Thiết kế hệ thống compact đo chất lượng không khí

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ, ĐO VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ 1.1 Khái niệm khơng khí nhiễm mơi trường khơng khí 1.1.1 Khái niệm khơng khí Khơng khí yếu tố quan trọng mà người sống suốt đời, làm việc nghỉ ngơi Sức khỏe cảm ứng người, sinh trưởng phát triển tất loài động, thực vật phụ thuộc nhiều vào: thành phần hỗn hợp khơng khí, độ đặc tính lý hóa 1.1.2 Ơ nhiễm khơng khí Ơ nhiễm khơng khí có mặt chất lạ có mặt khơng khí biến đổi quan trọng thành phần khí gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người, động vật hệ sinh thái khác Chất gây ô nhiễm môi trường không khí: chất có mặt khơng khí gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người, sinh trưởng phát triển hệ động thực vật: − Chất ô nhiễm sơ cấp: Là chất ô nhiễm xâm nhập trực tiếp vào môi trường từ nguồn phát sinh: SO2, CO2, CO, bụi…vv − Chất ô nhiễm thứ cấp: Là chất thâm nhập vào môi trường thông qua phản ứng chất ô nhiễm sơ cấp phản ứng thơng thường khí quyển: sO3 sinh từ SO2 + O2, H2SO4 sinh từ: SO2 + O2 + H2O 1.2 Các dạng ô nhiễm môi trường không khí 1.2.1 Bản chất hóa học (chủ yếu) − Ơ nhiễm khí − Ơ nhiễm bụi 1.2.2 – Bản chất lí học Ơ nhiễm nhiệt: Là dư thừa lượng dạng nhiệt, góp phần gây tượng nóng lên trái đất, băng tan, nước biển dâng Các lĩnh vực sử dụng lượng ngành khai thác nhiên liệu tài nguyên, nhà máy nhiệt điện, công nghiệp đặc biệt ngành luyện kim, sản xuất vật liệu xây dựng Theo thống kê nguồn gây ô nhiễm nhiệt nhân tạo chủ yếu từ trình khai thác, biến đổi sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch: than đá, dầu mỏ khí đốt sử dụng nguồn lượng hạt nhân Ô nhiễm tiếng ồn: Là âm khơng có giá trị, tiếng ồn mơi trường vượt ngưỡng định gây khó chịu cho người động vật Nguồn gây ô nhiễm tiếng ồn chủ yếu từ tiếng ồn trời phuương tiện giao thơng, vận tải, xe có động 1.3 Thực trạng nhiễm mơi trường khơng khí VIỆT NAM giới − Thực trạng ô nhiễm môi trường khơng khí VIỆT NAM: Ở Việt Nam nhiễm mơi trường khơng khí vấn đề xúc môi trường công nghiệp, đô thị làng nghề Việt Nam nằm số 10 quốc gia có khơng khí nhiễm giới, theo nghiên cứu thường niên môi trường trường đại học Mỹ thực công bố diễn đàn kinh tế giới Davos  Với nguyên nhân gây ô nhiễm sau: 1.3.1 Việt Nam q trình thị hóa nhanh Bảo vệ mơi trường thị ngày có tầm quan trọng phát triển bền vững quốc gia, dân số thị ngày đơng, hoạt động phát triển kinh tế - xã hội quốc gia ngày tập trung đô thị Năng lượng tiêu thụ thị chiếm tới 3/4 tổng lượng tiêu thụ quốc gia, vấn đề nhiễm khơng khí trầm trọng thường xảy thị, đặc biệt thường xảy đô thị lớn Ở nước ta thời gian khoảng 1/4 kỷ qua, q trình thị hóa tương đối nhanh q trình với q trình cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Bảng 1.1 Đơ thị hóa Việt Nam qua năm Năm 1986 1990 1995 2000 2003 2006 2009 2010 2020 Số lượng đô thị 480 500 550 649 656 729 752 - - Dân số đô thị 11,87 13,77 14,93 19,47 20,87 22,83 25,38 28,5 40,0 Tỷ lệ dân ĐT tổng số toàn quốc ( %) 19,3 20,0 20,75 24,7 25,8 27,2 29,6 32 45 (Nguồn: Niên giám thống kê Quốc gia thông tin từ Bộ XD) 1.3.2 Phương tiện giao thông, giới tăng nhanh nhu cầu tiêu thụ ngày lớn Đất nước phát triển đồng nghĩa với việc đời sống nhân dân nâng cao, dẫn đến vấn đề lớn: phương tiện giới tăng nhanh, nhu cầu tiêu thụ lớn Hiện phương tiện giao thông giới sử dụng xăng