ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG GIÁM SÁT TÌNH TRẠNG RÁC THẢI TRONG KHUÔN VIÊN TRƯỜNG HỌC Đồ Án Tốt Nghiệp Page of 43 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT GPS Global Positioning System EEPROM Electronically Erasable Programmable Read-Only Memory CPU Central Processing Unit I/O Input/output BODS Biological Oxygen Demand AVR Automatic Volume Recognition MSTR Massena Terminal Railroad Company USART Universal Synchronous Asynchronous Receiver ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 1/40 CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Mục đích Trong xã hội nay, tình trạng rác thải tình trạng cảnh báo cao Tốc độ dân số tăng nhanh, kéo theo lượng rác thải sinh hoạt ngày nhiều gây nên tình trạng tải cho bãi rác thành phố lớn Sau hết diện tích chơn lấp, việc tìm giải pháp để xử lý rác thải thời gian tới toán nan giải Để thu gom rác thải hẻm, quận, huyện thành phố phải huy động nhiều công nhân sử dụng công cụ thô sơ vào tận sâu hẻm, quận, huyện để vận chuyển ngồi đường Đề tài có tên hệ thống giám sát tình trạng rác thải Ở tơi sử dụng cảm biến cảnh báo cảm biến siêu âm, dùng để đo độ đầy thùng rác Giám sát tình trạng định vị thùng rác, sử dụng vi điều khiển Atmega328P, liệu gửi lên web thông qua module WiFi để giám sát từ xa GPS dùng để định vị toạ độ thùng rác thông qua đồ 1.2 Yêu cầu đề tài Đề tài yêu cầu thiết kế hệ thống giám sát tình trạng rác thải, sử dụng PIC hay ATmega Linh kiện đo khoảng cách phép sử dụng cảm biến siêu âm hay cảm biến hồng ngoại Chúng ta xây dựng hệ thống giám sát tình trạng rác thải khuôn viên trường, để liên tục theo dõi thơng báo tình trạng rác thải nhiều nơi hiển thị thơng số lên Web server Tuỳ vào tình trạng thùng rác, có màu hiển thị khác Ví dụ như: màu đỏ ( thùng rác đầy, cần dọn ngay), màu vàng (thùng rác gần đầy), màu xanh (thùng rác ít) 1.3 Phương pháp thực Đầu tiên thiết lập sơ đồ khối hệ thống đưa quy trình hoạt động,hiểu rõ ngun lý hoạt động Sau đó, tìm hiểu lựa chọn Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khuôn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 2/40 linh kiện phù hợp, bước lập trình để đưa thuật tốn phù hợp để giải tốn Tơi chọn cảm biến siêu âm để đo độ đầy thùng rác, linh kiện phổ biến giá thành tương đối ổn Chúng ta có Module có sử dụng Uart chợ chuyên bán linh kiện Nhật Tảo khơng có loại PIC sử dụng Uart, nên chọn sử dụng Adruino, đặc biệt ATmega328P để sử dụng Vì loại vi điều khiển phổ biến phù hợp với yêu cầu đề tài Về việc hiển thị thông số Web server, chọn dùng Wampserver, tạo máy tính ảo để hiển thị giá trị cảm biến gửi lên, giúp cho người dùng nhận biết tình trạng thùng rác Và nhờ hỗ trợ Google Map để định vị toạ độ thùng rác thông qua Module GPS Một hệ thống giám sát hệ thống rác thải tốn nhiều phí nên tơi làm mơ hình hệ thống Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khuôn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3/40 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ khối hệ thống Sensor Nguồn VDK Khối WiFi ESP8266 Web server Khối định vị GPS Hình 2-1: Sơ đồ khối hệ thống Sơ đồ khối hệ thống giám sát đồ đầy thùng rác kết nối bên Đầu tiên cấp nguồn cho tất khối Cảm biến siêu âm truyền liệu cho vi điều khiển, sau liệu truyền lên khối module WiFi ESP8266 cập nhật vị trí thùng rác thông qua khối GPS để gửi lên khối Web server, cho phép người dùng giám sát thùng rác trực tiếp Web 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 4/40 Hình 2-2: Sơ đồ nguyên lý Đầu tiên cảm biến lấy số liệu nối với ATmega328 để xử lý số liệu gửi lên Webserver thông qua Module WiFi esp8266 để giám sát Khi thấy thùng rác có báo hiệu đầy biết toạ độ thùng rác thông