Trang 1 Hội nghị Khoa học trẻ ỉần 5 năm 2023YSC2023-ỈUHYSC5.F133MÁY LỌC KHƠNG KHÍ THƠNG MINH sử DỤNG CƠNG NGHẸ LTETRÂNQ HỮU1*, HỒNG QUANG MINH1, TRÂN THIÊN TUỜNG1}Khoa Công nghệ Điện tử,
Trang 1Hội nghị Khoa học trẻ ỉần 5 năm 2023(YSC2023)-ỈUH
YSC5.F133
MÁY LỌC KHÔNG KHÍ THÔNG MINH sử DỤNG CÔNG NGHẸ LTE
TRÂNQUÝ HỮU1*, HOÀNG QUANG MINH1, TRÂN THIÊN TUỜNG1
}Khoa Công nghệ Điện tử, Trường Đại học Công nghiệp Thành phổ Hồ Chỉ Minh
Hranquyhuu@iuh.edu vn
Tóm tắt. Với sự phát triểnmạnh mẽ của cáccông nghệ lọc khôngkhí, một trongnhững công nghệ lọc tiêntiến và hiệu quả nhất hiện naylàcông lọctĩnh điện Bài báo này tập hung vàonghiên cứu, phân tích
và chếtạo mộtthiết bị lọc không khí dựa trêncôngnghệ lọctĩnh điện, truyềnnhậndữ liệu bằngcông nghệ SIM 4G LTE Đầu tiên, chúng tôi sử dụng các cảm biếnđể đo các chỉ sốcủa các nồng độbụi mịn PM2.5, PM10, SO2, , sử dụng Air Quality Index(AQI) để tính toán và xácđịnh các nồng độ đo được cóđang vượt ngưỡng chophép hay không? Tiếp theo, quạt hút và màng lọctĩnh điệnsẽ đượctựđộng kích hoạtkhi các chỉ số của các nồng độ đo được vượt ngưỡng cho phép Chúng tôi sử dụng vi xử lý ARM SIM32F103C8T6 để xửlý và gửi dữ liệu lên Module SIM4G thông qua Fhebase theo thời gianthực.Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng,mô hình lọc tĩnh điện kết hợp với côngnghệ LTEhoạt động ổnđịnh,hiệu quả trong khônggian khoảng6m2
khí, tĩnh điện, côngnghệ lọc tĩnh điện
Abstract With significant advancements in aữ purification technologies, electrostatic filtration has emerged as one ofthe most advanced and efficientfiltration methods available today This articlefocuses
on die research,analysis, andmanufacturing of an ah purifier basedon electrostaticfiltration technology, incorporating data transmission usingFourth-Generation Long Term Evolution SubscriberIdentity Module (4G LTE SIM) technology Initially, sensors are employed to measure indicators such as fine dust concentrations (PM2.5, PM10), SO2, and others The Ah Quality Index(AQI) isthen utilized to calculate and determine the measured concentrations, assessing whether they exceed the threshold limits Subsequently, the exhaust fan and electrostatic filter are automatically activated when die measured concentrations surpass thepermissiblethreshold To process and transmit data inreal-time, we employ die ARM STM32F103C8T6 processor, which sends die data to die 4G SIM Module through Fhebase Experimentalresults demonstrate that die combination of die electrostatic filtermodelandLTE technology operates effectivelyand consistently within anapproximatespace of 6m2
electrostatic,electrostatic filtration technology
1 GIỚI THIỆU
Trong thời hiện đại ngày nay, côngnghệ đã và đang phát triển với tốc độ biếnchuyểntừng giây đồng hồ Đồng thời còn đóng vai tròkhó có thể thay thế trong cuộc sốnghiện tại củamỗi chúngta Các mạng về công nghệ, đặc biệt có thể lấy vài vídụ như là: côngnghệ Điệntử,Côngnghệ thông tinvàViễnthông,
đãlàm biếnchuyển một cáchliên tục đối với cuộc sống của nhânloại, theo một hướng hiện đại hơn nhiều Hơn hết, hànhđộng áp dụng các côngnghệ hiện có vào trong cuộc sốnghiện tạicủacon người đãgiúpđem tới vôvàn tiện ích cùng lợiích đến với cuộc sốngcủa chúng ta Có thể nói, một côngnghệđang đượccoi