dầu diesel làm nhiên liệu để tạo chuyển động, trình đốt cháy nhiên liệu dẫn tới phát sinh nhiều chất nhiễm khơng khí khác nhau, bao gồm: CO, CO2, SO2, NOx, bụi chì…vv Bên cạnh đó, kéo theo hình thành bụi TSP đất cát bị bay lên từ mặt đường phố vệ sinh trình di chuyển Sự gia tăng phương tiện giao thông giới đường bộ, đặc biệt ô tô xe máy với chất lượng tuyến đường chưa đáp ứng nhu cầu, chất lượng nhiên liệu sử dụng thấp ngun nhân gây nên nhiễm mơi trường khơng khí Cùng với đó, chất lượng phương tiện hạn chế (xe cũ, không bảo dưỡng thường xuyên), làm gia tăng đáng kể nồng độ chất ô nhiễm khơng khí Nhiều tuyến đường chật hẹp, xuống cấp, thiếu quy hoạch đồng bộ, chưa đáp ứng nhu cầu lại với ý thức tham gia giao thông người dân chưa cao gây tượng ùn tắc giao thông yếu tố đáng kể làm nghiêm trọng thêm vấn đề nhiễm mơi trường khơng khí, đặc biệt đô thị lớn như: Hà Nội TP Hồ Chí Minh 1.3.3 Hoạt động giao thông vận tải Theo chuyên gia môi trường, thời gian qua: hoạt động giao thông vận tải có đóng góp quan trọng vào cơng phát triển kinh tế – xã hội nước, nhiên việc tăng cường hoạt động GTVT làm phát sinh khơng vấn đề mơi trường khơng khí Trong q trình hoạt động, phương tiện giao thơng thải lượng lớn chất như: Bụi, CO, NOx, SOx, xăng dầu, bụi chì, benzen…vào mơi trường khơng khí, khí độc hại có nhiều thành phần gây nên hiệu ứng nhà kính, gây loại bệnh như: viêm nhiễm đường hô hấp nhiễm vi khuẩn, hen suyễn, viêm phế quản mạn tính, viêm mũi…vv Đặc biệt tiếng ồn phát sinh từ hoạt động giao thơng đóng vai trò chủ yếu việc gây nhiễm, có 60 – 80% ngun nhân tiếng ồn từ động như: ống xả, rung động phận xe, đóng cửa xe, còi xe, phanh xe, tương tác lốp xe mặt đường Tiếng ồn gây tác hại lớn đến tồn thể nói chung 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 cơng trình với đường xá vệ sinh Nước ta diễn q trình thị hóa mạnh nên tất thị có nhiều cơng trường xây dựng hoạt động: xây dựng, sửa chữa nhà cửa, đường xá, vận chuyển nguyên vật liệu phát sinh nhiều bụi bao gồm bụi nặng bụi lở lửng, làm cho mơi trường khơng khí thị bị nhiễm bụi nặng nề Rác thải không thu gom hết, đường xá vệ sinh, tồn đọng lớp bụi dày mặt đường, xe chạy bụi lên khuyếch tán bụi khắp phố phường − Thực trạng ô nhiễm mơi trường khơng khí giới + Theo báo cáo lần Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) vừa công bố ngày 26/9 Giơnevơ, Thụy Sĩ, thơng số chất lượng khơng khí nhiều quốc gia giới, cho ô nhiễm khơng khí giới mức nguy hại sức khỏe người, Ngày 12/5, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đưa báo cáo khiến nhiều người phải giật Đó 80% cư dân thị tồn cầu phải hít thở khơng khí nhiễm triệu người cho chết mắc bệnh liên quan đến tình trạng ô nhiễm môi trường Cụ thể: người dân 98% thành phố thuộc nước có thu nhập thấp trung bình phải tiếp xúc với khơng khí khơng đáp ứng tiêu chuẩn WHO, quốc gia có thu nhập cao khoảng 56% thành phố phải đối mặt với tình trạng khơng khí bị ô nhiễm Trong giai đoạn 2008-2015 mức độ ô nhiễm khơng khí khu vực thị tồn cầu tăng trung bình 8% + Ơ nhiễm khơng khí nguyên nhân gây bệnh tật tử vong, khơng khí nhiễm tác động nhiều đến trẻ em, người già người nghèo Từ thực trạng trên, WHO nhấn mạnh tầm quan trọng việc giảm khí thải cơng nghiệp để cải thiện chất lượng khơng khí lâu dài tăng cường giao thơng công cộng xanh, lượng mặt trời gió Do chất lượng khơng khí cải thiện, chi phí khám chữa bệnh liên