Thử nghiệm và đánh giá

Chương 3 PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG

3.3 Thử nghiệm và đánh giá

Sau khi tiến hành tổng hợp các phương án, chúng ta tiến hành ghép nối và cho triển khai hệ thống hoạt động thực tế. Để đảm bảo tính chính xác của hệ thống giám sát thời tiết, phần xây dựng thiết kế module được đặt trong khung nhựa, riêng phần đo tốc độ và hướng gió thì được đặt ngoài trời hoặc nơi cần đo. Do điều kiện hạn chế nên cảm biến đo gió được thông qua dây dẫn nối vào hệ thống trong khoảng cách khoảng 3 mét.

Quá trình triển khai được so sánh kết quả với thiết bị cầm tay đo khí tượng LM- 8010 của hãng Lutron Electronic và các tham số khí tượng của các website thời tiết cho kết quả khá khả quan, độ chênh lệch không nhiều.

a) Độ chính xác của thiết bị:

- Cảm biến ánh sáng TEMT6000 do hãng VISHAY của Đức sản xuất tuân theo tiêu chuẩn WEEEC 2002/96/EC và RoHS 2002/95/EC của châu Âu được sử dụng trong các thiết bị điện thoại di dộng, máy tính cầm tay, máy ghi hình.

- Cảm biến đo áp suất khí quyển và nhiệt độ MS5611-01BA01 do hãng MEAS Specialties Thụy Sĩ sản xuất tuân theo tiêu chuẩn RoHS sử dụng được cả 02 kiểu

tương tác I2C và SPI được sử dụng nhiều trong các dụng cụ đo độ cao, đo khí áp di động, các cảnh báo đòi hỏi độ chính xác cao trong y khoa hay trong các la bàn.

- Cảm biến đo độ ẩm HIH-5030 do hãng Honeywell của Mỹ sản xuất được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp và y tế.

b) Độ chính xác của hệ thống khi đo đạc thực tế:

Việc đo đạc thực tế được tiến hành theo 03 kịch bản như sau, đối chiếu với thiết bị đo gió cầm tay LM-8010:

Bảng 3.4 Kết quả kiểm tra dữ liệu môi trường phòng làm việc, tốc độ gió quạt

STT Nội dung Sản phẩm LM-8010 Chênh lệch

1 Độ ẩm 40.80 % RH 40.50% RH + 0.3% RH

2 Nhiệt độ 27.46 oC 27.20 oC + 0.26 oC

3 Tốc độ gió 2.7 m/s 2.4 m/s + 0.3 m/s

4 Cường độ ánh sáng 109.39 Lux 113 Lux - 3.61 Lux ( Thời gian lấy mẫu: 14h00 ngày 24 tháng 07 năm 2017)

Bảng 3.5 Kết quả kiểm tra dữ liệu môi trường ngoài trời với tốc độ gió tự nhiên

STT Nội dung Sản phẩm LM-8010 Chênh lệch

1 Độ ẩm 53.73 % RH 56.8% RH -3.07% RH

2 Nhiệt độ 30.24 oC 30.13 oC + 0.11 oC

3 Tốc độ gió 1.1 m/s 0.9 m/s + 0.2 m/s

4 Cường độ ánh sáng 9980 Lux 10330 Lux - 350 Lux ( Thời gian lấy mẫu: 14h30 ngày 24 tháng 07 năm 2017)

Bảng 3.6 Kết quả kiểm tra dữ liệu môi trường trên nhà cao tầng

STT Nội dung Sản phẩm LM-8010 Chênh lệch

1 Độ ẩm 54.50 % RH 57.3% RH - 2.8% RH

2 Nhiệt độ 34.27 oC 33.88 oC + 0.39 oC

3 Tốc độ gió 1.25 m/s 1.20 m/s + 0.05 m/s

4 Cường độ ánh sáng 10245 Lux 10630 Lux - 385 Lux ( Thời gian lấy mẫu: 15h00 ngày 24 tháng 07 năm 2017)

Hình 3.28 Hình ảnh hệ thống giám sát thời tiết thực tế Ưu điểm:

- Hệ thống giám sát thời tiết nhỏ gọn.

- Dữ liệu được truyền tải thời gian thực

- Được xây dựng dựa vào các cảm biến có chất lượng cao nên độ chính xác tin tưởng.