là gầnnhư dẫn đầu trong sự tiêntiếnhiện nay là công nghệ huyền dữ liệu bangSIM 4G/LTE Công nghệ
Trang 2SIM 4G/LTE, cuộc sống củachúng ta sẽ trở nênthêm nhiều tiện lợi, cùngchính xác hơn vàkhảnăng để kết nối tốt hơn
Tuy nhiên,tình trạngkhôngkhí đangônhiễmdần là một vấn đề đánglo ngại với cuộcsống hiện tại của con người Hiện nay, ở một so đô thị lớn trên toàn cầu nóichung và đấtnướcViệt Nam nói riêng, tình trạng không khí đang ô nhiễm dần dobụi rất phổ biến.Hơn hết, không khí đang ônhiễm ởmức độ nguy cấp và được đánhgiá làđạt độ cao lớnnhất trong cácnăm gần đây V ấn đềnày đang ảnh hưởng tới sức khỏecủa conngười,là nguyên nhân của những bệnh tới đường hô hấp, ung thư,vàtácđộng không hềnhỏ tới không gian sống củanhân loại
Những máy lọc khôngkhí thông thường có mặttại thị trường hiện tại khá đồ sộ và không dễ để sử dụng đối với đại đa so nhữngngười tiêudùng Bài báo nàynghiên cứu thiết kế, chếtạo hệ thong lọc không khí thông minh dùng phươngphươngtĩnh điệnkết hợp với côngnghệ Internet vạn vật (loT), hiểnthị và giám sát qua website
Bộ lọc không khí bằng phương pháp tĩnhđiệnsử dụng tìhh điện nhằm giữ những hạtbụi trongkhôngkhí Tĩhhđiện sẽ làm chonhũng hạt bụi tích điện, những hạt bụi trong không khí từđó dần bị hútkhỏi không khí và bám vàothành của hệ thống lọc khí vì các tam thu bên trong máylọc không khí sẽ xảyra hiện tượng hút tráidấu điện tích rồi chúng được dữ phíatrên lớplọc [3] [4]
Hình 1 Sơ đồ lọc bụi bằng sử dụng tĩnh điện
Mạng 4G LTE (Long-Term Evolution) làmột côngnghệ truyền thông di động cao cấp vàsửdụngrộngrãi nhất trên toàncầu Với sự nhanhchóng của việc truyền tải dữ liệu cùng hạn chế về độ trễ và giúphỗ trợ nhiều người dùng cùng lúc, mạng4GLTE đã chuyển biến thành công nghệ truyềnnhận dữ liệu di động rộng rãi trên thếgiới
Hình 2 Mạng 4G LTE
Trang 3Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 nám 2023(YSC2023)-ỈUH
3 Sơ ĐÒ KHÓI CỦA HỆ THỐNG
Hình 3 Sơ đồ khối hệ thống
4 LƯU ĐÒ GIẢI THUẬT
Hình 4 Lưu đồ giải thuật quá trình hoạt động của máy lọc
Trang 4Hình 5 Lưu đồ giải thuật quá trình lọc tĩnh điện
Hình 6 Cấu tạo bộ lọc tình điện
5.2 Vi điều khiển STM32F103C8T6
STM32F103C8T6 Blue Pill là một board phát triển MCU dựa trên chip STM32F103C8T6 của STMicroelectronics Đây là boardphổ biếnchodự án loT (Internet of Things) nhờvào tính linh hoạt, hiệu năng tốt, giá thànhthấp và hỗ trợ đa dạngcác công cụ phát triển và lập trình
Trang 5Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 năm 2023(YSC2023)-ỈUH
Hình 7 Kit vi điều khiển STM32F103C8T6
5.3 Module 4G SIMCOM A7670C-LASS
Module 4G SIMCOM A7670C-LASS là một module truyền thông di động đuợc phát triển bởi SIMCOM Đuợc xây dụng dựa theo 4G LTE, module này sở hữu việc liên kêt tức thi và tôc độ cao, ồn định trong các “ứng dụng loT (Internet of Things)”
P/N S2-1098C-Z30AM
SN p10620522905516 IHEI 861881051424266 CHI IT ID 2820CP10772(H)
Hình 8 SIM 4G A7Ố70C-LASS
5.4 Chip thời gian thực DS3231
Hình 9 Chip DS3231
Trang 65.5 Màn hình OLED
Hình 10 Màn hình hiển thị OLED
Module tăng áp kíchđiện 50KV là một module điện tử đượcthiết kế để tăng điện áp đầu vào lên đếnmức
độ cao,đặt được điện áp đầu ra50KV Module tăng áp này sử dụng nguyên lý của biến áp cục bộ (flyback transformer)để tạo ratín hiệu đỉện áp cao từđiệnápđầu vào thấphơn
Hình 11 Module tăng áp