qua GPS 2.2 Chức khối 2.2.1 Sensor: Cảm biến siêu âm SRF05 Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 5/40 Hình 2-3: Cảm biến siêu âm SRF05 Module cảm biến siêu âm SRF05 dùng để đo khoảng cách từ vật sóng siêu âm SRF05 có đầu đầu thu đầu phát, đo khoảng cách cách đầu phát sóng siêu âm đến vật đầu thu sóng siêu âm lại Sử dụng cách truyền xung vào chân trigger module, sau chờ xung trả chân echo, độ dài xung phản hồi tương ứng với thời gian sóng siêu âm truyền khơng khí, từ tính khoảng cách đến vật thể chắn Nguyên lý hoạt động: để đo khoảng cách ta phát xung từ chân Trig Sau cảm biến tạo xung High từ chân Echo để thu lại xung vừa phát Khoảng cách đo thời gian từ phát xung từ chân Trig chân Echo thu xung Cảm biên siêu âm SRF05 hoạt động theo hai chế độ Chế độ - Trigger Echo riêng: chế độ sử dụng chân Trigger Echo, chế độ SRF04 Để sử dụng chế độ cần khơng kích hoạt chân pin SRF05 điện trở SRF05 kéo lên Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khuôn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 6/40 Hình 2-4: Chế độ cảm biến SRF05 Chế độ – Pin đơn cho Echo Trigger: chế độ sử dụng chân pin Echo, để điều khiển chân kết nối chân pin với đất Tín hiệu dội lại xuất pin với tín hiệu Trigger SFR05 khơng tăng dòng Echo 700us tín hiệu Trigger kết thúc Và bạn có thời gian để xoay chuyển dòng kích hoạt Hình 2-5: Chế độ SRF05 Tốc độ không khí âm 340 (m/s) tương đương với 29,412 microSeconds/cm Đặt DC thông số mà cảm biến đo Khi đo thông số vật cản đến cảm biến ta tính theo cơng thức: Khoảng cách= DC/2/29,412 Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khuôn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 7/40 2.2.2 Khối vi điều khiển: ATmega328P Hình 2-6: ATmega328P Atmega328P vi điều khiển đơn chip tạo Atmel gia đình megaAVR Hoạt động hồn tồn tĩnh, phần mã khởi động tuỳ chọn với bit khoá độc lập, lập trình hệ thống chương trình khởi động chip Đặc điểm: Gồm có đếm thời gian: chế độ song sánh chế độ so sánh riêng biệt Một đếm thời gian 16bit với đếm trước, chụp riêng biệt so sánh Bộ đếm thời gian thực với đếm giao động riêng Bộ so sánh tương tự chip Dao động hiệu chỉnh nội Nguồn ngắt bên bên Cấu hình Atmega328P: Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khuôn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 8/40 Các thông số ATmega328P Số chân Pin 28/32 Flash (Bytes) 32K SRAM (Bytes) 2K EEPROM (Bytes) 1K Dòng I/O 23 Bộ nhớ RAM 2KB SPI TWC USART ADC 10-bit Kênh ADC 8-Bit Timer/Counter 16-Bit Timer/Counter Bảng 2.1: Các thông số Atmega328P Sơ đồ chân Atmega328P: Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 27/40 Cảm biến đọc giá trị khoảng cách, để đo độ đầy thùng rác Số liệu ATmega328 tiếp thu gửi lên Webserver GPS WiFi liên kết chặt chẽ với Webserver hiển thị độ đầy thùng rác xác định vị trí thùng rác ATmega328 liên kết hai thiết bị GPS WiFi Giám sát từ xa thùng rác trạng thái Hình 4-5: Giao diện Webserver thơng qua Wampserver CHƯƠNG THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 1.4 Nhận xét Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khuôn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 28/40 Tín hiệu nhận khơng ổn định, bị trễ khơng gửi tín hiệu bị ảnh hưởng môi trường truyền phát bị treo Khoảng cách truyền, độ xác ổn định truyền liệu bị ảnh hưởng vật cản Khó khăn kết nối hai chuẩn Uart WiFi GPS Những vi điều khiển PIC sử dụng Uart Việt Nam không phổ biến Để làm hệ thống thiết kế giám sát tình trạng rác thải tốn nhiều chi phí, 4.2 Ưu điểm Giám sát thùng rác từ xa Mạch dễ sử dụng, giá thành thấp, có tính ứng dụng cao Dễ theo dõi lưu trữ liệu, dễ dàng truy xuất liệu cần 4.3 Hạn chế Chưa cảnh báo cho người dùng biết thùng rác