- Việc lưu trữ và hiển thị dữ liệu dựa trên nền tảng của Micrsoft nên độ bảo mật, an toàn cao, dễ phát triển sau này.

Nhược điểm:

- Chưa lưu trữ và truy vấn thông tin dữ liệu cũ.

- Còn phụ thuộc vào PC, chưa kết nối được các Mini PC (Rasberry PI, Arduino) - Việc hiển thị còn mang tính cá nhân hóa, chưa phổ quát.

Hướng phát triển tương lai:

- Sẽ tiến hành khắc phục các nhược điểm như đã nêu ở trên, tiếp tục nghiên cứu phát triển thêm một số tính năng mở rộng như đo lượng mưa, đo nồng độ khí thải môi trường…

- Xây dựng ứng dụng trên website, di dộng dễ dàng sử dụng.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Qua luận văn này, chúng ta đã bước đầu xây dựng được một hệ thống giám sát thời tiết đo được các thông số cơ bản như nhiệt độ, độ ẩm, cường độ sáng, áp suất khí quyển, tốc độ gió và hướng gió. Nghiên cứu và đồng nhất được phương thức để kết nối và truyền tải dữ liệu đã thu thập được từ các cảm biến và truyền lên điện toán đám mây thông qua Internet, hiển thị dữ liệu ở dạng trực quan và thời gian thực.

Việc phối hợp và xử lý một cách nhịp nhàng giữa việc gởi số liệu từ các cảm biến lên Internet đã thể hiện sự kết nối giữa các thiết bị với nhau trong mạng Internet rộng lớn đã mang lại nhiều ý tưởng mới trong việc triển khai các sản phẩm IoT.

Tuy nhiên, trong phạm vi này vẫn còn nhiều vấn đề cần phải nghiên cứu và phát triển thêm như chưa lưu trữ và truy vấn được khối lượng lịch sử thông tin dữ liệu (Big Data- Dữ liệu lớn) hay xử lý có hiệu quả các thông tin thu thập được để dự đoán được thời tiết trong tương lai (AI - Trí tuệ nhân tạo). Ngoài ra, việc thu thập và truyền tải dữ liệu cũng sử dụng máy tính cá nhân, chưa tận dụng được các mini PC đáp ứng được hiệu năng và sử dụng năng lượng của các thiết bị IoT.

Từ những vấn đề trên để giải pháp được hoạt động hiệu quả, trong thời gian đến sẽ phát triển thêm một vài cảm biến như về đo lượng mưa, nồng độ khí thải… và kết hợp các vấn đề khai thác về Dữ liệu lớn - Big Data, Trí tuệ nhân tạo - Artificial Intelligence để có xây dựng được mô hình dự báo thời tiết cụ thể, hiệu quả và chính xác phục vụ cho tất cả các lĩnh vực trong cuộc sống.

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lê Văn Doanh, Phạm Văn Bình (2014). Mô phỏng số trong dự báo thời tiết. Tạp chí tự động hóa ngày nay, số 1+2/2014

[2] Syed Zaeem Hosain (2016), The Definitive Guide to the Internet of Things for Business, 2nd Edition, Aeris Communications, California.

[3] Tinkerforge GmbH (2015), Tinkerforge Electronic Contruction Kit, Schloò Holte- Stukenbrock.

[4] SvenRuppert (2016), Industrial Prototyping with TinkerForge, JFokus, Munich.

[5] Microsoft (2016), Azure IoT Reference Architecture, Microsoft Corporation.

[6] Ahsan Kabir (2017), Intronduction to Stream Analytic, Microsoft Corporation.

PHỤ LỤC

1. Sơ đồ cấu trúc và thông số kỹ thuật của cảm biến đo tốc độ gió.

2. Sơ đồ cấu trúc và thông số kỹ thuật của cảm biến đo hướng gió.

3. Sơ đồ cấu trúc của cảm biến đo cường độ sáng (Ambient Light Brick).

4. Sơ đồ cấu trúc của cảm biến đo nhiệt độ và áp suất (Barometric Pressure Brick).

5. Sơ đồ cấu trúc của cảm biến chuyển đổi tín hiệu điện (Analog In Brick).

6. Sơ đồ cấu trúc của mạch hiển thị LCD 20x4 (LCD 20x4 Brick).

7. Sơ đồ cấu trúc của cảm biến đo độ ẩm (Humidity Light Brick).

CẢM BIẾN ĐO HƯỚNG GIÓ

1.Kích thước cấu trúc:

