Thiết kế hệ thống compact đo chất lượng không khí

Việt Nam trong quá trình đô thị hóa nhanh Bảo vệ môi trường đô thị ngày càng có tầm quan trọng trong phát triển bềnvững quốc gia, bởi vì dân số đô thị ngày càng đông, các hoạt động phátt

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ, ĐO

VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ

1.1 Khái niệm về không khí và ô nhiễm môi trường không khí

1.1.1 Khái niệm về không khí

Không khí là một trong các yếu tố quan trọng mà con người sống trong đó suốt cảcuộc đời, làm việc và nghỉ ngơi Sức khỏe và cảm ứng của con người, sự sinh trưởng

và phát triển của tất cả các loài động, thực vật phụ thuộc rất nhiều vào: thành phần hỗnhợp của không khí, độ trong sạch và đặc tính lý hóa của nó

1.1.2 Ô nhiễm không khí

Ô nhiễm không khí là sự có mặt của các chất lạ có mặt trong không khí hoặc là sựbiến đổi quan trọng trong thành phần khí quyển gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe conngười, động vật và các hệ sinh thái khác Chất gây ô nhiễm môi trường không khí: lànhững chất sự có mặt của nó trong không khí gây ra những ảnh hưởng xấu đến sứckhỏe con người, sự sinh trưởng và phát triển của hệ động thực vật:

− Chất ô nhiễm sơ cấp: Là chất ô nhiễm xâm nhập trực tiếp vào môi trường từ nguồnphát sinh: SO2, CO2, CO, bụi…vv

− Chất ô nhiễm thứ cấp: Là chất thâm nhập vào môi trường thông qua phản ứng giữa cácchất ô nhiễm sơ cấp và phản ứng thông thường của khí quyển: sO3 sinh ra từ SO2 +O2, H2SO4 sinh ra từ: SO2 + O2 + H2O

1.2 Các dạng ô nhiễm môi trường không khí

Ô nhiễm tiếng ồn: Là những âm thanh không có giá trị, là tiếng ồn trong môi trườngvượt quá ngưỡng nhất định gây khó chịu cho người hoặc động vật Nguồn gây ô nhiễm

tiếng ồn chủ yếu từ tiếng ồn ngoài trời như phuương tiện giao thông, vận tải, xe cóđộng cơ.

1.3 Thực trạng ô nhiễm môi trường không khí ở VIỆT NAM và thế giới

− Thực trạng ô nhiễm môi trường không khí ở VIỆT NAM: Ở Việt Nam ô nhiễm môitrường không khí đang là một vấn đề bức xúc đối với môi trường công nghiệp, đô thị

và các làng nghề Việt Nam nằm trong số 10 quốc gia có không khí ô nhiễm nhất thếgiới, theo một nghiên cứu thường niên về môi trường do các trường đại học của Mỹthực hiện và công bố tại diễn đàn kinh tế thế giới ở Davos mới đây

 Với các nguyên nhân gây ra ô nhiễm sau:

1.3.1 Việt Nam trong quá trình đô thị hóa nhanh

Bảo vệ môi trường đô thị ngày càng có tầm quan trọng trong phát triển bềnvững quốc gia, bởi vì dân số đô thị ngày càng đông, các hoạt động pháttriển kinh tế - xã hội của quốc gia ngày càng tập trung trong các đô thị.Năng lượng tiêu thụ ở các đô thị có thể chiếm tới 3/4 tổng năng lượng tiêuthụ của quốc gia, chính vì thế các vấn đề ô nhiễm không khí trầm trọngthường xảy ra ở các đô thị, đặc biệt là thường xảy ra ở các đô thị lớn

Ở nước ta trong thời gian khoảng 1/4 thế kỷ qua, quá trình đô thị hóatương đối nhanh do quá trình với quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoáđất nước

Bảng 1.1 Đô thị hóa của Việt Nam qua các năm

(Nguồn: Niên giám thống kê Quốc gia và thông tin từ Bộ XD)

1.3.2 Phương tiện giao thông, cơ giới tăng nhanh và nhu cầu tiêu thụ ngày càng lớn.

Đất nước phát triển đồng nghĩa với việc đời sống nhân dân được nâng cao,dẫn đến các vấn đề lớn: phương tiện cơ giới tăng nhanh, nhu cầu tiêu thụcàng lớn Hiện nay các phương tiện giao thông cơ giới sử dụng xăng và dầudiesel làm nhiên liệu để tạo ra sự chuyển động, quá trình đốt cháy nhiênliệu này đã dẫn tới phát sinh nhiều chất ô nhiễm không khí khác nhau, baogồm: CO, CO2, SO2, NOx, bụi chì…vv Bên cạnh đó, còn kéo theo sự hìnhthành bụi TSP do đất cát bị cuốn bay lên từ mặt đường phố mất vệ sinhtrong quá trình di chuyển.

Sự gia tăng các phương tiện giao thông cơ giới đường bộ, đặc biệt là ô tô và

xe máy cùng với chất lượng các tuyến đường chưa đáp ứng nhu cầu, chấtlượng nhiên liệu sử dụng còn thấp là những nguyên nhân chính gây nên ônhiễm môi trường không khí Cùng với đó, chất lượng phương tiện còn hạnchế (xe cũ, không được bảo dưỡng thường xuyên), làm gia tăng đáng kểnồng độ các chất ô nhiễm trong không khí Nhiều tuyến đường chật hẹp,xuống cấp, thiếu quy hoạch đồng bộ, chưa đáp ứng nhu cầu đi lại cùng với

ý thức tham gia giao thông của người dân chưa cao gây hiện tượng ùn tắcgiao thông cũng là yếu tố đáng kể làm nghiêm trọng thêm vấn đề ô nhiễmmôi trường không khí, đặc biệt là tại các đô thị lớn như: Hà Nội và TP HồChí Minh

1.3.3 Hoạt động của giao thông vận tải

Theo các chuyên gia môi trường, thời gian qua: hoạt động giao thông vận tải đã cónhững đóng góp quan trọng vào công cuộc phát triển kinh tế – xã hội của cả nước, tuynhiên việc tăng cường các hoạt động GTVT làm phát sinh không ít các vấn đề môitrường không khí Trong quá trình hoạt động, các phương tiện giao thông thải lượnglớn các chất như: Bụi, CO, NOx, SOx, hơi xăng dầu, bụi chì, benzen…vào môi trườngkhông khí, và các khí độc hại trong đó có nhiều thành phần gây nên hiệu ứng nhà kính,gây ra các loại bệnh như: viêm nhiễm đường hô hấp do nhiễm vi khuẩn, hen suyễn,viêm phế quản mạn tính, viêm mũi…vv

