Nghiên cứu chế tạo hệ đo đạc và cảnh báo tích hợp môi trường nước và không khí

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - MAI THỊ THÀNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐO ĐẠC VÀ CẢNH BÁO TÍCH HỢP MƠI TRƢỜNG NƢỚC VÀ KHƠNG KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2020 i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - MAI THỊ THÀNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐO ĐẠC VÀ CẢNH BÁO TÍCH HỢP MƠI TRƢỜNG NƢỚC VÀ KHƠNG KHÍ Chun ngành: Vật lý vơ tuyến điện tử Mã số:8440130.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐỖ TRUNG KIÊN Hà Nội – Năm 2020 ii LỜI CẢM ƠN Luận văn đƣợc hồn thành Bộ mơn Vật lý Vô tuyến Điện tử Khoa Vật lý – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội chƣơng tình đào tạo thạc sĩ khoa học nhà trƣờng, dƣới hƣớng dẫn khoa học trực tiếp TS Đỗ Trung Kiên Trƣớc hết, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Đỗ Trung Kiên, ngƣời thầy trực tiếp tận tình hƣớng dẫn, dìu dắt, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô Bộ môn Vật lý Vô tuyến giúp đỡ tơi q trình học tập hồn thành luận văn mơn Tơi xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô Khoa Vật lý – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình rèn luyện học tập Khoa Vật lý Tôi xin cảm ơn bạn lớp, bạn sinh viên khoa giúp đỡ nhiều trình làm luận văn Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè ngƣời thân tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên tơi suốt q trình học tập hoàn thành luận văn Nghiên cứu đƣợc tài trợ Đại học Quốc gia Hà Nội đề tài mã số QG.18.17 Hà Nội, tháng 12 năm 2020 Mai Thị Thành iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iii DANH MỤC HÌNH VẼ .vii BẢNG CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT x LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Thực trạng ô nhiễm môi trƣờng Hà Nội 1.1.1 Ô nhiễm môi trường nước 1.1.2 Ơ nhiễm bầu khơng khí 1.2.Các thông số đánh giá chất lƣợng nƣớc không khí 1.2.1.Thơng số độ đục môi trƣờng nƣớc 1.2.2.Thông số pH môi trƣờng nƣớc 1.2.3.Thông số nhiệt độ 1.2.4.Thông số độ dẫn môi trƣờng nƣớc 1.2.5 Độ ẩm khơng khí 1.2.6 Nồng độ bụi PM 2.5, PM10 1.2.7 Nồng độ CO 10 1.2.8 Nồng độ khí CO2 10 CHƢƠNG NGUYÊN LÝ ĐO CÁC THÔNG SỐ MÔI TRƢỜNG NƢỚC VÀ KHƠNG KHÍ 12 2.1 Nguyên lí đo thông số môi trƣờng nƣớc 12 iv 2.1.1 Độ đục 12 2.1.2 Cảm biến pH 14 2.1.3 Cảm biến độ dẫn 17 2.2 Ngun lí đo thơng số mơi trƣờng khơng khí 19 2.2.1 Cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm (SHT75) 19 2.2.2 Cảm biến độ bụi PM2.5, PM10 (SDS011) [9] 21 2.2.3 Cảm biến nồng độ CO2 (MH - Z16) 23 2.2.4 Cảm biến đo nồng độ CO (Carbon monoxide detector ) 24 2.3 Các thiết bị sử dụng xây dựng hệ đo 25 2.3.1.Bộ chuyển đổi Tƣơng tự - Số (ADC) 25 2.3.2 Vi điều khiển bo mạch Arduino UNO 26 2.3.3 Giới