2 Định nghĩa màu trong cảm biến：

1 - Đỏ (Nguồn cung cấp 12V ~ 24V) 2 - Đen (GND)

3 - Xanh da trời (Hiệu điện thế đầu ra Vout) 4 - Vàng (Cường độ dòng điện đầu ra Iout) Định nghĩa màu trong chuẩn giao tiếp RS485 1 - Red (NGuồn cung cấp 12V ~ 24V)

2 - Đen (GND)

3 - Xanh (A + / RXD) 4 - Vàng (B-/TXD)

3. Tín hiệu điện theo hiệu điện thế/ cường độ dòng điện a) Hiệu điện thế

Bắc (B) 5V BTB 0.31V ĐB 0.63V ĐĐB 0.94V Đông (Đ) 1.25V ĐĐN 1.56V ĐN 1.88V NĐN 2.19V Nam (N) 2.5V NTN 2.81V TN 3.13V TTN 3.44V Tây (T) 3.75V TTB 4.06V TB 4.38 BTB 4.69 b) Cường độ dòng điện:

Bắc (B) 20mA BTB 5mA ĐB 6mA ĐĐB 7mA

Đông (Đ) 8mA ĐĐN 9mA ĐN 10 mA NĐN 11 mA

Nam (N) 12mA NTN 13 mA TN 14 mA TTN 15 mA

Tây (T) 16mA TTB 17 mA TB 18 mA BTB 19 mA

CẢM BIẾN ĐO TỐC ĐỘ GIÓ

1.Kích thước cấu trúc:

2. Sơ đồ mạch điện đếm xung nhịp đầu ra

Tốc độ gió（m/s）

Cường độ dòng điện đầu ra 4-

20mA

Hiệu điện thế đầu ra (0-

5V)

Hiệu điện thế đầu ra (1-

5V)

Hiệu điện thế đầu ra (0-2V)

1 4.52 0.17 1.13 0.07

2 5.08 0.33 1.27 0.13

3 5.6 0.5 1.4 0.2

4 6.12 0.67 1.53 0.27

5 6.68 0.83 1.67 0.33

6 7.2 1 1.8 0.4

7 7.72 1.17 1.93 0.47

8 8.28 1.33 2.07 0.53

9 8.8 1.5 2.2 0.6

10 9.32 1.67 2.33 0.67

11 9.88 1.83 2.47 0.73

12 10.4 2 2.6 0.8

13 10.92 2.17 2.73 0.87

14 11.48 2.33 2.87 0.93

15 12 2.5 3 1

16 12.52 2.67 3.13 1.07

17 13.08 2.83 3.27 1.13

18 13.6 3 3.4 1.2

19 14.12 3.17 3.53 1.27

20 14.68 3.33 3.67 1.33

21 15.2 3.5 3.8 1.4

22 15.72 3.67 3.93 1.47

23 16.28 3.83 4.07 1.53

24 16.8 4 4.2 1.6

25 17.32 4.17 4.33 1.67

26 17.88 4.33 4.47 1.73

27 18.4 4.5 4.6 1.8

28 18.92 4.67 4.73 1.87

29 19.48 4.83 4.87 1.93

30 20 5 5 2

1 2 3 4 5 6 A

Date: Do 02 Apr 2015 KiCad E.D.A. kicad (2015-03-18 BZR 5525)-product

Rev: 2.0 Size: A4

Id: 1/1

Title: Ambient Light Bricklet

File: ambient-light.sch Sheet: /

Tinkerforge GmbH

Licensed under CERN OHL v.1.1

This documentation describes Open Hardware and is licensed under the CERN OHL v. 1.1.

