Giải thuật điều khiển trung tâm thể hiện ở Hình 4.4. Các khối chức năng được giải thích như
sau:
- Khai báo các thông số hệ thống: khai báo thời gian đo trong ngày, khai báo góc quay
tối đa của RC servo motor, khai báo thời gian cuộn tối đa cho động cơ DC.
- Di chuyển đầu dò đến vùng đo: RC Servo motor sẽ xoay trục B đưa đầu dò sang vùng
đo
- Hạ đầu dò xuống nước: Động cơ DC cuộn thảo đầu dị xuống nước ao ni
- Thực hiện đo các thông số môi trường: Gửi lệnh yêu cầu đo các thông số môi trường
44
- Kéo đầu dò lên: Động cơ DC cuộn đưa đầu dò lên cao
- Di chuyển đầu dò đến can nhựa: SR Servo motor xoay trục đưa đầu dò trở về can
nhựạ
- Hạ đầu dò xuống, làm sạch đầu dò: Động cơ DC cuộn thả đầu dò xuống nước ở can
nhựa để rửa sạch đầu dò.
- Kéo đầu dò lên: Động cơ DC cuộn thả kéo đầu dò lên treo trên mặt nước.
c) Thiết kế cơ khí đầu dị tích hợp
Hình 4. 6. Mơ hình cơ khí của đầu do cảm biến tích hợp
Mơ hình thiết kế cơ khí cho đầu dị tích hợp như Hình 4.6. Các cảm biến được bố trí tại các lỗ
định vị a) xung quanh đĩa gá đỡ cảm biến a). Hai trục định vị cảm biến cố định các đĩa gá đỡ. Đĩa gá đở trên cùng được bắt thêm bulon tạo thành trục treo cho tồn bộ đầu dị cảm biến tích hợp. Nắp và vỏ là ống nhựa PVC, được dùng để che phủ cho đầu dò, chống thấm nước và chống va đập khi vận chuyển.
d) Thiết kế cơ khí hệ thống
45
Hình 4. 7. Hệ truyền động cho trạm BTS
Hệ truyền động cho motor DC gồm 2 cơ cấu truyền động xoay của RC Servo motor và truyền
động cuộn lên xuống của động cơ DC như Hình 4.6. Bản vẽ chi tiết thể hiện trong phụ lục đính kèm. Chi tiết thiết kế xem ở Phụ lục Ẹ
iị Thiết kế hệ thống khung bao và phao thuyền
Hình 4. 8. Hệ thống khung bao và phao thuyền
Hệ thống khung bao và phao thuyền như Hình 4.7. Khung bao sử dụng INOX 304 không rỉ chịu được môi trường nước biển. Khung được định vị giữa phao, được thiết kế kết hợp chức năng gá đỡ hộp điều khiển, kết dính phao thuyền và định vị khay chứa can nhựa và vùng đọ Bản vẽ chi tiết trong phụ lục đính kèm.
Phao thuyền sử dụng nhựa HDPE chuyên dụng cho thủy sản, kích thước 160cm x35cm x20cm. Sử dụng 2 phao có thê nâng nổi hồn tồn hệ thơng trạm BTS.
46
Chương 5. Kết quả 5.1. Kết quả mơ hình trạm cảm biến tích hợp giám sát các thơng số mơi trường nước ao
ni tơm
Hệ thống trạm tích hợp đa cảm biến được lặp đặt như Hình 5.1, hình chụp hệ thống đầu dị tích hợp được kiểm tra trước khi đóng vỏ nhựa để bảo vệ chống va đập và chống nước. Các đầu đị cảm biến được bố trí cố định vị trí trên các đĩa Mikạ Board Switch/driver2 được ghép nối với board Arduino UNO để điều khiển tích hợp các đầu dị cảm biến.
Sau khi được đóng vỏ, đầu dị tích hợp sẽ được treo lên pully truyền động lên xuống bởi một
motor DC để có thể hạ xuống mặt nước đo các thơng số mơi trường và sau đó được kéo lên di chuyển đến can nhựa đựng nước sạch để làm sạch đầu dị.
