SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HẢI PHÒNG 
CUỘC THI KHOA HỌC KĨ THUẬT CẤP THÀNH PHỐ DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC NĂM HỌC 2026-2027 Dự án: MÔ HÌNH CẢNH BÁO NGUY CƠ SẠT LỞ ĐẤT Lĩnh vực dự thi: Hệ thống nhúng Loại dự án: Dự án kĩ thuật MÃ DỰ ÁN: 10 (Sở GDĐT cấp) VỊ TRÍ:..... (Sở GDĐT cấp) Hải Phòng, tháng 10 năm 2026 |
MỤC LỤC
1. Vấn đề nghiên cứu hoặc cần giải quyết
1.1. Cơ sở thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài
1.2. Vấn đề cần giải quyết
2. Thiết kế và phương pháp nghiên cứu
2.1. Phân tích và lựa chọn giải pháp
2.2. Thiết kế mô hình
2.2.1. Vật tư thiết bị
2.2.2. Mô tả thiết kế
a. Cảm biến độ ẩm đất
b. Cảm biến nghiêng MPU6050 (GY-521)
c. Cảm biến rung SW- 420
d. Màn hình LCD 1602 I2C
e. Module SIM 4G A7680C
f. Module hạ áp 3A LM2596
g. Ba đèn LED
h. Còi buzzer
i. Nguyên lý cảnh báo
3. Thực hiện: Chế tạo và kiểm tra
3.1. Quá trình chế tạo và lắp ráp
3.2. Kết quả kiểm tra và đánh giá
3.3. Đánh giá tổng hợp
3.4. Thí nghiệm kiểm chứng
4. Kết quả, kết luận và khả năng ứng dụng
4.1. Kết quả đạt được của dự án
4.2. Kết luận của dự án
4.3. Khả năng ứng dụng của dự án
5. Tài liệu tham khảo
1. Vấn đề nghiên cứu hoặc cần giải quyết
1.1. Cơ sở thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài
- Sạt lở đất và lũ quét là những hiện tượng thiên tai nguy hiểm, có thể xảy ra khi điều kiện địa hình, địa chất, lượng mưa và trạng thái đất kết hợp bất lợi. Các hiện tượng này thường diễn biến nhanh, gây thiệt hại nghiêm trọng về người, tài sản và cơ sở hạ tầng. Vì vậy, việc nghiên cứu các giải pháp theo dõi dấu hiệu biến đổi của đất và hỗ trợ cảnh báo nguy cơ có ý nghĩa thiết thực trong công tác phòng tránh thiên tai.
Thực tế tại Việt Nam đã ghi nhận nhiều vụ sạt lở đất, lũ quét gây hậu quả nặng nề:
- Năm 2020, thảm họa kép sạt lở đất tại Thủy điện Rào Trăng 3 (Thừa Thiên Huế) đêm 10/10/2020 đã vùi lấp 17 công nhân. Tiếp đó, rạng sáng 13/10/2020, lũ ống và sạt lở tại Trạm kiểm lâm 67 đã khiến 13 cán bộ, chiến sĩ trong đoàn cứu hộ do Thiếu tướng Nguyễn Văn Man dẫn đầu hy sinh. Sự việc cho thấy sạt lở không chỉ trực tiếp đe dọa tính mạng con người mà còn có thể chia cắt giao thông, gây nguy hiểm cho lực lượng cứu hộ.
Hiện tượng Sạt lở tại khu vực thủy điện Rào Trăng 3, Thừa Thiên Huế
- Sáng ngày 10/9/2024, lũ quét xảy ra tại thôn Làng Nủ, xã Phúc Khánh, huyện Bảo Yên, tỉnh Lào Cai, vùi lấp nhiều nhà dân và khiến nhiều người bị thiệt mạng hoặc mất tích. Theo thông tin được công bố vào tháng 10/2024, vụ việc khiến 60 người thiệt mạng và còn 7 người mất tích tại thời điểm báo cáo. Thảm họa cho thấy sức tàn phá lớn của lũ quét, sạt lở đất, đồng thời nhấn mạnh sự cần thiết của việc chủ động theo dõi nguy cơ và nâng cao nhận thức phòng tránh thiên tai.
