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,
Hội nghị Khoa học trẻ ỉần 5 năm 2023(YSC2023)-ỈUH YSC5.F133 MÁY LỌC KHÔNG KHÍ THÔNG MINH sử DỤNG CÔNG NGHẸ LTE TRÂN QUÝ 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 triển mạnh mẽ của các công nghệ lọc không khí, một trong những công nghệ lọc tiên tiến và hiệu quả nhất hiện nay là công lọc tĩnh điện Bài báo này tập hung vào nghiên cứu, phân tích và chế tạo một thiết bị lọc không khí dựa trên công nghệ lọc tĩnh điện, truyền nhận dữ liệu bằng công nghệ SIM 4G LTE Đầu tiên, chúng tôi sử dụng các cảm biến để đo các chỉ số của các nồng độ bụi mịn PM2.5, PM10, SO2, , sử dụng Air Quality Index (AQI) để tính toán và xác định các nồng độ đo được có đang vượt ngưỡng cho phép hay không? Tiếp theo, quạt hút và màng lọc tĩnh điện sẽ được tự động kích hoạt khi các chỉ số của các nồng độ đo được vượt ngưỡng cho phép Chúng tôi sử dụng vi xử lý ARM SIM32F103C8T6 để xử lý và gửi dữ liệu lên Module SIM 4G thông qua Fhebase theo thời gian thực Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng, mô hình lọc tĩnh điện kết hợp với công nghệ LTE hoạt động ổn định, hiệu quả trong không gian khoảng 6m2 Từ khoá Module SIM 4G, ô nhiễm không khí, nồng độ PM2.5, nồng độ PM10, AQI, máy lọc không khí, tĩnh điện, công nghệ lọc tĩnh điện INTELLIGENT AIR PURIFIER UTILIZING LTE TECHNOLOGY Abstract With significant advancements in aữ purification technologies, electrostatic filtration has emerged as one of the most advanced and efficient filtration methods available today This article focuses on die research, analysis, and manufacturing of an ah purifier based on electrostatic filtration technology, incorporating data transmission using Fourth-Generation Long Term Evolution Subscriber Identity 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) is then 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 the permissible threshold To process and transmit data in real-time, we employ die ARM STM32F103C8T6 processor, which sends die data to die 4G SIM Module through Fhebase Experimental results demonstrate that die combination of die electrostatic filter model and LTE technology operates effectively and consistently within an approximate space of 6m2 Keywords 4G SIM, ah pollution, PM2.5 concentration, PM10 concentration AQI, ah purifier, electrostatic, electrostatic filtration technology 1 GIỚI THIỆU Trong thời hiện đại ngày nay, công nghệ đã và đang phát triển với tốc độ biến chuyển từng giây đồng hồ Đồng thời còn đóng vai trò khó có thể thay thế trong cuộc sống hiện tại của mỗi chúng ta Các mạng về công nghệ, đặc biệt có thể lấy vài ví dụ như là: công nghệ Điện tử, Công nghệ thông tin và Viễn thông, đã làm biến chuyển một cách liên tục đối với cuộc sống của nhân loại, theo một hướng hiện đại hơn nhiều Hơn hết, hành động áp dụng các công nghệ hiện có vào trong cuộc sống hiện tại của con người đã giúp đem tới vô vàn tiện ích cùng lợi ích đến với cuộc sống của chúng ta Có thể nói, một công nghệ đang được coi là gần như dẫn đầu trong sự tiên tiến hiện nay là công nghệ huyền dữ liệu bang SIM 4G/LTE Công nghệ này cơ bản là sự kết nối của những thiết bị, máy móc, đồ vật bằng môi trường kết nối dẫn huyền là mạng internet di động, cho phép chúng sở hữu khả năng trao đổi dòng dữ liệu và điều khiển qua lại lẫn nhau Với 354 © 2023 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Hội nghị Khoa học trẻ ỉần 5 năm 2023(YSC2023)-ỈUH SIM 4G/LTE, cuộc sống của chúng