Hình 5. 1. Hình chụp hệ thống đầu dị tích hợp
Hình 5.2 là hình chụp bộ điều khiển trung tâm nơi ghép tích hợp các mơ đun: nguồn +5V/5A, board Switch/driver 1, board vi điều khiển Arduino UNO, mô đun SIM900 và các mô đun
driver cho động cơ DC. Bên cạnh đó, hệ thống được tích hợp thêm Pannel và mô đun điều
khiển sạc PIN accu bằng năng lượng mặt trời, đảm bảo hệ thống có thể hoạt động 24/24 ngồi đồng trống.
Hình 5.3 là hình chụp tồn cảnh hệ thống trạm tích hợp đa cảm biến. Hệ thống được che phủ
bằng Alumi nhựa, được nâng đỡ trên 2 phao nổi chuyên dụng. Toàn bộ khung và ke đỡ được sử dụng vật liệu INOX 304 chống gỉ.
47
Hình 5. 2. Hình chụp bộ điều khiển trung tâm
48
5.2. Kết quả số liệu khảo nghiệm của trạm cảm biến tích hợp giá sát các thông số môi trường nước ao nuôi tôm
Bảng 5. 1. Thống kê dữ liệu đo đạc được gửi lên Azure Cloud và hiển thị trên website
Dữ liệu báo cáo cáo thấy kết quả các số liệu đo đạc từ trạm cảm biến tích hợp được truyền
qua sóng GSM và gửi lên Azure Cloud, tại trang web:
https://app.powerbịcom/view?r=eyJrIjoiZjI3NTIzODEtNmYzMC00MDdiLWIxNmUtZTc5NT U2YzAyNDFlIiwidCI6Ijk0OGFlNTIzLTA4YmQtNDE0ZS1hMjg3LTIyZGEzZTQ2YzFlYiIsIm MiOjEwfQ%3D%3D
Để đối chiếu kết quả các thông số môi trường đo bằng hệ thống trạm tích hợp đa cảm biến BTS với kết quả đo của các mày đo chuyên dụng khác nhaụ Bảng 5.1 trình bày kết quả đo đặc tổng hợp 5 thông số thể hiện trong các phép thử nghiệm khác nhau được trình bày
49
Thực nghiệm đầu tiên. Sử dụng máy đo EXTECH PH100 để kiểm tra thông số độ PH. Dung
dịch thử nghiệm dùng chanh thay cho axit tự nhiên có nồng độ pha vào chậu nước thay đổi
PH từ 2 –6 và dùng nước tẩy javen có độ PH từ 10-13. 14 phép thử được thực hiện. Kết quả thể hiện ở Bảng 5.2. BTS_PH là giá trị độ PH đo được của hệ thống và Extech PH100 là giá trị đo được bằng máy đo chuyên dụng EXTECH.
Bảng 5. 2. Dữ liệu thực nghiệm đo độ PH
STT BTS_PH Extech PH100 Sai số 1 2.6 2.55 0.05 2 3.5 3.57 -0.07 3 4.2 4.1 0.1 4 5.5 5.62 -0.12 5 5.9 5.82 0.08 6 6.7 6.67 0.03 7 7.4 7.66 -0.26 8 8.0 8.12 -0.12 9 8.7 8.51 0.19 10 10.6 10.45 0.15 11 10.8 10.68 0.12 12 11.0 10.98 0.02 13 12.5 12.25 0.25 14 13.3 13,21 0.09
Thực nghiệm thứ 2. Sử dụng máy đo EZ DO để kiểm tra thơng số độ oxy hịa tan. Dung dịch
thử nghiệm là nước sạch để trong chậu và được xục khí bằng máy ACD-130. 10 phép thử
được thực hiện theo từng khoảng thời gian xục 15 phút. Thời gian xục khí càng lâu thì nơng độ oxy càng tăng. Kết quả thể hiện ở Bảng 5.3. BTS_DO là giá trị độ DO đo được của hệ
thống và EZ DO là giá trị đo được bằng máy đo chuyên dụng EZ DỌ
Bảng 5. 3. Dữ liệu thực nghiệm đo độ oxy hòa tan DO
STT BTS_DO (mg/L) EZ DO (mg/L) Sai số 1 2.7 2.68 0.12 2 3.4 3.45 -0.05 3 4.3 4.13 -0.17 4 4.6 4.45 0.15 5 4.9 4.86 0.14 6 5.1 5.18 -0.08 7 5.8 6.02 -0.22 8 7.7 7.93 -0.23 9 7.9 7.81 0.09 10 8.0 7.90 0.1
Thực nghiệm thứ 3. Sử dụng máy đo EXTECH EC170 để kiểm tra thông số độ mặn của nước. Dung dịch thử nghiệm là muối hột được lấy từ Cần giờ và pha vào chậu nước theo nồng
độ tăng dần đến trên 40‰. 15 phép thử được thực hiện, sau mỗi lần pha thêm muỗng canh muối vào chậu rồi quấy đềụ Kết quả thể hiện ở Bảng 5.4.
