BÀI TẬP LỚN BÀI TẬP DỰ ÁN HỌC PHẦN IOT VÀ ỨNG DỤNG TÊN ĐỀ TÀI HỆ THỐNG CẤP NƯỚC THÔNG MINH SỬ DỤNG IOT

Khi máy bơm được BẬT, người dùng sẽ không nhận ra rằng thùng nước đã được lấp đầy, điều này có thể dẫn đến tràn ra.. Hệ thống điều khiển và chỉ báo mức nước là được sử dụng để phân loại

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 1

-o0o TÊN ĐỀ TÀI : HỆ THỐNG CẤP NƯỚC THÔNG MINH

SỬ DỤNG IOT

Nhóm: 4 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Tài Tuyên

Trưởng nhóm: Trịnh Công Toàn – B19DCAT162

Thành viên:

1 Đàm Văn Trung – B19DCAT198

2 Nguyễn Minh Đức – B19DCAT046

3.Phạm Văn Thanh – B19DCAT174

Hà Nội, tháng 10 năm 2022

Lời cam đoan

Em/ chúng em xin cam đoan đề tài:hệ thống cấp nước thông minh sử dụng IoT do

cá nhân/nhóm 4 nghiên cứu và thực hiện

Em/ chúng em đã kiểm tra dữ liệu theo quy định hiện hành

Kết quả bài làm của đề tài là trung thực và không sao chép từ bất kỳ bài tập của nhóm khác Các tài liệu được sử dụng trong tiểu luận có nguồn gốc, xuất xứ rõ

ràng

(Ký và ghi rõ họ tên)

Lời cảm ơn

Em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Tài Tuyên đã tận tình hướng dẫn em trong suốt

thời gian học tập để có thể giúp em hoàn thành bài tập lớn của môn học này

MỤC LỤC

Contents

PHẦN MỞ ĐẦU 6

1.HỆ THỐNG CẤP NƯỚC THÔNG MINH SỬ DỤNG IOT 6

2.MỤC ĐÍCH DỰ ÁN 6

3.CÁC PHƯƠNG PHÁP CẤP NƯỚC 6

4.PHẠM VI NGHIÊN CỨU 7

PHẦN NỘI DUNG 8

1.LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CỨNG 8

1.1 Arduino UNO 8

1.2 NodeMCU (ESP 8266) 9

1.3 ULTRASONIC SENSOR 10

1.4 Connecting Wires 11

1.5 LCD Display 16x2 12

1.6 Water Pump 12

1.7 Replay Module 12

1.8 Switch 13

1.9 Push Button 13

1.10 breadboard 13

2.PHẦN MỀM YÊU CẦU 14

2.1 ARDUINO IDE 14

2.2 ARDUINO LANGUAGE 14

3.THIẾT KẾ KỸ THUẬT 15

4.LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 17

5.PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG 18

6.CODING 18

7.THỬ NGHIỆM MÔ PHỎNG 20

PHẦN KẾT LUẬN 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

PHỤ LỤC 24

PHẦN MỞ ĐẦU

Hầu hết những người dân trong khu dân cư đều phải đối mặt với vấn đề hết nước và tràn

nước trong két nước do cung cấp quá nhiều nước Nó trở nên khó khăn cho người dùng

để đánh giá mức nước trong bể nước Khi máy bơm được BẬT, người dùng sẽ không

nhận ra rằng thùng nước đã được lấp đầy, điều này có thể dẫn đến tràn ra Hệ thống điều

khiển và chỉ báo mức nước là được sử dụng để phân loại các vấn đề liên quan đến bể

nước Nó cũng có thể kiểm tra mức nước sử dụng cảm biến để bất cứ khi nào nước đi

xuống bên dưới, bơm được BẬT tự động Ngoài ra khi có nước tràn trong bể chứa nước,

nó sử dụng cảm biến để phát hiện mực nước sao cho nếu mực nước vượt lên trên thì máy

bơm sẽ tự động tắt Hệ thống này ngăn ngừa sự lãng phí nước

1.HỆ THỐNG CẤP NƯỚC THÔNG MINH SỬ DỤNG IOT

Hệ thống cấp nước thông minh là hệ thống các bể chứa, đường ống, các thiết bị van công nghiệp(bao gồm nhóm van bảo vệ – van chức năng đóng/mở, điềutiết) được thiết kế để lưu trữ nguồn nước, cung cấp, phân phối đến từng căn hộ trong tòa nhà chung cư cao tầng Một hệ thống cấp nước tòa nhà tiêu chuẩn phải đảm bảo cung cấp nước đến các căn hộ, các thiết bị cấp nước đều đặn, ổn định và không bị lãng phí nguồn nước

2.MỤC ĐÍCH DỰ ÁN

Có một số mục tiêu cần đạt được để hoàn thành dự án này Những mục tiêu này sẽ hoạt

động như một hướng dẫn và sẽ hạn chế hệ thống được triển khai chocác tình huống nhất

định:

 Phát triển hệ thống kiểm soát mực nước để kiểm soát mực nước trong bể

 Để kiểm tra mức nước trong bể Tùy thuộc vào mực nước, động cơ BẬT khi mực nước xuống dưới mức a mức định trước hoặc động cơ TẮT khi bể chứa đầy

 Để hiển thị mực nước và các dữ liệu quan trọng trên Màn hình 7 phân đoạn

 Để theo dõi mức nước trong bể Nếu mức bên trong bể thấp, động cơ BẬT Tương

tự như vậy nếu bể chứa đầy, động cơ TẮT

trong từng căn hộ Tuy sẽ tiết kiệm chi phí vận hành cho tòa nhà nhưng hiệusuất kém, mức độ ổn định, cân bằng thấp.