Đặc biệt tiếng ồn phát sinh từ các hoạt động giao thông cũng đóng vai trò chủ yếutrong việc gây ô nhiễm, có 60 – 80% các nguyên nhân do tiếng ồn từ động cơ như: doống xả, do rung động các bộ phận xe, đóng cửa xe, còi xe, phanh xe, do sự tương tácgiữa lốp xe và mặt đường Tiếng ồn gây tác hại rất lớn đến toàn bộ cơ thể nói chung và

cơ quan thính giác nói riêng Tiếng ồn mạnh thường xuyên gây nên bệnh đau đầu,chóng mặt, trạng thái tâm thần bất ổn, mệt mỏi…vv

1.3.4 Hoạt động xây dựng sữa chữa công trình cùng với đường xá mất vệ sinh

Nước ta đang diễn ra quá trình đô thị hóa mạnh nên ở tất cả các đô thị đều có nhiềucông trường xây dựng đang hoạt động: xây dựng, sửa chữa nhà cửa, đường xá, vậnchuyển nguyên vật liệu và phát sinh rất nhiều bụi bao gồm cả bụi nặng và bụi lở lửng,làm cho môi trường không khí đô thị bị ô nhiễm bụi nặng nề Rác thải không được thugom hết, đường xá mất vệ sinh, tồn đọng lớp bụi dày trên mặt đường, xe chạy cuốnbụi lên và khuyếch tán bụi ra khắp phố phường.

− Thực trạng ô nhiễm môi trường không khí trên thế giới

+ Theo báo cáo lần đầu tiên của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) vừa được công bốngày 26/9 tại Giơnevơ, Thụy Sĩ, về thông số chất lượng không khí tại nhiều quốcgia trên thế giới, cho rằng ô nhiễm không khí trên thế giới đã ở mức nguy hại đốivới sức khỏe con người, Ngày 12/5, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã đưa ra báocáo khiến nhiều người phải giật mình Đó là 80% cư dân đô thị trên toàn cầu đangphải hít thở không khí ô nhiễm 7 triệu người được cho là đã chết do mắc các bệnhliên quan đến tình trạng ô nhiễm môi trường hiện nay Cụ thể: người dân ở 98%thành phố thuộc các nước có thu nhập thấp và trung bình đang phải tiếp xúc vớikhông khí không đáp ứng được tiêu chuẩn của WHO, ở các quốc gia có thu nhậpcao khoảng 56% thành phố phải đối mặt với tình trạng không khí bị ô nhiễm Tronggiai đoạn 2008-2015 mức độ ô nhiễm không khí ở các khu vực đô thị trên toàn cầutăng trung bình 8%

+ Ô nhiễm không khí là nguyên nhân chính gây bệnh tật và tử vong, không khí ônhiễm tác động nhiều nhất đến trẻ em, người già và người nghèo Từ thực trạngtrên, WHO đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc giảm khí thải công nghiệp để cảithiện chất lượng không khí lâu dài cũng như tăng cường giao thông công cộng vàcây xanh, năng lượng mặt trời và gió Do đó khi chất lượng không khí được cảithiện, chi phí khám chữa bệnh liên quan đến không khí cũng giảm theo, năng suấtlao động và tuổi thọ tăng lên Giảm ô nhiễm không khí sẽ giúp các quốc gia đạtđược cam kết chống biến đổi khí hậu

+ Cháy rừng: Các đám cháy rừng và đồng cỏ bởi các quá trình tự nhiên xảy ra dosấm chớp, cọ sát giữa thảm thực vật khô như tre, cỏ Các đám cháy này thường lantruyền rộng, phát thải nhiều bụi và khí,gây ô nhiễm cho môi trường

+ Các quá trình phân huỷ, thối rữa xác động, thực vật tự nhiên cũng phát thải nhiềuchất khí, các phản ứng hoá học giữa những khí tự nhiên hình thành các khí sunfua,nitrit, các loại muối …vv Các loại bụi, khí này đều gây ô nhiễm không khí

+ Bão bụi gây nên do gió mạnh và bão, mưa bào mòn đất sa mạc, đất trồng và gióthổi tung lên thành bụi Nước biển bốc hơi và cùng với sóng biển tung bọt mangtheo bụi muối lan truyền vào không khí.

1.4 Nguyên nhân hậu quả của việc ô nhiễm môi trường không khí

1.4.1 Nguyên nhân ô nhiễm môi trường không khí

1.4.1.1 Nguyên nhân tự nhiên

Núi lửa: Núi lửa phun ra những nham thạch nóng và nhiều khói bụi giàu sunfua, mêtan

và những loại khí khác, những luồng khí này tỏa ra rất xa trong không khí, gây ônhiễm trên diện rộng và có thể gây nên những cơn mưa axít

1.4.1.2 Nguyên nhân nhân tạo

Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo rất đa dạng, nhưng chủ yếu là do hoạt động công nghiệp,đốt cháy nhiên liệu hoá thạch và hoạt động của các phương tiện giao thông Nguồn ônhiễm công nghiệp do hai quá trình sản xuất gây ra

− Quá trình đốt nhiên liệu thải ra rất nhiều khí độc khi đi qua các ống khói của các nhàmáy vào không khí

− Do sự bốc hơi, rò rỉ, thất thoát trên dây chuyền sản xuất sản phẩm và trên cácđường ống dẫn thải Nguồn thải của quá trình sản xuất này cũng có thể được hút

và thổi ra ngoài bằng hệ thống thông gió

1.4.2 Hậu quả của ô nhiểm môi trường không khí

1.4.2.1 Đối với động – thực vật

Ô nhiễm không khí gây ảnh hưởng tai hại cho tất cả sinh vật: Lưu huỳnh đioxit, Nitơđioxit, ozon, fluor, chì…vv gây hại trực tiếp cho thực vật khi đi vào khí khổng, làm hưhại hệ thống giảm thoát nước và giảm khả năng kháng bệnh

Ví dụ: Ozone là chất gây ô nhiễm không khí thường liên quan với sự nóng lên củatrái đất và của các loại khí gây hiệu ứng nhà kính trong bầu khí quyển, đồng thời nócũng ảnh hưởng tới sự phát triển của thực vật Khí như carbon dioxide vào cây qua lá,nơi nó được sau đó được sử dụng trong quá trình quang hợp Khi có ozone trongkhông khí, khí này hoạt động giống như những khí khác và vào các bộ phận của câytrong cùng một cách Tuy nhiên khi vào bên trong nó lại hoạt động rất khác nhau.Ozone tương tác với các bộ phận trên một cấp độ tế bào và bắt đầu phá vỡ một số cácthành phần rất quan trọng cho quang hợp Ngăn cản sự quang hợp và tăng trưởng củathực vật; giảm sự hấp thu thức ăn, làm lá vàng và rụng sớm Sự nóng lên của Trái đất

do hiệu ứng nhà kính cũng gây ra những thay đổi ở động, thực vật trên Trái đất Mưaaxít còn tác động gián tiếp lên thực vật, các chất gây ô nhiễm không khí có tính axít sẽkết hợp với các giọt nước trong đám mây làm cho nước có tính acid Khi những giọtnước rơi xuống mặt đất sẽ gây hại cho môi trường, giết chết cây cối, động vật, cá…vv.Mưa acid cũng làm thay đổi tính chất của nước ở các sông, suối làm tổn hại đến nhữngsinh vật sống dưới nước