Hiện trường trước và sau vụ lũ quét, sạt lở vùi lấp toàn bộ thôn Làng Nủ.
- Trên thế giới, thảm họa sạt lở sông băng ngày 26/8/2026 trên dãy Himalaya (năng lượng giải phóng tương đương gần 950 tấn TNT) gây lũ quét dọc biên giới Nepal – Tây Tạng Một sông băng khổng lồ sáng 26/8 sụp xuống từ núi Langtang Lirung ở Nepal tạo ra trận lũ quét khổng lồ chảy qua các thung lũng dốc đứng, cuốn phăng nhà cửa, cầu đường và công trình, khiến hơn 900 người thiệt mạng, 4.000 người mất tích.Vì vậy, việc theo dõi các dấu hiệu bất thường của đất, kết hợp với các giải pháp quan trắc và cảnh báo sớm, có ý nghĩa quan trọng trong công tác phòng tránh thiên tai.
Hình ảnh trận lũ tại Nepal, giáp Tây Tạng, Trung Quốc
Hiện nay đã có các hệ thống nhưng còn nhiều điểm hạn chế như:
- Hệ thống cảnh báo sạt lở do mưa tại Nam Đàn, Việt Nam. Hạn chế được tác giả nêu trực tiếp:
+ Hệ thống phù hợp với sạt lở do mưa ở quy mô một địa điểm.
+ Cần khảo sát địa kỹ thuật chi tiết để tính hệ số an toàn; việc này có thể tốn kém, nhất là với sạt lở quy mô lớn.
- Hệ thống cảnh báo dựa trên lượng mưa và ngưỡng mưa – Hạ Long, Việt Nam: Khi kiểm tra, một ngưỡng phát hiện được 8/10 vụ sạt lở do mưa nhưng có 9/17 đợt mưa vượt ngưỡng không ghi nhận sạt lở. Ngưỡng khác phát hiện 10/10 vụ nhưng có 13/23 đợt vượt ngưỡng không ghi nhận sạt lở. Kết quả cho thấy phải cân đối giữa bỏ sót và cảnh báo nhầm.
- Xuất phát từ thực tiễn đó, nhóm lựa chọn đề tài “Mô hình cảnh báo nguy cơ sạt lở đất sử dụng cảm biến độ ẩm đất, cảm biến nghiêng, cảm biến rung và Arduino” nhằm vận dụng kiến thức khoa học tự nhiên, công nghệ và lập trình để xây dựng một mô hình trực quan, phục vụ học tập và nâng cao nhận thức về phòng tránh thiên tai.
1.2. Vấn đề cần giải quyết
- Phát hiện tự động: Theo dõi sự thay đổi độ ẩm của đất và góc nghiêng của mô hình thông qua cảm biến, từ đó nhận biết những biến đổi có thể liên quan đến nguy cơ sạt lở.
- Xử lí dữ liệu thông minh: Sử dụng Arduino để tiếp nhận, xử lí dữ liệu từ các cảm biến và so sánh với những ngưỡng cảnh báo đã được thiết lập trong quá trình thử nghiệm.
- Cảnh báo kịp thời: Tự động kích hoạt đèn LED và còi báo khi các thông số vượt ngưỡng quy định, giúp người quan sát nhận biết trạng thái bất thường của mô hình.
- Theo dõi trực quan: Thể hiện sự thay đổi của độ ẩm đất và góc nghiêng thông qua các trạng thái cảnh báo, giúp người dùng dễ dàng quan sát, theo dõi và đánh giá kết quả thử nghiệm.
- Đảm bảo tính ổn định: Xây dựng mô hình hoạt động ổn định trong các điều kiện thử nghiệm khác nhau, đồng thời điều chỉnh ngưỡng cảnh báo nhằm hạn chế các trường hợp cảnh báo sai.
- Chi phí hợp lý: Sử dụng các linh kiện phổ biến như Arduino, cảm biến độ ẩm đất, cảm biến nghiêng, đèn LED và còi báo để tạo ra mô hình có chi phí phù hợp, dễ lắp ráp và thuận tiện cho việc học tập, nghiên cứu KHKT.