thiệu Arduino Uno, Module wifi ESP8266, Module cảnh báo SIM800C 27 Chƣơng 3: THIẾT KẾ VÀ KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐO ĐẠC 31 3.1 Hệ thống tích hợp đo thơng số mơi trƣờng nƣớc khơng khí 31 3.1.1 Hệ thống đo thông số môi trƣờng nƣớc liên tục 31 3.1.2 Hệ thống đo môi trƣờng khơng khí 32 3.2 Hiệu chuẩn cảm biến đo nƣớc 33 3.2.1 Hiệu chuẩn cảm biến độ đục 33 3.2.2 Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo pH 38 3.2.3 Nghiên cứu thiết kế hệ đo nhiệt độ 40 3.2.4 Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo độ dẫn 42 3.3 Đánh giá số chất lƣợng khơng khí 45 v 3.4 Đo mẫu nƣớc khơng khí thực tế 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội 47 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Sự nhiễm mơi trƣờng khơng khí Hà Nội…… ……………………4 Hình 2: Hình ảnh minh họa cho độ đục dung dịch Hình 3: Thang đo pH từ đến 14 [8] ……………………………………………6 Hình 4: Ngun lí hoạt động đo độ đục 13 Hình 5: Nguyên lí đo pH điện cực thủy tinh …………………………… 14 Hình 6: Điện cực pH [33]….………………………………………………… 16 Hình7a: Hàm chuyển đổi điện cực pH[33], Hình 7b: Thang pH giá trị điện [33] ……………………………………………………………………16 Hình 8: Hằng số tế bào [28] ……………………………………………………17 Hình 9: Sơ đồ tế bào dẫn điện cực [28] ………………………………….18 Hình 10: Sơ đồ đơn giản tế bào dẫn điện cực [28] ………………………18 Hình 11: Sơ độ khối chuyển đổi tƣơng tự - số (ADC) ………………………26 Hình 12: Hình ảnh thật Arduino Uno …………………………………… 27 Hình 13: Module SIM800C ……………………………………………………29 Hình 14: Sơ đồ khối hệ thống đo thơng số mơi trƣờng nƣớc………… 31 Hình 15: Sơ đồ khổi hệ thống đo thông số môi trƣờng khơng khí liên tục 33 Hình 16: Sơ đồ khối hệ thống đo độ đục ………………………………… 36 Hình 17: Sơ đồ nguyên lí hệ thống đo độ đục …………………………… 36 Hình 18: Cảm biến đo độ đục (NTU) ………………………………………….36 Hình 19: Đồ thị phụ thuộc độ đục dung dịch vào tần số đầu khoảng từ 0NTU - 10 NTU ……………………………………………… … 37 vii Hình 20: Đồ thị phụ thuộc độ đục dung dịch vào tần số đầu khoảng từ 10NTU - 100 NTU ……………………………………………… .37 Hình 21: Đồ thị phụ thuộc độ đục dung dịch vào tần số đầu khoảng từ 100NTU - 1000 NTU ……………………………………………….37 Hình 22: Dung dịch chuẩn pH …………………………………………………38 Hình 23: Sơ đồ khối hệ thống đo pH ………………………………………39 Hình 24: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại điện cực pH …………………… 39 Hình 25: Đồ thị phụ thuộc giá trị pH dung dịch vào điện áp 40 Hình 26: Sơ đồ khối hệ đo nhiệt độ môi trƣờng nƣớc 41 Hình 27: Thiết bị đo nhiệt độ Fox 2005 41 Hình 28: Nhiệt độ đo đƣợc trình giảm nhiệt độ nƣớc ……… 42 Hình 29: Nhiệt độ đo đƣợc trình giảm nhiệt độ nƣớc ………… 42 Hình 20: Dung dịch có nồng độ chuẩn từ - 80ppm………………………… 43 Hình 31: Dung dịch có nồng độ chuẩn từ 100 - 2000ppm …………………… 43 Hình 32: Sơ đồ khối hệ thống đo TDS 43 Hình 33: Đồ thị biểu diễn kết hiển thị lên hình PC