1.4.2.2 Đối với con người

Các chất đặc trưng gây ô nhiểm không khí và ảnh hưởng đến sức khỏe con người:

− Ảnh hưởng của bụi vào sức khỏe phụ thuộc vào tính chất, nồng độ và kích thướchạt bụi, Bụi vào phổi gây kích thích cơ học, xơ hóa phổi dẫn đến các bệnh về hôhấp: ho ra đờm, ho ra máu, khó thở

− SO2, NOX là chất kích thích khi tiếp xúc với niêm mạc ẩm ướt tạo thành axít(HNO3, H2SO3, H2SO4) Các chất khí trên vào cơ thể qua đường hô hấp hoặc hòatan vào nước bọt rồi vào đường tiêu hóa, sau đó phân tán vào máu tuần hoàn,SO2 là chất khí gây kích thích đường hô hấp mạnh, khi hít thở phải khí SO2 (thậmchí ở nồng độ thấp) có thể gây co thắt các cơ thẳng của phế quản, SO2 ảnh hưởngtới chức năng của phổi, gây viêm phổi, viêm phế quản mãn tính, gây bệnh timmạch, tăng mẫn cảm ở những người mắc bệnh hen

− Cacbon mônôxít (CO) kết hợp với hemoglobin (Hb) trong máu thành hợp chất bềnvững là cacboxy hemoglobin (HbCO) làm cho máu giảm khả năng vận chuyểnôxy dẫn đến thiếu ôxy trong máu

1.4.2.3 Đối với toàn cầu

− Mưa acid

− Hiệu ứng nhà kính

− Suy giảm tầng ôzôn

− Biến đổi nhiệt độ

1.5 Các giải pháp cho vấn đề ô nhiểm không khí

− Thực hiện chiến dịch trồng cây xanh trong thành phố

− Tận dụng và quay vòng triệt để nhiên liệu, nước và năng lượng trong phạm vi mộtnhà máy hay nhiều nhà máy để tận dụng sản phẩm phụ hay chất thải

− Thay thế nguyên liệu đầu vào bằng nguyên liệu sạch và sử dụng năng lượng sạch

− Thực hiện đúng quy trình công nghệ, định mức chính xác vật liệu

− Quản lý và kiểm tra chặt chẽ các nguồn thải ô nhiễm từ hoạt động thi công xâydựng, chấm dứt tình trạng đường phố nay đào mai lấp.

− Phát triển xây dựng công trình kiến trúc xanh trong đô thị

− Phát triển không gian xanh và mặt nước trong đô thị Tuyên truyền, nâng cao nhậnthức và xây dựng văn hóa, đạo đức môi trường cho mọi người dân đô thị, đặc biệt làđối với những người lái xe ô tô, xe máy và chủ các cơ sở sản xuất

− Cắt giảm lượng phát thải các chất khí nhà kính và các chất khí gây mưa axit mà chủyếu là CO2, SO2, NOx, CH4…vv Phương hướng để giải quyết vấn đề này là hạn chế

sử dụng các loại nhiên liệu hóa thạch, sử dụng năng lượng hạt nhân, từng bước

nghiên cứu sử dụng năng lượng sạch, năng lượng tái tạo.

− Các quốc gia cần áp dụng chính sách thuế phát thải chất ô nhiễm

− Cần nâng cao nhận thức của công dân, cải tiến công nghệ sản xuất cải thiện tìnhhình giao thông, phát triển giao thông công cộng, quản lý quá trình xây dựng cáccông trình, giám sát tốt tình trạng ô nhiễm

1.5.2 Giải pháp mang tính toàn cầu:

− Nghị định thư Montreal năm 1987 tại Canada, đại diện 45 nước công nghiệp pháttriển trên thế giới đã cam kết hạn chế sử dụng nhiên liệu hóa thạch đến năm 2005,

Sự hạn chế này nhằm mục đích không làm cho nhiệt độ khí quyên tiếp tục tăng cao

− Các nước phát triển đã tham gia công ước viên (22-3-1985) cam kết áp dụng mọibiện pháp để bảo vệ sức khỏe con người và môi trường khỏi những tác động tiêucực do tầng ozone bị suy giảm, hợp tác trong nghiên cứu, quan trắc và trao đổithông tin về lĩnh vực này

− Tiếp đó là nghị định thư Montreal (Canada) về các chất làm suy giảm tầng ozone –ODS đã được ký kết ngày 16/9/1987 nhằm xác định những biện pháp cần thiết đểcác bên tham gia hạn chế và kiểm soát được việc sản xuất và tiêu thụ các chất làmsuy giảm tầng ozone

− Nghị định thư Kyoto:

+ Là một cam kết được tiến hành dựa trên các nguyên tắc của Chương trình khungcủa Liên hiệp quốc về vấn đề biến đổi khí hậu Trong đó những quốc gia tham gia kíkết phải chấp nhận việc cắt giảm khí CO2 và năm loại khí gây hiệu ứng nhà kínhkhác Mục tiêu hướng đến giảm thiểu các loại khí nhà kính trong khoảng thời gian2008- 2021 Mức trần đã được quy định cho các nước tham gia cụ thể là 8% mứccắt giảm cho Liên minh Châu Âu và 7% cho Hoa Kỳ, 6% với Nhật Bản, 0% vơiNga trong khi mức hạn ngạch cho phép tăng của Úc là 8% và 10% cho Iceland.+ Một số ý kiến cho rằng nghị định thư sẽ có tác động tiêu cực đến sự gia tăng của cácnền dân chủ trên thế giới do các tác động của nó trong tiến độ chuyển giao thành

quả công nghiệp cho các nước thuộc thế giới thứ ba, những đóng góp của nghị địnhthư không đủ cho vấn đề cắt giảm lượng khí thải cần thiết cho mục tiêu mà nó đề ra.Nhiều ý kiến khác cho rằng chi phí bỏ ra cho mục tiêu được kí kết trong nghị địnhthư là quá đắt đối với các nước Annex I, đặc biệt là các nước đã đầu tư rất hiệu quảcho việc bảo vệ môi trường trên đất nước họ và đã đạt tiêu chuẩn môi trường sạch.Nghị định thư Kyoto: để giải quyết những vẫn đề trên, nghị định thư cho phép nhữngnước này (nhóm nước Annex I) mua lượng hạn ngạch carbon cho phép (Carbon Credit)

từ các nước trong nhóm nước đang phát triển tham gia nghị định thư Kyoto trên thếgiới thay vì tiến hành nâng cấp tiêu chuẩn môi trường trong nước Đây là một công cụhiệu quả nhằm khuyến khích các nước nhóm đang phát triển tham gia nghị định thư,đồng thời mang tính kinh tế vì lượng đầu tư vào các quốc gia nhóm nước đang pháttriển sẽ tăng lên thông qua việc mua bán hạn ngạch carbon cho phép

