ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BÁO CÁO ĐỒ ÁN 01 Ngành Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử MÔ HÌNH HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ (PM2 5, CO, ) DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ IOT Vũ Hải Hưng 19[.]
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BÁO CÁO ĐỒ ÁN 01 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử MƠ HÌNH HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ (PM2.5, CO, …) DỰA TRÊN CƠNG NGHỆ IOT Vũ Hải Hưng - 19021058 Dương Quang Vũ - 19021139 HÀ NỘI – 2022 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI\ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Vũ Hải Hưng Dương Quang Vũ MƠ HÌNH HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ (PM2.5, CO, …) DỰA TRÊN CƠNG NGHỆ IOT BÁO CÁO ĐỒ ÁN 01 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử Sinh viên 1: Vũ Hải Hưng Mã Sinh Viên: 19021058 Mã Sinh Viên: 19021139 Sinh viên2: Dương Quang Vũ Cán hướng dẫn: PGS.TS Phạm Mạnh Thắng HÀ NỘI – 2022 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: Tổng quan số chất lượng khơng khí (AQI) 1.1 Khái niệm .3 1.2 Tính tốn số chất lượng khơng khí Việt Nam 1.3 Tính toán giá trị VN_AQI Chương 2: Xây dựng mơ hình Chương 3: Các cảm biến sử dụng đo chất lượng khơng khí .7 3.1 Vi điều khiển ESP32 .7 3.2 Cảm biến khí CO (MQ7) 13 3.3 Cảm biến bụi PM2.5 .17 3.4 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 19 Chương 4: Phần code .20 4.1 Lập trình esp32 .20 4.2 Lập trình wed 21 Chương 5: Đánh giá .21 Phụ lục 24 Esp32 24 Web .31 Tài liệu tham khảo 40 MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, hoạt động sản xuất công nghiệp, xe cộ, … nhiễm khơng khí ngày trở nên nghiêm trọng Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), ô nhiễm khơng khí gây triệu ca tử vong sớm năm Số liệu thống kê Liên hợp quốc cho thấy, có khoảng 800 ca tử vong nhiễm khơng khí, trung bình 13 người tử vong phút, gấp ba lần số tử vong sốt rét, bệnh lao AIDS năm Cũng theo WHO, Việt Nam có 34.232 người tử vong sớm có liên quan đến nhiễm khơng khí Ở nước ta nay, thành phố lớn Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, thành phố công nghiệp mức độ ô nhiễm năm gần nhiều lúc lên ngưỡng báo động Tuy nhiên việc theo dõi, giám sát chất lượng khơng khí chưa thực đáp ứng với tình hình nay, giới hạn chi phí, với thiếu hụt hệ thống quan trắc xuống cấp hệ thống theo thời gian Chi phí rào cản lớn việc mở rộng giám sát chất lượng khơng khí, với xuất cảm biến với chi phí thấp kết hợp với “Internet of Thing” (IoT), giải pháp xem kẽ hệ thống lớn để tăng độ tin cậy, độ xác hệ thống giám sát Chính vấn đề vậy, cáo báo chúng em nghiêm cứu Mơ hình hệ thống giám sát chất lượng khơng khí (PM2.5, CO, ) dựa trên công nghệ IoT Với mục tiêu thiết kế, chế tạo thiết bị đo nồng độ ô nhiễm không khí có giá thành hợp lý khả ứng dụng thực tiễn, báo cáo chúng em sử dụng kết hợp cảm biến với vi điều khiển IoT Báo cáo chúng em gồm phần: Chương 1: Tổng quan số chất lượng khơng khí (AQI) Chương 2: Xây dụng mơ hình Chương 3: Các cám biến sử dụng đo chất lượng khơng khí Chương 4: Phần code Chương 5: Đánh giá Chương 1: Tổng quan số chất lượng khơng khí (AQI) 1.1 Khái niệm Chỉ số chất lượng khơng khí (viết tắt AQI – Air Quality Index) số báo cáo chất lượng khơng khí hàng ngày Đây coi thước đo đơn giản hóa mức độ nhiễm khơng khí, cho biết khơng khí xung quanh ta hay ô nhiễm, ô nhiễm đến mức độ Rủi ro sức khỏe cộng đồng cao số AQI lớn Chỉ số AQI tập trung vào ảnh hưởng tới sức khỏe người dân gặp vòng vài vài ngày sau hít thở khơng khí nhiễm Chỉ số chất lượng khơng khí tính theo thang điểm (khoảng giá trị AQI) tương ứng với biểu tượng màu sắc để cảnh báo chất lượng khơng khí mức độ ảnh hưởng tới sức khỏe người, cụ thể sau: Bảng 1: Khoảng giá trị AQI đánh giá chất lượng khơng khí Khoảng giá trị AQI Chất lượng khơng khí Màu sắc Mã màu RBG 0- 50 Tốt Xanh 0;228;0 51- 100 Trung bình Vàng 255;255;0 101 - 150 Kém Da cam 255;126;0 151 - 200 Xấu Đỏ 255;0;0 201 - 300 Rất xấu Tím 143;63;15 301-500 Nguy hại Nâu 126;0;35 1.2 Tính tốn số chất lượng khơng khí Việt Nam Chỉ số chất lượng khơng khí Việt Nam (viết tắt VN_AQI) - VN_AQI tính toán bao gồm AQI AQI ngày Số liệu sử dụng để tính tốn VN_AQI giá trị quan trắc trung bình giờ, trung bình trung bình 24 - VN_AQI tính tốn cho liệu trạm quan trắc khơng khí tự động liên tục mơi trường khơng khí xung quanh - Đối với trạm quan trắc, AQIx tính tốn cho thơng số quan trắc, giá trị AQI cuối giá trị lớn giá trị AQIx thông số - Các thơng số sử dụng để tính VN_AQI bao gồm: SO2, CO, NO2, O3, PM10, PM2.5 - Phương pháp tính tốn VN_AQI u cầu bắt buộc phải có tối thiểu 01 02 thông số PM10, PM2.5 công thức tính 1.3 Tính tốn giá trị VN_AQI Tính tốn giá trị AQI (AQIh) Số liệu tính tốn AQI giá trị quan trắc trung bình a PM10 Tính giá trị Nowcast thơng số PM2.5 Gọi c1, c2, …c12 12 giá trị quan trắc trung bình (với c giá trị quan trắc trung bình tại, c 12 giá trị quan trắc trung bình cách 12 so với tại) Tính giá trị trọng số: ¿ w= c c max Trong c giá trị nhỏ số 12 giá trị trung bình c max giá trị lớn số 12 giá trị trung bình ¿ Nếu w ≤ 1 lấy w= 2 ¿ Nếu w > lấy w=w¿ 12 Trong trường hợp w > giá trị ∑ wi−1 c i Nowcast= i=112 ∑ wi−1 i=1 Trong trường hợp w= 1 c +…+ Nowcast= c + 2 2 () 12 ()c 12 Lưu ý: Cần có giá trị c 1, c2, c3 có liệu tính giá trị Nowcast, ngược lại khơng tính giá trị b Tính giá trị AQIh thông số (AQIx) Giá trị AQIh thông số SO2, CO, O3 tính tốn theo cơng thức AQ I x = I i +1−I i ( C −B Pi ) + I i B Pi +1−B P i x Giá trị AQIh thông số PM10, PM2.5 tính tốn theo cơng thức AQ I x = I i +1−I i ( Nowcast x −B Pi ) + I i B Pi +1−B P i Trong đó: AQIx: Giá trị AQI thông số thông số x B P i: Nồng độ giới hạn giá trị thông số quan trắc quy định Bảng tương ứng với mức i B P i+1: Nồng độ giới hạn giá trị thông số quan trắc quy định Bảng tương ứng với mức i+1 Ii: Giá trị AQI mức i cho bảng tương ứng với giá trị B P ii Ii+1: Giá trị AQI mức i+1 cho bảng tương ứng với giá trị B P i+1 Cx: Giá trị quan trắc trung bình thơng số x Nowcastx: Giá trị Nowcast tính tốn phần a Bảng 2: Các giá trị B P i thông số i I i 00 50 00 00 00 00 Giá trị BPi quy định thơng số (Đơn vị: µg/m3) P O O C S N P M2.5 O O2 O2 M10 3(1h) 3(8h) 0 0 0 16 10 1 00 000 25 00 20 30 20 000 50 00 50 30 45 70 000 50 00 50 40 60 10 000 00 200 50 50 80 90 00 000 600 350 20 50 12 000 0.000 100 100 00 50 ≥ ≥ ≥ ≥ ≥ ≥ 1.200 150.000 2.630 3.850 600 500 Giá trị AQI tổng hợp c Sau có giá trị AQIx thơng số, chọn giá trị AQI lớn thông số để lấy làm giá trị AQI tổng hợp AQIh = max(AQIx) Giá trị AQI làm tròn thành số nguyên d Giá trị AQI ngày tổng hợp Tương tự AQI giờ, ta dụa giá trị - Thông số PM2.5 PM10: giá trị trung bình 24 Thơng số O3: giá trị trung bình lớn ngày giá trị trung bình lớn ngày Thông số SO2, NO2 CO: giá trị trung bình lớn ngày Tương tự, ta áp dụng công thức để tính giá trị AQI x ngày thơng số, chọn giá trị AQI lớn thông số để lấy làm giá trị AQI ngày tổng hợp AQId = max(AQIx) Sau tính tốn số chất lượng khơng khí, sử dụng bảng xác định giá trị AQI tương ứng với mức cảnh boá chất lượng khơng khí mức độ ảnh hưởng đến sức khoẻ người để so sánh, đánh giá: Khoảng giá trị AQI Ảnh hưởng tới sức khoẻ người – 50 Chất lượng khơng khí tốt, khơng ảnh hưởng tới sức khỏe (Tốt) 51 – 100 (Trung bình) 101 – 150 (Kém) Chất lượng khơng khí mức chấp nhận Tuy nhiên, người nhạy cảm (người già, trẻ em, người mắc bệnh hô hấp, tim mạch…) chịu tác động định tới sức khỏe Những người nhạy cảm gặp phải vấn đề sức khỏe, người bình thường ảnh hưởng 151 – 200 (Xấu) Những người bình thường bắt đầu có ảnh hưởng tới sức khỏe, nhóm người nhạy cảm gặp vấn đề sức khỏe nghiêm trọng 201 – 300 (Rất xấu) 301 – 500 (Nguy hiểm) Cảnh báo hưởng tới sức khỏe: người bị ảnh hưởng tới sức khỏe nghiêm trọng Cảnh báo khẩn cấp sức khỏe: Toàn dân số bị ảnh hưởng tới sức khỏe tới mức nghiêm trọng Chương 2: Xây dựng mơ hình Tổng quan hệ thống Hệ thống chúng em chủ yếu gồm khối xử lý trung tâm, khối giao tiếp, khối hiển thị Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ đảm bảo vai trị đọc kết từ cảm biến, tính tốn để gửi kết quả, số lên firebase, thinkspeak thông báo đến điện thoại qua app telegram Khối cảm biến gồm cảm biến khác như: cảm biến khí CO, cảm biến bụi PM2.5, cảm biến nhiệt độ, độ ẩm Khối hiển thị có vai trị hiển thị kết đo được, tính tốn số liệu thơng số mơ hình Chương 3: Các cảm biến sử dụng đo chất lượng khơng khí 3.1 Vi điều khiển ESP32 ESP32 series vi điều khiển vi mạch giá rẻ, lượng thấp có tích hợp WiFi dual-mode Bluetooth Dòng ESP32 sử dụng vi xử lý Tensilica Xtensa LX6 có hai biến thể lõi kép lõi đơn, bao gồm công tắc antenna tích hợp, RF balun, khuếch đại cơng suất, khuếch đại thu nhiễu thấp, lọc module quản lý lượng ESP32 chế tạo phát triển Espressif Systems, cơng ty Trung Quốc có trụ sở Thượng Hải, sản xuất TSMC cách sử dụng công nghệ 40 nm Cấu hình ESP32 10 ... NỘI\ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Vũ Hải Hưng Dương Quang Vũ MƠ HÌNH HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ (PM2. 5, CO, …) DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ IOT BÁO CÁO ĐỒ ÁN 01 Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện tử... kẽ hệ thống lớn để tăng độ tin cậy, độ xác hệ thống giám sát Chính vấn đề vậy, cáo báo chúng em nghiêm cứu Mô hình hệ thống giám sát chất lượng khơng khí (PM2. 5, CO, ) dựa trên công nghệ IoT. .. mơ hình Chương 3: Các cám biến sử dụng đo chất lượng khơng khí Chương 4: Phần code Chương 5: Đánh giá Chương 1: Tổng quan số chất lượng khơng khí (AQI) 1.1 Khái niệm Chỉ số chất lượng khơng khí