 Hệ thống cấp nước gián tiếp là hệ thống có bể chứa Nước từ mạng lưới cấp nước khu vực sẽ được cấp vào bể chứa Hệ thống máy bơm, đường ống, các loại van khóa nước, van điều tiết, van bảo vệ sẽ cấp đến téc trữ nước tầng mái Van khóa nước có thể là van cổng, van bướm, van bi,…; van bảo vệ gồm van an toàn, van giảm áp, van xả khí,… Tiếp theo một hệ thống ống phụ, van sẽ dẫn nước từ téc phân chia đến từng căn hộ Bên cạnh đó, hệ thống PCCC tòa nhà chung cư cũng sẽ sử dụng nguồn nước từ bể chứa

Hình 1

Ở bài tập lớn này chúng em chọn phương thức cung cấp nước: Bơm từ bể ngầm ->

Trạm bơm -> Phân cấp nước đến két nước các tầng

4.PHẠM VI NGHIÊN CỨU

 Quy mô: 1 toà nhà chung cư 15 tầng, mỗi tầng có 10 căn

 Kích thước 40x30x60 m

 Mật độ dân số: 4 người / hộ ( ~ 40 người /tầng)

 Tiêu chuẩn dùng nước: 350l/ người / ngày đêm (~1400l /hộ)

Hình 2

PHẦN NỘI DUNG 1.LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CỨNG

Hình 3

1.1 Arduino UNO

Nó là một nền tảng IoT có Wi-Fi bên ngoài mô-đun có thể kết nối với internet thông qua điểm phát sóng bằng cách sử dụng SSID và Mật khẩu của nó Nó có thể được

lập trình để triển khai các câu lệnh logic theo yêu cầu của dự án Cảm biến siêu âm đọc

khoảng cách của nước bề mặt và trả nó về Arduino UNO Arduino UNO, khi kết nối với

internet, tải lên giá trị này đến NodeMCU, là một IoT nguồn mở nền tảng Ngoài ra, nó

lấy một số giá trị từ NodeMCU do người dùng đặt trong android đăng kí Theo đó, hoạt

động của động cơ phụ thuộc vào mực nước hiện tại và giá trị lớn nhất và nhỏ nhất

Hình 4

1.2 NodeMCU (ESP 8266)

Nó là một mô-đun Wi-Fi có thể kết nối với internet qua điểm phát sóng bằng cách sử

dụng SSID và Mật khẩu của nó Nó có thể được lập trình để triển khai các câu lệnh logic

theo yêu cầu của dự án Trong dự án sử dụng cái này để kết nối ứng dụng Android với

Arduino Đối với dự đang sử dụng nó như một giao diện giữa ứng dụng Android và

Máy phát phát ra tần số cao sóng âm thanh siêu âm phát ra từ bất kỳ vật rắn và máy thu

nhận nó như một tiếng vang Các echo sau đó được xử lý bởi mạch điều khiển để tính

toán thời gian và sự khác biệt giữa máy phát và máy thu tín hiệu Lần này có thể sau đó

được sử dụng để đo lường khoảng cách giữa cảm biến và vật thể phản xạ Nó có tần số

siêu âm 40 KHz và độ chính xác gần nhất với 0,3 cm

Hình 6

Hình 7

1.4 Connecting Wires

Trong bất kỳ mạch điện tử nào, dây dẫn là dây dẫn điện kết nối giữa các phần tử tiếp

xúc Về mặt lý thuyết, chúng không có điện trở và cung cấp kết nối hoàn hảo

Hình 8

Relay hay còn được gọi là Rơ – le, đây là một công tắc điện từ được hoạt động dựa trên

một dòng điện tương đối nhỏ có thể bật/tắt một dòng điện lớn hơn rất nhiều

Hình 11

2.PHẦN MỀM YÊU CẦU

2.1 ARDUINO IDE

Môi trường phát triển tích hợp Arduino (IDE) là một ứng dụng đa nền tảng (dành cho