1.6 CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ VÀ CÁCH TÍNH TOÁN ĐÁNH GIÁ

1.6.1 Chỉ số chất lượng không khí (viết tắt là AQI)

− là chỉ số được tính toán từ các thông số quan trắc các chất ô nhiễm trong không khí,nhằm cho biết tình trạng chất lượng không khí và mức độ ảnh hưởng đến sức khỏecon người, được biểu diễn qua một thang điểm.(Theo sổ tay hướng dẫn tính toánchất lượng không khí (AQI))

1.6.2.Cơ sở xây dựng phương pháp tính AQI

Kinh nghiệm xây dựng, áp dụng AQI trên thế giới và Việt Nam

 Trên thế giới: Mỹ, Braxin, Canada, Hồng Kông, HànQuốc, Thái Lan, Australia,Anh, Pháp, Bồ Đào Nha

 Việt Nam: Thành phố Hồ Chí Minh

Quy chuẩn chất lượng môi trường không khí xung quanh hiện hành: QCVN

05:2009/BTNMT Tuy nhiên đến thời điểm hiện nay QCVN về không khí đã thay đổi:QCVN 05

1.6.3 Mục đích, ý nghĩa việc sử dụng chỉ số chất lượng không khí

− Nguyên tắc xây dựng chỉ số AQI

+ Tính toán chỉ số chất lượng không khí từ số liệuquan trắc của các trạm quan trắckhông khí tự động liên tục.

+ Áp dụng với các cơ quan quản lý nhà nước về môi trường; tổ chức, cá nhân có thamgia vào mạng lưới quan trắc môi trường và tham gia vào việc công bố thông tin vềchất lượng môi trường cho cộng đồng

−Mục đích, ý nghĩa của việc sử dụng chỉ số AQI

Đánh giá nhanh chất lượng không khí một cách tổng quan:

+ Là nguồn dữ liệu để xây dựng bản đồ phân vùng chất lượng không khí

+ Cung cấp thông tin cho cộng đồng 1 cách đơn giản, dễ hiểu, trực quan

+ Nâng cao nhận thức người dân về môi trường

1.6.4 Phương pháp tính AQI do TCMT ban hành

− Giải thích thuật ngữ

+ AQI thông số: là giá trị tính toán AQI cho từng thông số quan trắc

+ AQI theo ngày (AQId): là giá trị tính toán cho AQI áp dụng cho 1 ngày

+ AQI tính theo trung bình 24 giờ (AQI24h): là giá trị tính toán AQI sử dụng số liệuquan trắc trung bình 24 giờ

+ AQI theo giờ (AQIh): là giá trị tính toán AQI áp dụng cho 1 giờ

+ Trạm quan trắc không khí tự động cố định liên tục: là trạm quan trắc cố định có khảnăng đo tự động liên tục các thông số về chất lượng không khí

+ Quy chuẩn: quy chuẩn sử dụng để tính toán AQI là các mức quy định trong quychuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng không khí xung quanh hiện hành (QCVN05:2013/BTNMT)

− Các yêu cầu đối với việc tính toán AQI

+ AQI được tính toán riêng cho số liệu của từng trạm quan trắc không khí tự động cốđịnh liên tục đối với môi trường không khí xung quanh

+ AQI được tính toán cho từng thông số quan trắc, mỗi thông số sẽ xác định được mộtgiá trị AQI cụ thể

+ Giá trị AQI cuối cùng là giá trị lớn nhất trong các giá trị AQI của mỗi thông số.+ Thang đo giá trị AQI được chia thành các khoảng nhất định Khi giá trị AQI nằmtrong một khoảng nào đó thì thông điệp cảnh báo cho cộng đồng ứng với khoảng giátrị đó sẽ được đưa ra

− Quy trình tính toán AQI

+ Thu thập, tập hợp số liệu quan trắc từ trạm quan trắc môi trường không khí tự động

cố định liên tục (số liệu đã qua xử lý)

+ Tính toán các chỉ số chất lượng không khí đối với từng thông số theo công thức.+ Tính toán chỉ số chất lượng không khí theo giờ/theo ngày

+ So sánh chỉ số chất lượng không khí với bảng xác định mức cảnh báo ô nhiễm môitrường không khí và mức độ ảnh hưởng tới sức khỏe con người

− Các yêu cầu đối với số liệu quan trắc

+ Số liệu quan trắc sử dụng để tính AQI là số liệu của quan trắc của trạm quan trắckhông khí cố định, tự động, liên tục Số liệu quan trắc bán tự động không sử dụngtrong việc tính AQI.

+ Các thông số thường được sử dụng là các thông số trong QCVN 05:2009/BTNMTbao gồm: SO2, CO, NOx, O3, PM10, TSP

Số liệu quan trắc được đưa vào tính toán đã qua xử lý đảm bảo đã loại bỏ các giá trị sailệch, đạt yêu cầu đối với quy trình quy phạm về đảm bảo kiểm soát chất lượng số liệu.(Theo sổ tay hướng dẫn tính toán chất lượng không khí (AQI))

1.6.5 Tính toán giá trị AQI theo giờ

1.6.5.1 Giá trị AQI theo giờ của từng thông số (AQI x )

Giá trị AQI theo giờ của từng thông số được tính toán theo công thức sau đây:

100

x

x h

x

QC

TS AQI =

TSx: Giá trị quan trắc trung bình 1 giờ của thông số X

QCx: Giá trị quy chuẩn trung bình 1 giờ của thông số X

Lưu ý: Đối với thông số PM 10 : do không có quy chuẩn trung bình 1 giờ, vì vậy lấy quy chuẩn của TSP trung bình 1 giờ thay thế cho PM 10

AQIx : Giá trị AQI theo giờ của thông số X (được làm tròn thành số nguyên).(Theo sổ tay hướng dẫn tính toán chất lượng không khí (AQI))

1.6.5.2 Giá trị AQI theo giờ

Sau khi đã có giá trị AQI x theo giờ của mỗi thông số, chọn giá trị AQI lớn nhất của

05 thông số trong cùng một thời gian (01 giờ) để lấy làm giá trị AQI theo giờ.