đầy có xảy thay đổi bất ngờ Tín hiệu dễ bị nhiễu nhiều nguyên nhân khác gây ảnh hưởng đến giá trị cảm biến truyền Chỉ giám sát qua Web, chưa giám sát trực tiếp map giao diện CHƯƠNG KẾT LUẬN 1.5 Kết luận Mạch thiết kế với module kết nối với nhau, truyền nhận thông tin liệu theo dõi giám sát thông số thu thập thơng qua web máy tính Xây dựng hệ thống giám sát theo dõi trình Sau cấp nguồn hệ thống tự động kết nối WiFi bắt đầu gửi lệnh yêu cầu Thêm, bớt trạm vào hệ thống Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 29/40 1.6 Hướng phát triển đề tài Chúng ta nên phát triển hệ thống với cảnh báo qua giao diện web giúp dễ dàng theo dõi xử lý kịp thời.Cảm biến nên chọn cảm biến hiệu xác WiFi vấn đề cần phát triển, cần có loại có cơng suất lớn để truyền nhận xa trình giao tiếp Module với cảm biến diễn nhanh TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt: [1] Nguyễn Đình Phú, Phan Vân Hồn, Trương Ngọc Anh (2018), “Giáo trình thực hành vi điều khiển ATmega328 ”, Nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh Internet: [2] Microchip (2003), “ATmega328 Data Sheet”, Link: http://ww1.microatmega.com/downloads/en/DeviceDoc/39582b.pdf [3] ATMEL (2006), “GP2Y1010AU0F DataSheet”, Link: https://pdf1.alldatasheet.com/datasheetpdf/view/412700/SHARP/GP2Y1010 [4] DFRobot (2006), “PH meter”, Link: http://www.dfrobot.com/wiki/index.php/PH_meter Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 30/40 PHỤ LỤC A //Thư viện serial port #include "SoftwareSerial.h" // Tên WiFi muốn truy cập String ssid ="LVTN"; // Mật đăng nhập String password="12345678"; Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khuôn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 31/40 //Khai báo chân tín hiệu cảm biến siêu âm const int trig = 8; const int echo = 12; // chân trig HY-SRF05 // chân echo HY-SRF05 // Khai báo chân RX, TX SoftwareSerial esp(6, 7);// RX, TX // Khai báo tên máy chủ String server = "192.168.43.147"; // www.localhost.com // Đường dẫn đến file php String uri = "/Mon_24-Dec-2018/esppost.php";// our example is /esppost.php //GPS SoftwareSerial sim808(2,3); byte moc,moc1; String chuoi, chuoi1, chuoi2, chuoi3, chuoi4; //String latitude = "11.096763",longitude = "106.6"; String latitude,longitude; Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 32/40 // Khai báo biến toàn cục String data,data1,data2,str_dist; unsigned long duration; // biến đo thời gian int distance; // biến lưu khoảng cách void setup() { pinMode(trig,OUTPUT); // chân trig phát tín hiệu pinMode(echo,INPUT); // chân echo nhận tín hiệu Serial.begin(115200); sim808.begin(9600); // gps at("AT",1000); if(sim808.find("OK") ) Serial.println("Ready to work"); at("AT+CGNSPWR=1",1000); if(sim808.find("OK") ) Serial.println("Da bat dinh vi"); at("AT+CGNSINF",2000); Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 33/40 while (sim808.available()) { String tmpResp = sim808.readString(); Serial.println(tmpResp); chuoi = tmpResp; delay(1000); } tachchuoi(); delay(1000); esp.begin(115200); Serial.println("Bắt đầu kết nối esp"); //Reset WiFi reset(); //connect to WiFi connectWiFi(); } //reset the esp8266 module void reset() { Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khuôn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 34/40 esp.println("AT+RST"); delay(1000); if(esp.find("OK") ) Serial.println("Module Reset"); } //connect to your WiFi network void connectWiFi() { String cmd = "AT+CWJAP=\"" +ssid+"\",\"" + password + "\""; esp.println(cmd); delay(4000); if(esp.find("OK")) { Serial.println("Connected!"); } else { connectWiFi(); Serial.println("Cannot connect to WiFi"); } Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 