2. Thiết kế và phương pháp nghiên cứu
2.1. Phân tích và lựa chọn giải pháp
Nhóm lựa chọn giải pháp Arduino Uno kết hợp cảm biến độ ẩm đất, MPU6050 và SW-420 để phát hiện dấu hiệu bất thường của sườn dốc. Hệ thống tự động cảnh báo bằng đèn LED, còi, LCD và hỗ trợ gửi SMS qua SIM 4G A7680C. Giải pháp có chi phí phù hợp, dễ lắp ráp, nhưng chỉ phục vụ nghiên cứu, học tập và minh họa nguyên lí cảnh báo, chưa thay thế hệ thống chuyên nghiệp.
2.2. Thiết kế mô hình
- Phát triển mô hình núi hiện có thành hệ thống cảnh báo mô phỏng nguy cơ sạt lở đất. Cảm biến độ ẩm theo dõi sự thay đổi độ ẩm trong đất; cảm biến MPU6050, cảm biến rung SW420 theo dõi sự thay đổi góc nghiêng, rung của tấm đỡ mô phỏng sườn dốc. Arduino đọc dữ liệu và điều khiển ba đèn LED xanh, vàng, đỏ cùng còi cảnh báo, màn hình LCD, SIM A7C80C.
2.2.1. Vật tư thiết bị
STT | Linh kiện | Số lượng | Ghi chú |
1 | Arduino Uno R3 hoặc tương thích | 1 | Bộ điều khiển trung tâm |
2 | Cảm biến độ ẩm đất điện dung có chân AO | 1 | Ưu tiên loại điện dung |
3 | Module cảm biến MPU6050 / GY-521 | 1 | Đo chuyển động/góc nghiêng tương đối |
4 | Cảm biến rung SW - 420 | 1 | Kiểm tra trạng thái DO khi có rung động. |
5 | Màn hình LCD 1602 I2C | 1 | Hiển thị thông tin và trạng thái cảnh báo của mô hình. |
6 | Module SIM 4G A7680C | 1 | Kết nối mạng di động để truyền thông tin cảnh báo sạt lở đất/rung chấn đến người dùng; sử dụng nguồn riêng phù hợp. |
7 | Module hạ áp 3A LM2596 | 1 | Không nên mặc định tất cả thiết bị dùng chung một mức điện áp đầu ra. Cần xác định yêu cầu nguồn của từng module trước khi thiết kế sơ đồ cấp nguồn. |
8 | Pin 18650, đế pin | Theo nhu cầu | Cung cấp nguồn cho mô hình |
9 | Đèn LED xanh, vàng, đỏ | 3 | Mỗi màu 1 chiếc, dùng biểu thị các trạng thái cảnh báo |
10 | Điện trở 220–330 Ω | 3 | Một điện trở nối tiếp mỗi LED |
11 | Còi buzzer chủ động phù hợp 5V | 1 | Kiểm tra dòng tiêu thụ |
12 | Breadboard và dây jumper | 1 bộ | Dây nối đực–đực phù hợp |
13 | Cáp USB tương thích Arduino | 1 | Nguồn và nạp chương trình |
14 | Đất, khay hứng nước, tấm đỡ sườn dốc | 1 bộ | Tách khỏi mạch điện |
15 | Vật liệu cố định cảm biến, bảng cảnh báo | Theo nhu cầu | Băng dính, keo, dây rút, giá đỡ hoặc vật liệu tương đương để cố định linh kiện và hoàn thiện mô hình. |
2.2.2 Mô tả thiết kế
Hình minh họa bố trí tổng thể. Khi đấu dây, ưu tiên bảng kết nối ở các mục dưới.
a. Cảm biến độ ẩm đất
Chân cảm biến | Kết nối Arduino Uno | Lưu ý |
VCC | 5V (nếu module ghi hỗ trợ 5V) | Kiểm tra nhãn/module |
GND | GND | Dùng chung GND |
AO | A0 | Đọc giá trị analog |
DO | Không nối | Không cần trong chương trình mẫu |
- Cách đặt: Cắm đầu dò vào đất ở sườn dốc; để bảng mạch và chân kết nối phía trên, tránh nước bắn vào. Cảm biến điện dung thường phù hợp hơn loại điện trở khi thử nghiệm nhiều lần.
