Thiết kế hệ thống giám sát và cảnh báo nồng độ bụi mịn trong không khí

Bài viết Thiết kế hệ thống giám sát và cảnh báo nồng độ bụi mịn trong không khí tập trung vào làm thực nghiệm, đó là, thiết kế và xây dựng hệ thống thiết bị để có thể thu thập thông tin về nồng độ bụi mịn PM2.5.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế hệ thống giám sát và cảnh báo nồng độ bụi mịn trong không khí Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8 THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO NỒNG ĐỘ BỤI MỊN TRONG KHÔNG KHÍ Nguyễn Văn Thắng Trường Đại học Thủy lợi, email: nguyenbathang@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG Theo Tổ chức Y tế thế giới (WHO), cơ thể con người chỉ có cơ chế tự bảo vệ với bụi hạt có kích cỡ lớn hơn 10 µm, tuy nhiên với các kích cỡ bụi từ 0,01 đến 5 µm sẽ bị giữ lại trong khí quản và phế nang. Bụi mịn PM2.5 (các hạt bụi có kích thước đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 2.5µm) là chất gây ô nhiễm nguy hiểm nhất đối với sức khỏe con người. Bụi mịn có thể xâm nhập sâu vào cơ thể người do có kích thước siêu nhỏ và ảnh hưởng sức khỏe nhiều người hơn bất kỳ chất gây ô nhiễm nào khác, ngay cả ở nồng độ thấp. Vì vậy, việc thu thập dữ liệu về nồng độ bụi mịn trong không khí là rất cần thiết. Thông qua dữ liệu có thể biết được tình trạng không khí ở mức nào để có biện pháp cảnh báo, xử lý làm trong sạch môi trường và đảm Hình 1. Sơ đồ khối của hệ thống bảo sức khỏe con người. Hệ thống gồm Mạch phát và Mạch thu. Nghiên cứu này tập trung vào làm thực Phương thức truyền thông giữa 2 mạch là nghiệm, đó là, thiết kế và xây dựng hệ thống truyền thông không dây nhờ Module LoRa thiết bị để có thể thu thập thông tin về nồng SX1278 433Mhz. Khối nguồn làm nhiệm vụ độ bụi mịn PM2.5. biến đổi nguồn AC sang DC phù hợp với 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU từng khối, từng thiết bị. Nguyên lý hoạt động của hệ thống: Thông Nghiên cứu lý thuyết, kết hợp với mô tin về nồng độ bụi mịn PM2.5 được cảm biến phỏng trên phần mềm và làm mạch thực tế. đo từ không khí đưa vào khối vi điều khiển, Ứng dụng các thiết bị và công nghệ tiên tại đây dữ liệu sẽ được xử lý rồi đưa tới khối tiến, hiện có vào thực tiễn để đo, giám sát phát tín hiệu và đưa ra màn hình hiển thị Led nồng độ bụi mịn. LCD 1602. Khối phát tín hiệu sử dụng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Module truyền thông không dây năng lượng thấp LoRa SX1278 433Mhz để truyền dữ liệu 3.1. Sơ đồ khối và hoạt động của hệ thống sang mạch thu. Tại mạch thu, LoRa SX1278 Hệ thống giám sát và cảnh báo nồng độ sẽ nhận dữ liệu từ mạch phát, sau đó, đưa vào bụi mịn PM2.5 được mô tả dưới dạng sơ đồ khối vi điều khiển. Tại khối vi điều khiển, dữ khối trong Hình 1. liệu được xử lý và hiển thị lên màn hình LCD 256 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8 giống bên mạch phát. LCD của cả mạch phát 3.3. Thiết kế và mô phỏng mạch điện và mạch thu có thể hiện thị tối đa là 32 kí tự Sử dụng phần mềm thiết kế và mô phỏng (chia thành 2 hàng, mỗi hàng 16 kí tự). Trong Altium Designer thu được kết quả như sau: quá trình lập trình, giới hạn về nồng độ bụi mịn [1] được thiết lập, nên khi nồng độ bụi mịn PM2.5 vượt ngưỡng thiết lập đó, thì ngoài việc hiển thị thông tin lên màn hình còn kích hoạt còi cảnh báo. Dưới đây là lưu đồ thuật toán của hệ thống: Hình 4. Sơ đồ nguyên lý của mạch phát Hình 5. Sơ đồ nguyên lý mạch thu Hình 2. Lưu đồ thuật toán mạch phát (trái) và mạch thu (phải) 3.2. Một số thiết bị dùng trong nghiên cứu Đề tài sử dụng một số thiết bị như: Vi điều khiển ATmega16, cảm biến đo bụi mịn PM2.5 GP2Y1010AU0F, module LoRa (a) (b) SX1278 433Mhz [2] (Hình 3). Hình 6. Thiết kế mạch in của mạch phát (a) Mặt trên/ mặt gắn linh kiện, (b) Mặt dưới Hình 3. PM2.5 (trái), SX1278 (phải) Ngoài ra, còn có màn hình Led LCD1602, (a) (b) đèn Led, mạch cấp nguồn, còi báo động Hình 7. Thiết kế mạch in của mạch thu Piezoelectric Buzzer FSD-4020… (a) Mặt trên/ mặt gắn linh kiện, (b) Mặt dưới 257 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8 Hình 8. Thiết kế 3D mạch thu (trái), mạch phát (phải) Mạch nguyên lý của mạch phát và mạch thu được thể hiệ ...