với thang đo từ - 1000ppm…… ………………………………………………………………44 Hình 34: (a) Hệ đo khơng khí đƣợc hoàn thiện (b) lắp đặt tầng nhà T1 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội ……………………………………… 48 Hình 35: Dữ liệu hệ thống đo thơng số khơng khí đƣợc gửi lên internet trang Web thingspeak.com ………………………… ………………………………48 Hình 36: (a) Vị trí trạm đo (b) bảng cảnh báo chất lƣợng khơng khí thời gian thực …………………………………………………………………………… 49 viii Hình 37: Hệ cảm biến đo nƣớc chứa ống PVC hộp hệ thống hoàn chình ……………………………………………………………………………50 Hình 38: (a) Số liệu đo đạc đƣợc tải lên trang Web thingspeak.com (b) bảng cảnh báo theo tiêu chuẩn Việt Nam nƣớc sinh hoạt …………………….50 Hình 39: Hiển thị cảnh báo lên Web sử dụng ngôn ngữ html ………………….51 Comment [t1]: Cập nhật lại số lƣợng hình trang cho hình ix BẢNG CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT AC: Alternating Current ADC: Analog-to-digital converter ALU: Arithmetic Logic Unit AWWA: American Water Works Association BOD: Biochemical Oxygen Demand CISC: Complex Intruction Set Computer CPU: Central Processing Unit CRC: cyclic redundancy check DC: Direct Current; DO: Dissolved Oxygen DS: Dissolved Solids EC: Electrical Conductivity I/O: Input/Output LCD: Liquid Crystal Display NTU: Nephelometric Turbidity Units PC: Counter process RISC: Reduced Intructionset Computer SMS: Short Message Services SS: Suspended Solids TDS: Total Dissolved Solids TSS: Total Suspened Soids TS: Total Solids x Cảm biến nhiệt độ DS18B20 Giao tiếp dây Ardiuno Module Sim800C (GPRS) PC Hình 26: Sơ đồ khối hệ đo nhiệt độ môi trƣờng nƣớc Khảo sát hệ đo cách cho cảm biến nhiệt độ đo nhiệt độ đo nhiệt độ nƣớc cân nhiệt với nhiệt kế lấy làm chuẩn (thiết bị đo nhiệt độ Fox 2005) Quá trình khảo sát chia làm giai đoạn: Giai đoạn 1: Đo nhiệt độ cốc nƣớc đá tan, nhiệt độ cốc nƣớc tăng dần nhiệt độ môi trƣờng (khoảng 24 ) Ghi số liệu khoảng nhiệt độ tăng Giai đoạn 2: Đo nhiệt độ cốc nƣớc nóng, để nhiệt độ nƣớc nóng nguội dần nhiệt độ mơi trƣờng ghi số liệu trình nhiệt độ giảm Hình 27: Thiết bị đo nhiệt độ Fox 2005 3.2.3.3 Kết nhận xét Hình 28 biểu diễn giá trị nhiệt độ đo hệ đo (DS18B20) thiết bị đo nhiệt độ chuẩn FOX 2005 Nhiệt độ tăng từ ghi số liệu đo lần 41 đến 24 Khoảng thời gian phút Hình 28: Nhiệt độ đo đƣợc trình tăng nhiệt độ nƣớc Từ kết đo ta có độ lệch trung bình phép đo khoảng 0.32 Thiết bị đo (cảm biến DS18B20) có sai số khoảng 0.5 Hệ đo nhiệt độ sai số khoảng 0.82 nằm dải nhiệt độ tăng dần (0 - 24 ) Hình 29 biểu diễn giá trị nhiệt độ đo hệ đo (DS18B20) thiết bị đo nhiệt độ chuẩn FOX 2005 Nhiệt độ giảm từ 85 xuống tới 30 Khoảng thời gian phút ghi số liệu đo lần Hình 29: Nhiệt độ đo đƣợc trình giảm nhiệt độ nƣớc Từ kết đo ta có độ lệch trung bình phép đo DS18B20 với thiết bị đo nhiệt độ chuẩn FOX 2005 khoảng 0.25 Thiết bị