b. Cảm biến nghiêng MPU6050 (GY-521)
Chân MPU6050 | Kết nối Arduino Uno | Lưu ý |
VCC | 3.3V nếu chưa xác nhận module hỗ trợ 5V | Một số module có ổn áp, nhưng cần kiểm tra |
GND | GND | Dùng chung GND |
SDA | A4 | I2C trên Arduino Uno R3 |
SCL | A5 | I2C trên Arduino Uno R3 |
Chân MPU6050 | Kết nối Arduino Uno | Lưu ý |
INT, AD0 | Không nối trong chương trình cơ bản | Để nguyên nếu không sử dụng |
- Cố định cảm biến chắc chắn trên tấm đỡ gắn với phần sườn dốc có thể nghiêng nhẹ. Không để module rời trên đất vụn vì nó có thể dịch chuyển độc lập với sườn dốc.
c. Cảm biến rung SW- 420
Chân SW 420 | Kết nối Arduino Uno | Lưu ý |
VCC | 5V | Nối vào chân 5V của Arduino Uno nếu module SW-420 hỗ trợ 5V. Kiểm tra chữ in trên module trước khi cấp điện. Không nối nhầm VCC với GND vì có thể làm hỏng module. |
GND | GND | Nối GND của cảm biến với GND của Arduino. Phải có đường mass chung để tín hiệu DO được đọc đúng. Không được bỏ quên dây GND. |
DO | D2 | Nối vào chân D2 của Arduino Uno theo sơ đồ đề xuất. DO truyền trạng thái HIGH hoặc LOW khi cảm biến phát hiện rung theo ngưỡng cài đặt. Không nối DO vào chân 5V hoặc GND; không nhầm DO với VCC. |
d. Màn hình LCD 1602 I2C
Chân LCD | Kết nối Arduino Uno | Lưu ý |
VCC | 5V | Cấp nguồn theo thông số module. |
GND | GND | Nối chung mass với Arduino Uno. |
SDA | A4 | Chân truyền dữ liệu I2C. |
SCL | A5 | Chân tạo xung đồng bộ I2C. |
e. Module SIM 4G A7680C
Chân trên A7680C | Kết nối Arduino Uno | Lưu ý |
TXD hoặc UTX | D10 (RX) | SIM gửi dữ liệu sang Arduino |
RXD hoặc URX | D11 (TX) | Arduino gửi lệnh sang SIM |
GND | GND | Bắt buộc nối chung mass |
5V hoặc VCC | Không nối trực tiếp vào Arduino | Cấp nguồn riêng theo thông số của đúng bo |
PWRKEY hoặc PWRK | Chưa cần nối | Khởi động bằng nút trên bo nếu có; điều khiển tự động cần xác định đúng mức điện áp và cách kích hoạt |
f. Module hạ áp 3A LM2596
Chân LM2596 | Kết nối |
IN+ | Cực dương pin 2S |
IN− | Cực âm pin 2S |
GND | GND |
OUT+ | Chân nguồn dương của A7680C |
OUT− | Chân GND của A7680C |
g. Ba đèn LED
Đèn | Chân Arduino | Cách mắc |
Xanh | D5 | D5 → điện trở 220–330 Ω → chân dài LED; chân ngắn LED → GND |
Vàng | D6 | D6 → điện trở 220–330 Ω → chân dài LED; chân ngắn LED → GND |
Đỏ | D7 | D7 → điện trở 220–330 Ω → chân dài LED; chân ngắn LED → GND |
- Không nối LED trực tiếp vào chân Arduino mà không có điện trở hạn dòng.
h. Còi buzzer
Chân buzzer chủ động | Kết nối | Lưu ý |
(+) dương | D8 | Chỉ áp dụng với còi có dòng tiêu thụ phù hợp |
(−) âm | GND | Dùng chung GND với Arduino |
Nếu còi cần dòng lớn hơn khả năng của chân I/O, không cấp trực tiếp từ D8; cần module điều khiển hoặc transistor phù hợp và đấu theo tài liệu của linh kiện.
