A dynamic Biogas Monitoring System Based-on IoT Platform

Abstract

This thesis is to develop a biogas monitoring system using a fiber-optic-based refractometer (FOR) for measuring target biogas. A 100 ohm variable resistor (VR) has been operated as a FOR, which is connected to an Arduino Portenta H7 microcontroller board for converting analog signals to 16 bits digital signal, and send such signal through a virtual private network created from communication modules with a latency of 70 millisecond. The output digital is then passed to the computer server for data storage and monitoring the results via a web browser program. However, the output signal can display biogas concentration values both in real-time and continuously. In addition, the system can identify the user levels between administrator and general user. Besides, the developed algorithm can also calculate the biogas concentration at 3 significant digits. Further, the developed system can be displayed the voltage values in the range from 0.074 volt to 2.827 volt, and obtains an average percentage error of 3.793% with a sensitivity of 0.0283 volts per percent (V/%) or 28.3 millivolts per percent (mV/%), respectively. Finally, the application programs used for developing the system include: HTML, PHP, and JavaScript, which is an open-source program.

วิทยานิพนธ์นี้จัดทำเพื่อพัฒนาระบบแสดงผลก๊าซชีวภาพโดยใช้ตัวตรวจจับใยแก้วนำแสงชนิดรีแฟรกโตมิเตอร์ (Fiber Optic-Based-Refractometer: FOR) สำหรับตรวจวัดก๊าซชีวภาพเป้าหมาย วิทยานิพนธ์ได้นำตัวต้านทานแบบปรับค่าได้ (Variable resistor: VR) ขนาด 100 โอห์ม มาจำลองเป็นตัวตรวจจับใยแก้วนำแสงชนิดรีแฟรกโตมิเตอร์ที่เชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์บอร์ด ตระกูล Arduino รุ่น Portenta H7 สำหรับแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอล (Analog-to-digital converter: ADC) ขนาด 16 บิท และทำการส่งค่าสัญญาณดิจิตอลผ่านระบบโครงข่ายส่วนตัวเสมือนที่สร้างขึ้นจากโมดูลสื่อสารที่มีค่าความหน่วงแฝงเท่ากับ 70 มิลลิวินาที สู่คอมพิวเตอร์แม่ข่ายเพื่อจัดเก็บเข้าสู่ระบบฐานข้อมูลสำหรับใช้ในการแสดงผลผ่านโปรแกรมเว็บบราวเซอร์ที่สามารถแสดงค่าความเข้มข้นของก๊าซชีวภาพได้ทั้งแบบเรียลไทม์ และสามารถกำหนดช่วงเวลาที่ต้องการได้ นอกจากนี้ ระบบยังสามารถกำหนดระดับของผู้ใช้งานระหว่างผู้ดูแลระบบและผู้ใช้งานทั่วไปได้ โดยอัลกอริทึมที่พัฒนาสามารถคำนวณค่าความเข้มข้นของก๊าซชีวภาพที่จุดทศนิยม 3 ตำแหน่ง อย่างไรก็ตาม ระบบที่พัฒนาขึ้นสามารถแสดงค่าแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 0.074 โวลต์ จนถึง 2.827 โวลต์ และมีเปอร์เซ็นต์ความผิดพลาดเฉลี่ยเท่ากับ 3.793% มีค่าความไว (Sensitivity) เท่ากับ 0.0283 โวลต์ต่อเปอร์เซ็นต์ (V/%) หรือ 28.3 มิลลิโวลต์ต่อเปอร์เซ็นต์ (mV/%) ทั้งนี้โปรแกรมประยุกต์ที่ใช้สำหรับพัฒนาระบบประกอบด้วยโปรแกรมภาษาเอชทีเอ็มแอล (HTML), พีเอชพี (PHP), และจาวาสคริปต์ (JavaScript) ซึ่งเป็นโปรแกรมชนิดโอเพนซอร์ส (Open source) ที่สามารถนำชุดคำสั่งไปทำการพัฒนาต่อไปในอนาคตได้