50
Bảng 5. 4. Dữ liệu thực nghiệm đo độ mặn của nước
STT BTS_SA (‰) Extech EC170 (‰) Sai số
1 0 0 0 2 5.8 5.65 0.25 3 6.3 5.47 083 4 12.8 11.18 1.62 5 13.8 12.35 1.45 6 14.3 12.51 1.79 7 15.8 16.96 -1.16 8 17.3 19.16 -1.86 9 18.8 21.12 -2.32 10 21.3 23.21 -1.91 11 25.8 26.23 -0.43 12 27.3 27.11 0.18 13 38.2 40.01 -1.81 14 41.7 42.8 -1.1 15 44.1 45.7 -1.6
Thực nghiệm thứ 4. Sử dụng máy đo EXTECH EC170 để kiểm tra thông số nhiệt độ của
nước. Cách thức thiện hiện pha nước lạnh vào chậu nước theo liều lượng từng ly nước, thực hiện 6 phép đo thử. Tương tự như vậy pha nước nóng vào chậu nước thực hiện 6 phép đo thử. Phép đo được thực hiện để đo giá trị nhiệt độ của hệ thống BTS và của máy đo chuyên dụng EXTECH EC170. Kết quả thể hiện ở Bảng 5.5.
Bảng 5. 5. Dữ liệu thực nghiệm đo nhiệt độ
STT BTS_T(oC) Extech EC170 (oC) Sai số
1 28.3 28.15 -0.15 2 29.7 29.95 -0.25 3 31.6 31.35 0.35 4 32.4 32.20 0.20 5 33.0 33.21 -0.21 6 34.4 34.21 0.19 7 28.5 28.72 -0.22 8 26.6 26.26 0.34 9 24.4 24.15 0.25 10 22.1 21.81 0.29 11 19.6 19.34 0.26 12 17.4 17.26 0.14
Thực nghiệm thứ 5. Sử dụng trạm tich hợp đa cảm biến của đề tài đo đạc chỉ số môi trường
nước ao nuôi tại trang trại nôi tôm của anh Võ Văn Hai (Điện thoại: 0335529184), tại ấp An
51
Hình 5. 4. Cài đặt chương trình cho trạm BTS tại trang trại ni tơm ở Cần Giờ
Hình 5. 5. Ảnh chụp hoạt động kiểm tra khảo nghiệm tại Cần Giờ
Cách thức thực nghiệm:
Hệ thống được đặt cách bờ ao 3m, định kỳ cứ 3 giờ thực hiện đo và truyền số liệu 1ần. Đầu dị tích hợp của hệ thống được đặt sâu cách mặt nước 25cm. Để kiểm chứng độ chính xác củ
phép, thì mỗi lần hệ thống lấy mẩu thì dồng thời nhóm nghiên cứu cũng lấy mẫu nước tại hu vực bờ ao lên đo bằng các máy đo chuyên dụng: Đo độ PH bằng máy đo EXTECH PH100, độ DO bằng máy đo EZDO 7031, đo độ mặn và nhiệt độ bằng máy đo EXTECH EC170.