AQIh = max(AQIh

x)Trong 01 ngày, mỗi thông số có 24 giá trị trung bình 01 giờ, vì vậy đối với mỗi thông

số sẽ tính toán được 24 giá trị AQIxh giờ, tương ứng sẽ tính toán được 24 giá trị AQItheo giờ để đánh giá chất lượng môi trường không khí xung quanh và mức độ ảnhhưởng tới sức khỏe con người theo giờ (Theo sổ tay hướng dẫn tính toán chất lượngkhông khí AQI)

1.6.5.3 Tính toán giá trị AQI theo ngày

1.6.5.3.1 Giá trị AQI theo ngày của từng thông số

100

24

x

x h

TSx: giá trị quan trắc trung bình 24 giờ của thông số X

QCx: giá trị quy chuẩn trung bình 24 giờ của thông số X

AQIx24: giá trị AQI tính bằng giá trị trung bình 24 giờ của thông số X (được làm trònthành số nguyên)

Lưu ý: không tính giá trị AQI 24h

O3

Giá trị AQI theo ngày của từng thông số được xác định là giá trị lớn nhất trong số các

giá trị AQItheo giờ của thông số đó trong 01 ngày và giá trị AQI trung bình 24 giờ củathông số đó

) ,

x

h x

1.6.5.3.2 Giá trị AQI theo ngày

Sau khi đã có các giá trị AQI theo ngày của mỗi thông số, giá trị AQI lớn nhất của cácthông số đó được lấy làm giá AQI theo ngày của trạm quan trắc đó

(Theo sổ tay hướng dẫn tính toán chất lượng không khí (AQI))

1.6.6 So sánh chỉ số chất lượng không khí đã được tính toán với bảng

Sau khi tính toán được chỉ số chất lượng không khí, sử dụng bảng xác định giá trị AQItương ứng với mức cảnh báo chất lượng không khí và mức độ ảnh hưởng tới sức khỏecon người để so sánh, đánh giá, cụ thể như sau:

Bảng 1.2 Bảng đánh giá các mức ô nhiểm môi trường không khí

Khoảng giá

trị AQI

Chất lượng

51 – 100 Trung bình Nhóm nhạy cảm nên hạn chế thời gian ở bên

201 – 300 Xấu Nhóm nhạy cảm tránh ra ngoài Những người

khác hạn chế ở bên ngoài

Đỏ

Ghi chú: Nhóm nhạy cảm bao gồm: trẻ em, người già và những người mắc bệnh hô hấp

(Theo sổ tay hướng dẫn tính toán chất lượng không khí (AQI))

CÁC GIÁ TRỊ QC x TRONG QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA

VỀ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ XUNG QUANH

Ghi chú: Dấu (-) là không quy định.

(Nguồn: SỔ TAY HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN CHỈ SỐ CLKK (AQI)

Ban hành kèm theo Quyết định số 878 /QĐ-TCMT ngày 01 tháng 7 năm 2011 của Tổng cục trưởng Tổng cục Môi trường)

1.7 CÁC HỆ THỐNG ĐO CLKK Ở VIỆT NAM VÀ MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐO TRÊN THẾ GIỚI

1.7.1 Các hệ thống quan trắc CLKK ở Việt Nam

− Hoạt động quan trắc môi trường tại các quốc gia được thực hiện theo các phươngpháp khác nhau (quan trắc thủ công truyền thống, quan trắc tự động, sử dụng cácthiết bị đo nhanh) tùy thuộc vào điều kiện kinh tế - xã hội và mức độ phát triển khoahọc kỹ thuật của mỗi quốc gia Tuy nhiên quan trắc tự động vẫn là phương phápquan trắc hiệu quả nhất đang được các quốc gia hướng tới áp dụng Ưu điểm của

phương pháp quan trắc tự động là đưa ra được chuỗi số liệu quan trắc kịp thời,chính xác và liên tục mà chưa có phương pháp nào đạt được.

− Hiện nay ở Việt Nam, bên cạnh các hoạt động quan trắc thủ công thì hoạt động quantrắc tự động ngày càng được quan tâm phát triển Đối với môi trường không khí,mạng lưới các Trạm quan trắc tự động, cố định trên phạm vi cả nước ngày càng mởrộng Từ năm 2009 đến 2013 có 07 Trạm quan trắc tự động môi trường không khí(sau đây được gọi tắt là Trạm khí) đã được Bộ Tài nguyên và Môi trường đầu tư, lắpđặt tại 06 tỉnh: Hà Nội, Phú Thọ, Quảng Ninh, Thừa Thiên Huế, Đà Nẵng, và KhánhHòa; riêng tại Hà Nội được đầu tư 02 Trạm

Bảng 1.4: Các trạm quan trắc tự động ở Việt Nam

TT Tên Trạm Địa điểm Thời gian lắp đặt,

Tháng9/2009 Nhiệt độ, hướng gió , tố độ gió, Bức xạ

nhiệt, áp suất, CO2, SO2, O3, NOx, PM10,PM1, Benzen, Toluen, Etylen Xylen,THC

Tháng6/2010

Nhiệt độ, hướng gió ,

tố độ gió, Bức xạ nhiệt, áp suất, CO2, SO2, O3, NOx, PM10,PM1, Benzen, Toluen, Etylen Xylen

TT Tên Trạm Địa điểm Thời gian lắp đặt,

Tháng 9/1011 Nhiệt độ, hướng gió , tố độ gió, Bức xạ

nhiệt, áp suất, CO2, SO2, O3, NOx, PM10,Benzen, Toluen, Etylen Xylen, phóng

Tháng 11/1011 Nhiệt độ, hướng gió , tố độ gió, Bức xạ

nhiệt, áp suất, CO2, SO2, O3, NOx, PM10,PM1, Benzen, Toluen, Etylen Xylen

Vương,Việt Trì ,Phú Thọ

Tháng 1/2013 Nhiệt độ, hướng gió , tố độ gió, Bức xạ

nhiệt, áp suất, CO2, SO2, O3, NOx, PM10,PM1, Benzen, Toluen, Etylen Xylen,THC

Tháng 1/2013 Nhiệt độ, hướng gió , tố độ gió, Bức xạ

nhiệt, áp suất, CO2, SO2, O3, NOx, PM10,PM1, Benzen, Toluen, Etylen Xylen

lộ 18A mới tại khu I, Phường Hồng Hà , TP HạLong, tỉnh QuảngNinh

Tháng 12/2013

Nhiệt độ, hướng gió ,

tố độ gió, Bức xạ nhiệt, áp suất, CO2, SO2, O3, NOx, PM10,PM1, Benzen, Toluen, Etylen Xylen

1.7.2 Một số hệ thống đo CLKK Trên Thế Giới

1.7.2.1 Thiết bị đo không khí nhanh

Hình 1.3 Thiết bị quan trắc không khí đo nhanh

(Nguồn: http://tapchimoitruong.vn/pages/article.aspx?item)

− Hiện nay, chất lượng không khí tại các khu đô thị đặc biệt là các đô thị lớn tại ViệtNam đang là vấn đề cần quan tâm của các nhà quản lý nói riêng và toàn xã hội nóichung Hoạt động quan trắc môi trường không khí chủ yếu theo phương pháp thủ côngtruyền thống với tần suất quan trắc 3-6 lần/năm, cho kết quả quan trắc với độ chínhxác cao nhưng việc lấy mẫu tại hiện trường và vận chuyển về phòng thí nghiệm đểphân tích theo các phương pháp tiêu chuẩn đòi hỏi thời gian, nhân lực, vật lý, hóa chất,thiết bị đi kèm Trong khi đó, thời gian bảo quản mẫu khí thường ngắn dẫn đến thựctrạng là khó có thể lấy đủ số lượng mẫu đại diện trong ngày theo mục đích quan trắchoặc khó kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng kết quả quan trắc

− Trong khi đó ở Việt Nam, đến nay chỉ có hơn 30 trạm quan trắc tự động, liên tục, mật

độ phân bố thưa, chưa đảm bảo quan trắc cho các khu vực “nóng” về chất lượng môitrường không khí Trạm có ưu điểm là hoạt động liên tục 24h/24h, cung cấp các số liệuliên tục theo thời gian thực, giúp theo dõi và đánh giá diễn biến chất lượng môi trường

không khí Tuy nhiên, với chi phí đầu tư ban đầu và chi phí duy trì vận hành hàng nămtương đối lớn cho nên số lượng trạm quan trắc trên toàn quốc còn rất ít, một số trạm đãtạm dừng hoạt động do thiếu kinh phí duy trì, vận hành hoặc hết thời gian khấu hao.