quan đến khơng khí giảm theo, suất lao động tuổi thọ tăng lên Giảm nhiễm khơng khí giúp quốc gia đạt cam kết chống biến đổi khí hậu + Cháy rừng: Các đám cháy rừng đồng cỏ trình tự nhiên xảy sấm chớp, cọ sát thảm thực vật khô tre, cỏ Các đám cháy thường lan truyền rộng, phát thải nhiều bụi khí,gây nhiễm cho mơi trường + Các q trình phân huỷ, thối rữa xác động, thực vật tự nhiên phát thải nhiều chất khí, phản ứng hố học khí tự nhiên hình thành khí sunfua, nitrit, loại muối …vv Các loại bụi, khí gây nhiễm khơng khí + Bão bụi gây nên gió mạnh bão, mưa bào mòn đất sa mạc, đất trồng gió thổi tung lên thành bụi Nước biển bốc với sóng biển tung bọt mang theo bụi muối lan truyền vào khơng khí 1.4 Nguyên nhân hậu việc ô nhiễm môi trường khơng khí 1.4.1 Ngun nhân nhiễm mơi trường khơng khí 1.4.1.1 Ngun nhân tự nhiên Núi lửa: Núi lửa phun nham thạch nóng nhiều khói bụi giàu sunfua, mêtan loại khí khác, luồng khí tỏa xa khơng khí, gây nhiễm diện rộng gây nên mưa axít 1.4.1.2 Nguyên nhân nhân tạo Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo đa dạng, chủ yếu hoạt động công nghiệp, đốt cháy nhiên liệu hoá thạch hoạt động phương tiện giao thông Nguồn ô nhiễm công nghiệp hai trình sản xuất gây − Quá trình đốt nhiên liệu thải nhiều khí độc qua ống khói nhà máy vào khơng khí − Do bốc hơi, rò rỉ, thất dây chuyền sản xuất sản phẩm đường ống dẫn thải Nguồn thải trình sản xuất hút thổi ngồi hệ thống thơng gió 1.4.2 Hậu ô nhiểm môi trường không khí 1.4.2.1 Đối với động – thực vật Ơ nhiễm khơng khí gây ảnh hưởng tai hại cho tất sinh vật: Lưu huỳnh đioxit, Nitơ đioxit, ozon, fluor, chì…vv gây hại trực tiếp cho thực vật vào khí khổng, làm hư hại hệ thống giảm thoát nước giảm khả kháng bệnh Ví dụ: Ozone chất gây nhiễm khơng khí thường liên quan với nóng lên trái đất loại khí gây hiệu ứng nhà kính bầu khí quyển, đồng thời ảnh hưởng tới phát triển thực vật Khí carbon dioxide vào qua lá, nơi sau sử dụng q trình quang hợp Khi có ozone khơng khí, khí hoạt động giống khí khác vào phận cách Tuy nhiên vào bên lại hoạt động khác Ozone tương tác với phận cấp độ tế bào bắt đầu phá vỡ số thành phần quan trọng cho quang hợp Ngăn cản quang hợp tăng trưởng thực vật; giảm hấp thu thức ăn, làm vàng rụng sớm Sự nóng lên Trái đất hiệu ứng nhà kính gây thay đổi động, thực vật Trái đất Mưa axít tác động gián tiếp lên thực vật, chất gây ô nhiễm không khí có tính axít kết hợp với giọt nước đám mây làm cho nước có tính acid Khi giọt nước rơi xuống mặt đất gây hại cho môi trường, giết chết cối, động vật, cá…vv Mưa acid làm thay đổi tính chất nước sông, suối làm tổn hại đến sinh vật sống nước 1.4.2.2 Đối với người Các chất đặc trưng gây nhiểm khơng khí ảnh hưởng đến sức khỏe người: − Ảnh hưởng bụi vào sức khỏe phụ thuộc vào tính chất, nồng độ kích thước hạt bụi, Bụi vào phổi gây kích thích học, xơ hóa phổi dẫn đến bệnh hô hấp: ho đờm, ho máu, khó thở − SO2, NOX chất kích thích tiếp xúc với niêm mạc ẩm ướt tạo thành axít (HNO3, H2SO3, H2SO4) Các chất khí vào thể qua đường hơ hấp hòa tan vào nước bọt vào đường tiêu hóa, sau phân tán vào máu tuần hồn, SO2 chất khí gây kích thích đường hơ hấp mạnh, hít thở phải khí SO2 (thậm chí nồng độ thấp) gây co thắt thẳng phế quản, SO2 ảnh hưởng tới chức phổi, gây viêm phổi, viêm phế quản mãn tính, gây bệnh tim mạch, tăng mẫn cảm người mắc bệnh hen − Cacbon mơnơxít (CO) kết hợp với hemoglobin (Hb) máu thành hợp chất