NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KIỂM SOÁT TỰ ĐỘNG MỨC ĐỘ Ô NHIỄM NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP QUA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG


EVNEPU
ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KIỂM SOÁT TỰ ĐỘNG
MỨC ĐỘ Ô NHIỄM NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP
QUA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG


Giảng viên hướng dẫn : TS. Phạm Duy Phong
Sinh viên thực hiện : Trần Việt Trung
Lớp : Đ4 - ĐTVT
Khóa : 2009 - 2014





HÀ NỘI - 2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Điện tử - Viễn thông



TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KIỂM SOÁT TỰ ĐỘNG
MỨC ĐỘ Ô NHIỄM NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP
QUA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG




Giảng viên hướng dẫn : TS. Phạm Duy Phong
Sinh viên thực hiện : Trần Việt Trung
Lớp : Đ4 - ĐTVT
Khóa : 2009 – 2014
LỜI MỞ ĐẦU
Tại Việt Nam, tình trạng ô nhiễm môi trường nước do nước thải công
nghiệp gây ra đang ở mức báo động. Môi trường nước ở nhiều đô thị, khu công
nghiệp (KCN) và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm nặng nề.
Thời gian qua, thực hiện chủ trương, chính sách của Đảng và Nhà nước về
đẩy mạnh phát triển công nghiệp trong tiến trình CNH- HĐH đất nước, mỗi KCN
đều là đầu mối quan trọng trong thu hút vốn đầu tư, đặc biệt là vốn đầu tư nước
ngoài. Việc hình thành các KCN đã tạo động lực lớn cho phát triển công nghiệp,
thúc đẩy chuyển dịch cơ cấu kinh tế ở các địa phương, tạo công ăn việc làm cho
người lao động. KCN còn góp phần thúc đẩy sự hình thành khu đô thị mới, các

ngành công nghiệp phụ trợ và dịch vụ.
Nhưng mặt trái của các KCN mà ta có thể thấy rõ nhất đó là ở Hà Nội và
thành phố Hồ Chí Minh. Theo số liệu năm 2009 tại Hà Nội, tổng khối lượng
nước thải xả ra sông Nhuệ và sông Đáy là hơn 28.500 m
3
/ngày đêm. Trong đó, hơn
96 % là nước thải công nghiệp. Theo ghi nhận của Bộ Tài nguyên và Môi trường,
hiện chỉ có 11 cơ sở xả nước thải ra sông là có xử lý đạt Tiêu chuẩn Việt Nam.
Theo TTXVN, "Chỉ có một nửa trong số 8 KCN, CCN đã được phê duyệt báo
cáo đánh giá tác động môi trường. Nhưng chính các KCN, CCN này cũng
không thực hiện theo báo cáo đánh giá tác động môi trường đã được phê duyệt".
Các chỉ số BOD, oxy hoà tan, các chất NH
4
, NO
2
, NO
3
ở các sông, hồ, mương
nội thành đều vượt quá quy định cho phép.
Kiểm soát tự động ô nhiễm nước thải từ các khu công nghiệp là cấp
thiết vì hiện nay ô nhiễm môi trường ảnh hưởng trược tiếp đến sức khỏe của
người dân sống trên địa bàn các khu công nghiệp. Phương pháp đo, thu thập và
xử lý số liệu phần lớn theo phương pháp thủ công dẫn đến tốn nhiều nhân lực,
thời gian, khó có thể cảnh báo kịp thời. Trong khi đó hệ thống kiểm soát tự động
cho phép giám sát thường xuyên tình trạng ô nhiễm nước thải từ các khu công
nghiệp, phát hiện và cảnh báo kịp thời cho các cơ quan chức năng để có biện pháp
xử lý ngăn ngừa ô nhiễm. Các hệ thống nhập ngoại cũng đã đáp ứng được những
nhu cầu đó nhưng có giá thành rất cao.
Trong thời gian thực tập và nghiên cứu làm đồ án tại trung tâm Nghiên cứu
và Tư vấn Viễn thông Điện lực, được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cùng các

anh trong trung tâm em đã xây dựng thành công giải pháp cho hệ thống kiểm soát
tự động mức độ ô nhiễm nước thải qua mạng thông tin di động. Báo cáo tốt
nghiệp của em gồm 3 chương:
Chương 1: Thực trạng nước thải tại một số khu công nghiệp và giải pháp kiểm tra,
theo dõi mức độ ô nhiễm đang được áp dụng.
Chương 2: Tìm hiểu đánh giá, lựa chọn công nghệ giám sát, đo đạc và gửi các thông
số giám sát chất lượng nước về trung tâm.
Chương 3: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm hệ thống.
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo TS Phạm Duy Phong đã
tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình thực tập và làm đồ án
tốt nghiệp.
Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo chủ nhiệm ThS Đặng Trung Hiếu cùng
toàn thể các thầy cô trong Khoa Điện tử Viễn thông Trường Đại học Điện lực đã có
những chỉ dẫn, định hướng trong quá trình học tập và trong khi làm đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn Trương Đại học Điện lực đã tạo điện kiện giúp
đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường.
Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, những người đã tạo điều kiện,
giúp đỡ, động viên em hoàn thành đồ án này.
Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2014
Sinh viên


Trần Việt Trung
MỤC LỤC
MỤC LỤC 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU HÌNH VẼ 8
CHƯƠNG 1. THỰC TRẠNG XẢ THẢI TẠI MỘT SỐ KHU CÔNG NGHIỆP VÀ GIẢI
PHÁP KIỂM TRA THEO DÕI MỨC ĐỘ Ô NHIỄM ĐANG ĐƯỢC ÁP DỤNG 9
1.1. Thực trạng xả thải tại một số khu công nghiệp hiện nay 9