Hình 12 Quạt tản nhiệt 12V
Trang 7Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 nám 2023(YSC2023)-ỈUH
Hình 13 Cảm biến bụi Nova PM SDS011
Hình 14 Linh kiện cảm biến khí H2S, SO2 (MQ135)
Vùng lập trình
Vùng thông báo thông til
Hình 15 Giao diện làm việc của phần mềm Arđuino IDE
Trang 85.10 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ mạch in
Hình 16 Sơ đồ nguyên lý
Hình 17 Mạch in của nghiên cúu
5.11 Mạch hoàn chỉnh sau khi in
Hình 18 Mạch bên trong máy lọc
Trang 9Hội nghị Khoa học trẻ lẩn 5 năm 2023(YSC2023)-ỈUH
6 THựC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ
6.1 Thử nghiệm lọc không khí
Để kiểm tra hiệu quả của mô hình lọc không khí, chúng tôi tiến hành thửnghiệmđơn giản trong một căn phòngkín Để tiến hành,ta sẽ đặt mô hình lọctĩnh điệntrong căn phòngkín có diện tích6m2 Sauđố,chúng tathổikhói khắp phòng và quan sát để xembao lâu thì không khí trở lại nhu lúc ban đầu
Hình 19 Phòng thực nghiệm lọc
Trước khithử nghiệm, chúng ta sẽ đo luòng chỉ số không khítrong phòng bằng cáchsử dụng cảmbiến để
đo chỉ sốbụivà chất gâyô nhiễm khác Sau đó,chúng ta sẽ bật máy lọckhôngkhí và để nó hoạtđộng trong vòng vài phút để lấy mẫu
Chỉ số không khí trong phòng hiện tại:
• Pm2.5=20
• Pml0 =37
Hình 20 Chỉ sô không khí trước khi vào thực nghiệm
Sau khi máy lọc đãhoạt động đủ lâu, chúng ta sẽthả khói khắp phòng và đọi một thời gian để khóiphân tán Sau khi khói đã phân tán đỉ lâu, chúng ta sẽđo luông lại chấtluọng khôngkhítrong phòng bằng cách dùng cảmbiến
So sánhkết quảđo luông giữa trước và saukhi sử dụng máy lọckhôngkhí, chúng ta sẽ đánh giá chọc hiệu quả của máy lọc trong việc loạibỏ cáchạtbụi và chất gâyônhiễm khác Nếumáy lọchoạt độnghiệu quả, chúng ta sẽ quan sát thấyrằng chất lưọng của không khí trong căn phòng đượccải thiệnvà khôngkhí trở lại như lúc ban đầu trongmột thời gianngắn
Trang 106.1.2 Kết quả thực nghiệm
Saukhi máy lọcđã hoạt động đủ lâu, chúng ta sẽ thảkhói khắp phòng và đợi một thời gian để khói phân tán.Saukhi khói đãphântán đủ lâu, chúng ta sẽ đolườnglại chỉ số không khí trong phòng
Chỉ số không khíkhi phòng cókhói thuốclá:
• Pm2.5= 372
• Pm 10 = 517
Hình 21 Chi số không khí trong phòng khi có khói (bắt đầu lúc 14 giờ 37 phút)
Khi khôngbật máỵ lọc thìsau 1 giờ38phútkhông khí trở lạimức an toàn
Chỉ số không khísau 1 giờ38 phút:
• Pm2.5 =21
• Pm 10 = 29
Ma Mảy
LỌC KHÓNG KHÍ THONG MINH
T *" ĩưứnỊ ỊŨTVTtíA)
1900
ĩén ỉrưừhỊi
rru*n 9 Da Mọc Nflh TPHCM
TOT
Hình 22 Chất lượng không khí sau 1 giờ 38 phút khi không bật máy lọc Chothảkhói vào phòngmột lầnnữa, khi bật máy lọc thìsau40 phút chất lượng không khí trongphòng đẫ trởvề mứcan toàn
Hình 23 Bắt đầu lúc lố giờ 20 phút
Trang 11Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 năm 2023(YSC2023)-ĨUH
♦ Pm 2.5=28
• Pml0=31
Hình 24 Chất lượng không khí sau khi bật máy lọc 37 phút
6.2 Gửi dữ liệu lên web sever
♦ o:rtb'<Ưrne;>Xí5íu5«nr>ii)
Dc-jn •
Realtime Database
c«u RulM 3íOu»i V Ext«t«£fts CJ
Hình 25 Dữ liệu trên Firebase
MÁY LỌC KHÔNG KHÍ THÕNG MINH
SVTH: Hoâng Quanfl Minh (DTVT15A)
Trán Thien Ttrttno (DTVT1SA) GVMD: Trán Quý Hừu
1900
Mã Mày
Hình 26 Thông tin đo được
Trang 126.3.2 về mô hình
MẢY lọc khỏng khí THÒNG minh
SVTH Hoàng Quang Minh (0TVT15A>
Tran Three Tutrng (DTVTt SAI
GVMO TrinQuyHừu
Hình 27 Biểu đồ chất lượng không khí