bền vững cacboxy hemoglobin (HbCO) làm cho máu giảm khả vận chuyển ôxy dẫn đến thiếu ôxy 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 nhiểm khơng khí 1.5.1 Giải pháp cục − Hạn chế phát thải, tối ưu hóa điều kiện sản xuất tận dụng triệt để sản phẩm phụ trình sản xuất − Hoàn thành việc di chuyển tất sở sản xuất công nghiệp, thủ công nghiệp gây ô nhiễm nặng ngồi thành phố − Phát triển cơng nghệ sản xuất tất khu công nghiệp sở công nghiệp xung quanh thành phố (phát triển công nghiệp xanh) − Thực chiến dịch trồng xanh thành phố − Tận dụng quay vòng triệt để nhiên liệu, nước lượng phạm vi nhà máy hay nhiều nhà máy để tận dụng sản phẩm phụ hay chất thải − Thay nguyên liệu đầu vào nguyên liệu sử dụng lượng − Thực quy trình cơng nghệ, định mức xác vật liệu − Quản lý kiểm tra chặt chẽ nguồn thải ô nhiễm từ hoạt động thi công xây dựng, chấm dứt tình trạng đường phố đào mai lấp − Phát triển xây dựng cơng trình kiến trúc xanh đô thị − Phát triển không gian xanh mặt nước đô thị Tuyên truyền, nâng cao nhận thức xây dựng văn hóa, đạo đức môi trường cho người dân đô thị, đặc biệt người lái xe ô tô, xe máy chủ sở sản xuất − Cắt giảm lượng phát thải chất khí nhà kính chất khí gây mưa axit mà chủ yếu CO2, SO2, NOx, CH4…vv Phương hướng để giải vấn đề hạn chế sử dụng loại nhiên liệu hóa thạch, sử dụng lượng hạt nhân, bước nghiên cứu sử dụng lượng sạch, lượng tái tạo − Các quốc gia cần áp dụng sách thuế phát thải chất ô nhiễm − Cần nâng cao nhận thức công dân, cải tiến công nghệ sản xuất cải thiện tình hình giao thơng, phát triển giao thơng cơng cộng, quản lý q trình xây dựng cơng trình, giám sát tốt tình trạng nhiễm 1.5.2 Giải pháp mang tính tồn cầu: − Nghị định thư Montreal năm 1987 Canada, đại diện 45 nước công nghiệp phát triển giới cam kết hạn chế sử dụng nhiên liệu hóa thạch đến năm 2005, Sự hạn chế nhằm mục đích khơng làm cho nhiệt độ khí quyên tiếp tục tăng cao − Các nước phát triển tham gia công ước viên (22-3-1985) cam kết áp dụng biện pháp để bảo vệ sức khỏe người môi trường khỏi tác động tiêu cực tầng ozone bị suy giảm, hợp tác nghiên cứu, quan trắc trao đổi thơng tin lĩnh vực − Tiếp nghị định thư Montreal (Canada) chất làm suy giảm tầng ozone – ODS ký kết ngày 16/9/1987 nhằm xác định biện pháp cần thiết để bên tham gia hạn chế kiểm soát việc sản xuất tiêu thụ chất làm suy giảm tầng ozone − Nghị định thư Kyoto: + Là cam kết tiến hành dựa nguyên tắc Chương trình khung Liên hiệp quốc vấn đề biến đổi khí hậu Trong quốc gia tham gia kí kết phải chấp nhận việc cắt giảm khí CO2 năm loại khí gây hiệu ứng nhà kính khác Mục tiêu hướng đến giảm thiểu loại khí nhà kính khoảng thời gian 2008- 2021 Mức trần quy định cho nước tham gia cụ thể 8% mức cắt giảm cho Liên minh Châu Âu 7% cho Hoa Kỳ, 6% với Nhật Bản, 0% vơi Nga mức hạn ngạch cho phép tăng Úc 8% 10% cho Iceland + Một số ý kiến cho nghị định thư có tác động tiêu cực đến gia tăng dân chủ giới tác động tiến độ chuyển giao thành công nghiệp cho nước thuộc giới thứ ba, đóng góp nghị định thư khơng đủ cho vấn đề cắt giảm lượng khí thải cần thiết cho mục tiêu mà đề Nhiều ý kiến khác cho chi phí bỏ cho mục tiêu kí kết nghị định thư đắt nước Annex I, đặc biệt nước đầu tư hiệu cho việc bảo vệ môi trường đất nước họ đạt tiêu chuẩn môi trường Nghị định thư Kyoto: để giải đề trên, nghị định thư cho phép nước (nhóm nước Annex I) mua lượng hạn ngạch carbon cho phép (Carbon