35/40 } //Distance SRF05 void distance_SRF05(){ /* Phát xung từ chân trig */ digitalWrite(trig,0); // tắt chân trig delayMicroseconds(2); digitalWrite(trig,1); // phát xung từ chân trig delayMicroseconds(5); // xung có độ dài microSeconds digitalWrite(trig,0); // tắt chân trig /* Tính tốn thời gian */ // Đo độ rộng xung HIGH chân echo duration = pulseIn(echo,HIGH); // Tính khoảng cách đến vật distance = int(duration/2/29.412); delay(200); Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khuôn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 36/40 /* In kết Serial Monitor Serial.print(distance); Serial.println("cm"); delay(200);*/ } void loop () { // Gọi hàm đo khoảng cách distance_SRF05(); str_dist = String(distance); //Serial.println(str_dist); delay(300); data1 = "distance=" + str_dist; data2 = "&latitude=" + latitude + "&longitude=" + longitude;// data sent must be under this form data = data1 + data2; //name1=value1&name2=value2&name3=value3 //Serial.println(data); Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 37/40 delay(200); httppost(); delay(1000); } void tachchuoi(){ for (int i = 0; i < chuoi.length(); i++) { if (chuoi.charAt(i) == ',') { moc = i; //Tìm vị trí dấu "," } } chuoi1 = chuoi; chuoi2 = chuoi; chuoi1.remove(moc); //Tách giá trị trượt chuoi1 chuoi2.remove(0, moc + 1); ////Tách giá trị trượt chuoi2 for (int i = 0; i < chuoi1.length(); i++) { if (chuoi.charAt(i) == ',') { Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 38/40 moc1 = i; //Tìm vị trí dấu "," } } chuoi3 = chuoi1; chuoi4 = chuoi1; chuoi3.remove(moc1); //Tách giá trị trượt chuoi1 chuoi4.remove(0, moc1 + 1); ////Tách giá trị trượt chuoi2 latitude = chuoi4; longitude = chuoi2; //In serial //Serial.println(latitude); //Serial.println(longitude); delay(300); } void at(String _atcm,unsigned long _dl){ sim808.print(_atcm+"\r\n"); delay(_dl); } Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 39/40 void httppost () { esp.println("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"" + server + "\",80");//start a TCP connection if( esp.find("OK")) { Serial.println("TCP connection ready"); } delay(1000); String postRequest = "POST " + uri + " HTTP/1.1\r\n" + "Host: " + server + "\r\n" + "Content-Type: application/x-www-form-urlencoded\r\n" + "Content-Length: " + data.length() + "\r\n" + "\r\n" + data + "\r\n\r\n"; Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 40/40 String sendCmd = "AT+CIPSEND=";//determine the number of caracters to be sent esp.print(sendCmd); esp.println(postRequest.length()); delay(500); if(esp.find(">")) { Serial.println("Sending "); esp.print(postRequest); if( esp.find("SEND OK")) { Serial.println("Packet sent"); while (esp.available()) { String tmpResp1 = esp.readString(); Serial.println(tmpResp1); } // close the connection esp.println("AT+CIPCLOSE"); } }} Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khn viên trường học ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 41/40 Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khn viên trường học ... xây dựng hệ thống giám sát tình trạng rác thải khuôn viên trường, để liên tục theo dõi thơng báo tình trạng rác thải nhiều nơi hiển thị thơng số lên Web server Tuỳ vào tình trạng thùng rác, có... thùng rác thơng qua khối GPS để gửi lên khối Web server, cho phép người dùng giám sát thùng rác trực tiếp Web 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống Hệ thống giám sát tình trạng rác thải khn viên trường học. .. biết tình trạng thùng rác Và tơi nhờ hỗ trợ Google Map để định vị toạ độ thùng rác thông qua Module GPS Một hệ thống giám sát hệ thống rác thải tốn nhiều phí nên tơi làm mơ hình hệ thống Hệ thống