i. Nguyên lý cảnh báo
Trạng thái | Điều kiện minh họa | Tín hiệu |
Bình thường | Sườn dốc ổn định, không có rung động bất thường, góc nghiêng trong giới hạn cho phép. | Đèn LED tắt, còi tắt, không gửi tin nhắn. |
Rung nhẹ | Cảm biến SW-420 phát hiện rung nhẹ, chưa vượt ngưỡng cảnh báo. | Đèn LED nháy chậm (nếu lập trình), còi tắt. |
Cảnh báo rung | Rung động vượt ngưỡng cài đặt của cảm biến SW-420. | Đèn LED nhấp nháy nhanh, còi kêu, SIM gửi SMS cảnh báo. |
Cảnh báo nghiêng | MPU6050 phát hiện góc nghiêng của mô hình vượt ngưỡng cài đặt. | Đèn LED sáng, còi kêu, SIM gửi SMS cảnh báo. |
Nguy cơ cao | Rung mạnh đồng thời góc nghiêng vượt ngưỡng cảnh báo. | Đèn LED sáng liên tục, còi báo động, SIM gửi SMS cảnh báo nguy cơ cao. |
Ổn định trở lại | Rung động giảm, góc nghiêng trở về giới hạn cho phép trong thời gian xác nhận. | Đèn LED và còi trở về trạng thái bình thường; có thể gửi SMS phục hồi nếu được lập trình. |
3. Thực hiện: Chế tạo và kiểm tra
3.1. Quá trình chế tạo và lắp ráp
Dự án được thực hiện qua các bước sau:
Bước 1. Khảo sát và chuẩn bị vật liệu
Khảo sát địa hình sườn dốc, tìm hiểu các dấu hiệu có thể xảy ra sạt lở đất. Chuẩn bị vật liệu làm mô hình như bìa xốp, đất, cát, đá, cây xanh, nhà mô hình và khung đỡ. Chuẩn bị các linh kiện điện tử: Arduino Uno, cảm biến rung SW- 420, cảm biến nghiêng MPU6050, màn hình LCD I2C, đèn LED, còi báo động, module SIM 4G A7680C, bộ hạ áp LM2596 và nguồn pin lithium 2S.
Bước 2. Chế tạo mô hình sườn dốc
Tạo phần nền và sườn dốc bằng xốp, gỗ hoặc vật liệu nhẹ, bảo đảm mô hình chắc chắn. Bố trí đất, đá, cây xanh, nhà dân và khu vực có nguy cơ sạt lở để mô phỏng địa hình thực tế. Tạo một phần sườn dốc có thể dịch chuyển hoặc rung nhẹ có kiểm soát để phục vụ thử nghiệm.
Bước 3. Lắp đặt cảm biến và hệ thống cảnh báo
Gắn cảm biến SW-420 tại vị trí phù hợp để phát hiện rung động của mô hình. Gắn cảm biến MPU6050 chắc chắn trên phần cần theo dõi độ nghiêng. Lắp đèn LED và còi báo động tại vị trí dễ quan sát, nghe thấy. Lắp màn hình LCD 1602 I2C tại vị trí dễ quan sát trên mô hình, dùng để hiển thị trạng thái hệ thống. Kết nối LCD với Arduino Uno thông qua giao tiếp I2C: VCC, GND, SDA, SCL. Với Arduino Uno R3, SDA nối A4 và SCL nối A5; cần kiểm tra điện áp tương thích của module LCD. Lập trình hiển thị các thông tin như HE THONG ON DINH, CANH BAO RUNG, CANH BAO NGHIENG hoặc NGUY CO CAO, tùy trạng thái được xác định từ cảm biến. Bố trí Arduino Uno và module SIM A7680C trong hộp bảo vệ, hạn chế bụi và đất cát lọt vào thiết bị.