1.1.1. Khu công nghiệp Tiên Sơn- Bắc Ninh 9
1.1.2. Khu công nghiệp Phố Nối A – Hưng Yên 10
1.1.3 Thực trạng tại khu công nghiệp Sài Đông B 10
1.2. Giải pháp kiểm tra theo dõi mức độ ô nhiễm nước thải 11
1.3. Đánh giá chung 12
CHƯƠNG 2. TÌM HIỂU ĐÁNH GIÁ, LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ GIÁM SÁT, ĐO ĐẠC
VÀ GỬI CÁC THÔNG SỐ GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG NƯỚC VỀ TRUNG TÂM. 14
2.1. Tìm hiểu và lựa chọn các thông số đánh giá chất lượng nước 14
2.1.1. Độ pH 14
2.1.2. Nhiệt độ 14
2.1.3. Độ mầu 14
2.1.4. Hàm lượng oxigen hòa tan (DO) 15
2.1.5. Hàm lượng chất rắn (TS) 15
2.1.6. Lựa chọn thông số cần giám sát phù hợp với nhu cầu sử dụng của doanh nghiệp
15
2.2. Công nghệ truyền thông giữa thiết bị đo đạc giám sát và trung tâm 15
2.2.1. Truyền thông qua mạng hữu tuyến 16
2.2.1.1 Chuẩn RS485 16
2.2.1.2 Truyền tín hiệu điều khiển qua đường truyền ADSL 16
2.2.2. Truyền thông qua mạng vô tuyến 17
2.2.2.1 Truyền sóng radio - RF 17
2.2.2.2 Truyền thông qua mạng di động GSM, GPRS, 3G 18
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG. 20
3.1. Phần cứng hệ thống 20
3.1.1. Phần cứng thiết bị đo giám sát 20
3.1.1.1. Module thu thập các thông số đánh giá chất lượng nước 20
3.1.1.2. Module nguồn cho thiết bị đo giám sát 21
3.1.1.3. Module gửi tín hiệu giám sát về trung tâm 21
3.1.2. Phần cứng thiết bị giám sát tại trung tâm 22
3.1.2.1. Module nhận các thông số đánh giá chất lượng nước từ thiết bị đo gửi về 22

3.1.2.2. Module giao tiếp với máy tính để giám sát các đại lượng của nước thải 22
3.1.3. Hình ảnh thiết bị sau khi hoàn thiện 23
3.2. Phần mềm hệ thống 24
3.2.1. Yêu cầu và chức năng cơ bản của phần mềm 24
3.2.2. Thiết kế giao diện và các module phần mềm 24
3.2.3. Cấu trúc khung dữ liệu 29
3.2.4. Chương trình phần mềm 29
3.2.4.1. Module xử lý giao tiếp kết nối cổng COM 29
3.2.4.2. Module xử lý nhận bản tin SMS từ Trạm đo hiện trường gửi về 31
3.2.4.3. Module xử lý xuất báo cáo theo các khoảng thời gian và theo mã Trạm 35
3.2.4.4. Module xử lý cài đặt hệ thống 37
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 43
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 44
DANH MỤC BẢNG BIỂU HÌNH VẼ
Hình 1.1. Trạm xử lý nước thải tập trung tại khu CN Tiên Sơn- Bắc Ninh 9
Hình 1.2. Các thông số đánh giá chất lượng nước 12
Hình 2.1 Một số senso giám sát các thông số nước thải 15
Hình 2.2 Mô hình cáp dữ liệu truyền theo chuẩn RS485 16
Hình 2.3 Mô hình hệ thống truyền thông qua đường truyền ADSL 17
Hình 2.4 Mô hình hệ thống truyền thông qua sóng radio 18
Hình 2.5 Mô hình hệ thống truyền thông qua mạng di động 19
Hình 3.1 Sơ đồ mạch nguyên lý module xử lý trung tâm 20
Hình 3.2 Sơ đồ mạch nguyên lý khối nguồn cho bộ xử lý trung tâm 21
Hình 3.3 Sơ đồ mạch nguyên lý khối gửi tín hiệu giám sát về trung tâm 21
Hình 3.4 Sơ đồ mạch nguyên lý khối nhận tín hiệu giám sát về trung tâm 22
Hình 3.5 Sơ đồ mạch nguyên lý khối giao tiếp với máy tính 22
Hình 3.6. Mạch giám sát tại trung tâm sau khi hoàn thiện 23
Hình 3.7. Mạch giám sát tại trung tâm sau khi đóng hộp 23
Hình 3.8. Mạch thiết bị đo giám sát sau khi hoàn thiện 23
Hình 3.6. Giao diện hiển thị các tham số đo được tại các trạm đo hiện trường 26

