Bài báo cáo Sản phẩm thi Khoa học kĩ thuật cấp tỉnh với đề tài THÙNG RÁC THÂN THIỆN TẠI BUÔN LÀNG XÃ EA BÔNG HUYỆN KRÔNG ANA, TỈNH ĐĂKLĂK có sử dụng hệ thống tự động điều khiển âm thanh và đèn bật sáng bằng mã code lập trình. Phù hợp cho việc lên ý tưởng tham khảo và xây dựng một đề tài phát triển mới.
Mục đích nghiên cứu
Thông qua cuộc thi “ Khoa học kỹ thuật” chúng em có cơ hội tiếp xúc với thực tế, thỏa đam mê, khả năng sáng tạo trong hoạt động tạo ra một sản phẩm thân thiện với môi trường góp phần vào hoạt động phát triển cộng đồng, đặc biệt là xã Ea Bông, nơi chúng em đang sinh sống.
Khảo sát thực trạng về vấn đề rác thải, việc thu gom rác và hệ thống điện đường tại xa Ea Bông Từ đó tìm ra được nhu cầu cần thùng rác công cộng, cần hệ thống điện đường công cộng và đánh giá được quan điểm của người dân về tác hại của rác.Từ đó,hướng đến một sản phẩm thùng rác thân thiện với môi trường đang sống của người đồng bào dân tộc tại các buôn làng trong xã Ea Bông, huyện Krông Ana, tỉnh ĐăkLăk
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp khảo sát thực tế.
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu.
- Phương pháp so sánh và đánh giá. Đề tài: “ Thùng rác thân thiện tại buôn làng xã Ea Bông, huyện Krông Ana, tỉnh ĐăkLăk”
CƠ SỞ LÝ LUẬN
Một số khái niệm và ảnh hưởng của rác thải
3.1.Khái niệm rác thải và phân loại rác.
Rác thải là những vật và chất mà người dùng không còn muốn sử dụng và thải ra trong quá trình sống và sinh hoạt của con người.
Rác thải được phân ra làm nhiều loại nhưng trong đó về cơ bản chia thành 2 loại : hữu cơ và vô cơ Rác hữu cơ bao gồm: lá, cây, thực phẩm,…là những chất dễ Đề tài: “ Thùng rác thân thiện tại buôn làng xã Ea Bông, huyện Krông Ana, tỉnh ĐăkLăk” phân hủy Rác vô cơ bao gồm chai, lọ, túi ni lon,… là những chất khó phân hủy, phải mất thời gian rất dài mới phân hủy được.
3.2 Ảnh hưởng của rác thải đến môi trường và con người.
Nếu không biết cách phân loại rác mà vứt rác bừa bãi thì rác sẽ gây tác hại rất lớn cho môi trường và sức khoẻ con người Nguy hại hơn là rác công nghiệp và các lọai rác thuốc bảo vệ thực vật trong quá trình sản xuất nông nghiệp.
- Ảnh hưởng của rác sinh hoạt:
Trong thành phần rác thải sinh hoạt, thông thường hàm lượng hữu cơ chiếm tỷ lệ lớn Các loại rác hữu cơ dễ phân huỷ gây hôi thối, phát triển vi khuẩn làm ô nhiễm môi trường không khí, nước, đất, làm mất vệ sinh môi trường và ảnh hưởng tới đời sống mọi người
Hàng năm, theo tổ chức Y tế thế giới, trên thế giới có 5 triệu người chết và có gần 40 triệu trẻ em mắc các bệnh có liên quan tới rác thải
Rác thải sinh hoạt nilon vứt bừa bãi, chất đống lộn xộn, không thu gom, vận chuyển đến nơi xử lý,…để lại những hình ảnh làm ảnh hưởng rất đến vẻ mỹ quan.