Bước 4. Lắp ráp mạch điện và nguồn cấp
Kết nối SW-420 và MPU6050 với Arduino Uno theo đúng chân tín hiệu, nguồn và GND. Kết nối LED và còi báo động theo sơ đồ mạch, sử dụng tầng điều khiển phù hợp nếu còi tiêu thụ dòng lớn. Sử dụng pin lithium 2S cấp nguồn cho hệ thống; dùng LM2596 hạ áp theo đúng yêu cầu điện áp đầu vào của bo A7680C. Nối chung GND giữa các mạch khi sử dụng giao tiếp UART; kiểm tra cực tính, điện áp và mức logic trước khi cấp nguồn.
Bước 5. Lập trình và tích hợp hệ thống
Lập trình Arduino Uno thu thập dữ liệu từ cảm biến rung SW-420 và cảm biến nghiêng MPU6050, thiết lập ngưỡng cảnh báo qua thử nghiệm. Khi phát hiện dấu hiệu bất thường, hệ thống kích hoạt đèn LED, còi, hiển thị cảnh báo trên LCD và gửi SMS qua SIM A7680C nếu đáp ứng điều kiện kết nối.
Bước 6. Kiểm tra, thử nghiệm và hoàn thiện
Kiểm tra hệ thống trong điều kiện bình thường để xác nhận đèn và còi không kích hoạt ngoài ý muốn. Tạo các tình huống rung nhẹ, rung mạnh và nghiêng mô hình để đánh giá phản hồi của cảm biến. Kiểm tra khả năng kích hoạt cảnh báo tại chỗ và gửi tin nhắn qua mạng di động. Ghi chép kết quả, điều chỉnh ngưỡng cảnh báo, xử lí lỗi kết nối và cố định các linh kiện. Hoàn thiện mô hình, sơ đồ mạch điện và hồ sơ thuyết minh phục vụ báo cáo, trình diễn tại cuộc thi KHKT.
3.2. Kết quả kiểm tra và đánh giá
- Sau khi hoàn thiện mô hình, nhóm nghiên cứu tiến hành kiểm tra hoạt động của cảm biến độ ẩm đất, cảm biến nghiêng MPU6050, mạch Arduino và hệ thống cảnh báo trong các điều kiện thử nghiệm khác nhau. Các nội dung kiểm tra tập trung vào khả năng thu thập dữ liệu, nhận biết sự thay đổi của đất và kích hoạt cảnh báo theo ngưỡng đã thiết lập.
Hạng mục kiểm tra | Số lần thử | Kết quả | Phân tích | Ghi chú |
Cảm biến độ ẩm đất | 5 | Ghi nhận sự thay đổi tín hiệu khi độ ẩm đất thay đổi | Đánh giá khả năng nhận biết đất khô, đất ẩm và đất ẩm cao sau khi hiệu chuẩn | Thử trên cùng loại đất, ghi lại giá trị cảm biến |
Cảm biến rung SW-420 | 5 | Kiểm tra khả năng phát hiện rung động | Đánh giá độ nhạy với rung nhẹ, rung mạnh và khả năng hạn chế cảnh báo sai | Điều chỉnh biến trở/ngưỡng nếu module hỗ trợ |
Cảm biến nghiêng MPU6050 | 5 | Kiểm tra sự thay đổi dữ liệu khi nghiêng mô hình | Đánh giá khả năng phát hiện góc nghiêng vượt ngưỡng cài đặt | Cố định cảm biến chắc chắn |
Màn hình LCD 1602 I2C | 5 | Kiểm tra hiển thị trạng thái bình thường và cảnh báo | Xác định thông tin hiển thị có chính xác, dễ quan sát hay không | Kiểm tra dây SDA, SCL và địa chỉ I2C |
Đèn LED và còi báo động | 5 | Kiểm tra tín hiệu khi kích hoạt các điều kiện cảnh báo | Đánh giá khả năng phát tín hiệu đúng theo chương trình | Kiểm tra điện trở LED và mạch điều khiển còi |
Module SIM 4G A7680C | 5 | Thử gửi tin nhắn cảnh báo | Đánh giá khả năng gửi SMS khi có sóng và nguồn ổn định | Ghi số tin nhắn gửi thành công/thất bại |
Mạch hạ áp LM2596 | 5 | Đo điện áp đầu ra và theo dõi khi tải hoạt động | Xác định điện áp có ổn định, đáp ứng yêu cầu của bo SIM hay không | Nếu bo yêu cầu 5 V, chỉnh và đo 5,0 V trước khi kết nối |
Toàn bộ hệ thống | 5 | Thử các tình huống rung, nghiêng và thay đổi độ ẩm | Đánh giá khả năng phối hợp cảm biến, hiển thị và phát cảnh báo | Ghi lại từng tình huống và phản hồi thực tế |
3.3. Đánh giá tổng hợp
- Nhìn chung, mô hình có tiềm năng phục vụ học tập và nghiên cứu KHKT bước đầu về giám sát các dấu hiệu bất thường của đất. Để phát triển thành hệ thống có khả năng ứng dụng ngoài thực địa, cần tiến hành thêm các thử nghiệm, đánh giá độ tin cậy và kết hợp các dữ liệu địa kỹ thuật phù hợp. Mô hình không thay thế các hệ thống cảnh báo thiên tai chuyên nghiệp.