Hình 3.7. Giao diện chiết xuất các tham số của trạm đo hiện trường theo các khoảng thời
gian 27
Hình 3.8. Giao diện cài đặt hệ thống 28
CHƯƠNG 1. THỰC TRẠNG XẢ THẢI TẠI MỘT SỐ KHU CÔNG NGHIỆP VÀ
GIẢI PHÁP KIỂM TRA THEO DÕI MỨC ĐỘ Ô NHIỄM ĐANG ĐƯỢC ÁP DỤNG
1.1. Thực trạng xả thải tại một số khu công nghiệp hiện nay
Theo ước tính, mỗi KCN thải khoảng từ 3.000-10.000 m3 nước thải/ngày đêm.
Như vậy, tổng lượng nước thải công nghiệp của các KCN trên cả nước lên khoảng
500.000-700.000 m3/ngày đêm. Theo số liệu thống kê, trong số khoảng 150 KCN chỉ
có khoảng 20% là có hệ thống xử lý nước thải tập trung. Ngay cả ở những KCN đã có
trạm xử lý nước thải tập trung, thì chất lượng thực tế của các công trình này vẫn còn hạn
chế, chưa đạt được những tiêu chuẩn quy định, gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ở
một số KCN tập trung các ngành công nghiệp nhẹ như dệt may, thuộc da, ngành hoá
chất
Theo đoàn khảo sát, em được tiến hành khảo sát thực tế tại các khu công nghiệp:
Tiên Sơn - Bắc Ninh, Phố Nối - Hưng Yên, Sài Đông B – Hà Nội và thu được một số kết
quả như sau:
1.1.1. Khu công nghiệp Tiên Sơn- Bắc Ninh
Nước thải công nghiệp được thu gom và xử lý tại Trạm xử lý nước thải chung của Khu
công nghiệp (giai đoạn I công suất 4000m
3
/ngày đêm) bằng phương pháp vi sinh, sau đó
được để lắng tại các hồ điều hoà để lắng đọng thêm bùn và tạp chất có hại. Trạm xử lý nước
thải khu công nghiệp Tiên Sơn có tổng vốn đầu tư 18 tỷ đồng, áp dụng công nghệ sinh học-
hoá lý với hệ thống các thiết bị máy móc tiên tiến nhập từ các nước châu Âu.


Hình 1.1. Trạm xử lý nước thải tập trung tại khu CN Tiên Sơn- Bắc Ninh
Theo đoàn khảo sát, em đã được cùng nhóm thực hiện khảo sát tại Công ty Gạch ốp lát
Thăng Long - Khu CN Tiên Sơn - Bắc Ninh. Tại đây có trạm xử lý nước thải được xây dựng

từ năm 2003 gồm các công đoạn sau: trung hoà, đông tụ, lắng, lọc, xử lý bùn.
Nước thải được đưa vào từ các phân xưởng sản xuất. Môi trường nước có tính kiềm
nên để trung hoà người ta thêm acid vào nước nhờ hệ thống bơm định lượng bơm. Cứ sau
một khoảng thời gian thì bơm một lượng nhất định. Máy khuấy 1 hoạt động liên tục. Sau khi
trung hoà nước qua bể đông tụ, tại đây liên tục thêm PAC và khuấy nhằm tăng khả năng
lắng cho các chất bẩn. Hệ thống lắng gồm hai bể chìm. Khâu cuối cùng là bể lọc áp lực. Bùn
tạo ra được đưa sang máy ép và đưa về tái sử dụng. Một phần nước được tuần hoàn quay lại
sản xuất, một phần thải ra ngoài sau một số lần tái sử dụng.
1.1.2. Khu công nghiệp Phố Nối A – Hưng Yên
Thực hiện đã khảo sát trạm xử lý nước thải tại Nhà máy thép Việt Ý. Các công đoạn
xử lý gồm:
Hệ lọc áp lực gồm 03 tank, tổng thể tích 1130m
3
. Nước sau lọc áp lực vào bể điều hoà
V=30m
3
. Từ bể điều hoà nước được 2 bơm chìm bơm vào bể lắng đứng V=27m
3
. Bùn trong
bể lắng đứng được hút ra sân phơi bùn. Nước chảy tràn từ bể lắng đứng sang bể lắng ngang.
Tại bể lắng ngang vảy cán sẽ được thu bằng hệ thống cầu trục và máy cào cặn.
Theo quy định thì tại khu công nghiệp phố Nối A, chủ đầu tư là Cty Hoà Phát phải xây
dựng một hệ thống xử lý nước thải công suất 5.000m
3
nước thải/ngày đêm. Tuy nhiên đến
tận bây giờ, nước thải vẫn đổ trực tiếp ra các cánh đồng của huyện Mỹ Hào. Lý do của việc
chậm trễ này được đại diện chủ đầu tư khu công nghiệp, công ty Hoà Phát đưa ra là “Hiện
tại lượng nước thải chỉ vào khoảng 2.000m
3
/ngày do một số nhà máy còn chưa đi vào hoạt

động. Chính vì vậy, xây dựng nhà máy công suất 5.000 m
3
là rất lãng phí!”. Nước thải từ
khu CN đã gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng tới sản xuất nông nghiệp của nhiều nông dân
quanh vùng.
1.1.3 Thực trạng tại khu công nghiệp Sài Đông B
Khu công nghiệp Sài Đồng B (Long Biên, Hà Nội) được Thủ tướng Chính phủ giao
cho Công ty Điện tử Hà Nội (Hanel) làm chủ đầu tư để đầu tư xây dựng và kinh doanh cơ
sở hạ tầng KCN từ năm 1996-1997. Từ khi hoàn thành và đưa vào khai thác đến nay, trung
bình tại KCN này luôn có hơn 20 doanh nghiệp thuê đất làm nhà máy, xưởng sản xuất.
Nhưng sau 14 năm đi vào hoạt động, KCN này không hề có nhà máy xử lí nước thải. Cũng
theo số liệu của Bộ TNMT, mỗi ngày KCN Sài Đồng B thải ra môi trường từ 2.000m
3
-
dưới 5.000m
3
nước thải chưa qua xử lý. Nước thải từ KCN theo các ống cống đổ ra kênh
Cầu Bây, nguy hiểm hơn, nước thải từ đây dẫn thẳng ra hệ thống sông Nhuệ, sống Đáy
1.2. Giải pháp kiểm tra theo dõi mức độ ô nhiễm nước thải
Tại các KCN và khu chế xuất, trong qua trình hoạt động đã thải ra nước bẩn- nước bị ô
nhiễm do lượng xút, axit và một số hoá chất làm độ pH tăng cao, độ ôxy hoà tan trong nước
khá thấp…. Đặc biết tạo ra lượng Nitơrit cao và các kim loại nặng làm ảnh nghiên trọng đến
môi trường nước.
Để kiểm soát được mức độ ô nhiễm nước thải công nghiệp cần có các hệ thống tự
động đo và phân tích được chất lượng nước, cụ thể là đo và kiểm soát được các thông số cơ
bản sau:

STT
Thông số cần giám sát
1

pH
2
ORP
3
Conductivity/Dissolve Solids
4
Conductivity
5
Resistivity
6
Suspended Solids
7
Turbidity
8
ISE
9
Dissolved O2
10
Dissolved CO2
11
Oil in Water
12
Temperature
13
NO3
Hình 1.2. Các thông số đánh giá chất lượng nước
1.3. Đánh giá chung
Qua nghiên cứu các kết quả khảo sát điều tra về tình trạng môi trường của một số khu
công nghiệp và khảo sát thực tế rác thải tại các khu công nghiệp, khu chế xuất ngày càng bất
ổn. Cụ thể Hà Nội môi trường tại các khu, cụm công nghiệp chưa đảm bảo. Thực tế 50%

nước thải công nghiệp TP HCM chưa được xử lý, Đà Nẵng: Sáu khu công nghiệp có một hệ
thống xử lý nước thải tập trung, thưc tế nước thải không qua hệ thống xử lý. Các Doanh
nghiệp thì coi thường bảo vệ môi trường, đây quả là mâu thuẫn khó giải quyết. Chính vì vậy
việc đưa các hệ thống tự động kiểm soát sự ô nhiễm nguồn nước thải tại các KCN và khu
chế xuất trên cả nước là cần thiết. Hệ thống sẽ là công cụ hiệu quả cho các nhà quản lý Nhà
nước, cho đơn vị QLMT tại khu công nghiệp để giám sát nguồn nước đầu ra từ các nhà máy
trong khu CN trước khi đổ vào trạm xử lý nước thải tập trung, cho bản thân các doanh
nghiệp hoạt động trong khu công nghiệp để giám sát và chứng minh cho chất lượng xử lý
nước thải của mình.
Để kiểm soát được các nguồn nước thải tại các KCN ở Việt Nam, cần lắp đặt các hệ
thống tự động kiểm soát ô nhiễm nước thải của từng KCN, để cho các cơ quan chức năng
quản lý về môi trường có công cụ kiểm soát được. Như vậy số luợng cần thiết các hệ thống
tự động kiểm soát ô nhiễm nước thải sẽ là rất lớn mới kiểm soát được toàn bộ số luợng
KCN.
CHƯƠNG 2. TÌM HIỂU ĐÁNH GIÁ, LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ GIÁM SÁT, ĐO
ĐẠC VÀ GỬI CÁC THÔNG SỐ GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG NƯỚC VỀ TRUNG
TÂM
2.1. Tìm hiểu và lựa chọn các thông số đánh giá chất lượng nước
2.1.1. Độ pH
PH là đại lượng toán học biểu thị nồng độ hoạt tính ion H+ trong nước, pH được sử
dụng để đánh giá tính axit hay tính kiềm của dung dịch (nước).
pH = - log(H+).
Sự thay đổi pH dẫn tới sự thay đổi thành phần hóa học của nước (sự kết tủa, sự hòa
tan, cân bằng carbonat…), các quá trình sinh học trong nước. Giá trị pH của nguồn nước
góp phần xác định chất lượng của nguồn nước. Theo quy chuẩn nước thải quốc gia về nước
thải công nghiệp của Bộ Tái nguyên Môi trường thì pH nằm trong khoảng 6 – 9 thì đủ điều
kiện xả ra môi trường.
2.1.2. Nhiệt độ
Nhiệt độ cũng là một trong những thông số mà Bộ Tái nguyên Môi trường quy định
đối với nước thải khi xả ra môi trường. Theo quy chuẩn nước thải quốc gia về nước thải

công nghiệp thì nước có nhiệt độ nhỏ hơn 40 độ C thì đủ điều kiện xả ra môi trường.
2.1.3. Độ mầu
Nước nguyên chất không có màu. Màu sắc gây nên bởi các tạp chất trong nước
(thường là do chất hữu cơ chất mùn hữu cơ – acid humic), một số ion vô cơ (sắt…), một số
loài thủy sinh vật… Các hợp chất hữu cơ có màu trong nước cũng có thể tác dụng vói clo
trong quá trình lọc nước tạo ra 1 số sản phẩm độc như clorofooc,…
Theo quy chuẩn nước thải quốc gia về nước thải công nghiệp thì nước ở pH băng 7
thì độ mầu khoảng 20 thì đủ điều kiện xả ra môi trường.
2.1.4. Hàm lượng oxigen hòa tan (DO)
Oxigen hòa tan trong nước (DO) không tác dụng với nước về mặt hóa học. Hàm
lượng DO trong nước phụ thuộc nhiều yếu tố như áp suất, nhiệt độ, thành phần hóa học của
nguồn nước, số lượng vi sinh, thủy sinh vật…
Hàm lượng oxigen hòa tan là một chỉ số đánh giá “tình trạng sức khỏe” của nguồn
nước. Hàm lượng DO có quan hệ mật thiết đến các thông số COD và BOD của nguồn nước.
Nếu hàm lượng DO quá thấp, thậm chí không còn, nước sẽ có mùi và trở nên đen do trong
nước lúc này diễn ra chủ yếu là các quá trình phân hủy yếm khí, các sinh vật không thể sống
được trong nước này nữa.
2.1.5. Hàm lượng chất rắn (TS)
Các chất rắn trong nước có thể là những chất tan hoặc không tan. Các chất này bao
gồm cả những chất vô cơ lẫn các chất hữu cơ. Hàm lượng TS có mối quan hệ mật thiết đến
SS và DS của nguồn nước. Chúng đều là các thông số đánh giá nồng độ chất rắn có trong
nước thải. Theo quy chuẩn nước thải quốc gia về nước thải công nghiệp thì nước hàm lượng
chất rắn nhỏ hơn 50mg/l thì đủ điều kiện xả ra môi trường.
2.1.6. Lựa chọn thông số cần giám sát phù hợp với nhu cầu sử dụng của doanh nghiệp
Theo tiêu chuẩn Việt Nam số QCVN 24: 2009/BTNMT có tất cả hơn 30 thông số để
đánh giá chất lượng của nước thải. Trong quá trình khảo sát em được biết, trong hệ thống
quan trắc môi trường tự động chúng ta cần lựa chọn một vài thông số phù hợp với nhu cầu
sử dụng của từng doanh nghiệp để chúng ta giám sát. Vừa làm tối ưu hệ thống nhỏ gọn
trong việc thi công, vừa giảm chi phí đầu tư cho doanh nghiệp.