- Ảnh hưởng của rác bảo vệ thực vật (BVTV) :
Môi trường nông thôn đang bị ô nhiễm nặng bởi vỏ thuốc bảo vệ thực vật do thói quen sử dụng tùy tiện của nhà nông Ở nhiều nơi, sau khi sử dụng người dân vứt bừa bãi bao bì thuốc bảo vệ thực vật trên đồng ruộng, vườn cà phê Tình trạng này rất ít được các địa phương quan tâm, xử lý Hơn nữa, việc thu gom không triệt để, biện pháp xử lý sơ sài, mới dừng ở chôn lấp hoặc đốt chung với rác thải sinh hoạt nên chất độc ảnh hưởng nghiêm trọng tới không khí, đất, nguồn nước.
Theo đánh giá của Tổng cục Môi trường (Bộ Tài nguyên và Môi trường), hiện nay tổng lượng phân bón vô cơ các loại người dân sử dụng cho cây trồng khoảng 2,4 triệu tấn/năm, thải ra môi trường 240 tấn rác thải rắn, trong đó đặc biệt nguy hại là bao bì và vỏ hộp thuốc Khi phun thuốc cho cây trồng, có tới 50% lượng thuốc rơi xuống đất Kết quả phân tích tại một số điểm cho thấy hàm lượng thuốc trong đất vượt ngưỡng xử lý hóa chất BVTV quy định tại QCVN 54: 2013/BTNMT từ 10 đến 20 lần.Đây là nguyên nhân làm hoang hóa tài nguyên đất, ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng trực tiếp.
Hình 1: Rác thải thuốc BVTV bỏ bừa bãi nơi đất trống
Trong đề tài này chúng em tập trung xử lí rác vô cơ, cụ thể là rác độc hại (là rác thước bảo vệ thực vật, pin cũ, ), rác nilon, chai lọ thủy tinh Vì tác hại của các loại rác này đến môi trường trong xã Ea Bông đang trở thành nỗi ám ảnh với người dân trong buôn làng
3.3 Các hình thức xử lý rác.
- Chôn lấp chất thải: Chôn lấp là một phương pháp vệ sinh và tương đối rẻ tiền của việc xử lý chất thải Các bãi chôn lấp thiết kế kém hoặc quản lý kém có thể tạo ra một số tác động xấu đến môi trường.
- Đốt chất thải: Đốt là một phương pháp xử lý trong đó chất thải rắn phải chịu đốt để chuyển đổi thành cặn và các sản phẩm khí Quá trình này làm giảm thể tích chất thải rắn đến 20 đến 30 phần trăm thể tích ban đầu Nó được công nhận là một phương pháp thực tế để xử lý một số chất thải nguy hại Tuy nhiên đốt không phải là phương pháp hoàn hảo và đã có những lo ngại về các chất ô nhiễm trong khí thải lò đốt, những khí này góp phần gây ô nhiễm không khí
- Tái chế: Tái chế là một việc làm thực tế phục hồi nguồn tài nguyên đề cập đến việc thu thập và tái sử dụng các vật liệu phế thải như thùng chứa đồ uống rỗng, Các vật liệu mà từ đó được tái chế thành các sản phẩm mới Nguyên liệu để tái chế có thể được thu thập một cách riêng biệt từ chất thải chung, sử dụng các thùng chuyên dụng và xe thu gom Các sản phẩm tiêu dùng phổ biến nhất được tái chế bao gồm: nhôm từ lon nước giải khát, đồng từ dây, thép từ bình phun, chai lọ thủy tinh, hộp bìa, báo, tạp chí, nhựa PVC Các mặt hàng này thường được làm từ một vật liệu duy nhất, làm cho chúng tương đối dễ dàng để tái chế thành các sản phẩm mới Việc tái chế các sản phẩm phức tạp (như máy tính và thiết bị điện tử) là khó khăn hơn
- Đổ thải trực tiếp ra môi trường: Đây là cách xử lý phổ biến và hoàn toàn không khoa học làm ảnh hưởng rất lớn đến môi trường sống và sức khỏe con người. Đề tài: “ Thùng rác thân thiện tại buôn làng xã Ea Bông, huyện Krông Ana, tỉnh ĐăkLăk”
Hình 2: Cảm biến siêu âm SRF05.