ta sẽ trở nên thêm nhiều tiện lợi, cùng chính xác hơn và khả năng để kết nối tốt hơn Tuy nhiên, tình trạng không khí đang ô nhiễm dần là một vấn đề đáng lo ngại với cuộc sống hiện tại của con người Hiện nay, ở một so đô thị lớn trên toàn cầu nói chung và đất nước Việt Nam nói riêng, tình trạng không khí đang ô nhiễm dần do bụi rất phổ biến Hơn hết, không khí đang ô nhiễm ở mức độ nguy cấp và được đánh giá là đạt độ cao lớn nhất trong các năm gần đây V ấn đề này đang ảnh hưởng tới sức khỏe của con người, là nguyên nhân của những bệnh tới đường hô hấp, ung thư, và tác động không hề nhỏ tới không gian sống của nhân loại Những máy lọc không khí thông thường có mặt tại thị trường hiện tại khá đồ sộ và không dễ để sử dụng đối với đại đa so những người tiêu dùng Bài báo này nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thong lọc không khí thông minh dùng phương phương tĩnh điện kết hợp với công nghệ Internet vạn vật (loT), hiển thị và giám sát qua website 2 Cơ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lọc tĩnh điện Bộ lọc không khí bằng phương pháp tĩnh điện sử dụng tìhh điện nhằm giữ những hạt bụi trong không khí Tĩhh điện sẽ làm cho nhũng hạt bụi tích điện, những hạt bụi trong không khí từ đó dần bị hút khỏi không khí và bám vào thành của hệ thống lọc khí vì các tam thu bên trong máy lọc không khí sẽ xảy ra hiện tượng hút trái dấu điện tích rồi chúng được dữ phía trên lớp lọc [3] [4] Bul tấrv) hơo M.Vyi loc 01 vủno đ>Ạa trưởng vùnc CƯC MAno toc 02 Khí sach >9S*b Hình 1 Sơ đồ lọc bụi bằng sử dụng tĩnh điện 2.2 Mạng 4G LTE Mạng 4G LTE (Long-Term Evolution) là một công nghệ truyền thông di động cao cấp và sử dụng rộng rãi nhất trên toàn cầu Với sự nhanh chóng của việc truyền tải dữ liệu cùng hạn chế về độ trễ và giúp hỗ trợ nhiều người dùng cùng lúc, mạng 4G LTE đã chuyển biến thành công nghệ truyền nhận dữ liệu di động rộng rãi trên thế giới Hình 2 Mạng 4G LTE © 2023 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 355 Hội 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 356 © 2023 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 nám 2023(YSC2023)-ỈƯH Hình 5 Lưu đồ giải thuật quá trình lọc tĩnh điện 5 THIẾT KÉ HỆ THỐNG 5.1 Bộ ỉọc bụi 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 board phổ biến cho dự án loT (Internet of Things) nhờ vào tính linh hoạt, hiệu năng tốt, giá thành thấp và hỗ trợ đa dạng các công cụ phát triển và lập trình © 2023 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 357 Hội 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 358 © 2023 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 nám 2023(YSC2023)-ỈƯH 5.5 Màn hình OLED Hình 10 Màn hình hiển thị OLED 5.6 Module Tăng Áp Kích Điện 50KV Module tăng áp kích điện 50KV là một module điện tử được thiết kế để tăng điện áp đầu vào lên đến mức độ cao, đặt được điện áp đầu ra 50KV Module tăng áp này sử dụng nguyên lý của biến áp cục bộ (flyback transformer) để tạo ra tín hiệu đỉện áp cao từ điện áp đầu vào thấp hơn Hình 11 Module tăng áp 5.7 Quạt hút bụi Hình 12 Quạt tản nhiệt 12V © 2023 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 359 Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 nám 2023(YSC2023)-ỈUH 5.8 Các loại cảm biến 5.8.1 Cảm biến bụi Nova PM SDS011 Hình 13 Cảm biến bụi Nova PM SDS011 5.8.2 Cảm biến khí H2S, NH - MQ-135 Hình 14 Linh kiện cảm biến khí H2S, SO2 (MQ135) 5.9 Phần mềm lập trình Vùng lập trình Vùng thông báo thông til Hình 15 Giao diện