− Qua kết quả nghiên cứu có thể thấy, việc sử dụng thiết bị đo khí cầm tay với dải đo và

độ phân giải phù hợp, quá trình thao tác tuân thủ đầy đủ các quy trình kỹ thuật đã xâydựng là hoàn toàn khả thi trong điều kiện Việt Nam vì: Thiết bị có kích thước nhỏgọn, dễ thao tác, sử dụng, vận chuyển, lưu giữ, Công nghệ, nguyên lý đo phù hợp vớimôi trường đo Thiết bị đáp ứng các yêu cầu về các đặc tính kỹ thuật (độ chính xác, độtrôi, giới hạn phát hiện, độ phân dải, thời gian đáp ứng)

1.7.2.2 Giai pháp đo và quan trắc không khí nội đô

Hình 1.4 Thiết bị Waspmote Plug & Sense (SE-Pro) trái và Meshlium phải

(Nguồn:http://www.phadistribution.com)

− Theo ghi nhận của nhiều tổ chức bảo vệ môi trường khác nhau tại Châu Á, ngoài cácyếu tố như ảnh hưởng của cháy rừng khu vực lân cận, diễn biến thời tiết bất thườnghay do các hoạt động khí thải từ các nhà máy, khu công nghiệp chưa được di dời trongnội đô, đô thị hay thành phố thì một trong những nguyên nhân chính (chiếm trên 80%)gây ô nhiễm môi trường không khí tại các tỉnh, thành phố chính là chất lượng khí thải

từ các phương tiện giao thông của hệ thống vận chuyển công cộng (xe buýt), cá nhân(xe ô tô và cả xe máy) và các phương tiện vận tải hàng hoá khác

− Với những đô thị thuộc dạng đông đúc, thường xuất hiện tình trạng kẹt xe, lưu lượng

di chuyển của các phương tiện chậm lại, mật độ tham gia giao thông tăng lên thì tại đóchất lượng không khí có nhiều nguy cơ xấu đi nhanh, gây ảnh hưởng đến sự mất cânbằng tự nhiên trong môi trường, không khí bị nhiễm các khí có kim loại nặng, đặc biệt

có thể tích lũy ảnh hưởng nghiêm trọng hơn đến sức khỏe của con người (do hoạt động

hô hấp tự nhiên), và giảm chất lượng sống tại khu dân cư nội đô

Hình 1.5 Sơ đồ đấu nối

(Nguồn: http://www.phadistribution.com)

− Mô tả hoạt động:

Căn bản của giải pháp sẽ sử dụng các thiết bị Waspmote Plug & Sense và MeshliumGateway để theo dõi diễn biến của các chỉ số cần quan trắc là: nhiệt độ, độ ẩm khôngkhí, khí CO, khí CO2, khí NO2, CH4, H2S và O3 Tuỳ theo các chỉ số nào được cấuhình trên từng thiết bị Waspmote Plug & Sense và được thiết kế lắp đặt tại các địađiểm qui ước trước, đáp ứng các chỉ tiêu quan trắc tại các địa điểm đó Các WaspmotePlug & Sense này sẽ dùng giao thức truyền thông Sigfox, hoặc 3G/GPRS hoặc cácchuẩn giao tiếp khác phù hợp với thiết kế ban đầu để gửi tín hiệu về trung tâm

− Tất cả các thông số đo được từ Waspmote Plug & Sense gửi về trung tâm, thiết bịGateway Meshlium sẽ lưu trữ tại một hệ thống CSDL tập trung bên ngoài (ExternalDatabase) đặt tại trung tâm quan trắc môi trường của tỉnh, thành phố đó Từ CSDL thuthập được, hệ thống phần mềm ứng dụng PIoT-SEPro sẽ trích xuất phân tích và tạo lậpcác báo cáo theo tiêu chuẩn cũng như cung cấp các tính năng gia tăng khả năng tuỳbiến, xác lập ngưỡng thay đổi theo thời gian thực trong suốt quá trình vận hành hệthống này Cách thức Meshlium Gateway truy nhập Internet bằng 3 cách cơ bản gồm:Wifi, 3G/GPRS hoặc Ethernet tiêu chuẩn Đây cũng là cách CSDL được truy xuất từ

phần mềm PIoT-SEPro do chúng tôi tự phát triển và cung cấp trong gói giải pháp này

Hình 1.6 Hình ảnh thực tế

(Nguồn:http://www.phadistribution.com)

Một số hình ảnh triển khai thực tế của giải pháp

Hình 1.7 Một số hình ảnh triển khai thực tế của giải pháp

(Nguồn: http://www.phadistribution.com/)

1.7.2.3 Máy đo chất lượng không khí Xiaomi PM2.5 (Bụi có kích thước cực kì nhỏ)

− Không khí là một yếu tố thiết yếu cho cuộc sống, không khí sạch sẽ giúp quá trình hỗhấp của con người nói riêng và các loài sinh vật khác nói chung diễn ra bình thường.Tuy nhiên hiện nay môi trường không khí mà chúng ta đang hít thở hàng ngày đangtrở nên ngày càng ô nhiễm với nhiều tạp chất khác nhau, một trong số đó là các hạtPM2.5 Chính vì thế để xác định mức độ sạch của bầu không khí mà bạn đang hít thở

có một giải pháp mới đến từ thương hiệu Xiaomi đó chính là máy đo chất lượng khôngkhí Xiaomi PM2.5

Hình 1.8 Máy đo chất lượng không khí Xiaomi PM2.5

(Nguồn:http://www.chiemtaimobile.vn)

− Thiết kế của máy đo chất lượng không khí Xiaomi khá nhỏ gọn Nó có thể nằm gọntrong lòng bàn tay và có thể bỏ vào túi quần áo để mang đi khắp mọi nơi Kích thướctổng thể là 96 × 96 × 44mm, trên sản phẩm chỉ được bố trí một phím chức năng duynhất để bật/tắt thiết bị và chuyển các chức năng hiễn thị Vị trí phím được đặt ở cạnhtrên của thiết bị và hơi lõm, mang đến cảm giác bấm tốt hơn