You may redistribute and modify this documentation under the terms of the CERN OHL v.1.1. (http://ohwr.org/cernohl). This documentation is distributed WITHOUT ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTY, INCLUDING OF MERCHANTABILITY, SATISFACTORY QUALITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. Please see the CERN OHL v.1.1 for applicable conditions

100nF

DRILL DRILL DRILL

DRILL SDA

SCL SDA

SCL

VCC

1 A01 2 A02 3 A03

4 VSSU1 SDAVCCSCLWP 5678 M24C64

VCC

5V 1 GND 2 3.3V 3 SCL 4 SDA 5 ADDR 6 IO_1/AD 7 IO_2/DA 8 IO_3/PWM 9 IO_4 10

CON-SENSOR VDD1GND2

3 SDA 4 SCL

LTR-329ALS

VCC

100nF R12k2 R22k2

VCC VCC

1 2 3 4 5 6 A

Date: 9 mar 2015 KiCad E.D.A. kicad (2015-03-18 BZR 5525)-product

Rev: 2.0 Size: A4

Id: 1/1

Title: Analog IN

File: analog_in.sch Sheet: / Tinkerforge GmbH

Licensed under CERN OHL v.1.1

This documentation describes Open Hardware and is licensed under the CERN OHL v. 1.1.

DRILL DRILL DRILL

DRILL C1 100nF

3V3 3V3

A01 1 A02 2 A03 3 VSS 4 5 SDASCL 6 WP 7 VCC

8 U1

M24C64

U2C

TLV272IS

- 2

+ 3

U2A TLV272IS

R6 130k

R5 130k R3

10k

C4 15pF

AGND

R7 10 R1

68.1 C3 180pF

AGND ADC0

+ 5

- 6

U2B TLV272IS

C2 100nF

AGND

AGND 3V3 5V 1

GND 2 3.3V 3 SCL 4 SDA 5 ADDR 6 IO_1/AD 7 IO_2/DA 8 IO_3/PWM 9 IO_4 10

CON-SENSOR

ADC0

+5V

R2 0

AGND

3.3V*13 = max 42.9V AGND

R410k

AGND AGND

1 2 3 4 5

P2 CONN_5

2 F2

OZCJ0035FF2G

2 F1

OZCJ0035FF2G D2 5V

D1 3V3

1 2 3 4 5 6 A

Date: 3 sep 2012 KiCad E.D.A. kicad (2015-03-18 BZR 5525)-product

Rev: 1.1 Size: A4

Id: 1/1

Title: LCD 20x4 Bricklet

File: lcd-20x4.sch Sheet: / Tinkerforge GmbH

Licensed under CERN OHL v.1.1

VCC

BTN2 BTN3 BTN4

BTN1

BTN4 BTN3

1 2 BTN2

3 4

5 6

BTN-HEADER SW4

SW_PUSH

+5V

This documentation describes Open Hardware and is licensed under the CERN OHL v. 1.1.

+5V

VCC

SCL

SDA SDA2

SCL2

C3 100nF R1200k 12345 6 7 8 RP14.7k

1 GND VREF1 2 3 SCL1

4 U3SDA1 VREF2SDA2SCL2EN 5678 PCA9306D

3RV1 10k D

2N7002 SW-BACK

SW-BACK SW1

SW_PUSH

SW3 SW_PUSH

SW2 SW_PUSH

R2 10 SDA2 +5V

SCL2 C2 100nF

C5 100nF

SEL

SEL RS

EN RW

RW RS

EN DB0

DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 DB7

DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 SDA

SCL

SCL SDA

VCC +5V

VCC

1 2

FB1

100nF 1 A01

2 A02 3 A03

4 VSSU1 SDAVCCSCLWP 5678 M24C64

DRILL DRILL DRILL

DRILL 1 GPB0

2 GPB1 3 GPB2 4 GPB3 5 GPB4 6 GPB5 7 GPB6 8 GPB7 9 VDD

10 VSS INTA 20

11 NC

GPA0 21

12 SCL

GPA1 22

13 SDA

GPA2 23

14 NC

GPA3 24

A0 15 GPA4 25

A1 16 GPA5 26

A2 17 GPA6 27

nRESET 18 GPA7 28

INTB 19 U2

MCP23017 + C4

100àF/6.3V 5V 1

GND 2 3.3V 3 SCL 4 SDA 5 ADDR 6 IO_1/AD 7 IO_2/DA 8 IO_3/PWM 9 IO_4 10

CON-SENSOR

1 VSS 2 VDD 3 V0 4 RS 5 R/W 6 E 7 DB0 8 DB1 9 DB2 10 DB3 11 DB4 12 DB5 13 DB6 14 DB7 15 A 16 K U4

LCD-20X4

Hệ thống cảm biến môi trường

Đề xuất cách kết nối các cảm biến