Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/43283
Назва: Розробка автоматизованої системи моніторингу фізико-хімічних параметрів води
Інші назви: Development and study of an automated system for water physical-chemical parameters monitoring
Автори: Долінський, Микола Петрович
Dolinskyi, Mykola
Приналежність: Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, кафедра комп'ютерно-інтегрованих технологій
Бібліографічний опис: Долінський М.П. Розробка автоматизованої системи моніторингу фізико-хімічних параметрів води : кваліфікаційна робота магістра за спеціальністю „151 — автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології“ / М.П. Долінський. — Тернопіль : ТНТУ, 2023. — 70 с.
Дата публікації: 26-гру-2023
Дата внесення: 2-січ-2024
Видавництво: Тернопіль, ТНТУ
Країна (код): UA
Місце видання, проведення: Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя
Науковий керівник: Микитишин, Андрій Григорович
Mykytyshyn, Adrii
Члени комітету: Трембач, Ростислав Богданович
Trembach, Rostyslav
УДК: 502.3
Теми: 151
автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології
моніторинг
машинне навчання
якість води
інтернет речей
контролер
датчики
мережа
monitoring
water quality
controller
sensors
internet of things
machine learning
network
Кількість сторінок: 70
Короткий огляд (реферат): Кваліфікаційна робота присв’ячена розробці автоматизованої системи моніторингу фізико-хімічних параметрів води. В першому розділі кваліфікаційної роботи описані особливості вимірювання фізико-хімічних параметрів води, огляд відомих рішень. В другому розділі кваліфікаційної роботи розглянуто принципову схему роботи системи на основі машинного навчання. В третьому розділі кваліфікаційної роботи вибрано та проаналізовано компоненти системи, представлено прототип системи моніторингу. В четвертому розділі описано аналіз розрахунку параметрів якості води. В п’ятому розділі висвітлено дослідження параметрів якості води, проаналізовано програмне забезпечення, фреймворки та алгоритм машинного навчання, проведено перевірку продуктивності експериментальних значень. В шостому розділі кваліфікаційної роботи розглянуто забезпечення безпечної роботи з обладнанням. Об’єкт дослідження: система моніторингу якості води, яка використовує мережеві засоби та Інтернет речей для заміни традиційного методу моніторингу, який є часозатратним і не забезпечує отримання даних в реальному часі. Предмет дослідження: дані для статистичного аналізу і подальшого дослідження, вимірювання, параметрів якості води The qualification work is devoted to the development of an automated system for monitoring the physical and chemical parameters of water. The first section of the qualification work describes the features of measuring the physical and chemical parameters of water, an overview of known solutions. The second section of the qualification work describes the schematic diagram of the system based on machine learning. The third section of the qualification work selects and analyses the system components and presents a prototype of the monitoring system. The fourth section describes the analysis of the calculation of water quality parameters. The fifth section describes the study of water quality parameters, analyses software, frameworks and machine learning algorithm, and verifies the performance of experimental values. The sixth section of the qualification work deals with ensuring safe operation of the equipment. Object of research: a water quality monitoring system that uses networked tools and the Internet of Things to replace the traditional monitoring method, which is time-consuming and does not provide real-time data. Subject of the study: data for statistical analysis and further research, measurement, water quality parameters
Опис: Роботу виконано на кафедрі ком’пютерно-інтегрованих технологій Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України Захист відбудеться 26 грудня 2023 р. о 09 .00 годині на засіданні екзаменаційної комісії № 20 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул.Руська, 56, навчальний корпус №1, ауд. 403
Зміст: ВСТУП 6 1 АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА 9 1.1 Постановка задачі для автоматизованої системи моніторингу фізико-хімічних параметрів води. 9 1.2 Огляд відомих технічних рішень 11 2 ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА 19 3 КОНСТРУКТОРСЬКА ЧАСТИНА 24 3.1 Датчик pH 27 3.2 Датчик TDS 28 3.3 Датчик каламутності 29 3.4 Датчик температури 30 3.5 Датчик електропровідності 31 3.6 ESP-32 32 3.7 ESP8266 33 3.8 Реалізація системи 34 4 НАУКОВО ДОСЛІДНИЦЬКА ЧАСТИНА 36 5 СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА 44 5.1 Дослідження параметрів якості води 44 5.2 Програмне забезпечення та фреймворки 52 5.2.1 Mongo DB 52 5.2.2 Arduino IDE 52 5.3 Алгоритм машинного навчання 53 6 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 55 6.1 Питання щодо охорони праці 55 6.2 Питання щодо безпеки в надзвичайних ситуаціях 59 ВИСНОВКИ 62 ПЕРЕЛІК ДЖЕРЕЛ 64 ДОДАТКИ
URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/43283
Власник авторського права: © Долінський М.П., 2023
Перелік літератури: 1 Pasika, Sathish, and Sai Teja Gandla.(2020), “Smart Water Quality Monitoring System with Cost-Effective Using IoT.” Heliyon, vol. 6, no. 7, doi:10.1016/j.heliyon.2020.e04096.