đo (cảm biến DS18B20) có sai số khoảng 0.5 Hệ đo nhiệt độ sai số khoảng 0.75 Hệ đo đáp ứng đƣợc độ xác cao hệ thống xác định nhiệt độ môi trƣờng nƣớc 3.2.4 Nghiên cứu thiết kế hệ thống đo độ dẫn 3.2.4.1 Chuẩn bị mẫu đo Sử dụng dung dịch NaCl có nồng độ từ đến 1000 ppm làm dung dịch chuẩn Dung dịch chuẩn đƣợc pha từ dung dịch NaCl 9000ppm pha với nƣớc deionzied để có nồng độ tƣơng ứng từ đến 1000ppm 42 Hình 30: Dung dịch có nồng độ chuẩn từ – 80 ppm (0; 2; 4; 6; 8; 10; 20; 40; 60; 80 ppm) Hình 31: Dung dịch có nồng độ chuẩn từ 100 – 1000 ppm 3.2.4.2 Sơ đồ thiết lập hệ đo Hệ đo gồm cảm biến độ dẫn điện cực, máy phát sóng sin ICL8038, chuyển đổi AC-DC, board mạch Arduino, hình hiển thị máy tính , Module Sim800C thể nhƣ Hình 32 Máy phát tín hiệu ICL8083 2Vp-p,10kHz Điện cực TDS Module Sim800C (GPRS) Bộ chuyển đổi AC -DC Arduino PC Hình 32: Sơ đồ khối hệ thống đo TDS Tín hiệu xoay chiều đầu vào Vac đƣợc phát mạch tạo dao động sử dụng mạch tích hợp ICL8038, biên độ tần số Vac đƣợc chọn 2Vp-p 10 kHz Biên độ tín hiệu đầu xoay chiều cảm biến V2-ac phụ thuộc vào độ dẫn tƣơng ứng với giá trị TDS dung dịch Bộ chuyển đổi xoay chiều thành chiều (AC-DC) xác đƣợc sử dụng để chuyển đổi V2-AC thành tín hiệu chiều tƣơng ứng V2-DC VDC V2-DC sau đƣợc đọc vi xử lý Atmega 16 thông qua ADC 10 bit với điện áp thấp 3.26V Kết lên máy tính truyền tín hiệu lên Internet thơng qua truyền phát không dây Module Sim800C 43 3.2.4.3 Kết thực nghiệm nhận xét Hình 33 thể đồ thị biểu diễn giá trị dung dịch có nồng độ chuẩn giá trị dung dịch có độ dẫn mà hệ chế tạo đo đƣợc kết đƣợc hiển thị lên hiển thị máy tính với thang đo từ – 10 ppm 10 – 100 ppm từ 100- 1000 TDS( ppm) ppm 15 10 y = 0.3321x + 0.6256 R² = 0.9871 0 10 20 30 40 TDS(ppm) Vôn (mV) 150 y = 0.4159x - 3.0945 R² = 0.9993 100 50 0 100 200 300 TDS(ppm) Vôn (mV) 1500 y = 0.3744x - 73.486 R² = 0.942 1000 500 0 1000 2000 3000 Vơn (mV) Hình 33: Đồ thị biểu diễn kết đƣợc hiển thị lên hiển thị PC với thang đo từ – 1000ppm 44 Bảng 11: Bảng thể giá trị phụ thuộc độ dẫn TDS (ppm) theo tín hiệu đầu (mV) khoảng khác theo hàm hồi quy tuyến tính y = ax+ b Tổng lƣợng chất rắn Độ tuyến tính a b – 10 0.3321 0.6256 0.9871 10 – 100 0.4159 -3.0945 0.9993 100 – 1000 0.3744 -73.486 0.942 hòa tan TDS (ppm) Số liệu cho thấy điện áp đầu cảm biến có độ lớn phụ thuộc tuyến tính vào giá trị tổng lƣợng chất rắn hòa tan với R2=0.942~0.9993 Hệ đo độ dẫn chế tạo đo đƣợc dung dịch có độ dẫn khoảng – 1000 ppm nhiệt độ phịng 3.3 Đánh giá số chất lƣợng khơng khí Chỉ số chất lƣợng khơng khí (AQI) số đƣợc tính tốn từ thơng số quan trắc chất nhiễm khơng khí, nhằm cho biết tình trạng chất lƣợng khơng khí mức độ ảnh hƣởng đến sức khỏe ngƣời, đƣợc biểu diễn qua thang điểm Sử dụng phƣơng pháp công thức đơn giản để xây dựng cơng thức tính AQI theo nhƣ sau: (13) Trong đó: : giá trị thơng số trung bình chất x theo : Giá trị quy chuẩn trung bình chất x theo So sánh AQImax tất thông, giá trị AQI lớn số chất lƣợng không khí địa điểm đo đạc tƣơng ứng ngày (14) 45 Theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lƣợng khơng khí xung quanh (QCVN05:2013/BTNMT)[15], có bảng giá trị giới hạn thông số khơng khí: Bảng 12: Giá trị giới hạn thơng số khơng khí STT Thơng số Trung bình Trung Trung bình Trung bình 24 bình Năm CO (ppm) 26,187 8.729 4.365 - Bụi - - 50 25 - - 150 50 PM2.5(µg/m3) Bụi PM10(µg/m3) Trong đó: dấu (-): khơng xác định Công thức chuyển đổi nồng độ CO từ µg/m3 sang ppm (15) Từ cơng thức tính số chất lƣợng khơng khí AQI chất gây ô nhiễm, EPA thiết lập tiêu chuẩn chất lƣợng khơng khí quốc gia EPA quy định màu sắc cụ thể khoảng giá trị AQI để ngƣời dễ dàng hiểu mức độ nhiễm mơi trƣờng khơng khí xung quanh 46 Bảng 13: Các tiêu chuẩn chất lƣợng khơng khí AQI [15] Chất lƣợng khơng Màu Khoảng giá trị khí sắc AQI Tốt xanh 0-50 Trung bình Vàng 51-100 Mức độ cảnh báo y tế Khơng Nhóm nhạy cảm,đơi giới hạn thời gian ngồi Kém Cam 101-200 Nhóm nhạy cảm nên hạn chế thời gian Xấu Đỏ 201-300 Nhóm nhậy cảm tránh ngồi Những ngƣời khác nên hạn chế thời gian Nguy hại Tím >300 Mọi ngƣời nên nhà Kết xác định thơng số chất lƣợng khơng khí đƣợc gửi lên thingspeak.com 3.4 Đo mẫu nƣớc không khí thực tế 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội Hệ thống đo đa thơng số khơng khí nƣớc đƣợc lắp đặt chạy thử nghiệm Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xn, Hà Nội Hệ thống đo khơng khí đƣợc để ngồi cửa sổ tầng tịa nhà T1, hệ thống đo nƣớc đƣợc lắp đặt chạy thử nghiệm đo nƣớc máy P216-T1 Cả hệ thống gửi số liệu đo đạc đƣợc lên trang web thingspeak.com tích hợp tài khoản sử dụng kênh (channel) Air Monitoring (Channel ID: 1239342) Water Monitoring (Channel ID: 1290638) Các thông số đƣợc xử lý, hiển thị cảnh báo trực tiếp trang web thingspeak.com trang html 47 (a) Cảm biến CO (b) Cảm biến CO2 Cảm biến nhiệt độ /độ ẩm SHT75 Cảm biến bụi PM10 PM2.5 Hình 34: (a) Hệ đo khơng khí đƣợc hồn thiện (b) lắp đặt tầng nhà T1334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội Hình 35: Dữ liệu hệ thống đo thơng số khơng khí đƣợc gửi lên internet trang web thingspeak.com Hệ thống đo thơng số khơng khí đƣợc hồn thiện lắp đặt thể nhƣ Hình 34 Các thơng số đo bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, bụi PM10 PM2.5, nồng độ khí CO2 khí CO Kết đo đƣợc gửi lên internet trang web thingspeak.com sử dụng Module SIM800C thông qua mạng GPRS/3G (Channel ID: 1239342) Các thông số đƣợc cập nhật liên tục với chu kỳ phút lần thể nhƣ Hình 35 thơng số gồm PM10, PM2.5 khí CO đƣợc sử dụng để đánh giá chất lƣợng khơng khí theo công thức 20, bảng 12 bảng 13 Kết cảnh báo đƣợc hiển thị theo 48 thời gian thực (Hình 36b) Kết cảnh