làm việc của phần mềm Arđuino IDE 360 © 2023 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 nám 2023(YSC2023)-ỈƯH 5.10 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 © 2023 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 361 Hội nghị Khoa học trẻ lẩn 5 năm 2023(YSC2023)-ỈUH 6 THựC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 6.1 Thử nghiệm lọc không khí 6.1.1 Phương pháp thực nghiệm Để kiểm tra hiệu quả của mô hình lọc không khí, chúng tôi tiến hành thử nghiệm đơn giản trong một căn phòng kín Để tiến hành, ta sẽ đặt mô hình lọc tĩnh điện trong căn phòng kín có diện tích 6m2 Sau đố, chúng tathổi khói khắp phòng và quan sát để xem bao lâu thì không khí trở lại nhu lúc ban đầu Hình 19 Phòng thực nghiệm lọc Trước khi thử nghiệm, chúng ta sẽ đo luòng chỉ số không khí trong phòng bằng cách sử dụng cảm biến để đo chỉ số bụi và chất gây ô nhiễm khác Sau đó, chúng ta sẽ bật máy lọc không khí và để nó hoạt động 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 đã hoạt động đủ lâu, chúng ta sẽ thả khói khắp phòng và đọi một thời gian để khói phân tán Sau khi khói đã phân tán đỉ lâu, chúng ta sẽ đo luông lại chất luọng không khí trong phòng bằng cách dùng cảm biến So sánh kết quả đo luông giữa trước và sau khi sử dụng máy lọc không khí, chúng ta sẽ đánh giá chọc hiệu quả của máy lọc trong việc loại bỏ các hạt bụi và chất gây ô nhiễm khác Nếu máy lọc hoạt động hiệu quả, chúng ta sẽ quan sát thấy rằng chất lưọng của không khí trong căn phòng được cải thiện và không khí trở lại như lúc ban đầu trong một thời gian ngắn 3Ố2 © 2023 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 năm 2023(YSC2023)-ĨUH 6.1.2 Kết quả thực nghiệm Sau khi máy lọc đã hoạt động đủ lâu, chúng ta sẽ thả khói khắp phòng và đợi một thời gian để khói phân tán Sau khi khói đã phân tán đủ lâu, chúng ta sẽ đo lường lại chỉ số không khí trong phòng Chỉ số không khí khi phòng có khói thuốc lá: • Pm 2.5 = 372 • Pm 10 = 517 Hình 21 Chi số không khí trong phòng khi có khói (bắt đầu lúc 14 giờ 37 phút) Khi không bật máỵ lọc thì sau 1 giờ 38 phút không khí trở lại mức an toàn Chỉ số không khí sau 1 giờ 38 phút: • Pm2.5 = 21 • Pm 10 = 29 LỌC KHÓNG KHÍ THONG MINH T’*" ĩưứnỊ ỊŨTVTtíA) c**o nia Owy Ma Mảy 1900 ĩén ỉrưừhỊi rru*n9 Da Mọc Nflh TPHCM TOT Hình 22 Chất lượng không khí sau 1 giờ 38 phút khi không bật máy lọc Cho thả khói vào phòng một lần nữa, khi bật máy lọc thì sau 40 phút chất lượng không khí trong phòng đẫ trở về mức an toàn Hình 23 Bắt đầu lúc lố giờ 20 phút Chỉ Số không khí sau khi bật máy lọc được 37 phút: © 2023 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 363 Hội 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 Dc-jn • Realtime Database c«u RulM 3íOu»i V Ext«t«£fts CJ ♦ o:rtb'Xí5íu5«nr>ii) Hình 25 Dữ liệu trên Firebase 6.3 Hình ảnh hoàn thiện của nghiên cứu 6.3.1 về phần web MÁY LỌC KHÔNG KHÍ THÕNG MINH SVTH: Hoâng Quanfl Minh (DTVT15A) Trán Thien Ttrttno (DTVT1SA) GVMD: Trán Quý Hừu Mã Mày 1900 Hình 26 Thông tin đo được 364 © 2023 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Hội nghị Khoa học trẻ lần 5 năm 2023(YSC2023)-ỈƯH 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 MẢY LỌC KHÔNG KHÍ THÒNG MINH •VTH: HoAng Quang Minh (OTVT1flA| UMIVtRSHY o* Trán Thlen Tương lOTVT 15A) HOCHIMIKH Clf Y GVHO: Trán Quỷ Hữu Thơi gan cio nh« 11-05-2023 PM26 FMW CO7 »02 IÍXÓ-2Ù23 57 liHJMCW 70 9# wo 510 12Q5.3M3 w 13-05-2023 nn 50 *Ấ'J «10 Srwni] 1» 5 ol «0 rrrr-ơT 00 AU J*