3.4. Thí nghiệm kiểm chứng
- Nhóm tiến hành thí nghiệm nhằm kiểm tra khả năng thu thập dữ liệu của cảm biến, phản hồi của hệ thống và tính phù hợp của các ngưỡng cảnh báo. Mỗi điều kiện nên được thử ít nhất 5 lần, ghi lại số liệu thực tế và so sánh với kết quả mong đợi.
*Cách ghi nhận và đánh giá kết quả:
Ở mỗi lần thử nghiệm, học sinh cần ghi lại: Lần thử nghiệm: Lần 1, lần 2,..
- Điều kiện thử: Độ ẩm đất, mức rung, góc nghiêng hoặc tình trạng nguồn điện. Số liệu đo được: Giá trị cảm biến độ ẩm, góc nghiêng, tín hiệu rung và điện áp LM2596 (nếu kiểm tra nguồn).
- Kết quả phản hồi: Nội dung LCD 1602, trạng thái đèn LED, còi báo động và việc điện thoại có nhận được SMS hay không.
- Đánh giá: Đạt hay chưa đạt so với kết quả mong đợi.
- Ghi chú: Lỗi phát sinh, nguyên nhân dự kiến và cách khắc phục.
Tỉ lệ phản hồi đúng được tính theo công thức:
x 100%
Trong đó: P,n,N lần lượt là: tỉ lệ phản hồi đúng (%), số lần hệ thống phản hồi đúng, tổng số lần thử nghiệm.
Lưu ý: Chỉ tính tỉ lệ phát hiện đúng trên các lần thử có tình huống cần cảnh báo.
4. Kết quả, kết luận và khả năng ứng dụng
4.1. Kết quả đạt được của dự án
- Sau quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và lắp ráp, nhóm đã xây dựng mô hình cảnh báo sạt lở đất dựa trên sự kết hợp giữa các cảm biến, bộ điều khiển Arduino Uno và hệ thống cảnh báo tại chỗ, từ xa. Mô hình được thiết kế nhằm mô phỏng quá trình giám sát các dấu hiệu bất thường của sườn dốc, qua đó giúp người học hiểu rõ hơn về việc ứng dụng công nghệ vào phòng tránh và giảm thiểu rủi ro do thiên tai.
4.2. Kết luận của dự án
- Dự án “Mô hình cảnh báo sạt lở đất và động đất sử dụng Arduino Uno” được thực hiện xuất phát từ nhu cầu tìm hiểu, ứng dụng khoa học và công nghệ vào việc nhận biết các dấu hiệu bất thường có thể liên quan đến mất ổn định sườn dốc. Thông qua việc sử dụng các cảm biến và hệ thống điều khiển tự động, nhóm đã xây dựng phương án mô phỏng quá trình thu thập dữ liệu, xử lí tín hiệu và phát cảnh báo khi xuất hiện những điều kiện đã được thiết lập.