IHOVltRIM UMIVtRSHY o*
HOCHIMIKH Clf Y
MẢY LỌC KHÔNG KHÍ THÒNG MINH
Thơi gan cio nh« PM26
Srwni] 1» 5 ol «0 rrrr-ơT 1*WV*WI OMUt
Hìnhảnh hoàn thiệncủa sản phẩm:
•VTH: HoAng Quang Minh (OTVT1flA|
Trán Thlen Tương lOTVT 15A) GVHO: Trán Quỷ Hữu
Hình 28 Lịch sử đo được
Trang 13Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 nám 2023(YSC2023)-ỈUH
Hình 30 Mặt bên của mô hình
Mô hìnhhoạtđộng đúng yêucầu
Lọc không khí hoạt độngổn định, lọc nhanh hon so với các máy lọc chỉ dùng màng hepa, các chỉ số như PM2.5 và PM 10tương đương vói máy đochuyên dụng
Sử dụng công nghệ lọc tĩnhđiện và chiphílắpđặttương đối rẻ so với các máy lọctĩnh điện khác trên thị trường
Hệ thống có web để theo dõi chỉ sốkhôngkhítrongphòng
ứngdụngcôngnghệ 4G tốcđộ cao và tránh lãng phítàinguyên
Có tínhnăng tự động hóa(tựđộnglọc không khíkhi nồng độ vượt ngưỡngquyđịnh)
Chưa thểđiều khiểnbằng web
Khi giao tiếp có độ trễ nhất định
Chúng tôi đã nghiêncứu,thiết kế và chế tạo thành cônghệ thống lọc không khí thông minh Mô hình có khả năngloại bỏ đượcbụi mịn Cógiá thànhrẻ hơn và dễ dàng sử dụnghơn các máy lọc bụi cùng công nghệ Côngnghệ4G giúptránh lãng phítàinguyên, đóng vaitrò quan trọng các ứng dụng của thànhphố thôngminh Mô hình có tínhthẩm mỹ, dễ dàngquan sát theo dõi chỉ sốkhôngkhítrong nhà, có khả năng
tự động hóa
Tích hợp điềukhiển trên web
Đo nhiều loại chất ô nhiễmkhácnhưSO2, NO2
Bố sung thêm nhiều chức năng kháccho web như hẹngiờ,gửithông báo khikhông khí vượt ngưỡng
Trang 14TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phạm Ngọc Đăng, Bùi Sĩ Lý, Nguyễn Thị Thanh Trâm, “Đánh giá chất lượng môi trường không khí thành phố Hà Nội theo chỉ so chat lượng không khí,” Tạp chí Khí tượng Thủy văn, Thành phổ Hà Nội, 2014
[2] Nguyễn Văn Long, “Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo ô nhiễm không khí (pmio, sox, nox),” Đại học Quốc gia Hà NỘI, Hà NỘI, 2018
[3] Trần Tâm Minh, “Thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện,” 2004
[5] Trần Thị Đình Thảo, “Lọc bụi tĩnh điện,” Trường đại học Công nghiệp Thực phẩm Tp.HCM, 2016
[4] Vũ Bá Trưng, “Nghiên cứu phương pháp xử lý, lọc bụi trong công nghiệp Đi sâu vào hệ thong lọc bụi tĩnh điện cho hệ thong nghiền than,” 2019
[6] A s B M T F K A Abdaoui A A Modular IoT Platform for Real-Time Indoor Air Quality Monitoring Sensors (Basel)., 2018
[7] D s Ashwin Makwana, A Survey On MQTT: A Protocol of internet of things (loT), Charotar University of Science and Technology, 2017
[8] p p J E M T s Antar Shaddad Abdul-Qawy, The Internet of Things (loT): An Overview, India: College of Engineering and Technology, Kakatiya University, Warangal, 2015
[9] p A p T Ms Neha R Laddha, A Review on Serial Communication by UART International Journal of Advanced Research in Computer, 2013
[10] T Singh, Design and Simulation of I2C Protocol International Journal for Research in Applied, Science & Engineering Technology (IJRASET), 2014
[11] M s p G Boggia G, On the Evaluation of the NB-IoT Random Access Procedure in Monitoring Infrastructures., 2019
[12] A D Moore, Electrostatics, Electrostatic Applications, 1997
[13] A J K J M c Jen-Shih Chang, Handbook of Electrostatic Processes, Taylor & Francis, 2018
[14] s H Voidman, Fundamentals of Electrostatic Discharge, Wiley, 2012