụng cho môi trường nuôi trồng thuỷ sản” Tuyển tập Hội nghị Mơi trường Tồn quốc lần thứ II, Hà Nội, 23-25/4/2005 [11] Ngô Quang Minh, Đào Đức Khang, Phan Hồng Khôi: “Nghiên cứu chế tạo cảm biến đo độ dẫn, độ muối” Tuyển tập Hội nghị Mơi trường Tồn quốc lần thứ II, Hà Nội, 23-25/4/2005 [12] Trần Quang Vinh, Giáo trình thực hành Đo lường điều khiển kỹ thuật ghép nối máy tính, Hà Nội - 2001 Tiếng Anh [13] Standard methods for examination of water and waste water; ALPHANew York, USA (1986) [14] Le T T Tuyen, K Potje Kamloth, and H D- Liess: “Electrical properties of doped polypyrrole/silicon heterojunction diodes and their response to NOX gas” Thin Solid Films 292 (1997) 293-298 [15] Le Thi Trong Tuyen, Dang Xuan Vinh, Phan Hong Khoi, and G Gerlach: “Highly sensitive NOX - gas sensor based on a Au/n-Si Schottky diode” Sensors and Actuators B 84 (2002) 226-230 [16] Le Thi Trong Tuyen, K Potje-Kamloth, Phan Hong Khoi and H D Liess: “Doped polypyrrole/silicon heterojunction diodes for NOX-sensing” The 6th International Meeting on chemical sensors, Gaithersburg, USA, 22-25 July, 1996, OR-180 [17] Phan Ngoc Minh, Nguyen Tuan Hong, Ngo Quang Minh, Phan Hong Khoi, Yuka Nomura, Takahito Ono, and Masayoshi Esashi: “Schottky emitters with carbon nanotubes as electron source” TRANSDUCER-2005, Seoul, Korea; June 5-9, 2005 73 [18] Water quality checker, Model WQC-20A Instruction Manual, Product Inspection certificate TOA Electronics Ltd [19] CR10X measurement and control module instruction manual, Copyright 2000 Campbell Scientific, Inc [20] Rencontres du Vietnam, Electrochemical sensors for water quality, Juauary 4-10, 1999 Hanoi, Vietnam [21] Lessber M.A and Brierley G.P “Oxygen electrode measurement in biochemical analysis” Methods of biochemical ananlysis, Ed by Divid Glick London Intersc Publishers Vol.17,(1969) [22] R W Cattrall, Chemical Sensor, Oxford New York Melbourne, oxford University Pres, 1997, p.30 [23] Parker D., Delpy D., LewisM, Medical & Biological Engineering & Computing Sempt (1978), pp 599-600 74 PHỤ LỤC ... biến đo nhiệt độ độ dẫn (độ muối) thiết kế, xây dựng hệ thống đo tự động thông số mơi trường nước Nội dung luận văn thiết kế, xây dựng hệ thống đo tự động lưu trữ thông số môi trường nước nuôi trồng. .. Vật lý lượng cao (Đại học Bách Khoa Paris), Cộng hoà Pháp, nghiên cứu, chế tạo cảm biến việc xây dựng hệ thống tự động thu thập, lưu trữ xử lý số liệu đo môi trường nước nuôi trồng thu? ?? hải sản: ... 28 3558 6,0 25 5337 8,0 23 021 0 10,0 20 7 807 12, 0 187803 14,0 169 924 18 16,0 153 923 18,0 139588 20 ,0 126 729 22 ,0 115179 24 ,0 104796 26 ,0 95449 28 ,0 87 026 30,0 79 428 32, 0 725 67 34,0 66365 36,0 607 52 38,0