Credit) từ nước nhóm nước phát triển tham gia nghị định thư Kyoto giới thay tiến hành nâng cấp tiêu chuẩn môi trường nước Đây cơng cụ hiệu nhằm khuyến khích nước nhóm phát triển tham gia nghị định thư, đồng thời mang tính kinh tế lượng đầu tư vào quốc gia nhóm nước phát triển tăng lên thông qua việc mua bán hạn ngạch carbon cho phép 1.6 CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ VÀ CÁCH TÍNH TỐN ĐÁNH GIÁ 1.6.1 Chỉ số chất lượng khơng khí (viết tắt AQI) − số tính tốn từ thơng số quan trắc chất nhiễm khơng khí, nhằm cho biết tình trạng chất lượng khơng khí mức độ ảnh hưởng đến sức khỏe người, biểu diễn qua thang điểm.(Theo sổ tay hướng dẫn tính tốn chất lượng khơng khí (AQI)) 1.6.2.Cơ sở xây dựng phương pháp tính AQI Kinh nghiệm xây dựng, áp dụng AQI giới Việt Nam  Trên 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 mơi trường khơng khí xung quanh hành: QCVN 05:2009/BTNMT Tuy nhiên đến thời điểm QCVN khơng khí thay đổi: QCVN 05 1.6.3 Mục đích, ý nghĩa việc sử dụng số chất lượng khơng khí − Ngun tắc xây dựng số AQI + Bảo đảm tính phù hợp + Bảo đảm tính xác + Bảo đảm tính quán + Bảo đảm tính liên tục + Bảo đảm tính sẵn có + Bảo đảm tính so sánh − Phạm vi đối tượng áp dụng AQI + Tính tốn số chất lượng khơng khí từ số liệuquan trắc trạm quan trắc khơng khí tự động liên tục + Áp dụng với quan quản lý nhà nước mơi trường; tổ chức, cá nhân có tham gia vào mạng lưới quan trắc môi trường tham gia vào việc công bố thông tin chất lượng mơi trường cho cộng đồng −Mục đích, ý nghĩa việc sử dụng số AQI Đánh giá nhanh chất lượng khơng khí cách tổng quan: + Là nguồn liệu để xây dựng đồ phân vùng chất lượng khơng khí + Cung cấp thơng tin cho cộng đồng cách đơn giản, dễ hiểu, trực quan + Nâng cao nhận thức người dân môi trường 1.6.4 Phương pháp tính AQI TCMT ban hành − Giải thích thuật ngữ + AQI thơng số: giá trị tính tốn AQI cho thơng số quan trắc + AQI theo ngày (AQId): giá trị tính tốn cho AQI áp dụng cho ngày + AQI tính theo trung bình 24 (AQI24h): giá trị tính tốn AQI sử dụng số liệu quan trắc trung bình 24 + AQI theo (AQIh): giá trị tính tốn AQI áp dụng cho + Trạm quan trắc khơng khí tự động cố định liên tục: trạm quan trắc cố định có khả đo tự động liên tục thông số chất lượng khơng khí + Quy chuẩn: quy chuẩn sử dụng để tính tốn AQI mức quy định quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng khơng khí xung quanh hành (QCVN 05:2013/BTNMT) − Các yêu cầu việc tính tốn AQI + AQI tính toán riêng cho số liệu trạm quan trắc khơng khí tự động cố định liên tục mơi trường khơng khí xung quanh + AQI tính tốn cho thơng số quan trắc, thơng số xác định giá trị AQI cụ thể + Giá trị AQI cuối giá trị lớn giá trị AQI thông số + Thang đo giá trị AQI chia thành khoảng định Khi giá trị AQI nằm khoảng thơng điệp cảnh báo cho cộng đồng ứng với khoảng giá trị đưa − Quy trình tính tốn AQI + Thu thập, tập hợp số liệu quan trắc từ trạm quan trắc mơi trường khơng khí tự động cố định liên tục (số liệu qua xử lý) + Tính tốn số chất lượng khơng khí thơng số theo cơng thức + Tính tốn số chất lượng khơng khí theo giờ/theo ngày + So sánh số chất lượng khơng khí với bảng xác định mức cảnh báo nhiễm mơi trường khơng khí mức độ ảnh hưởng tới sức khỏe người − Các yêu cầu số liệu quan trắc +Anten ngoài: • Kết nối thơng qua anten ngồi 500km đế anten + Âm thanh: • Dạng mã hòa âm • Mức chế độ (ETS 06.20) • Toàn chế độ (ETS 06.1 0) • Tồn