Với đặc điểm sinh hoạt của buôn làng trong xã Ea Bông thì rác hữu cơ được người dân tận dụng làm thức ăn gia súc, gia cầm, chai nhựa đem bán Còn những loại rác thải như rác độc hại (thuốc BVTV, pin cũ,…), chai lọ thủy tinh hỏng, các bì nilon đã qua sử dụng thì người dân thường sẽ vứt bỏ bừa bãi hoặc chôn dưới đất nhưng như thế sẽ gây ảnh hưởng đến môi trường sống xung quanh, nên cần phải có những thùng rác để bỏ rác độc hại, bao bì nilon, chai thủy tinh đã qua sử dụng và để đem đi xử lý tại các cơ sở tái chế hoặc nơi tập kết của rác.
4 Khái niệm thùng rác thân thiện
Thùng rác thân thiện là loại thùng rác dễ sử dụng, phù hợp với lối sống và văn hóa của cư dân sinh sống trên một địa bàn nhất định Trên cơ sở đó, mô hình thùng rác chúng em xây dựng không chỉ là thùng rác thông thường, mà còn tích hợp một số chức năng khác như chiếu sáng và hướng dẫn người bỏ rác bằng âm thanh Đặc biệt thùng rác rất gần gũi với hình ảnh “chú voi”của đồng bào người Ê-đê
5 Tìm hiểu một số áp dụng về công nghệ.
Khi xây dựng mô hình này, chúng em đã sử dụng một số mạch điện tử có bán sẵn trên thị trường với giá thành vừa phải để thực hiện ý tưởng Sau đây là tên gọi và chức năng của các thiết bị:
THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Câu hỏi nghiên cứu
- Tại xã Ea Bông hiện nay, việc xả rác bữa bãi vẫn còn là vấn nạn và hệ thống điện đường còn hạn chế ở một số thôn, buôn trong xã Vậy để hạn chế lượng rác thải bừa bãi ra môi trường và để trong các thôn,buôn của xã Ea Bông có điện đường công cộng với chi phí thấp và tiện dụng thì cần phải làm gì? Có nên thiết kế một thùng rác hay không ?
- Phải thiết kế thùng rác như thế nào để đáp ứng được mục đích vừa đựng rác, vừa chiếu sáng, có thể tuyên truyền để người dân phân rác tại nguồn, phải tiết kiệm và dễ dàng sử dụng ?
- Có cần thiết kế một thùng rác có hình dạng phù hợp với đặc điểm văn hóa và sinh hoạt của các buôn làng trong xã Ea Bông hay không?
- Việc sử dụng thùng rác vào thực tế có khả thi không? Việc xử lý rác sau khi bỏ rác vào thùng tại buôn làng do bộ phận nào quản lý? Và rác sẽ được đem đi đâu để xử lý ? Nếu sử dụng nguồn kinh phí để sản xuất đại trà và bảo dưỡng khi hư hỏng lấy từ đâu?
Thực trạng vấn đề nghiên cứu
Để lên thực hiện ý tưởng chúng em đã tiến hành khảo sát vấn đề xử lý rác thải và hệ thống điện đường thí điểm tại buôn Nắc và Buôn Kruế, xã Ea Bông, huyện Krông Ana là địa bàn chúng em đang sinh sống Sau khi khảo sát tại 28 hộ gia đình nông dân ở nhiều xóm khác nhau trong buôn, 3 học sinh, 2 cán bộ CNVC tại buôn chúng em thu được kết quả là:
Vấn đề rác thải Vấn đề điện đường
Các loại rác tại địa phương
Rác dễ phân hủy 88% Hệ thống điện đường công cộng
Rác khó phân hủy 94% Có 0
Rác nguy hại 74% Điện đường do cá nhân
Bộ phận thu gom rác công cộng
Có thu gom 11,8% Do gia đình tự kéo điện trong nhà ra
Nhu cầu muốn có điện đường công cộng
Thói quen xử lí rác
Xả trực tiếp 85,29% Đốt riêng lẻ 11,76% Đốt tập kết 14,7%
Phân rác tại nguồn Không phân loại 100%
Nhu cầu có thùng rác công cộng 100%
Theo khảo sát của chúng em về hai vấn đề đang triển khai Đó là, việc xả rác bừa bãi và nhu cầu cần điện đường công cộng tại buôn làng trong xã Ea Bông, nổi bật lên các nội dung sau:
- Thứ nhất: Tại xã Ea Bông đa số là người dân tộc Ê đê sinh sống, thành phần nông dân chiếm đa số và hầu như các hộ gia đình có thói quen xả rác trực tiếp ra môi trường, đặc biệt là các loại rác khó phân hủy và nguy hại như: vỏ thuốc bảo vệ thực vật, chai lọ thủy tinh, pin cũ, bóng đèn hư,… Đã làm ảnh hưởng đến sức khỏe người dân và nguy hiểm với trẻ nhỏ.