Hình 2.1 Một số senso giám sát các thông số nước thải
2.2. Công nghệ truyền thông giữa thiết bị đo đạc giám sát và trung tâm
2.2.1. Truyền thông qua mạng hữu tuyến
2.2.1.1 Chuẩn RS485
RS485 là một chuẩn mang các đặc tính về điện được sử dụng để truyền tín hiệu trong
các hệ thống đa điểm. Chuẩn này được đưa ra bởi Tổ chức viễn thông công nghiệp/ Liên
minh điện tử công nghiệp, nên còn có tên gọi là TIA/EIA-485 hoặc EIA-485. Các mô hình
mạng dữ liệu số được thiết lập theo chuẩn này có thể được sử dụng hiệu quả trong điều kiện
có nhiều thiết bị đầu cuối (có thể hỗ trợ lên đến 32 thiết bị), độ dài đường truyền lớn và môi
trường truyền có nhiễu. Chính vì vậy mà RS485 được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp
và các ứng dụng khác.


Hình 2.2 Mô hình cáp dữ liệu truyền theo chuẩn RS485
Chuẩn RS485 sử dụng một đôi dây xoắn truyền các mức điện áp và đo độ chênh lệch
điện áp trên đôi dây này để xác định dữ liệu số được truyền. Do cặp dây xoắn có đặc tính
điện tương đương nhau nên khi có nhiễu tác động, ảnh hưởng của nhiễu lên cả hai dây là
như nhau. Điều này dẫn đến độ chênh lệch điện áp giữa hai dây không thay đổi và nhiễu
không ảnh hưởng nhiều lên dữ liệu. Cũng chính vì độ chênh lệch điện áp giữa hai dây không
thay đổi nhiều nên chuẩn RS485 có thể truyền dữ liệu đi xa hơn một số chuẩn cũ hơn như
RS232.
Dựa vào đặc điểm chính của chuẩn RS485 được giới thiệu ở trên, để có thể truyền
thông giữa thiết bị đo đạc và trung tâm thì ta cần kéo một đường cáp xoán để nối hai thiết bị
với nhau. Nếu thế sẽ rất bất tiện trong quá trình triển khai hệ thống.
2.2.1.2 Truyền tín hiệu điều khiển qua đường truyền ADSL
Sử dụng giao thức TCP/IP, mô hình điều khiển chiếu sáng tập trung qua mạng
Internet là mô hình dạng Client – Server, trong đó Server là máy chủ tại trung tâm điều
hành, đảm nhận chức năng trao đổi dữ liệu với các Client là thiết bị đo giám sát phía dưới.
Quá trình trao đổi dữ liệu từ thiết bị đo phía dưới với trung tâm cụ thể như sau: sau
khi tạo kết nối giữa thiết bị đo tại từng khu vực giám sát với máy chủ ở trung tâm điều hành,

giao thức TCP cho phép kết nối này truyền dữ liệu 2 chiều. Server tạo ra một socket, gán
cho socket này một tên, cung cấp địa chỉ IP và port để giao tiếp và trở về trạng thái chờ
client nối đến socket. Client cũng tạo ra một socket và kết nối đến tên socket trên server.
Khi server phát hiện có yêu cầu kết nối từ client, nó sẽ tạo ra một socket mới và sử dụng
socket mới đó để giao tiếp với client. Socket cũ tiếp tục đợi kết nối từ các Client khác.

Hình 2.3 Mô hình hệ thống truyền thông qua đường truyền ADSL
Dựa vào đặc điểm chính của phương pháp truyền thông qua đường truyền ADSL
được giới thiệu ở trên, để có thể truyền thông giữa thiết bị đo đạc và trung tâm thì ta cần kéo
một đường cáp xoán để nối đến model. Việc đó đã thuận tiện hơn rất nhiều so với chuẩn
RS485 được giới thiệu ở trên nhưng vẫn còn rất nhiều bất tiện, chưa hợp lý của đường cáp
hữu tuyến.
2.2.2. Truyền thông qua mạng vô tuyến
2.2.2.1 Truyền sóng radio - RF
Sóng radio được thí nghiệm thành công từ thế kỷ 19 và là tiền đề cho việc phát triển
các phương thức truyền thông tin qua không gian. Ngày nay, dựa trên sóng RF, rất nhiều hệ
thống thông tin vô tuyến đã ra đời và đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải tín hiệu,
dữ liệu và thông tin qua khoảng cách lớn. Có thể kể đến những hệ thống: hệ thống thông tin
di động, hệ thống thông tin viba, thông tin vệ tinh…
Để có thể thu và phát sóng RF, cần sử dụng các module thu và phát sóng, hoặc các
module thực hiện cả hai chức năng trên. Các module này có khả năng điều chế tín hiệu từ
dạng dữ liệu số chuyển vào các sóng mang với tần số nằm trong khoảng từ 3 kHz đến 300
GHz (tần số sóng RF) và phát ra không gian. Để thu được dữ liệu, các module thu cũng phải
có khả năng giải điều chế tín hiệu thu được, chuyển đổi về dạng số và đưa về bộ xử lý.
Hình
2.4 Mô hình hệ thống truyền thông qua sóng radio
Phương án sử dụng đường truyền vô tuyến sử dụng sóng radio RF đã có rất nhiều ưu
thế hơn so với đường truyền hữu tuyến. Nhưng khoảng cách truyền sóng radio phụ thuộc rất
nhiều vào môi trường phát và công suất phát của thiết bị.
2.2.2.2 Truyền thông qua mạng di động GSM, GPRS, 3G