chế độ tăng cường (ETS 06.50/ 06.06/ 06.80) • Loại bỏ tiếng dội + Giao tiếp nối tiếp ghép nối: • Cổng nối tiếp: Cổng nối tiếp( ghép nối) • Cổng kết nối Sd với CSD Fax, GPRS gửi lệnh ATCommand tới module điều khiển • Cổng nối tiếp Sd chức giao tiếp • Hỗ trợ tốc độ truyền 1200 BPS tới 115200 BPS • Cổng hiệu chỉnh lỗi: cổng nối tiếp TXD RXD • Cổng hiệu chỉnh lỗi sử dụng sữa lỗi + Quản lý danh sách • Hỗ trợ mẫu danh sách: SM, FD, LD, RC,ON, MC + Đồng hồ thời gian thực • Người cài đặt + Times function: • Lập trình thơng qua AT Command +Đặc tính vật lý (đặc điểm) : Kích thước 24mmx24mmx24mm> Nặng 3.4g 2.7.3 Kết nối Module SIM800A vi điều khiển Hình 2.16 Kết nối Breakout SIM800 vi điều khiển Chân TXD SIM800A kết nối với chân RXD vi điều khiển, ngược lại chân RXD SIM800A kết nối tới chân TXD vi điều khiển, đồng thời chân GND SIM800A vi điều khiển nối chung với Chân PWU chân kích hoạt cho Module SIM800A nối với chân RB0 vi điều khiển 2.8 Module wifi ESP8226 2.8.1 Giới thiệu modun wifi ESP8266 Chip ESP8266 phát triển Espressif để cung cấp giải pháp giao tiếp Wifi cho thiết bị Điểm đặc biệt dòng ESP8266 tích hợp mạch RF balun, antenna switches, TX power amplifier RX filter bên chip với kích thước nhỏ 5x5mm nên board sử dụng ESP8266 khơng cần kích thước board lớn không cần nhiều linh kiện xung quanh Ngoài ra, giá thành ESP8266 thấp dễ dàng sử dụng 2.8.2 Những thong số kĩ thuật Bảng 2.4 Thông số kĩ thuật module wifi ESP8266 LOẠI Các tham số wifi Những thông số phần cứng Những tham số phần mềm MỤC Giao thức mạng wifi GIÁ TRỊ 802.11b/g/n Dãi tần số Bus ngoại vi 2.4Ghz-2.5Ghz(2400M-2483.5M Điều khiển từ xa UART/HSPI/I2C/Ir GPIO/PWM Nhiệt độ hoạt động 3-3.6V Dòng hoạt động Giá trị trung bình 80mA Dãi nhiệt độ hoạt động Dãi nhiệt độ môi trường -40°c150°c Nhiệt độ thơng thường Kích thước Kết nối bên ngồi Chế độ wifi Bảo mật 16mm*24mm*3mm N/A Station/softAP/ softAP+station WPA/WPA2 Mật mã WEP/TKIP/AES Nâng cấp firmware UART download/OTA Giao thức mạng Ipv4,TCP/UDP/HTTP/FTP Cấu hình người dùng Đặt lệnh AT/cloudsever/android/IOS app CHƯƠNG 3: 3.1 Tổng quan chương trình 3.1.1 Thuật tốn chương trình LẮP ĐẶT MƠ HÌNH Hình 3.1 Thuật tốn chương trình 3.1.2 Mơ tả thuật tốn Bước ta khai báo thư viện biến sử dụng chương trình Sau ta định nghĩa chân cho LCD (ở ta sử dụng chế độ 4bit) nên ta định nghĩa cho chân khai báo thư viện LCD Trong chương trình ta cài đặt cho ghi TRIS để phân công đầu vào /đầu cho vi điều khiển ( portA,E đầu vào nhạn tín hiệu Analog từ cảm biến, port B, C, D đầu để đưa tín hiệu cảnh báo : còi đèn led).Tiếp theo ta khởi tạo ban đầu cho LCD cài đặt chế độ cho chuyển đổi ADC.Do lần đo cho phép đưa tín hiệu vào kênh ADC nên lần đo ta phải chọn kênh để đo Sau đo xong ta thực lệnh tính tốn so sánh để tính giá trị AQI khí ,nhiệt độ ,độ ẩm hiển thị thơng số lên LCD thực lệnh so sánh với bang giá trị AQI tiêu chuẩn để đưa tín hiệu cảnh báo phù hợp với mức nguy hiểm 3.1.3 Thuật tốn chương trình gửi tin nhắn Hình 3.2 Thuật toán gửi SMS U IN OU T GN D L M C /TO JAC R 330 C 100U F C 104 C 100U F C 104 C O N VC C D LED − − − − − 3.1.4 Mô tả giải thuật Ban đầu ta khởi động module SIM800A, vi điều khiển trạng thái chờ tin nhắn So sánh giá trị AQI với mức độ nguy hiểm ứng với bảng số chất lượng khơng khí, trị số AQI vượt vi điều khiển thực lệnh theo yêu cầu tin nhắn SMS Khi thực xong lệnh vi điều khiển gửi tín hiệu đến module