Thiết kế thiết bị cảnh báo mức nước trong mùa bão lũ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CẢNH BÁO MỨC NƯỚC TRONG MÙA BÃO LŨ Sinh viên thực hiện: ĐẶNG ANH TUẤN Lớp 54K2 CNKTĐ-ĐT Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN TIẾN DŨNG Nghệ An, 05-2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CẢNH BÁO MỨC NƯỚC TRONG MÙA BÃO LŨ Sinh viên thực : ĐẶNG ANH TUẤN Lớp 54K2 CNKTĐ-ĐT Giảng viên hướng dẫn : TS NGUYỄN TIẾN DŨNG Cán phản biện : GV PHẠM MẠNH TOÀN Nghệ An, 05-2018 Đánh giá đồ án tốt nghiệp Giảng viên đánh giá: TS Nguyễn Tiến Dũng Sinh viên thực hiện: Đặng Anh Tuấn MSSV: 135D5103010060 Tên đồ án: Thiết kế thiết bị cảnh báo mức nước mùa bão lũ Chọn mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo tiêu chí đây: Rất (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5) Có kết hợp lý thuyết thực hành (20) Nêu rõ tính cấp thiết quan trọng đề tài, vấn đề giả thuyết (bao gồm mục đích tính phù hợp) phạm vi ứng dụng đồ án Cập nhật kết nghiên cứu gần (trong nước/quốc tế) Nêu rõ chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải vấn đề Có kết mơ phỏng/thưc nghiệm trình bày rõ ràng kết đạt Có khả phân tích đánh giá kết (15) Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu phương pháp thực dựa kết nghiên cứu lý thuyết cách có hệ thống Kết trình bày cách logic dễ hiểu, tất kết phân tích đánh giá thỏa đáng Trong phần kết luận, tác giả rõ khác biệt (nếu có) kết đạt mục tiêu ban đầu đề đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất hướng giải thực tương lai Kỹ viết (10) Đồ án trình bày mẫu quy định với cấu trúc chương logic đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, đánh số thứ tự giải thích hay đề cập đến đồ án, có lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo có trích dẫn quy định Kỹ viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận logic có sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn trường hợp) a Có báo khoa học đăng chấp nhận đăng/đạt giải SVNC khoa học giải cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học (quốc tế/trong nước) từ giải trở lên/ Có đăng ký phát minh sáng chế b Được báo cáo hội đồng cấp Viện hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học không đạt giải từ giải trở lên/Đạt giải khuyến khích kỳ thi quốc gia quốc tế khác chuyên ngành c Không có thành tích nghiên cứu khoa học Điểm tổng /50 Điểm tổng quy đổi thang 10 Nhận xét thêm Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét thái độ tinh thần làm việc sinh viên) Nghệ An, ngày… tháng 05 năm 2018 Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) Đánh giá đồ án tốt nghiệp Giảng viên đánh giá: GV Phạm Mạnh Toàn Sinh viên thực hiện: Đặng Anh Tuấn MSSV: 135D5103010060 Tên đồ án: Thiết kế thiết bị cảnh báo mức nước mùa bão lũ Chọn mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo tiêu chí đây: Rất (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5) Có kết hợp lý thuyết thực hành (20) Nêu rõ tính cấp thiết quan trọng đề tài, vấn đề giả thuyết (bao gồm mục đích tính phù hợp) phạm vi ứng dụng đồ án Cập nhật kết nghiên cứu gần (trong nước/quốc tế) Nêu rõ chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải vấn đề Có kết mơ phỏng/thưc nghiệm trình bày rõ ràng kết đạt Có khả phân tích đánh giá kết (15) Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu phương pháp thực dựa kết nghiên cứu lý thuyết