52
Hình 5. 6. Ảnh chụp tồn cảnh hiện trường khảo nghiệm
Bảng 5. 6. Dữ liệu thực nghiệm đo nhiệt độ tại ao nôi tôm ở hyện Cần Giờ, TP. HCM
STT
Thời gian đo
đạc BTS T(oC) Extech EC170 (oC) Sai số (oC) BTS_ (PH) Extech PH100 (PH) Sai số
(PH) BTS (DO) EZ DO (DO) Sai số (DO) BTS Sa (‰) Extec h EC17 0 (‰) Sai số (‰) 1 18h10 4/8/2019 30 30.1 -0.1 7.1 7.05 0.05 7.1 7.1 0 8.8 7.24 1.56 2 20h10 4/8/2019 29.8 29.7 0.1 6.6 6.72 -0.12 6.6 6.52 0.08 9.1 7.51 1.59 3 21h13 4/8/201 29.3 29.3 0 6.4 6.61 -0.21 6.2 6.07 0.13 11.6 10.5 1.1 4 09h13 5/8/2019 28.4 28.6 -0.2 6.7 6.77 -0.07 5.8 6.03 -0.23 14.1 11.8 2.3 5 15h13, 5/8/2019 30.1 30.2 -0.1 6.6 6.63 -0.03 6.9 6.99 -0.09 8.3 7.52 0.78 6 18h13 5/8/2019 29.4 29.4 0 6.7 6.81 -0.11 6.5 6.68 -0.18 7.5 6.15 1.35 7 6h13 6/8/2019 28.1 27.9 0.2 7.1 7.36 -0.26 5.5 5.51 -0.01 7.1 8.91 -1.81 8 09h13 6/8/2019 28.8 28.9 -0.1 6.6 6.83 -0.23 6.1 6.23 -0.13 5.7 5.62 0.08 9 12h13 6/8/201 29.3 29.5 -0.2 6.6 6.8 -0.2 6.4 6.56 -0.16 5.5 5.91 -0.41 10 18h13 6/8/2019 28.6 28.6 0 7 7.11 -0.11 5.9 6.12 -0.22 5.3 4.72 0.58 11 21h13 6/8/2019 28.1 28 0.1 6.9 6.94 -0.04 5.6 5.59 0.01 5.8 4.25 1.55 12 6h13 7/8/2019 27.1 26.9 0.2 7.4 7.46 -0.06 4.7 4.53 0.17 6.0 5.51 0.49 13 9h13 7/8/201 27.3 27.3 0 7.4 7.55 -0.15 5 5.21 -0.21 5.7 5.72 -0.02 Biên độ sai số ±0.2 ±0.3 ±0.3 ±2.5
53
Bảng 5. 7. Bảng số liệu đo đạc và đối sánh độ đục của trạm BTS sang thang SECCHI
STT Phạm vi đo đạc
độ đục của BTS
(NTU)
Phạm vi qui đổi theo khoảng cách của đĩa SECCHI
Tình trạng ao
1 1600-1700 >60cm Nước quá trong, rất ít có tảo, thực vật phù du, năng suất kém
2 1700-1800 .40-60cm Thực vật phù du nghèo nàng
3 1800-2000 20-40cm Có tảo và thực vật phù du, phù hợp với
đặc điểm sinh lý của tôm.
4 2000-3000 20-10cm Ao đục q, tơm khó bắt mồị
Kết quả thể hiện ở bảng đối sánh Bảng 5.6. Thời gian thực hiện lấy mẫu từ 03-07/08/2019. Trong thời gian lấy mẫu, thời tiết mưa và gió mạnh, do ảnh hưởng của bảo số 3. Dữ liệu thu dược gửi qua tin nhắn SMS đến điện thoại, do tại địa bàn ni tơm khơng có kết nối internet
được.
Phân tích số liệu liệu Bảng dữ liệu thực nghiệm tại ao nuôi tôm ở Cần Giờ:
- Dữ đo nhiệt độ cho thấy tương đối chính xác, biên dộ sai số ±0.2oC (tương ứng ≈1%) là hợp lý vì nhiệt độ của nước thay đổi theo độ sâu và khoảng thời gian trong ngàỵ
- Dữ đo độ PH cho thấy tương đối chính xác, biên dộ sai số ±0.3oC (tương ứng ≈ 4%) là hợp lý vì tại thời điểm đo mưa nhiều nên nước lấy mẫu ở gần bờ có độ PH lớn hơn nước ở khoảng giữa ao với dộ sau 25cm.