báo cho thấy tƣơng đồng với trang web iqair.com Ví dụ, ngày 29 tháng năm 2020 chất lƣợng khơng khí trang web iqair đánh giá lúc 14h chiều hà nội 162, chất gây nhiễm PM2.5 với giá trị đo đƣợc 76.1 µg/m3 Hệ đo tính đƣợc 150, chất gây nhiễm PM2.5 với giá trị đo đƣợc 69.4 µg/m3 phù hợp với kết iqair.com Những kết cho thấy hệ đo chạy ổn định có kết đo đạc tin tƣởng Hình 36: (a) Vị trí trạm đo (b) bảng cảnh báo chất lƣợng khơng khí thời gian thực Hệ thống đo mơi trƣờng nƣớc chế tạo đƣợc sử dụng để đo thông số online gồm nhiệt độ, pH, độ dẫn độ đục nƣớc máy Để đo online, cảm biến đƣợc gắn vào ống PVC đƣờng kính 27 mm (Hình 37) Nƣớc vào ống đƣợc điều khiển van điện, sau phút van điện mở 60 giây với mục đích thay nƣớc ống thành nƣớc Sau hệ thống đợi 30 giây để nƣớc ống ổn định đo thông số môi trƣờng nƣớc Ống đƣợc làm theo hình chữ U với mục đích ống giữ đƣợc nƣớc khóa điện đóng, đồng thời hệ thống nƣớc tổng bị nƣớc ống đƣợc giữ lại nhằm đảm bảo tuổi thọ độ bền cảm biến đo 49 Van điện Đƣờng nƣớc chảy Cảm biến pH Cảm biến nhiệt độ Cảm biến TDS Cảm biến độ đục Hình 37: Hệ cảm biến đo nƣớc chứa ống PVC hộp chứa hệ thống hồn chỉnh (a) (b) Hình 38: (a) Số liệu đo đạc đƣợc tải lên trang web thingspeak.com (b) bảng cảnh báo theo tiêu chuẩn Việt nam nƣớc sinh hoạt 50 Hình 39: Hiển thị cảnh báo lên web sử dụng ngơn ngữ html Hình 38 thể kết đo đƣợc upload lên trang web thingspeak.com nƣớc máy Kết cho thấy giá trị pH khoảng từ 7.59 đến 8.3, nhiệt độ thay đổi từ 21.3 đến 21.5 Tổng lƣợng chất rắn hòa tan khoảng 50 đến 70 ppm Độ đo đƣợc khoảng từ đến 6.25 NTU Những kết cho thấy thông số nƣớc máy khoảng cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam nƣớc sinh hoạt (QCVN 02: 2009/BYT) Dựa tiêu chuẩn nƣớc sinh hoạt Việt Nam, bảng cảnh báo đƣợc thiết lập để thể số có an tồn (màu xanh) hay khơng an tồn (màu đỏ) Kết hiển thị liên tục theo thời gian thực giúp ngƣời dùng có đánh giá nhanh chất lƣợng nƣớc khu vực đo Các thông số thông tin cảnh báo nhanh mơi trƣờng nƣớc khơng khí đƣợc hiển thị tích hợp web site sử dụng ngơn ngữ html thể nhƣ Hình 39 Các thơng số cảnh báo bao gồm số AQI, nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ CO2 cho khơng khí; nhiệt độ, pH, TDS độ đục cho môi trƣờng nƣớc Dựa vào số này, ngƣời dùng đánh giá nhanh chất lƣợng nƣớc khơng khí khu vực cần đo Kết đƣợc cập nhật liên tục với tần suất phút/lần 51 KẾT LUẬN Luận văn cung cấp lý thuyết số loại cảm biến, cảm biến đo độ đục, độ dẫn, pH, nhiệt độ Các thông số đánh giá chất lƣợng nƣớc nhƣ độ đục, độ dẫn, pH, nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ bụi, nồng độ CO hay nồng độ CO2 lý thuyết vi điều khiển, nguyên lý thiết bị nguyên lý hoạt động thiết bị đo Luận văn trình bày nghiên cứu thiết kế hệ thống đo đơn lẻ mơi trƣờng khơng khí mơi trƣờng nƣớc sử dụng bo mạch Arduino UNO