cách có hệ thống Kết trình bày cách logic dễ hiểu, tất kết phân tích đánh giá thỏa đáng Trong phần kết luận, tác giả rõ khác biệt (nếu có) kết đạt mục tiêu ban đầu đề đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất hướng giải thực tương lai Kỹ viết (10) Đồ án trình bày mẫu quy định với cấu trúc chương logic đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, đánh số thứ tự giải thích hay đề cập đến đồ án, có lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo có trích dẫn quy định Kỹ viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận logic có sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn trường hợp) a Có báo khoa học đăng chấp nhận đăng/đạt giải SVNC khoa học giải cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học (quốc tế/trong nước) từ giải trở lên/ Có đăng ký phát minh sáng chế b Được báo cáo hội đồng cấp Viện hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học không đạt giải từ giải trở lên/Đạt giải khuyến khích kỳ thi quốc gia quốc tế khác chun ngành c Khơng có thành tích nghiên cứu khoa học Điểm tổng /50 Điểm tổng quy đổi thang 10 Nhận xét thêm Thầy/Cô Nghệ An, ngày… tháng 05 năm 2018 Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Viện Kỹ Thuật & Công Nghệ Độc lập – tự – Hạnh phúc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên thiết kế: Đặng Anh Tuấn Lớp: K54K2 CNKTĐ-ĐT Khóa: 54 Ngành: CNKTĐ-ĐT Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Tiến Dũng ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CẢNH BÁO MỨC NƯỚC TRONG MÙA BÃO LŨ I Đặt vấn đề Giới thiệu vấn nạn lũ lụt đưa cách thức cảnh báo II Thiết kế thiết bị cảnh báo Giới thiệu loại cảm biến chọn cảm biến Giới thiệu tổng quansơ đồ khối nguyên lý hoạt động Thiết kế khối mơ hình Chi tiết khối chức khối III Lắp đặt, thử nghiệm đưa kế hoạch tương lai Lắp đặt hệ thống Đưa hướng tương lai để phát triển thiết bị Kết luận nguồn tài liệu tham khảo, hướng dẫn MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU - CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ - 1.1 Đặt vấn đề - 1.2 Các phương pháp cảnh báo thực tế - CHƯƠNG II THIẾT KẾ THIẾT BỊ CẢNH BÁO - 2.1 Giới thiệu loại cảm biến chọn cảm biến cho thiết bị - 2.1.1 Cảm biến đo mức nước dạng phao - 2.1.2 Cảm biến đo mức nước dạng phao tuyến tính - 2.1.3 Cảm biến đo mức nước dạng quang - 2.1.4 Cảm biến đo mức nước dạng siêu âm - 10 2.1.5 Cảm biến siêu âm RSF05 dùng cho mạch Arduino - 11 2.1.6 Đề xuất phương án lựa chọn - 12 2.2 Giới thiệu tổng quan sơ đồ khối nguyên lý hoạt động thiết bị - 13 2.3 Thiết kế khối mơ hình - 14 2.3.1 Cảm biến siêu âm - 14 2.3.2 Bo mạch kết nối liên kết khối lại với - 15 2.3.3 Modul I2C LCD - 17 2.3.4 Modul Wifi - 18 2.3.5 Chương trình Blynk tạo giao diện sử dụng setup, giám sát hiển thị - 21 - 2.3.6 Bo mạch Arduino mã code để nạp cho thiết bị - 24 2.3.7 Ắc quy cấp nguồn - 34 2.3.8 Pin mặt trời cấp nguồn nạp cho ắc quy - 35 2.3.8 Mạch ổn áp mạch sạc pin - 36 – CHƯƠNG III LẮP ĐẶT THỬ NGHIỆM - 38 3.1 Lắp đặt thử nghiệm mơ hình - 38 3.2 Các hướng phát triển tương lai - 45 KẾT LUẬN - 46 - delayMicroseconds(2); digitalWrite(trig,HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(trig,LOW); t = pulseIn(echo,HIGH); d = t*0.034/2; h_cotnuoc = h_cambien - d; // LCD hiển thị lcd.setCursor(3,0); thông số lcd.print("DO AN TOT NGHIEP"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Muc