SIM800A gửi tin nhắn SMS đến số điện thoại người dùng 3.2 Thiết kế phần cứng mạch 3.2.1 Mạch nguồn cung cấp Nguồn cung cấp cho toàn thiết bị yêu cầu điện áp ổn định 5V, dòng cung cấp cỡ 1A, điện áp lấy từ pin 9V Mạch bao gồm khối sau : Dùng IC ổn áp: LM7805 ổn định điện áp làm việc 5V cho PIC16F877A Dùng tụ hóa có giá trị 100 µF, 16V để lọc điện áp Dùng tụ gốm 104 để lọc nguồn Dùng đèn led để hiển trị trạng thái nguồn Dùng trở R=330Ω để hạn dòng qua led báo nguồn M ACH NGUON Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 5V cung cấp 3.2.2 Khối vi điều khiển PIC 16F877A M C LR R R R R R R A A A A A A 5 R R R R R R R R C C C C C C C C 1 1 2 2 O SC PVN 13 O SC 14 12 31 M C L R * /V P P R R R R R R A A A A A A /A N /A N /A N /V R E F -/C V R E F /A N /V R E F + /T C K I/C O U T /A N /S S * /C O U T R R R R R R R R C C C C C C C C /T O S O /T C K I /T O S I/C C P /C C P /S C K /S C L /S D I/S D A /S D O /T X/C K /R X /D T R B /IN T R B1 R B2 R B /P G M R B4 R B5 R B /P G C R B /P G D R R R R R R R R O S C /C L K IN D D D D D D D D /P /P /P /P /P /P /P /P S S S S S S S S P P P P P P P P R E /R D */A N R E /W R */A N R E /C S * /A N O S C /C L K O U T VSS VSS VD D VD D 3 3 3 4 2 2 2 9 D D D D D E E E E E N N N N N PG C PG D R R R R R R R R D D D D D D D D R E0 R E1 R E2 10 11 32 P IC F 7 A VC C M AC H VD K P IC F 7 A VC C C O S C 33np Q 4M H Z C O S C R R R R R R R R R D C C C C D D D D JP 7 H E A D E R 33np M A C H T H A C H A N H V C C R 10K P O R T C +D R R R R R R R R R A A A A A A E E E JP 1 2 H E A D E R P O R T A +E M C LR S W B U T1 C 104 M A C H R E SE T Hình 3.3 Khối vi điều khiển PIC 16F877A Khối gồm có mạch sau: − Vi điều khiển PIC16F877A với portA, portB, portC, portD, portE − Mạch dao động thạch anh 4MHZ − Mạch reset gồm : nút nhấn, tụ 104 chống dội ph 3.2.3 Khối chuông , đèn, hiển thị LCD, mạch nạp R D E N 1 330 R 330 D LE D R D E N 330 D LE D R D E N LR C C N D G D G C LE D D E N 330 M C V G P P D D LE D R D E N D 2 330 J D E N V C C M A C H N A P LE D R S U 1 1K C 1815 N P N C H U O N G B U Z Z E R Hình 3.4 Khối đèn, chng, mạch nạp V C C V C C J P 1 1 1 V S S V D D V 0 R C R C R C H E A D E R M A C H R K 3 R R R R C D D D A K R 3 L C D V C C Hình 3.5 khối hiển thị LCD Khối hiển thị thiết bị cảnh báo gồm có: − Hệ thơng đèn LED với màu: Xanh, Vàng, Da cam, Đỏ, nâu để đưa mức độ ô nhiễm khác tùy thuộc theo số chất lượng khơng khí (AQI), Chng dùng để cảnh báo khơng khí nhiễm nghiêm trọng − LCD dùng chế độ giao tiếp bit, hiển thị thông số đo như: nhiệt độ, độ ẩm, tiếng ồn, khí độc số chất lượng khơng khí AQI 3.3 Qúa trình lắp đặt mơ hình 3.3.1 Chuẩn bị dụng cụ thiết bị Hình 3.6 Các dụng cụ chuẩn bị trình làm mơ hình Các dụng cụ bao gồm: + Dao cắt, kéo, khoan, mỏ hàn, thước, chì thiếc …vv + Bo đồng, bột sắt (để rửa mạch), nhựa thông + Các linh kiện điện tử cho thiết bị: led đơn, điện trở, pic16F877A, tụ,chơng vv 3.3.2 Qúa trình thi cơng lắp ráp kiểm tra mạch phần cứng … Hình 3.7 Lắp ráp test mạch phần cứng Hình 3.7 Lắp ráp phần tử cảm biến test cảm biến Mơ tả q trình: sau thực xong công việc làm mạch ta lăp đặt thiết bị hình tiến hành kiểm tra thơng mạch, kiểm tra nhiểu đường dây ( thực đồng hồ đo) Tiếp theo ta kiểm tra port đầu vào / , Kiểm tra phần tử mạch có hoạt động tốt khơng ( đèn led, chng, hình LCD) Cuối ta kiểm tra hoạt động, làm việc cảm biến đo khí: CO, CO2, SO2, bụi PM10 cảm biến