2 M. Mukta, S. Islam, S. D. Barman (2019), A. W. Reza and M. S. Hossain Khan, "Iot based Smart Water Quality Monitoring System," 2019 IEEE 4th International Conference on Computer and Communication Systems (ICCCS), pp. 669-673, doi:10.1109/CCOMS.2019.8821742
3 Konde, Santosh and Deosarkar, Shankar, (2020, June) . IOT Based Water Quality Monitoring System). 2nd International Conference on Communication & Information Processing (ICCIP) 2020, doi: http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.3645467
4 M. K. Amruta and M. T. Satish (2013), "Solar powered water quality monitoring system using wireless sensor network," International Mutli-Conference on Automation, Computing, Communication, Control and Compressed Sensing (iMac4s), pp. 281-285, doi: 10.1109/iMac4s.2013.6526423.
5 Tha. Sugapriyaa, S. Rakshaya, K. Ramyadevi, M. Ramya, P.G. Rashmi (2018), Smart Water Quality Monitoring System for Real Time Applications, International Journal of Pure and Applied Mathematics, Volume 118, No. pp 1363-1369
6 K. A. U. Menon, D. P and M. V. Ramesh (2012), "Wireless sensor network for river water quality monitoring in India," 2012 Third International Conference on Computing, Communication and Networking Technologies (ICCCNT'12), pp. 1-7, doi: 10.1109/ICCCNT.2012.6512437.
7 A. N. Prasad, K. A. Mamun, F. R. Islam and H. Haqva, (2015) Smart water quality monitoring system, 2nd Asia-Pacific World Congress on Computer Science and Engineering (APWC on CSE), pp. 1 -6, doi: 10.1109/APWCCSE.2015.7476234.
8 A. Jerom B., R. Manimegalai and R. Manimegalai, (2020), An IoT Based Smart Water Quality Monitoring System using Cloud, International Conference on Emerging Trends in Information Technology and Engineering (ic-ETITE), 2020, pp. 1-7, doi: 10.1109/icETITE47903.2020.450.
9 Geetha, S., Gouthami, S.(2016) Internet of things enabled real time water quality monitoring system. Smart Water 2, 1. https://doi.org/10.1186/s40713-017-0005-y
10 Sengupta B, Sawant S, Dhanawade M, and Bhosale S (2019), Water Quality Monitoring using IoT, Int. Res. J. Eng. Technol. 6 695–701
11 M. Joseph Vishal Kumar, Krishna Samalla,(2019), Design and Development of Water Quality Monitoring System in IoT, International Journal of Recent Technology and Engineering (IJRTE) ISSN: 2277-3878, Volume-7, Issue-5S3, February 2019.
12 Demetillo, A.T., Japitana, M.V. & Taboada, E.B (2019). A system for monitoring water quality in a large aquatic area using wireless sensor network technology. Sustain Environ Res 29, 12. https://doi.org/10.1186/s42834-019-0009-4
13 [13] Anuradha , Bhakti, Chaitra R , Pooja D (2018), IoT Based Low Cost System for Monitoring of Water Quality in Real Time, International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET) Volume: 05 Issue: 05, May-2018
14 [14] S. A. Hamid, A. M. A. Rahim, S. Y. Fadhlullah, S. Abdullah, Z. Muhammad and N. A. M. Leh (2020), IoT based Water Quality Monitoring System and Evaluation, 10th IEEE International Conference on Control System, Computing and Engineering (ICCSCE), 2020, pp. 102-106, doi: 10.1109/ICCSCE50387.2020.9204931.