- Dữ đo độ DO cho thấy tương đối chính xác, biên dộ sai số ±0.3oC (tương ứng ≈ 3%) là
hợp lý vì nồng độ oxy hòa tan trong nước phụ thuộc vào thời gian trong ngày và độ sâu của nước. Ban ngày có năng quang hợp cho tảo nên lượng oxy bao giờ cũng cao hơn ban
đêm. Nước cảng gần bề mặt, sẽ có độ oxy cao hơn nước ở sâu, do tảo ở bề mặt được
quang hợp nhiều hơn. Ví dụ: lúc 6h13 ngày 6/8/2019 số liệu DO là 5.5 của trạm BTS và 5.51 của máy đo EZDỌ Đến 12h13 cùng ngày thì số liệu DO là 6.4 của trạm BTS và 6.56 của máy đo EZDỌ Đến 21h13 cùng ngày, thì số liệu DO của trạm BTS là 5.6 và của máy
đo EZDO là 5.59.
- Dữ đo độ mặn cho thấy tương đối chính xác, biên dộ sai số ±2.5oC (tương ứng ≈ 6.5%) là hợp lý vì tại thời điểm đo mưa nhiều nên nước lấy mẫu ở gần bờ có độ thấp hơn nước ở
khoảng giữa ao với dộ sau 25cm..
Đánh giá chung:
Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống trạm tích hợp đa cảm biến được lắp đặt nhỏ gọn, khối lượng trong phạm vi 32 kg. Hệ thống rất tiện lợp cho việc triển khai lắp đặt ngoài thực địa trên các ao ni tơm, có thể tự cấp nguồn và hoạt động với thời gian trên 2 tuần mới phải bảo trì một lần.
Kết quả khảo nghiệm đo đạc số liệu các thông số môi trường cho thấy hệ thống trạm tích hợp
đa cảm biến có các thơng số đo tương đối chính xác so với kết quả của các máy đo chuyên
54 - Dữ liệu đo độ PH cho thấy có sai số lớn với giá trị trung bình nhỏ hơn ±0.3 (tương ứng
4%). Giá trị sai số này là tương đối thấp, đạt yêu cầu sai số thiết bị chuẩn.
- Dữ liệu đo độ DO cho thấy có sai số lớn với giá trị trung bình nhỏ hơn ±0.3( tương ứng 3%). Giá trị sai số này là tương đối thấp, đạt yêu cầu sai số thiết bị chuẩn.
- Dữ liệu độ mặn cho thấy có sai số lớn với giá trị trung bình nhỏ hơn ±2.5‰ (hay ±6.5%). Tuy nhiên với giá trị sai số này là chấp nhận được và không ảnh hưởng đến kết quả phép
đo, vì độ mặn cho phép trong ni tơm là từ 5-40 theo Bảng 1.1.
- Dữ liệu sai số nhiệt độ có sai số trong phạm vi ±0.2oC. Gia trị sai số này là chấp nhận
được. Vì thực tế, khi đầu dị đặt tích hợp trong hệ thống thì sự lan tỏa nhiệt phần nào bị ảnh hưởng bởi các cảm biến và vật liệu xung quanh nó.
- Dữ liệu đo độ đục được đối sánh với kết quả phép đo dùng thang SECCHI được thể hiện
ở Bảng 5.7, cho thấy giá trị đo tương đối phù hợp với ứng dụng thực tế.
Kết quả sản phẩm hệ thống trạm tích hợp đa cảm biến của đề tài được so sánh với các cơng
nghệ thiết bị nước ngồi như Bảng 5.6. Bảng đối sánh cho thấy, sản phẩm của đề tài co giá cả thấp nhưng tính tăng khơng thua kém các sản phẩm nước ngoàị
Bảng 5. 8. Bảng so sánh chất lượng với các công nghệ giám sát môi trường online đang có ở nước ngồi
STT Tên các sản phẩm so sánh Giá Chức năng
1
Máy đo YSI ProDSS
Cấu hình đầy đủ: DO /Salinity /Temp/turbidity / PH / NH3