- Thứ hai: Việc thu gom rác công cộng còn hạn chế, chủ yếu do người dân tự xử lý bằng các hình thức như đốt, chôn lấp, xả trực tiếp,…chưa có hệ thống thu gom và thùn rác công cộng Ngoài ra, không có bất cứ hộ gia đình nào phân loại rác tại nguồn để xử lý theo từng loại rác.Vì vậy, theo khảo sát của chúng em đa số người dân trong thôn, buôn của xã Ea Bông đều muốn có thùng rác công cộng để giúp việc xử lý rác có hiệu quả hơn.
- Thứ ba: Kèm theo vấn đề xử lý rác là vấn đề điện đường Thực tế cho thấy trong các thôn, buôn của xã Ea Bông chưa có hệ thống điện đường công cộng Nếu có thì chủ yếu là do các hộ gia đình tự kéo điện trong nhà ra để chiếu sáng phần đường thuộc phạm vi nhà mình Đi lại khó khăn vào ban đêm và mất an ninh khu vực là chuyện hiển nhiên.Vì vậy, nguyện vọng của các hộ gia đình là cần có hệ thống điện đường công cộng.
Vấn đề nghiên cứu
Do khả năng và điều kiện có hạn nên chúng em chỉ thiết kế một mô hình thùng rác công cộng với mục đích mong muốn có một sản phẩm có thể khắc phục phần nào Đề tài: “ Thùng rác thân thiện tại buôn làng xã Ea Bông, huyện Krông Ana, tỉnh ĐăkLăk” những khó khăn trên của người dân trong buôn làng thuộc xã Ea Bông, huyện Krông Ana, tỉnh ĐăkLăk.
Và thùng rác thân thiện phải có các tính năng sau:
- Dùng để chứa các loại rác như: rác độc hại (bao bì, chai lọ thuốc bảo vệ thực vật, pin cũ, ), bao bì nilon, chai lọ thủy tinh.
- Có khả năng nhận ra có người đến bỏ rác và phát ra lời hướng dẫn bỏ rác đúng loại bằng tiếng Ê đê và có nhắc lại hướng dẫn lại bằng tiếng Kinh.
- Thùng rác còn có tác dụng chiếu sáng vào ban đêm để thuận tiện cho người dân đi lại và đảm bảo an ninh khu vực
- Thùng rác có tính thân thiện, tiết kiệm và tiện dụng.
TIẾN TRÌNH THỰC HIỆN
1 Thiết kế phương án nghiên cứu
- Bước 1: Khảo sát thực tế tại địa phương về việc xả rác, việc xử lí rác (đặc biệt là rác của thuốc bảo vệ thực vật và chai lọ thủy tinh) và hệ thống điện đường.
- Bước 2: Lên ý tưởng giải quyết vấn đề đã khảo sát là thiết kế thùng rác công cộng tích hợp điện đường và có phát tiếng nói để tuyên truyền về việc phân loại rác.Và để tiện dụng thì nguồn điện dùng thắp sáng cũng phải chủ động.
- Bước 3: Nghiên cứu các tài liệu về rác và điện đường, thông qua internet để tìm hiểu các sản phẩm thùng rác thông minh, hệ thống điện đường tự động, vận dụng kiến thức đã học để làm ra mô hình thùng rác thân thiện.