15 Gupta, S., Kohli, M., Kumar, R., & Bandral, S. (2021). IoT Based Underwater Robot for Water Quality Monitoring. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1033, 012013. https://doi.org/10.1088/1757-899x/1033/1/012013
16 Hussain, M.R.; and Abed, B.S. (2019). Simulation and assessment of groundwater for domestic and irrigation uses. Civil Engineering Journal, 5(9), 1877-1892.
17 Qutieshat, A., Aouididi, R., & Arfaoui, R. (2019). Design and construction of a low-cost arduino-based pH sensor for the visually impaired using universal pH paper.
18 Hong, W. J., Shamsuddin, N., Abas, E., Apong, R. A., Masri, Z., Suhaimi, H., ... & Noh, M. N. A. (2021). Water quality monitoring with arduino based sensors. Environments, 8(1), 6.
19 Mulyana, Y., & Hakim, D. L. (2018, July). Prototype of water turbidity monitoring system. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Vol. 384, No. 1, p. 012052). IOP Publishing.
20 Junizan, N. A., Razak, A. A., Balakrishnan, B., & Othman, W. A. F. W. (2019). Design and implementation of automatic room temperature controlled fan using Arduino Uno and LM35 heat sensor. International Journal of Engineering Creativity & Innovation, 1(2), 8-14.
21 Saha, R., Biswas, S., Sarmah, S., Karmakar, S., & Das, P. (2021). A working prototype using DS18B20 temperature sensor and arduino for health monitoring. SN Computer Science, 2, 1-21.
22 Yudhana, A., Septiyani, R., Mufandi, I., Rosyady, P. A., Husein, M. F., & Abdullatif, L. I. M. (2022). A Portable Device Based on an Electrical Conductivity Sensor for the Detection of Monosodium Glutamate (MSG) in Soupy Foods. Instrumentation, Mesures, Métrologies, 21(3).
23 Ahmed, A. S., Marzog, H. A., & Abdul-Rahaim, L. A. (2021). Design and implement of robotic arm and control of moving via IoT with Arduino ESP32. International Journal of Electrical & Computer Engineering (2088-8708), 11(5).
24 Singh, P., & Saikia, S. (2016, December). Arduino-based smart irrigation using water flow sensor, soil moisture sensor, temperature sensor and ESP8266 WiFi module. In 2016 IEEE Region 10 Humanitarian Technology Conference (R10-HTC) (pp. 1-4). IEEE.
25 WHO, Guidelines for Drinking-Water Quality. 4th ed.; World Health Organisation: Geneva, Switzerland, 2012
26 Chen, X.; Liu, L.; Zhang, X.; Li, J.; Wang, S.; Liu, D.; Duan, H.; Song, K. An Assessment of Water Color for Inland Water in China Using a Landsat 8-Derived Forel-Ule Index and the Google Earth Engine Platform. IEEE J. Sel. Top. Appl. Earth Obs. Remote Sens.2021, 14, 5773–5785. [CrossRef]
27 Lee, S.; Ahn, K.H. Monitoring of COD as an organic indicator in waste water and treated effluent by fluorescence excitationemission (FEEM) matrix characterization. Water Sci. Technol. 2004, 50, 57–63. [CrossRef]
28 El Serafy, G.Y.H.; Schaeffer, B.A.; Neely, M.-B.; Spinosa, A.; Odermatt, D.; Weathers, K.C.; Baracchini, T.; Bouffard, D.; Carvalho, L.; Conmy, R.N.; et al. Integrating Inland and Coastal Water Quality Data for Actionable Knowledge. Remote Sens. 2021, 13, 2899.[CrossRef]
29 Dube, T.; Mutanga, O.; Seutloali, K.; Adelabu, S.; Shoko, C. Water quality monitoring in sub-Saharan African lakes: A review of remote sensing applications. Afr. J. Aquat. Sci. 2015, 40, 1–7. [CrossRef]
30 Mondal, K.C.; Rathod, K.G.; Joshi, H.M.; Mandal, H.S.; Khan, R.; Rajendra, K.; Mawale, Y.K.; Priya, K.; Jhariya, D.C. Impact of land-use and land-cover change on groundwater quality and quantity in the Raipur, Chhattisgarh, India: A remote sensing and GIS approach. IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 2020, 597, 012011. [CrossRef]
31 Lin, W.; Li, Z. Detection and quantification of trace organic contaminants in water using the FT-IR-attenuated total reflectance technique. Anal. Chem. 2010, 82, 505–515. [CrossRef] [PubMed]
32 Tsuchiya, Y. Organical Chemicals As Contaminants of Water Bodies and Drinking Water. Water Qual. Stand. 2010, II, 150–171.