Cơ sở hạ tầng mạng thông tin di động và các dịch vụ do các hệ thống mạng này cung
cấp cho phép triển khai truyền thông giữa các thiết bị đầu cuối một cách dễ dàng. Mỗi thiết
bị cần có một module thu phát sóng phù hợp với tần số của mạng và được lắp một thẻ SIM.
Thẻ SIM sẽ được dùng để nhận dạng thuê bao, cho phép thiết bị có thể truy nhập mạng và
tiếp cận các dịch vụ mạng. Module thu phát sóng sẽ truyền thực hiện việc thiết lập và kết
thúc phiên truyền, gửi và nhận các bản tin.


Hình 2.5 Mô hình hệ thống truyền thông qua mạng di động
Phương án sử dụng mạng thông tin di động để truyền tín hiệu về trung tâm như được
giới thiệu phía trên ta thấy được nhiều ưu điểm hơn rất nhiều so với các phương án giới
thiệu trước đó. Vì ngày nay chất lượng mạng đã được các nhà mạng chú trọng rất nhiều.
Sóng di động được phủ đến khắp mọi nới trên mọi miền tổ quốc, nên vân đề về khoảng cách
truyền cũng như vị trí đặt trung tâm giám sát không còn là vấn đề quan trọng. Với nhưng ưu
điểm đó nên trong đề tài này em xin được xử dụng phương án truyền thông qua mạng thông
tin di động.
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG
3.1. Phần cứng hệ thống
3.1.1. Phần cứng thiết bị đo giám sát
3.1.1.1. Module thu thập các thông số đánh giá chất lượng nước
1
2
3
4
HD1
Senso
R3
10k
VCC
GND

R4
0R
R2
10K
RESET
GND
VCC
MOSI
MISO
SCK
5
7
9
6
8
10
1
3 4
2
P1
VCC
RESET
PC6(/RESET)
29
PD0(RXD)
30
PD1(TXD)
31
PD2 (INT0)
32

PD3 (INT1)
1
PD4 (XCK/T0)
2
VCC
4
GND
5
PB6 (XTAL1/TOSC1)
7
PB7 (XTAL2/TOSC2)
8
PD5 (T1)
9
PD6 (AIN0)
10
PD7 (AIN1)
11
PB0 (ICP1)
12
PB1 (OC1A)
13
PC5 (ADC5/SCL)
28
PB3 (MOSI/OC2)
15
PB4 (MISO)
16
PB5 (SCK)
17

AVCC
18
AREF
20
AGND
3
PC0 (ADC0)
23
PC1 (ADC1)
24
PC2 (ADC2)
25
PC3 (ADC3)
26
PB2 (SS/OC1B)
14
PC4 (ADC4/SDA)
27
ADC6
19
ADC7
22
GND
21
VCC
6
U2
GND
VCC
C3

104
VCC
GND
C2
10uF
C1
10uF
GND
MOSI
MISO
SCK
R1
4K7
1
D1
VCC
RS
RW
D4
D6
D7
D5
Linght
PWM
1 2
12MHz
Y2
22pF
C36
22pF

C37
GND
DK
S1
S1
S2
EN_LCD
S2
B1
B1
P1
P2
P3
S2
1
2
3
4
HD2
Senso
R17
10k
VCC
GND
R18
0R
S3
P3
S3
ADC1

ADC2
1 2
10mH
L10
AVCC
R84
1R
C39
104
C41
10uF
C40
104
C42
10uF
+5V

Hình 3.1 Sơ đồ mạch nguyên lý module xử lý trung tâm
Module trung tâm xử dụng vi điều khiển Atmega 8 với bộ dao động thạch anh ngoài
tần 12Mhz. Với chức năng thu tập dữ liệu tư các đầu cảm biến gửi lên rồi sau đó xử lý các
số liệu và hiển thị lên màn hình LCD. Giao tiếp với Module Sim để gửi tín hiệu về trung
tâm.
3.1.1.2. Module nguồn cho thiết bị đo giám sát
1
2
C9
2200uF/35V
GND
FB
4

ON/OFF
5
GND
3
IN
1
OUT
2
U3
GND
1 2
300uH
L2
1
2
C12
1000uF/25V
GND
C11
104
GND
D7
HER308
C13
104
GND
C8
104
1 2
100uH

L1
C6
104
D6
10A
F1
GND
GND
PGND
1
2
C10
2200uF/35V
+
J1
R28 2K2
R31
2K
GND

1
D3
R15
1K
POWER
GND
FB
4
ON/OFF
5

GND
3
IN
1
OUT
2
U5
GND
1 2
300uH
L1
1
2
C6
470uF
GND
C5
104
GND
D4
HER308
C7
104
GND
1
2
C4
470uF
+12V
R24 2K2

R25
1K
GND
POWER

Hình 3.2 Sơ đồ mạch nguyên lý khối nguồn cho bộ xử lý trung tâm
Với yêu cầu, khồi nguồn phải tạo ra được 2 mức điện áp 5V và 3.8V để nuồi cho
khối điều khiển trung tâm và module sim.
3.1.1.3. Module gửi tín hiệu giám sát về trung tâm
ANT1
3
1
2
Q1
B C 8 4 8
1
D1
R4
4 K 7
3
1
2
Q3
B C 8 4 8
R1
470R
R6
1K
GND
P O W E R