Sau khi khảo sát thực tế, từ ý tưởng làm một thùng rác chúng em đã nghiên cứu chủ yếucác tài liệu trên internet. Ý tưởng là làm thùng rác hình con voi dùng để đựng rác, có phân thành 3 ngăn để đựng 3 loại rác (rác độc hại, rác chai lọ thủy tinh, rác nilon), có bóng điện để chiếu sáng có nguồn từ pin mặt trời để tận dụng nguồn năng lượng tự nhiên, có lời hướng dẫn người dân phân loại rác tại nguồn bằng tiếng Ê đê và tiếng Kinh Vì vậy, chúng em đã tham khảo những tài liệu nghiên cứu có liên quan đến các nội dung sau:
-Các thùng rác thông minh đã đạt giải thưởng qua các năm như: “ Thùng rác thông minh” của bạn Nguyễn viết Gia Khải (HS lớp 9, trường THCS Chu Văn An, TP. Đà Nẵng), thùng rác cho người khuyết tật, để tìm hiểu nguyên lý giúp phát ra âm thanh khi có người đến.
-Tài liệu và video hướng dẫn cơ bản lập trình Arduino.
-Video hướng dẫn dùng pin mặt trời làm nguồn điện thông qua mạch sạc và pin dự phòng
- Tài liệu hướng dẫn sử dụng cảm biến ánh sáng và module relay để bật tắt đèn tự động theo ánh sáng
2.2 Thực hiện thiết kế mô hình
Xây dựng hai phần cơ bản của mô hình : Phần cứng và phần mềm
2.2.1 Phần cứng: Là phần vỏ thùng rác.
- Chất liệu: Làm bằng sắt. Đề tài: “ Thùng rác thân thiện tại buôn làng xã Ea Bông, huyện Krông Ana, tỉnh ĐăkLăk”
Hình 9: Cấu tạo chung của khung “ con voi” từ nhiều góc độ
- Vật liệu: Tôn sắt, sắt cây, sọt rác loại nhỏ, sơn trang trí, bánh xe (4 cái)
- Hình dạng: Hình con voi có viết chữ Êđê và chữ Tiếng Việt ở ngoài thùng.
- Kích thước của mô hình: Độ cao từ chân đến giá đèn 1m 60cm Độ cao phần thân 1m
+ Lên ý tưởng, tính toán và phác thảo hình con voi lên tôn sắt, tính kích thước các chi tiết của khung và có thợ sắt gia công phần khung sắt và hàn các mặt tôn lại để có thùng rác hình con voi.
+ Thiết kế bên trong thùng gồm 3 ngăn: Ngăn có nắp màu xanh – để rác chai lọ thủy tinh, ngăn có nắp màu đỏ - đựng rác độc hại, ngăn có nắp màu vàng – đựng rác nilon Bên trong thùng mỗi ngăn để thêm 1 sọt rác nhỏ.
+ Có trụ sắt thẳng lên cao để gắn đèn và pin mặt trời.
+ Thiết kế cửa bên hông để lấy rác và phần cánh cửa bên hông phải vững chắc với mục đích làm mặt phẳng nghiêng để đưa rác từ trên cao xuống.
+ Gắn các bánh xe dưới chân để tiện di chuyển Kiểm tra, dự đoán lại mức độ cân bằng của sản phẩm.
2.2.2 Phần mềm : Là phần điều khiển âm thanh hướng dẫn và điện chiếu sáng
Do khả năng chúng em có hạn nên phần này có sự hỗ trợ của giáo viên hướng dẫn về mạch điện và lập trình phần mềm. a Phần mạch điều khiển âm thanh hướng dẫn
Thiết bị gồm: 1 Board Arduino, 1 cảm biến siêu âm, 1 mạch đọc thẻ nhớ, 1 loa, các dây nối, và phần mềm lập trình Arduino, pin 5V
Bước 1: Nối các board mạch lại với nhau
+ Nối Board Arduino với cảm biến siêu âm
Cảm biến siêu âm Nối Board Arduino
+ Nối Board Arduino với mạch micro SD và mạch khuyếch đại âm thanh với loa.