− Máy đo chất lượng không khí Xiaomi PM2.5 được thiết kế với phần màn hình hiển thị

sử dụng công nghệ OLED Mục đích chính là giúp thiết bị tiết kiệm năng lượng và chothời gian sử dụng dài hơn bởi thiết bị chỉ được trang bị viên pin 750mAh Màn hìnhtrên máy có 2 chế độ hiển thị: một sẽ cho biết thời gian ngày giờ và chế độ còn lại sẽbáo cáo về chỉ số độ sạch của không khí (mật độ hạt PM2.5 trong không khí) Việcchuyển giữa 2 chế độ xem cũng cực kỳ đơn giản, chỉ bằng một thao tác bấm trên thiết

bị Các số liệu về độ sạch của không khí hay cụ thể là mật độ các hạt PM2.5 trongkhông khí sẽ được đo bằng cảm biến lazer bố trí ở phía trên của màn hình Giúp cungcấp các số liệu báo cáo một cách chính xác theo thời gian thực

− Máy đo chất lượng không khí PM2.5 được trang bị kết nối wifi tốc độ cao giúp kếtnối, đồng bộ với smartphone và các thiết bị khác cụ thể nhất là những chiếc máy lọckhí của Xiaomi giúp người dùng có thể theo dõi từ xa tình hình chất lượng không khítại nhà chỉ cần sử dụng smartphone

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG COMPACT ĐO CHẤT

LƯỢNG KHÔNG KHÍ

2.1 Tính cấp thiết của việc thiết kế hệ thống

- Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đi theo là quá trình đô thịhóa.Ô nhiễm không khí là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất ở các đô thị, đặcbiệt là tại các nước đang phát triển, Đô thị hóa và phát triển kinh tế-xã hội mạnh mẽnêu trên đã tác động gây ô nhiễm môi trường nói chung và môi trường không khí nóiriêng ngày càng nặng nề Theo những nghiên cứu gần đây, việc phơi nhiễm bụi cónồng độ trung bình năm vượt quá 50 µg/m3 tại 126 thành phố trên thế giới có thể lànguyên nhân của khoảng 130 nghìn ca tử vong sớm

- Chất lượng không khí nói chung và không khí đô thị nói riêng chịu ảnh hưởng bởinhiều yếu tố Các nguồn khí thải trong đô thị như công nghiệp, giao thông, sinh hoạt,xây dựng có thể làm suy giảm chất lượng không khí Trước tình hình đó việc nghiêncứu đánh giá mức độ ô nhiễm không khí một cách định lượng, có cơ sở khoa học,phân vùng theo các mức ô nhiễm khác nhau, xác định khu vực nào là bị ô nhiễmnhất, thành phần ô nhiễm môi trường không khí nào là đáng lo ngại nhất, v.v từ đó

đề xuất các giải pháp cấp bách nhằm giảm thiểu ô nhiễm, cải thiện chất lượngmôi trường không khí đồng thời bảo vệ bản than tránh xa vùng ô nhiểm Vì vậy việcnghiên cứu, đánh giá tổng hợp chất lượng môi trường không khí là cần thiết và đượcchú trọng (Nguồn: http://hus.vnu.edu.vn/)

2.2 Ý tưởng cho việc thiết kế hệ thống

2.2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và kinh nghiệm thực tiễn về chỉ số đánh giá chấtlượng không khí của các nước trên thế giới, lựa chọn và đề xuất mô hình đánh giá chấtlượng không khí theo chỉ số chất lượng không khí AQI phù hợp với điều kiện của ViệtNam (Nguồn: http://www.quantracmoitruong.gov.vn/)

- Đồ án được nghiên cứu và thực hiện với mục đích áp dụng những kiến thức đã đượchọc trong nhà trường để thiết kế, tạo ra một hệ thống tự động cảnh báo từ xa qua mạngINTERNET và tin nhắn SMS

- Nghiên cứu và tạo một giao diện Websever để thực hiện điều khiển qua mạngINTERNET với chuẩn giao tiếp TCP/IP

- Tìm hiều về hệ thống điện thoại di động GSM hiện nay, nghiên cứu và sử dụng cácmodule GSM/GPRS phổ biến hiện nay Module nhóm thực hiện nghiên cứu và sửdụng là module SIM800 của hãng SIMCom

- Nghiên cứu và sử dụng chip vi điều khiển PIC của Mircochip, chip mà nhóm đã tiếnhành nghiên cứu và sử dụng là chip PIC16F877A.

2.2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đề tài tập trung nghiên cứu đánh giá hiện trạng ô nhiễm môi trường không khí xungquanh tại các khu vực đặc trưng có số liệu quan trắc môi trường trong những năm gầnđây trong phạm vi ranh giới hành chính hiện tại Các thông số ô nhiễm được xem xéttrong đồ án là các thông số ô nhiễm cơ bản của môi trường không khí xung quanhgồm: SO2, NO2, CO, PM10, SO2, CO2, PM2.5 (Nguồn:http://www.cem.gov.vn).Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp mô hình hóa: trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết

và kinh nghiệm thực tế của các nước trên thế giới, xác định ô nhiễm môi trường khôngkhí theo các chỉ số chất lượng không khí AQI, tiến hành nghiên cứu lựa chọn và xâydựng mô hình tính toán ô nhiễm không khí theo chỉ số AQI phù hợp với điều kiện ViệtNam

Phương pháp ứng dụng công nghệ thông tin: đề tài sẽ tiến hành xây dựng các modulenhằm giúp người sử dụng có thể khai thác các tính năng các ứng dụng điều khiển,giám sát qua môi trường mạng GSM/ GPRS

2.2.3 Lên ý tưởng thiết kế hệ thống đo và giám sát chất lượng không khí

Từ các vấn đề và các yêu cầu cấp bách giải quyết về vấn đề ô nhiễm không khí hiệnnay Chúng em muốn trình bày 1 hệ thống đo chất lượng không khí và cảnh báo tại chỗcác mức độ ô nhiểu không khí khác nhau gồm: các module cảm biến , các đèn báohiển thị các trạng thái báo mức ô nhiểm khác nhau của môi trường không khí vàchuông báo động khi không khí đạt mức ô nhiễm nghiêm trọng cảnh báo cho conngười biết để có biện pháp phòng ngừa, các cảnh báo tín hiệu được điều khiển qua bộđiều khiển trung tâm là PIC16F877A và hiển thị các thông sô đo được lên màn hìnhLCD2004 (Các thông số cần đo gồm : CO2,CO,SO2,NO2,PM(10,2.5), ) đồng thờiphát tín hiệu cảnh báo cho người dùng khi mức độ ô nhiễm không khí ở mức nguyhiểm bằng cách nhắn tin SMS qua điện thoại di động được thực hiện bởi sự giao tiếpcủa module SIM800 và vi điều khiển PIC16F877A, giao tiếp với mạng INTERNETqua chuẩn truyền thông TCP/IP, thực hiện quan sát trạng thái khí qua giao diệnWebserver