khác như: đo âm đo nhiệt độ CHƯƠNG 4: THỬ NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN 4.1 Thử nghiệm kết thực tế hiển thị hình LCD Hình 4.1 Kết hiển thị thơng số đo hình LCD Kết nối module cảm biến sau: MQ7 (đo khí CO), MG811 (đo khí CO2), MQ136 (đo khí SO2), GP2Y1014AUA0F (đo bụi PM10/2.5), LM35 (đo nhiệt độ), CN07 ( đo âm thanh) Sau tính tốn lập trình ta cho hiển thị kết đo gồm thơng số giá trị AQI_max giá trị tính toán cuối để xác định số chất lượng khơng khí, thấy điều kiện mơi trường bình thường nhà nên khơng khí mức độ tốt đèn xanh sáng lên nhiệt độ xung quanh đo gần xác với nhiệt độ thực tế Bên cạnh hệ thống cho hiển thị thông số âm mơi trường xung quanh để người sử dụng biết khu vực có thực an tồn mơi trường sống để có biện pháp tự bảo vệ 4.2 Thử nghiệm kết qua tin nhắn SMS Hình 4.2 Tin nhắn cảnh báo Khi khơng khí mức nguy hiểm có ảnh hưởng đến sức khỏe người có tin nhắn gửi số điện thoại người dùng để cảnh báo người dùng cần có giải pháp phòng ngừa với khơng khí chẳng hạn như: đeo trang để phòng ngừa rời nhanh chóng rời xa khu vực để bảo vệ sức khỏe thân 4.3 Thử nghiệm kết qua mạng Internet Ta giám sát hệ thống cách dễ dàng thông số đo số chất lượng khơng khí AQI thơng qua điện thoại smartphone bạn web server cần có kết nối mạng Hình 4.3 Màn hình hiển thị lên web server Ta thấy số chất lượng khơng khí AQI đo 41 Cho ta thấy khơng khí trạng thái tốt ≤ AQI ≤ 50 Người dùng giám sát dễ dàng có mạng internet 4.4 Kết thu Nhìn chung hệ thống đo đánh giá thơng số khí số chất lượng khơng khí AQI, hoạt động tương đối ổn định Bên cạnh hệ thống cảnh báo chỗ đèn led hay cảnh báo từ xa tin nhắn SMS qua điện thoại đáp ứng yêu cầu đặt giám sát dễ dàng web server 4.5 Kết luận Qua thời gian nghiên cứu, thi công đồ án hoàn thành Bằng nỗ lực cố gắng thân cá nhân phân chia, phối hợp cơng việc hợp lí , chặt chẽ thành viên nhóm Bên cạnh hướng dẫn nhiệt tình, tận tâm thầy TS LÊ QUỐC HUY, đồ án hoàn thành thời gian định đạt yêu cầu đặt thiết kế thi công hệ thống đo chất lượng khơng khí cảnh báo, giám sát sử dụng cho cá nhân hay dùng cho hộ gia đình, văn phòng làm việc Trong trình thực đề tài chúng em thu kết định sau: − Mạch điện với module mạch thiết kế thi cơng hòan chỉnh, thử nghiệm nhiều lần hoạt động ổn định thực tế − Xây dựn mơ hình để ứng dụng giám sát thiết bị hệ thống cảnh báo khơng khí bị ô nhiểm 4.6 Hướng phát triển đề tài Do thời gian thực đề tài có hạn lượng kiến thức cá nhân thành viên nhóm định nên đề tài thực xong đáp ứng phần nhỏ hệ thống hồn chỉnh Vì vậy, để đề tài thêm phong phú hơn, mang nhiều tính thực tế nữa, có khả ứng dụng cao chúng em đề xuất đưa thêm vào yêu cầu sau: − Mở rộng đo giám sát nhiều thiết khí độc − Áp dụng tốn tiếp kiệm lượng vào cho hệ thống hệ thống sử dụng nhiều cảm biến nên cần nhiều lượng ... xa tình hình chất lượng khơng khí nhà cần sử dụng smartphone CHƯƠNG 2: - - THIẾT KẾ HỆ THỐNG COMPACT ĐO CHẤT LƯỢNG KHƠNG KHÍ 2.1 Tính cấp thiết việc thiết kế hệ thống - Trong q trình cơng nghiệp... 2.2.3 Lên ý tưởng thiết kế hệ thống đo giám sát chất lượng khơng khí Từ vấn đề yêu cầu cấp bách giải vấn đề ô nhiễm khơng khí Chúng em muốn trình bày hệ thống đo chất lượng khơng khí cảnh báo chỗ... Xiaomi máy đo chất lượng khơng khí Xiaomi PM2.5 Hình 1.8 Máy đo chất lượng khơng khí Xiaomi PM2.5 (Nguồn:http://www.chiemtaimobile.vn) − Thiết kế máy đo chất lượng khơng khí Xiaomi nhỏ gọn Nó