Windows, MAC OS, Linux) Mã nguồn cho IDE được phát hành theo GNU (Giấy phép

Công cộng) phiên bản 2 Arduino IDE hỗ trợ các ngôn ngữ C và C ++ bằng cách sử dụng

các quy tắc đặc biệt của cấu trúc mã Arduino IDE cung cấp một phần mềm thư viện từ

dự án Wiring, cung cấp nhiều các thủ tục đầu vào và đầu ra thông thường Mã do người

dùng viết chỉ yêu cầu hai chức năng cơ bản, để bắt đầu phác thảo và vòng lặp chương

trình chính, được biên dịch và liên kết với một sơ khai chương trình main () thành một

chu trình thực thi chương trình điều hành với chuỗi công cụ GNU, cũng bao gồm với bản

phân phối IDE Khi mạch được BẬT, cảm biến siêu âm truyền tín hiệu âm thanh được

tạo ra tới đáy của bể nước là mục tiêu và mực nước của nó là được đo lường Tín hiệu sau

khi chạm vào đế của bể được phản xạ trở lại và được nhận bởi máy thu của thiết bị cảm

biến sóng siêu âm Thời gian thực hiện toàn bộ hành trình của tín hiệu truyền được ghi

lại Đầu ra thu được là khoảng cách cần thiết

Hình 15

2.2 ARDUINO LANGUAGE

Phần mềm biên dịch được lưu trữ trên máy tính tách biệt với Arduino UNO Công việc

của trình biên dịch là chuyển đổi chương trình được cung cấp bởi người viết chương

trình vào mã máy phù hợp để tải vào bộ xử lý Sau khi các tệp nguồn được cung cấp cho

trình biên dịch, trình biên dịch thực hiện hai bước để hiển thị mã máy

sơ đồ chi tiết mạch:

Hình 18

4.LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN

Hình 19

hình LCD 16x2 để hiển thị trạng thái và đồng thời kiểm tra điều kiện >> nếu water_level

< 90 thì MCU sẽ gửi tín hiệu HIGH đến công tắc để bật bơm , nếu bơm đang bật mà

water_level >=90 thì MCU sẽ gửi tín hiệu LOW đến công tắc để tắt bơm , còn nếu bơm

không bật thì sẽ không làm gì cả và chờ tín hiệu tiếp theo

bool STOP_pump = HIGH ;

bool RUN_pump = LOW ;

// chuyển sang đơn vị inch

int level = map(cm, 400 , 10, 0 , 100);

//hàm đọc giá trị từ cảm biến siêu âm

long readUltrasonicDistance(int triggerPin, int echoPin)

Hình 21

PHẦN KẾT LUẬN

Tự động hóa các thành phần khác nhau xung quanh chúng ta có được gia tăng rộng rãi để

giảm sự can thiệp của con người và tiết kiệm thời gian Bể nước tràn bằng chiều cao của

nước trong bể không thể đoán ngẫu nhiên Điều này dẫn để tiêu thụ thêm năng lượng, đó

là một mối quan tâm lớn trong hiện tại Mọi người cũng cần phải chờ đợi và ngừng làm

các hoạt động khác cho đến khi đầy bể Do đó, đây là một ý tưởng cảm biến và chỉ ra

mực nước để máy bơm có thể được tắt vào thời gian thích hợp và tiết kiệm nước, điện và

thời gian nữa Do đó “Bộ điều khiển và chỉ báo mức nước tự động sử dụng Arduino” dự

án chắc chắn có thể hữu ích trên cơ sở quy mô lớn do yêu cầu tối thiểu về sức mạnh của

con người và cũng là quá trình cài đặt trở nên dễ dàng hơn, tương thích hơn cho mọi

người sử dụng

Bộ điều khiển và chỉ báo mực nước tự động sử dụng Dự án Arduino cũng có thể được cài

đặt với cảm biến pH điều này sẽ giúp điều chỉnh độ axit hoặc độ kiềm của nước

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] S C Priya J, “water level monitoring system using IoT,” trong International Research Journal of

Engineering and Technology, tập 4, Dec-2017

[2] K Santhosh Kumar, G Mukesh, K Deepti, “Microcontroller based Automatic Water level Control

System,” trong International Refereed Journal of Engineering and Science (IRJES), November 2015, p.

4.

[3] Beza Negash Getu and Hussain A Attia, "Automatic Water Level Sensor and Controller System," in

IEEE, 2016

[4] Madhurima Santra, Sanjoy Biswas, Sibasis Bandhapadhyay and Kaushik Palit, "Smart Wireless water

level Monitoring & Pump controlling System," in International Journal of Advances in Scientific

Research and Engineering (IJASRE), May -2017

PHỤ LỤC

Hình 1 7

Hình 2 7

Hình 3 8

Hình 4 9

Hình 5 10

Hình 6 11

Hình 7 11

Hình 8 11

Hình 9 12

Hình 10 12

Hình 11 12

Hình 12 13

Hình 13 13

Hình 14 13

Hình 15 14

Hình 16 15

Hình 17 15

Hình 18 16

Hình 19 17

Hình 20 20

Hình 21 21

GNU GNU’s Not Unix! 14

IDE Integrated Development Environment 5, 14 IoT Internet of Things 3, 8, 23 MCU Multipoint Control Unit 8, 18 pH pondus hydrogenii 22 SSID

Service Set IDentifier 8, 9