xử lý trung tâm thu thập xử lý số liệu thu đƣợc Sau hệ thống gửi số liệu đo đƣợc lên trang web thingspeak.com sử dụng Module SIM800C thông qua mạng GPRS/3G Môi trƣờng nƣớc bao gồm thông số: độ đục, độ dẫn, pH, nhiệt độ môi trƣờng nƣớc Trong đó, hệ đo độ đục mơi trƣờng nƣớc sử dụng cảm biến màu TCS3200 thực khoảng đo từ đến 1000 NTU Hệ đo pH môi trƣờng nƣớc sử dụng điện cực màng thủy tinh có khả đo pH khoảng từ đến 14 với điểm chuẩn 4.01, 7.00, 10.01 Hệ đo nhiệt độ môi trƣờng nƣớc sử dụng cảm biến DS18B20 thực đo nhiệt độ nƣớc dải đo từ 85 Hệ đo tổng lƣợng chất rắn hịa tan có khoảng đo từ đến 1000 ppm Mơi trƣờng khơng khí bao gồm thông số: Nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ bụi, nồng độ CO, nồng độ CO2 Các cảm biến khí sử dụng cảm biến số giao tiếp với Arduino thông qua giao tiếp nối tiếp I2C UART Các thông số sau đƣợc gửi lên trang web thingspeak.com đƣợc hiển thị theo thời gian thực Đặc biệt, liệu sau đƣợc xử lý đƣa cảnh báo dạng đồ họa trực tiếp trang web thingspeak.com trang web html Kết cho thấy hệ đo hoạt động tốt thời gian dài Kết thu đƣợc xác ổn định Trong luận văn này, hệ thống chế tạo cịn giới hạn đo khn khổ phịng thí nghiệm Định hƣớng tƣơng lai cho hệ thống đƣợc chế tạo luận văn đo đạc trƣờng, nhƣ phục vụ cho đời sống kinh tế xã hội 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bộ cơng thƣơng (2013), Giáo trình Vi xử lý –Vi điều khiển, Đại học Sao Đỏ [2] Hoàng Minh Cơng (2004), Giáo trình cảm biến cơng nghiệp, Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng [3] Đo lƣờng Việt Nam (2014), “Phƣơng tiện đo độ đục nƣớc quy trình kiểm định”, ĐLVN 275:2014 [4] Phạm Thị Tuyết Nhung, (2016), “Nhiên cứu chế tạo thiết bị đo số thông số môi trường nước”, luận văn Thạc sĩ khoa học, Đại hoc Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN [5] http://banlinhkien.vn/goods-1866-module-cam-bien-mau-tcs230- tcs3200-chong-nhieu-.html [6] http://cem.gov.vn/tin-tuc-moi-truong [7] http://hachvietnam.blogspot.com/2009/10/phuong-phap-o-o-dan-ien- bang-ien-cuc.html [8] https://matran.edu.vn/hoa-hoc/su-dien-li-cua-nuoc-ph-chat-chi-thi- axit-bazo-40.html [9] https://nhandan.com.vn/tin-tuc-y-te/o-nhiem-nguon-nuoc-va-van-de- suc-khoe-216020/) [10] https://vatlypt.com/threads/nhiet-do-la-gi-cach-xac-dinh-nhiet-do-cua- mot-vat.58.html [11] http://vea.gov.vn/ [12] https://vi.wikipedia.org/wiki/Dẫn_điện [13] https://vi.wikipedia.org/wiki/Nhiệt_độ [14] https://vi.wikipedia.org/wiki/Nƣớc [15] https://vi.wikipedia.org/wiki/PH [16] https://vi.wikipedia.org/wiki/Vi_điều_khiển [17] https://vi.wikipedia.org/wiki/Khơng _ khí 53 [18] http://www.ytuongnhanh.vn/chi-tiet/chuan-giao-tiep-1-wire-156.html Tiếng Anh [19] Igor Shiklomanov’s chapter “World fresh water resources” in Peter H Gleick (editor), (1993), Water in Crisis: A Guide to the World’s