S t a t u s
LED
P O W E R
M C U _ P O W E R
P W R K E Y
1
P W R K E Y _ O U T
2
DTR
3
RI
4
DCS
5
D S R
6
CTS
7
RTS
8
TXD
9
RXD
10
D I S P _ C L K
11
D I S P _ D A T A
12
D I S P _ D / C
13

D I S P _ C S
14
V D D _ E X T
15
N R E S E T
16
GND
17
GND
18
M I C _ P
19
M I C _ N
20
S P K _ P
21
S P K _ N
22
L I N E I N _ R
23
L I N E I N _ L
24
ADC
25
VRTC
26
D B G _ T X D
27
D B G _ R X D
28

GND
29
S I M _ V D D
30
S I M _ D A T A
31
S I M _ C L K
32
S I M _ R S T
33
S I M _ P R E S E N C E
34
P W M 1
35
P W M 2
36
S D A
37
S C L
38
GND
39
K B R 4 / G P I O 1
40
K B R 3 / G P I O 2
41
K B R 2 / G P I O 3
42
K B R 1 / G P I O 4
43

K B R 0 / G P I O 5
44
GND
45
GND
46
K B C 4 / G P I O 6
47
K B C 3 / G P I O 7
48
K B C 2 / G P I O 8
49
K B C 1 / G P I O 9
50
K B C 0 / G P I O 1 0
51
N E T L I G H T
52
GND
53
GND
54
VBAT
55
VBAT
56
VBAT
57
GND
58

GND
59
R F _ A N T
60
GND
61
GND
62
GND
63
GND
64
GND
65
S T A T U S
66
G P I O 1 1
67
G P I O 1 2
68
U1
S I M 9 0 0
GND
D A T A _ S I M
C L K _ S I M
R E S E T _ S I M
V _ U S I M
V D D _ E X T
GND
P W R K E Y P W R K E Y

S I M _ R X D
S I M _ T X D
1
D2
3
1
2
Q4
B C 8 4 8
R2
470R
R7
1K
GND
N e t w o r k S t a t u s
LED
P O W E R
N R E S E T
N E T L I G H T
S T A T U S
S T A T U S N E T L I G H T
3
1
2
Q2
B C 8 4 8
R5
4 K 7
N R E S E T
M O D U L E S I M P O W E R O N / O F F

M O D U L E S I M R E S E T
S I M _ R E S E T
3
1
2
Q5
B C 8 4 8
P W R K E Y
GND
L E D _ S T
L E D _ S T R8
10K
R3
1K
GND
R 1 4
0R

Hình 3.3 Sơ đồ mạch nguyên lý khối gửi tín hiệu giám sát về trung tâm
3.1.2. Phần cứng thiết bị giám sát tại trung tâm
3.1.2.1. Module nhận các thông số đánh giá chất lượng nước từ thiết bị đo gửi về
ANT1
3
1
2
Q2
BC848
1
D1
R4

1K
R7
47K
3
1
2
Q4
BC848
R1
470R
R8
1K
GND
POWER
GND
GND
1
USIM_VPP
2
USIM_DATA
3
USIM_CLK
4
USIM_RST
5
V_USIM
6
SK1
SIM Card socket
Status

LED
R10
10K
POWER
MCU_POWER
DATA_SIM
CLK_SIM
RESET_SIM
V_USIM
PWRKEY
1
PWRKEY_OUT
2
DTR
3
RI
4
DCS
5
DSR
6
CTS
7
RTS
8
TXD
9
RXD
10
DISP_CLK

11
DISP_DATA
12
DISP_D/C
13
DISP_CS
14
VDD_EXT
15
NRESET
16
GND
17
GND
18
MIC_P
19
MIC_N
20
SPK_P
21
SPK_N
22
LINEIN_R
23
LINEIN_L
24
ADC
25
VRTC

26
DBG_TXD
27
DBG_RXD
28
GND
29
SIM_VDD
30
SIM_DATA
31
SIM_CLK
32
SIM_RST
33
SIM_PRESENCE
34
PWM1
35
PWM2
36
SDA
37
SCL
38
GND
39
KBR4/GPIO1
40
KBR3/GPIO2

41
KBR2/GPIO3
42
KBR1/GPIO4
43
KBR0/GPIO5
44
GND
45
GND
46
KBC4/GPIO6
47
KBC3/GPIO7
48
KBC2/GPIO8
49
KBC1/GPIO9
50
KBC0/GPIO10
51
NETLIGHT
52
GND
53
GND
54
VBAT
55
VBAT

56
VBAT
57
GND
58
GND
59
RF_ANT
60
GND
61
GND
62
GND
63
GND
64
GND
65
STATUS
66
GPIO11
67
GPIO12
68
U1
SIM900
GND
DATA_SIM
CLK_SIM

RESET_SIM
V_USIM
GND
PWRKEY
PWRKEY
SIM_RXD
SIM_TXD
RI
1
D2
3
1
2
Q5
BC848
R2
470R
R9
1K
GND
Network Status
LED
R11
10K
POWER
NRESET
NETLIGHT
STATUS
STATUS NETLIGHT
3

1
2
Q1
BC848
R3
1K
R6
47K
GND
NRESET
MODULE SIM POWER ON/OFF
MODULE SIM RESET
SIM_RESET
1
D5
R19
1K
GND
VCC
1 2
TURN ON SIM BAM > 1S
S2
R18 0R
GND
3
1
2
Q3
BC848
PWRKEY