KHỐI CẢNH BÁO QUA SMS

BỘ ĐIỀU KHIỂN

KHỐI CẢM BIẾN

KHỐI CÁC CƠ CẤU CHẤP HÀNH TẠI CHỖ (ĐÈN,CÒI BÁO) VÀ HIỂN THỊ LCDKHỐI GIÁM SÁT QUA MẠNG INTERNET

2.3 Sơ đồ tổng quan của hệ thống

2.3.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống đo, cảnh báo chất lượng ô nhiểm không khí

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống

Dù đang ở rất xa ngôi nhà, người sử dụng có thể dùng máy tính được kết nối với

mạng Internet hoặc các thiết bị như điện thoại, máy tính bảng có hỗ trợ tin nhắn SMS

để có thể quan sát nắm rõ tình hình không khí ở khu vực mình sống

2.3.2 Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 2.2 Sơ đồ khối của bộ điều khiển

Chức năng từng khối :

Khối giao tiếp SMS: Gồm Module SIM800, có chức năng gửi nhận tin nhắn SMS cho việc điều khiển các thiết bị Module SIM800 được kết nối với vi điều khiển PIC16F877A có nhiệm vụ nhận SMS gửi tới vi điều khiển và gửi SMS tớingười sử dụng khi có yêu cầu

Khối giao tiếp INTERNET: Gồm Modulewifi ESP8266 được kết nối với vi điềukhiển PIC16F877A truyền nhận tín hiệu qua giao thức TCP/IP Khối này có nhiệm vụ nhận lệnh điều khiển qua Webserver với giao thức TCP/IP Vi điều khiển nhận lệnh, thực thi xong và gửi trả lại kết quả

Khối vi điều khiển PIC16F877A: Khối trung tâm trong việc xử lý và điều khiển, vi điều khiển nhận tín hiệu từ khối giao tiếp SMS, khối giao tiếp Internet

và cảm biến, sau đó đưa ra tín hiệu điều khiển đồng thời hiển thị lên LCD

Khối cảm biến: Cảm biến được sử dụng là cảm biến nhiệt độ: LM35 và các cảmbiến đo khí có nhiệm vụ đo các khí ảnh hưởng đến sức khỏe của con người có trong môi trường xung quanh( CO2,CO,SO2,NO2,PM(10,2.5), gửi tín hiệu tới

vi điều khiển Khi các khí đo được nằm trong mức nguy hiểm (theo tiêu thang

đo tiêu chuẩn AQI) thì vi điều khiển phát tín hiệu cảnh báo tại chỗ bằng đèn, còiđồng thời gửi tin nhắn cảnh báo đến điện thoại người dùng

Khối cảnh báo(Đèn,còi) và hiển thị LCD: Gồm các đèn led báo trạng thái, còi

và TEXT LCD2004, có nhiệm vụ hiện thị các thông tin có liên quan tới việc điều khiển, giúp cho giao diện giữa người dùng và thiết bị trực quan hơn

Khối nguồn: tạo nguồn với hai mức điện áp 5V cấp cho vi điều khiển và cácmodule cảm biến và điện áp 3-3.6V, dòng điện 80mA cấp cho module WIFIESP8266 Ngoài ra module SIM800 được cấp nguồn với điện áp: 3.4-4.6V vàdòng cung cấp phải đủ 2A trở lên

2.4 Tổng quan về vi điều khiển PIC 16F877A

Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng ở thị trường Việt Nam

Gía thành không quá đắt

Có đầy đủ tính năng của một vi điều khiển khi hoạt động một cách độc lập

Là một sự bổ sung tốt về kiến thức cũng như ứng dụng cho họ vi điều khiển mang tính chất truyền thống: họ vi điều khiển 8051

Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển này tại Việt Nam cũng như trên thế giới không ngừng tăng lên rộng rãi ,điều này tạo điều kiện thuận lợi trong việc phát triển các ứng dụng cũng như: số lượng tài liệu ,số lượng ứng dụng mở đã được phát triển thành công, dễ dàng trao đổi học tập, dễ dàng giúp đỡ khi gặp

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit Mỗi lệnh được thực thi trong 1 chu kì xung clock, tốc độ hoạt động cho phép 20 MHZ với chu kì lệnh là 20ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte số port vào ra là 5 portI/O với 33 pin I/O.

Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:

Timer0: bộ đếm 8bit với bộ chia tần số 8bit

Timer1: bộ đếm 16bit với bộ chia tần số,có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xungclock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep

Timer2: bộ đếm 8bit với bộ chia tần số ,bộ postcaler

Hai bộ capture /so sánh /điều chế độ rộng xung

Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ

Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C

Các đặc tính Analog :

+ 8 kênh chuyên đổi ADC 10 bit

+ Hai bộ so sánh

+ Bộ nhớ Flash với khả năng xóa được 100.000 lần

+ Bộ nhớ EEPROM với khả năng khi xóa được 1.000.000 lần

+ Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm

+ Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm

+ Watchdog Timer bộ dao động trong

+ Chức năng bảo mật mã chương trình

+ Có thể hoạt động ở nhiều dạng Oscillator khác nhau

+ Để mã hóa được 8K word bộ nhớ chương trình ,bộ đếm chương trình có dunglượng 13 bit (PC<12:0>)

+ Khi vi điều khiển được reset, bộ nhớ chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 000h Khi

có ngắt xảy ra bộ đếm chương trình chỉ đến địa chỉ 0004h

+ Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉ hóabởi bộ đếm chương trình.

Bộ nhớ dữ liệu: Bộ nhớ dữ liệu của PIC là một bộ nhớ EEPROM được phân ra nhiều bank Đối với PIC16F877A bộ nhớ dữ liệu được phân thành 4 bank, mỗi bank

có dung lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFG (Special Function Register) nằm ở các vùng có địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích chung GPR (General Purpose Register) nằm ở các vùng địa chỉ còn lại trong bank Các thanh ghi SFG thường xuyên được sử dụng (Ví dụ như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tấc

cả các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp thuận tiện trong quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình (Nguồn: GIÁO TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN, Th.s TRẦN THÁI ANH ÂU, năm XB: 2013.)

2.5 Tổng quan về cảm biến khí và lựa chọn các cảm biến đo trong hệ thống đo lường chất lượng không khí

2.5.1 Giới thiệu

Gần đây việc nhận biết khí giống như ứng dụng điển hình trong những hệ thống thôngminh đang nhận được sự chú ý nhiều hơn về cả trong công nghiệp và nghiên cứu, côngnghệ đo lường khí trở nên quan trọng bởi vì sự phổ biến và những ứng dụng thôngdụng của nó trong những lĩnh vực sau: sãn xuất công nghiệp, công nghiệp ô tô ( pháthiện những khí ô nhiễm từ phương tiện), những ứng dụng y học ( mũi điện tử môphỏng hệ thống khứu giác con người), nghiên cứu moi trường ( giám sát những khínhà kính)

2.5.2 Phân loại theo những phương pháp nhận biết khí,bụi

2.5.2.1 Phân loại theo những phương pháp nhận biết khí