4.3. Khả năng ứng dụng của dự án
- Trước mắt, sản phẩm có thể được ứng dụng trong các hoạt động giáo dục và nghiên cứu ở trường học. Giáo viên có thể sử dụng mô hình để minh họa nguyên lí hoạt động của cảm biến, hệ thống điều khiển tự động và truyền thông không dây. Trong hoạt động trải nghiệm và nghiên cứu khoa học kĩ thuật, mô hình có thể làm cơ sở cho các dự án mở rộng như giám sát độ ẩm đất, theo dõi độ nghiêng của mô hình địa hình hoặc xây dựng hệ thống cảnh báo nhiều cấp.
5. Tài liệu tham khảo
[1] Cục Quản lý đê điều và Phòng, chống thiên tai “Mỗi ngày một kỹ năng PCTT: Nguyên nhân, dấu hiệu nhận biết sạt lở đất”. Cổng thông tin Phòng, chống thiên tai. https://phongchongthientai.mard.gov.vn/Pages/moi-ngay-mot-ky-nang-pctt-nguyen-nhan-dau-hieu-nhan-biet-sat-lo-dat.aspx
[2] Arduino “UNO R3 – Documentation”. Arduino Official Documentation. https://docs.arduino.cc/hardware/uno-rev3/
[3] Texas Instruments. (2023). “LM2596 SIMPLE SWITCHER® Power Converter 150-kHz 3-A Step-Down Voltage Regulator”, datasheet, Revision G. https://www.ti.com/product/LM2596
[4] United Nations Office for Disaster Risk Reduction (UNDRR) & CIMA Foundation. (2024). “Handbook on the Use of Risk Knowledge for Multi-Hazard Early Warning Systems”. https://www.undrr.org/publication/handbook-use-risk-knowledge-multi-hazard-early-warning-systems-2024
BÁO CÁO TÓM TẮT KẾT QUẢ THỰC HIỆN DỰ ÁN DỰ THI
Tên dự án dự thi: Mô hình cảnh báo nguy cơ sạt lở đất.
Lĩnh vực dự thi: Hệ thống nhúng.
Tóm tắt kết quả:
- Dự án được thực hiện nhằm nghiên cứu, chế tạo mô hình có khả năng theo dõi các dấu hiệu bất thường của sườn dốc và phát cảnh báo khi xuất hiện điều kiện có nguy cơ sạt lở đất.
- Nhóm nghiên cứu sử dụng Arduino Uno làm bộ điều khiển trung tâm, kết hợp cảm biến độ ẩm đất, cảm biến rung SW-420, cảm biến nghiêng MPU6050, màn hình LCD 1602, đèn LED, còi báo động và module SIM 4G A7680C. Phương pháp thực hiện gồm khảo sát, thiết kế mô hình sườn dốc thu nhỏ, lắp ráp mạch điện, lập trình điều khiển và thử nghiệm các trạng thái rung, nghiêng, thay đổi độ ẩm đất.
- Trong quá trình thực hiện, nhóm xây dựng hệ thống thu thập và xử lí tín hiệu cảm biến, hiển thị trạng thái trên màn hình LCD, phát cảnh báo bằng đèn LED và còi, đồng thời tích hợp chức năng gửi tin nhắn SMS khi đáp ứng điều kiện cảnh báo và hệ thống mạng hoạt động phù hợp.
- Dự án tạo ra mô hình trực quan phục vụ học tập và nghiên cứu khoa học kĩ thuật, giúp học sinh vận dụng kiến thức Khoa học tự nhiên, Công nghệ, Tin học và Toán học vào thiết kế, chế tạo sản phẩm. Trong thời gian tới, nhóm sẽ tiếp tục hiệu chuẩn cảm biến, bổ sung số liệu thử nghiệm và cải tiến thuật toán nhằm nâng cao độ tin cậy. Mô hình hiện có ý nghĩa nghiên cứu, giáo dục, chưa thay thế hệ thống cảnh báo thiên tai chuyên nghiệp.
mo-hinh-canh-bao-nguy-co-sat-lo-dat_2310202617.docx
Tiếng Việt
English
中文
Français
日本語
한국어
Español
Русский
Deutsch
ไทย
ລາວ
हिन्दी
Português