Mạch ghi âm Nối Board Arduino
+ Nối mạch khuyếch đại âm thanh với loa vào mạch điều khiển
Mạch khuyêch đại Nối Board Arduino
Chân Vcc Chân 5V Đề tài: “ Thùng rác thân thiện tại buôn làng xã Ea Bông, huyện Krông Ana, tỉnh ĐăkLăk”
Chân Out nối ra loa
Bước 2: Download và cài đặt phần mềm “ Arduino IDE” để viết lập trình điều khiển cảm biến siêu âm và phát tiếng nói cho board Arduino.
- Mã code để lập trình cho cảm biến siêu âm và mạch đọc thẻ nhớ micro SD
MÁY TÍNH, PHẦN MỀM LẬP TRÌNH
Hình 10: Sơ đồ kết nối các thiết bị điều khiển âm thanh
- Nối các mạch lại như sơ đồ hình 10. Đề tài: “ Thùng rác thân thiện tại buôn làng xã Ea Bông, huyện Krông Ana, tỉnh ĐăkLăk”
Cảm biếnDO ánh sáng GND
Pin Mặt trời Mạch sạc
- Cảm biến siêu âm có tác dụng phát hiện vật cản, nó phát ra sóng liên tục từ chân TRIG, khi có người đến tức là gặp vật cản sóng sẽ bị phản xạ lại vào chân thu ECHO, chân này đưa tín hiệu vào Arduino.
- Arduino xử lý và điều khiển mạch đọc SD phát ra đoạn âm thanh có lời hướng dẫn được phát ra loa.
- Nguồn điện để chạy các thiết bị được lấy từ pin mặt trời thông qua pin sạc.
Bước 3: Ghi âm lại lời hướng dẫn phân loại rác bằng tiếng Ê đê và tiếng Kinh vào thẻ nhớ.
+ Đoạn văn tiếng Ê đê : “ Hỡi ih dưm djăh hlăm keh anei, keh mtah hla kyâo dưm giêt êa luihĩ, keh hrah dưm giêt djăh drao luihĩ, keh knĩ dưm kpung ksu luihĩ” “ Mni lăk jăk”
+ Dịch sang tiếng Việt: “Xin chào, hãy bỏ rác vào thùng, thùng xanh đựng rác chai lọ thủy tinh, thùng đỏ đựng rác độc hại, thùng vàng đựng rác ni lon” “ Xin cảm ơn!”
- Bước 4: Kiểm tra hoạt động của mạch điện và hoàn thiện sản phẩm. b Phần mạch điều khiển bóng điện chiếu sáng.
- 1 tấm pin mặt trời 6V- 3W ; 1 ổn áp đầu ra 5V
- Mạch sạc pin và pin sạc 3.7 V 1850 (4viên)
- 1 module cảm biến ánh sáng và 1module Relay.
- Dây điện, băng keo điện.,
- Sơ đồ kết nối các module để điều khiển bóng đèn.
Hình 11: Hình ảnh thực tế
Ghép nối các module, bóng đèn và các thiết bị
- Nối các thiết bị như sơ đồ hình 11.
- Bóng đèn sẽ được nối với chân thường mở của module Relay (chân NO), khi trời tối, tín hiệu từ quang trở của “ cảm biến ánh sáng” qua Module Relay làm chân
NO đóng lại giúp liền mạch và pin sạc sẽ cung cấp điện để thắp sáng bóng điện. Ngược lại, khi trời sáng, chân NO Module Relay lại hở ra làm tắt bóng điện.
- Nguồn năng lượng sạc cho pin được lấy từ pin mặt trời Khi sử dụng pin mặt trời để lấy điện ta phải dùng ổn áp để có điện áp ổn định là 5V Để sạc đầy pin thì cần 5-6 tiếng Như vậy, 1 ngày nắng là đủ thời gian để sạc pin Thời gian thắp sáng bóng điện khi pin đầy là 6-8 tiếng.