nuoc: "); lcd.print(h_cotnuoc); "); lcd.print(" cm // lcd.setCursor(0,2); lcd.print("SET"); lcd.setCursor(5,2); lcd.print("Muc1"); lcd.setCursor(10,2); lcd.print("Muc2"); lcd.setCursor(15,2); lcd.print("Muc3"); - // lcd.setCursor(5,3); lcd.print(set_muc1); lcd.setCursor(10,3); lcd.print(set_muc2); lcd.setCursor(15,3); lcd.print(set_muc3); // 35 - 2.3.7 Ắc quy cấp nguồn Ở sử dụng ắc quy 12V – 2A để vừa đủ cấp cho bo mạch hoạt động Với mạch Arduino qua IC LM7809 cho nguồn 9V chuẩn cho mạch hoạt động khơng gây nóng mạch, khơng làm mạch hoạt động tải gây hư hỏng Bên cạnh Modul Wifi Chúng ta sử dụng nhiều loại ắc quy khuyên dùng loại ắc quy 12V – – 3A để ổn định an tồn cho thiết bị Hình 2.19: Ắc quy 12V – 2A Để cấp nguồn cho thiết bị hoạt động lâu dài phải sử dụng nguồn liên tục nên nguồn để sử dụng ắc quy có thiết bị nạp điện cho nguồn 2.3.8 Pin mặt trời cấp nguồn nạp cho ắc quy Để trì nguồn điện liên tục cho mạch hoạt động cần phải có nguồn cấp liên tục nạp cho ắc quy dự phịng Chúng ta khơng thể sử dụng nguồn trực tiếp từ pin mặt trời nguồn phát từ máy phát - Thứ pin mặt trời nguồn khơng ổn định phụ thuộc vào ánh sáng - Thứ hai nguồn phát xảy cố mà không trực tiếp đến sửa chữa bảo trì kịp thời để mạch ln hoạt động - 36 - - Thứ ba thiết bị để vùng thiên tai nên khơng thường xun bảo trì sửa chữa Thế nên ắc quy nguồn ni cần nạp điện liên tục trì nguồn cấp ba lí nên phải có nguồn sạc cho ắc quy chọn pin mặt trời nguồn lượng xanh bảo vệ mơi trường để cấp nguồn cho mạch sạc pin Hình 2.20: Pin mặt trời, nguồn lượng thân thiện từ thiên nhiên Sau biến đổi quang thành điện pin mặt trời cấp nguồn cho mạch ổn áp mạch sạc ắc quy Từ giải vấn đề lượng 2.3.8 Mạch ổn áp mạch sạc pin Vì pin mặt trời phụ thuộc vào nguồn lượng ánh sáng cấp nguồn không liên tục nguồn quy định nên phải sử dụng mạch ổn áp tơi sử dụng mạch ổn áp có IC LM7812 để ngõ điện áp 12V - 37 - Hình 2.21: Mạch ổ áp sử dụng IC LM7812 Điện áp đầu vào cực đại: 35V Dòng cực đại trì: 1A Dịng đỉnh: 2.2A IC ổn áp L7812CV mạch tích hợp sẵn gói TO-220 với điện áp đầu cố định 12V IC L7812CV cung cấp điện áp đầu với dịng điện lớn Hình 2.21: Mạch ngun lý ổn áp sử dụng IC họ 78xx Đối với IC L7812CV có tích hợp bảo vệ nhiệt, bảo vệ ngắn mạch giữ vùng hoạt động an tồn Transistor cơng suất mạch, để bảo vệ cho khơng thể phá hủy Mặc dù thiết kế chủ yếu điều chỉnh điện áp cố định, thiết bị sử dụng với thành phần bên để có điện áp điều chỉnh dịng - 38 - Mạch nạp mạch quan trọng không nguồn bảo vệ ắc quy khỏi đầy điện gây hỏng hóc Hình 2.22: Ngun lý mạch nạp ắc quy tự ngắt dầy - 39 - CHƯƠNG III LẮP ĐẶT THỬ NGHIỆM VÀ KẾ HOẠCH TRONG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI 3.1 Lắp đặt thử nghiệm mơ hình Sau lắp khối lại, nạp code cho Arduino tiến hành thử nghiệm cho thiết bị hoạt động Nói chung cách lắp đặt dễ dàng nhanh chóng Chỉ giai đoạn nạp code sửa thông số ban đầu cho bo mạch hoạt động yêu cầu người nạp code phải có kiến thức lập trình Ở đổi tên mật Wifi đăng nhập code Thay đổi mức đo ban đầu, mức tác động Yêu cầu lắp đặt xác độ thẳng đứng cho cảm biến để cảm biến hoạt động tin cậy Tất phần bo mạch yêu cầu cách li nước để không bị hư hỏng Cảm biến hoạt động tin cậy mức từ 0-3 mét Luôn có nguồn điện trì cho thiết bị hoạt động thường xuyên Sau hình ảnh thực tế thiết bị mức cảnh báo hoạt động ổn định - 40 - Hình 3.1: Mạch nạp cho ắc quy gắn