Fresh Water Resources [20] Eva R., Freire B., and De M., (2007), “Micropumping multicommutation turbidimetric analysis of waters,” vol 73, pp 742–747 [21] Federation W E., (1999), “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater Part 1000 Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater” [22] Gentile F., Bisantino T., Corbino R., Milillo F., Romano G., and Liuzzi G T., (2010), “Monitoring and analysis of suspended sediment transport dynamics in the Carapelle torrent (Southern Italy),” Catena, vol 80, no 1, pp 1–8, Jan [23] Jethra R., (Dec 1993), “Turbidity measurement,” ISA Trans, vol 32, no 4, pp 397–405 [24] No August, (1993), "Method 180.1 determination of turbidity by nephelometry", pp 1-10 [25] Paulo Sergio Ramirez Diniz, Eduardo A B Da Silva, Sergio L Netto (2002), Digital Signal Processing: System Analysis and Design, Cambridge University Press, ISBN 0521781752 [26] Prasenjit Mitra, “pH and its measurement”, 142892 [27] Radiometer Analytical SAS, ( 2004), “Conductivity Theory and Practice” [28] Rudy J van de Plassche (2003), CMOS integrated analog-to-digital and digital-to-analog converters, 2nd edition, Kluwer Academic, Boston, ISBN 14020-7500-6 [29] Shenoy A., Harshini P., Pradhan U U., and Pradeep N (2015), "Sensing Performance of EGFET pH Sensors with Zinc Oxide (ZnO) Nanowires," vol 6, no 1, pp 85-92 54 [30] Supplies W., Water quality and treatment, A Handbook of Community [31] Surface I E and Provisions T., (1999), “No Title,” no 4607 [32] Texas instruments, (2013), “AN-1852 Designing With pH Electrodes”, application report, SNOA529A [33] Walden R H., (1999), “Analog-to-digital converter survey and analysis”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications 17 (4), p 539–550 doi:10.1109/49.761034 [34] Wang Chengwo, Haijiang Tai, Daoliang Li, Cong Wang, Qisheng Ding, (2012), “Design and characterization of a smart turbidity transducer for distributed measurement system”, Sensors and Actuators A: Physical [35] O.O Semiconductors, "Infrared Emitter (850 nm) Version 1.6 SFH 4550", Avaiable from: [36] http://www.smart-fertilizer.com/articles/electrical-conductivity 55 ... bầu khơng khí Trƣớc vấn đề nêu ra, chọn đề tài: “ Nghiên cứu chế tạo hệ đo đạc cảnh báo tích hợp mơi trƣờng nƣớc khơng khí ” làm đề tài bảo vệ luận văn thạc sĩ Luận văn tập trung nghiên cứu thông... Module cảnh báo SIM800C 27 Chƣơng 3: THIẾT KẾ VÀ KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐO ĐẠC 31 3.1 Hệ thống tích hợp đo thơng số mơi trƣờng nƣớc khơng khí 31 3.1.1 Hệ thống đo thông số môi trƣờng... TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - MAI THỊ THÀNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐO ĐẠC VÀ CẢNH BÁO TÍCH HỢP MƠI TRƢỜNG NƢỚC VÀ KHƠNG KHÍ Chun ngành: Vật lý vô tuyến điện tử Mã số:8440130.03