HỆ THỐNG KIỂM SOÁT MỰC NƯỚC SỬ DỤNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM VÀ NODE-RED

KHOA CƠNG NGHỆ
BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HĨA

BÁO CÁO CUỐI KỲ
Học phần: Đo lường và điều khiển bằng máy tính
(CT397)

Đề tài: “TÌM HIỂU CẢM BIẾN SIÊU ÂM
VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG KIỂM SOÁT
MỰC NƯỚC”


NỘI DUNG BÁO CÁO

I. Mục tiêu
II. Phương pháp thực hiện
III. Kết quả thực hiện
IV. Hướng phát triển
V. Tài liệu tham khảo
VI.Phụ lục


I. MỤC TIÊU
 Hiểu được cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng
của cảm biến siêu âm.
 Xây dựng được hệ thống đo mực nước với
cảm biến HY SRF-05 và ứng dụng được
các kiến thức đã học về đo lường.
 Xây dựng được giao diện giám sát và điều
khiển hệ thống đo trên máy tính.

II. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
1. Cách tính khoảng cách của cảm biến siêu âm
Sóng âm được truyền đi trong khơng khí với vận tốc 343m/s. Nếu
một cảm biến phát ra sóng siêu âm và thu về các sóng phản xạ đồng thời,
chúng ta dễ dàng đo được khoảng thời gian từ lúc sóng phát ra đến lúc
thu về (t) và khoảng thời gian này bằng 2 lần khoảng thời gian từ lúc
sóng phát ra đến lúc sóng chạm vào chướng ngại vật (t/2).


II. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
1. Cách tính khoảng cách của cảm biến siêu âm

Từ đó, chúng ta có thể tính được khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật:




II. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

Sơ đồ tổng quan hệ thống:


II. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
2. Thiết kế phần cứng:
Sơ đồ khối mạch điện:


II. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
2. Thiết kế phần cứng:

Sơ đồ khối mạch điện:
‒ Khối cảm biến: Sử dụng module cảm biến siêu âm HY SRF-05, đo khoảng
cách bằng cách thu - phát sóng âm và truyền tín hiệu đến khối điều khiển.
‒ Khối vi điều khiển: Sử dụng kit vi điều khiển ESP32 NodeMCU-32S, xử lý tín
hiệu nhận được từ cảm biến, xuất tín hiệu ra khối hiển thị và xuất tín hiệu điều
khiển cơ cấu chấp hành, kết nối wifi tải dữ liệu lên server để có thể quan sát
trên máy tính.
‒ Khối hiển thị: Sử dụng module LCD I2C 16x2, hỗ trợ người dùng có thể giám
sát và điều khiển ở hiện trường.
‒ Khối cơ cấu chấp hành: Sử dụng module relay 5V có opto cách ly, nhận tín
hiệu từ khối điều khiển, tắt – mở relay để điều khiển máy bơm hoạt động.
‒ Khối nguồn: Sử dụng laptop cấp nguồn cho hệ thống thông qua cổng micro usb


II. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
2. Thiết kế phần cứng
Sơ đồ kết nối mạch điện

Mode SW Pump SW Level input


II. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
3. Thiết kế phần mềm
Mô tả chức năng phần mềm:

‒ Cho người dùng nhập vào % mức chất lỏng mong muốn trong
bồn chứa và điều khiển bật tắt bơm tự động ở hiện trường.
‒ Tải và nhận dữ liệu từ server cho phép người sử dụng giám sát
và điều khiển từ xa thơng qua máy tính.
‒ Người dùng có thể linh hoạt chủ động trong việc bật – tắt bơm

khi cần thiết.


II. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
3. Thiết kế phần mềm
Lưu đồ giải thuật


II. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
3. Thiết kế phần mềm
Lập trình Node-red:


II. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
3. Thiết kế phần mềm
Giao diện dashboard của server adafruit


II. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
3. Thiết kế phần mềm
Giao diện dashboard của Node-red


III. KẾT QUẢ THỰC HIỆN
1. Sơ đồ mạch điện thực tế

Cảm biến siêu âm
LCD quan sát ở hiện trường
Công tắc gạt chuyển chế độ
và công tắc bật bơm

Relay bật – tắt bơm

Biến trở điều chỉnh mực
chất lỏng mong muốn


III. KẾT QUẢ THỰC HIỆN
2. Đánh giá ưu, nhược điểm của hệ thống
Ưu điểm:




Hệ thống có thể linh hoạt giám sát, điều khiểu cùng ở hiện trường và điều
khiển trên máy tính.
Hệ thống có kết nối tương đối đơn giản và có thể tải dữ liệu từ xa lên server
thơng qua wifi.
Giao diện giám sát trực quan, người dùng dễ dàng vận hành hệ thống.

Nhược điểm


Do giới hạn của server, tốc độ publish, subcribe dữ liệu từ server còn bị delay
hơn so với thực tế.



Hệ thống chỉ dừng lại ở mức demo dạng mơ hình, chưa kết nối với động cơ
bơm AC trong thực tế.

IV. HƯỚNG PHÁT TRIỂN

• Sử dụng module relay chịu dịng lớn hơn để
có thể điều khiển được máy bơm cơng suất
lớn (0.5 – 1hp).
• Sử dụng server có đáp ứng truyền tải dữ liệu
tốt hơn để tối ưu hệ thống giám sát và điều
khiển trên máy tính.
• Phát triển thêm việc giám sát và điều khiển
thông qua ứng dụng Blynk trên smartphone.


V. TÀI LIỆU THAM KHẢO
/>-gi-cau-tao-nguyen-ly-ung-dung
/> />u-am/
/>t-sparkplug-b-messages-raspberrypi-nodered-hivemqcloud/


VI. PHỤ LỤC
• Bảng kế hoạch thực hiện:


VI. PHỤ LỤC
• Bảng phân chia cơng việc:


VI. PHỤ LỤC
• Demo hệ thống

Xin cảm ơn thầy và các bạn
đã chú ý lắng nghe!