33 Ibrahim, N.; Aziz, H.A. Trends on Natural Organic Matter in Drinking Water Sources and its Treatment. Int. J. Sci. Res. Environ. Sci. 2014, 2, 94–106. [CrossRef]
34 Christian, E.; Batista, J.R.; Gerrity, D. Use of COD, TOC, and Fluorescence Spectroscopy to Estimate BOD in Wastewater. Water Environ. Res. 2016, 89, 168–177. [CrossRef]
35 Hu, H.-Y.; Du, Y.; Wu, Q.Y.; Zhao, X.; Tang, X.; Chen, Z. Differences in dissolved organic matter between reclaimed water source and drinking water source. Sci. Total Environ. 2016, 551–552, 133–142. [CrossRef]
36 Cao, F.; Tzortziou, M.; Hu, C.; Mannino, A.; Fichot, C.G.; Del Vecchio, R.; Najjar, R.G.; Novak, M. Remote sensing retrievals of colored dissolved organic matter and dissolved organic carbon dynamics in North American estuaries and their margins. Remote Sens. Environ. 2018, 205, 151–165. [CrossRef]
37 Kutser, T.; Pierson, D.C.; Tranvik, L.; Reinart, A.; Sobek, S.; Kallio, K. Using satellite remote sensing to estimate the colored dissolved organic matter absorption coefficient in lakes. Ecosystems 2005, 8, 709–720. [CrossRef]
38 Al-Kharusi, E.S.; Tenenbaum, D.E.; Abdi, A.M.; Kutser, T.; Karlsson, J.; Bergström, A.-K.; Berggren, M. Large-Scale Retrieval of Coloured Dissolved Organic Matter in Northern Lakes Using Sentinel-2 Data. Remote Sens. 2020, 12, 157. [CrossRef]
39 Rieger, L.; Langergraber, G.; Thomann, M.; Fleischmann, N.; Siegrist, H. Spectral in-situ analysis of NO2, NO3, COD, DOC and TSS in the effluent of a WWTP. Water Sci. Technol. 2004, 50, 143–152. [CrossRef]
40 Cao, F.; Tzortziou, M. Capturing dissolved organic carbon dynamics with Landsat-8 and Sentinel-2 in tidally influenced wetland–estuarine systems. Sci. Total Environ. 2021, 777, 145910. [CrossRef]
41 Wei, K.L.; Chen, M.; Wang, F.; Fang, Q. A rapid monitoring system for the determination of COD in waters based on ultrasonic assisted digestion and miniaturized spectral analytical system. Appl. Mech. Mater. 2013, 401–403, 1295–1300. [CrossRef]
42 Denys, L. Incomplete spring turnover in small deep lakes in SE Michigan. McNair Sch. Res. J. 2010, 2, 133–144.
43 Hasab, H.A.; Jawad, H.A.; Dibs, H.; Hussain, H.M.; Al-Ansari, N. Evaluation of Water Quality Parameters in Marshes Zone Southern of Iraq Based on Remote Sensing and GIS Techniques. Water. Air. Soil Pollut. 2020, 231, 183. [CrossRef]
44 Fletcher, T.D.; Andrieu, H.; Hamel, P. Understanding, management and modelling of urban hydrology and its consequences for receiving waters: A state of the art. Adv. Water Resour. 2013, 51, 261–279. [CrossRef]
45 Bonansea, M.; Ledesma, M.; Rodriguez, C.; Pinotti, L. Using new remote sensing satellites for assessing water quality in a reservoir. Hydrol. Sci. J. 2019, 64, 34–44. [CrossRef]
46 Hidayati, N.F.; Rahman, M.; Fauzana, N.A.; Aisiah, S. Effectiveness of Chitosan To Reduce the Color Value, Turbidity, and Total Dissolved Solids in Shrimp-Washing Wastewater. Russ. J. Agric. Socio-Econ. Sci. 2021, 115, 82–88. [CrossRef]
47 Mehdinejad, M.H.; Bina, B.; Nikaeen, M.; Attar, H.M. Effectiveness of natural and synthetic polyelectrolytes as coagulant aid in removal of turbidity from different turbid waters. J. Food Agric. Environ. 2013, 29, 261–266.