GND
LED_ST R5
10K
LED_ST

Hình 3.4 Sơ đồ mạch nguyên lý khối nhận tín hiệu giám sát về trung tâm
3.1.2.2. Module giao tiếp với máy tính để giám sát các đại lượng của nước thải
12MHz
Y2
22 pF
C14
GND
R30 22
R35 1K5
DPV
DM
+5V USB
GND
C7
104
+5V USB
GND
TXD_PL
RXD_PL
TXD
1
DTR_N
2
RTS_N
3

VDD_325
4
RXD
5
RI_IN
6
GND
7
NC
8
DSR_N
9
DCD_N
10
CTS_N
11
SHTD_N
12
GP3
13
GP4
14
DP
15
DM
16
VO_33
17
GND
18

RESET
19
VDD_5V
20
NC
21
GP0
22
GP1
23
NC
24
GND
25
PLL_TEST
26
OSC1
27
OSC2
28
U4
+5V USB
+5V USB
+5V USB
R27 4K7
R36 220K
+5V USB
+5V USB
1
D8

R37
2.2k
1
D9
+3.3V
GND
22 pF
C15
R29 4K7
R32 22
R25 220K
R24 220K
R26 220K
R33 220K
R34 220K
SIM_TXD
SIM_RXD R22 0
R23 0
RXD0
TXD0 R21 0
R20 0
RXD_PL
TXD_PL
RXD_PL
TXD_PL
R38
2.2k
+5V USB

Hình 3.5 Sơ đồ mạch nguyên lý khối giao tiếp với máy tính

3.1.3. Hình ảnh thiết bị sau khi hoàn thiện
Hình 3.6. Mạch giám sát tại trung tâm sau khi hoàn thiện

Hình 3.7. Mạch giám sát tại trung tâm sau khi đóng hộp

Hình 3.8. Thiết bị đo giám sát sau khi hoàn thiện
3.2. Phần mềm hệ thống
3.2.1. Yêu cầu và chức năng cơ bản của phần mềm
- Phần mềm được cài đặt trên máy tính, có khả năng giao tiếp kết nối phần cứng là
modem GSM trực tiếp qua cổng COM máy tính.
- Có thể thiết lập, thay đổi các thông số cần giám sát.
- Số lượng các thông số giám sát không giới hạn, do vậy khi thiết kế phần mềm yêu cầu
thiết kế ở dạng mở để có thể thay đổi các thông số giám sát khi có nhu cầu.
- Phần mềm có khả năng theo dõi, giám sát các thông số môi trường qua mạng Thông
tin di động.
- Hệ thống có khả năng hiển thị cảnh báo ngưỡng các thông số đo được.
- Cho phép đặt các giá trị ngưỡng từ màn hình giao diện theo dõi, điều khiển trên máy
tính.
- Cho phép hiển thị trạng thái hoạt động các cơ cấu chấp hành trong mạng cũng như các
cảnh báo lỗi của chúng.
- Hiển thị các thông số đo được theo thời gian ở dạng bảng.
- In ấn và lập báo cáo theo các tiêu chí khác nhau.
3.2.2. Thiết kế giao diện và các module phần mềm
Chương trình phần mềm theo dõi kiểm soát hệ thống xả thải tại các khu công nghiệp
được thiết kế trên nền tảng phần mềm Visual Basic 2008, sử dụng kết hợp với tập lệnh AT
trong vấn đề truyền nhận dữ liệu, kết nối với máy tính qua cổng COM.
Hình 3.6 là giao diện hiển thị các tham số đo được tại các trạm đo hiện trường, theo
chu kỳ 10 phút trạm đo đặt tại hiện trường thực hiện đo và gửi số liệu đo được về Trung tâm
để hiển thị lên máy tính. Khi nhận được bản tin SMS chứa các số liệu từ kết quả đo tại các
trạm đo gửi về, máy tính được kết nối với modem GSM sẽ tự động xử lý SMS và lấy ra các

kết quả đo và lưu trữ vào cơ sở dữ liệu đồng thời hiển thị lên giao diện phần mềm được cài
đặt trên máy tính tại Trung tâm. Dữ liệu từ kết quả đo gửi về sẽ bao gồm: thời gian tại thời
điểm đo tính theo giờ- phút- giây và tính theo ngày tháng năm của thời điểm hiện tại, đồng
thời chứa số liệu của các kết quả đo tại hiện trường. Theo số liệu đó, quá trình lưu trữ vào
cơ sở dữ liệu SQL sẽ lưu trữ luôn tình trạng cảnh báo đối với các tham số đo được. Các
trạng thái cảnh báo được quy định như sau:
- Kết quả đo nằm trong giới hạn cho phép (từ ngưỡng báo động dưới đến ngưỡng báo
động trên): cho cảnh báo “Bình thường”.
- Kết quả đo nằm ngoài giới hạn cho phép: cho cảnh báo “Nguy hiểm”.
Quá trình kiết xuất báo cáo được thực hiện trên giao diện trong hình 3.7. Có thể xuất
báo cáo theo các khoảng thời gian, hoặc theo mã trạm.
Hình 3.8 là giao diện cài đặt hệ thống. Quá trình thiết lập kết nối phần cứng là
modem GSM được thực hiện qua kết nối cổng COM. Khi hệ thống cần lắp đặt thêm trạm đo
hiện trường, trên giao diện phần mềm cài đặt hệ thống cần nhập các thông tin cho trạm đo
đó như là: Mã trạm, tên trạm, địa chỉ đặt trạm và số điện thoại của thuê bao tại tram đo đó.
Tùy mỗi trạm đo sẽ yêu cầu kiểm soát các thông số, do vậy trên giao diện này hoàn toàn có
thể thực hiện nhập các thông số cần giám sát phù hợp với các cảm biến, sensor được lắp đặt
tại trạm đo hiện trường.