vào mơ hình Hình 3.2: Bo bo mạch sau nạp code gắn ảm biến đầy đủ - 41 - Hình 3.3: Mạch cấp nguồn bắt đầu kết nối Hình 3.4: sau kết nối nhận liệu setup gốc - 42 - Hình 3.5: Trên chương trình Blynk bắt đầu cài đặt thơng số mức cảnh báo - 43 - Hình 3.6: Màn hình Blynk chưa có nước tác động Khi chưa có tác động thiết bị khơng có rơ le bật thơng tin gữi liên tục chương trình Blynk Mỗi 10 µ𝑠 cảm biến có chu kỳ phát sóng để mạch xử lí phát có nước dâng lên - 44 - Hình 3.7a: Chương trình Blynk thơng báo tác động Hình 3.7b: Trên thiết bị tác động mức - 45 - Khi nước dâng q 20CM có thơng tin báo chương trình Blynk (Hình 3.7a) thiết bị bật đèn cảnh báo hiển thị mức nước (Hình 3.7b) Hình 3.8a: Chương trình Blynk thơng báo tác động Hình 3.8b: Trên thiết bị tác động mức - 46 - Khi mức nước cao đến mức (ở tơi cài mức 30CM) chương trình Blynk hiển thị mức nước (Hình 27a) thiết bị đèn mức bào đồng thời hiển thị mức nước LCD (Hình 27b) Hình 3.9a: Chương trình Blynk thơng báo tác động Hình 3.9b: Trên thiết bị tác động mức Khi mức nước cao đến mức (ở cài mức 40CM) chương trình Blynk hiển thị mức 43CM (Hình 28a) đồng thời thiết bị đèn mức sáng LCD hiển thị mức nước (Hình 278b) - 47 - Nhận xét: Sau ngày thử nghiệm liên tục tơi có nhận xét sau: - Thiết bị hoạt động khác ổn định xác - Thiết bị có độ tin cậy độ nhạy tác động cao - Tuy nhiên độ trễ để rơ le hoạt động đến 10s mức nước thay đổi đột ngột 3.2 Các hướng phát triển tương lai Trong tương lai muốn phát triển thêm quy mơ cho thiết bị nhiều tính có cảm biến gia tốc đo tốc độ dịng chảy nước Gữi thơng tin văn trung tâm kiểm sốt Bất theo dõi mức nước lũ mạng internet để cảnh giác đưa nhiều phương án cách li đối phó có thiên tai xảy - 48 - KẾT LUẬN Trên tơi trình bày hồn chỉnh đồ án Thiết Bị Điện “Thiết kế thiết bị cảnh báo mức nước mùa bão lũ” Qua xin chân thành cảm ơn giúp đỡ hướng dẫn Thầy Nguyễn Tiến Dũng (Thầy hướng dẫn đồ án tốt nghiệp tôi) Các thầy cô Viện Kỹ Thuật Công Nghệ cho tơi góp ý mượn thiết bị thực hành để hoàn thiện sản phẩm Tuy có cố gắng tơi khơng thể tránh thiếu sót Mong Thầy Cơ, Bạn có đóng góp ý kiến để sản phẩm hồn thiện Ghi chú: Trong đồ án có sử dụng số thông tin mạng internet sách Điện Tử Cơ Bản Để hồn thiện sản phẩm tơi tham khảo nhiều nguồn tài liệu nhận giúp đỡ Anh trai cách lập trình Arduino, thiết kế mạch điện phần mền Altium Các thiết bị mua nhiều nguồn địa bàn thành phố - 115 Nguyễn Viết Xuân - 69 Phạm Đình Tối - 98 Thái Phiên - Các nguồn lạp trình internet Về lập trình Arduino thơng qua Anh trai nguồn tài liệu từ: + http://tdhshop.com.vn/tai-lieu-lap-trinh-arduino-cho-nguoi-moi-bat-dau Về Module I2C: + https://github.com/esp32vn/esp32-iot-uno + https://esp32.vn/idf/i2c.html Và bạn lớp - 49 - ... để giảm thiếu đến mức tối việc cảnh báo mức nước có cố Sau suy nghĩ thực chúng tơi thiết kế mơ hình cảnh báo mức nước đơn giản giúp nhận thấy mức nước lũ, có đèn chng cảnh báo để người tham gia... việc dự báo thời tiết góp phần cảnh báo việc mưa lũ vùng Hình 1.2: Dự báo thời tiết thiên tai bão lũ Tuy nhiên dự báo mang tính cảnh báo, mức độ xác cao khơng thể biết vùng có bão lũ mức nước bao... NGHIỆP Sinh viên thiết kế: Đặng Anh Tuấn Lớp: K54K2 CNKTĐ-ĐT Khóa: 54 Ngành: CNKTĐ-ĐT Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Tiến Dũng ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CẢNH BÁO MỨC NƯỚC TRONG MÙA BÃO LŨ I Đặt vấn