48 Hellweger, F.L.; Schlosser, P.; Lall, U.; Weissel, J.K. Use of satellite imagery for water quality studies in New York Harbor. Estuar. Coast. Shelf Sci. 2004, 61, 437–448. [CrossRef]
49 Chen, Q.; Zhang, Y.; Hallikainen, M. Water quality monitoring using remote sensing in support of the EU water framework directive (WFD): A case study in the Gulf of Finland. Environ. Monit. Assess. 2007, 124, 157–166. [CrossRef]
50 Salmaso, N.; Mosello, R. Limnological research in the deep southern subalpine lakes: Synthesis, directions and perspectives. Adv. Oceanogr. Limnol. 2010, 1, 29–66. [CrossRef]
51 Li, S.; Song, K.; Wang, S.; Liu, G.; Wen, Z.; Shang, Y.; Lyu, L.; Chen, F.; Xu, S.; Tao, H.; et al. Quantification of chlorophyll-a in typical lakes across China using Sentinel-2 MSI imagery with machine learning algorithm. Sci. Total Environ. 2021, 778, 146271.[CrossRef] [PubMed]
52 Potes, M.; Costa, M.J.; Salgado, R. Satellite remote sensing of water turbidity in Alqueva reservoir and implications on lake modelling. Hydrol. Earth Syst. Sci. 2012, 16, 1623–1633. [CrossRef]
53 Wei, J.; Lee, Z.; Ondrusek, M.; Mannino, A.; Tzortziou, M.; Armstrong, R. Spectral slopes of the absorption coefficient of colored dissolved and detrital material inverted from UV-visible remote sensing reflectance. J. Geophys. Res. Ocean. 2016, 121, 3010–3028.
54 Artlett, C.P.; Pask, H.M. New approach to remote sensing of temperature and salinity in natural water samples. Opt. Express 2017,25, 2840. [CrossRef]
55 Hossain, A.K.M.A.; Mathias, C.; Blanton, R. Remote sensing of turbidity in the tennessee river using landsat 8 satellite. Remote Sens. 2021, 13, 3785. [CrossRef]
56 Li, R.; Li, J. Satellite Remote Sensing Technology for Lake Water Clarity Monitoring: An Overview. Environ. Inform. Arch. 2004, 2,893–901.
57 Tun, Z. (2020, February). MongoDB on cloud for weather data (Temperature and Humidity) in Sittway. In 2020 IEEE Conference on Computer Applications (ICCA) (pp. 1-6). IEEE.
58 Amestica, O. E., Melin, P. E., Duran-Faundez, C. R., & Lagos, G. R. (2019, November). An experimental comparison of Arduino IDE compatible platforms for digital control and data acquisition applications. In 2019 IEEE CHILEAN Conference on Electrical, Electronics Engineering, Information and Communication Technologies (CHILECON) (pp. 1-6). IEEE.
59 Speiser, J. L., Miller, M. E., Tooze, J., & Ip, E. (2019). A comparison of random forest variable selection methods for classification prediction modeling. Expert systems with applications, 134, 93-101.
60 Микитишин А.Г., Митник М.М., Стухляк П.Д. Телекомунікаційні системи та мережі: навчальний посібник для студентів спеціальності 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології» – Тернопіль: Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2017 – 384 с
61 Стручок В.С. Безпека в надзвичайних ситуаціях. Методичний посібник для здобувачів освітнього ступеня «магістр» всіх спеціальностей денної та заочної (дистанційної) форм навчання / В.С.Стручок. — Тернопіль: ФОП Паляниця В. А., 2022. — 156 с.
Тип вмісту: Master Thesis
Розташовується у зібраннях:151 — автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології

Файли цього матеріалу:
Файл Опис РозмірФормат 
Mahisterska_robota_Dolinskyi_M_2023.pdfКваліфікаційна робота магістра2,39 MBAdobe PDFПереглянути/відкрити
Avtorsyka_dovidka_Dolinskyi_M_2023.pdfАвторська довідка585,92 kBAdobe PDFПереглянути/відкрити


Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищені авторським правом, всі права збережені.

Інструменти адміністратора