Phần tử đo bụi đƣợc dùng trong nghiên cứu này là SDS011 của hãng Nova. Chúng hoạt động dựa trên dụng nguyên lý tán xạ laser trong không khí. Phần tử này có thể đo đƣợc các hạt bụi lơ lửng có đƣờng kính trong phạm vi 0.3-10 um, hoàn toàn phù hợp cho ứng dụng về đo bụi PM10 và PM2.5 trong công nghiệp. Mô tả hình ảnh về SDS011 đƣợc thể hiện trên hình bên dƣới.
Hình 3. 2. Phần tử đo bụi Nova PM- SDS01.
Cấu trúc của phần tử này sẽ bao gồm một quạt (fan) để dẫn khí cần đo vào (Inlet) chạy qua buồng đo trƣớc khi đƣa ra ngoài môi trƣờng (Outlet). Trên phần tử này có phần kết nối tín hiệu với MCU.
Các thông số chính của phần tử đo bụi này bao gồm :
Loại bụi đo đƣợc: PM2.5, PM10
Dải đo: 0-999.9µg/m3
Dòng làm việc cực đại: 220mA
Dòng tiêu thụ khi không làm việc: 2mA
Thời gian đáp ứng: 1s
Chu kỳ đầu ra dữ liệu nối tiếp: 1Hz
Độ phân giải đƣờng kính hạt: < 0,3µm
Độ phân giải nhỏ nhất của hạt bụi cần đo: <3µm
fan Inlet
Outlet Connect to MCU
28 Khi chùm laser đƣợc chiếu qua các hạt vật chất cần đo, xảy ra hiện tƣợng tán xạ nhƣ mô tả trong mục nguyên lý đo. Đầu ra của phần tử đo bụi thể hiện nồng độ bụi cần đo. Minh họa về giản đồ nguyên lý của đầu ra phần tử đo bụi thể hiện trên
Hình 3.2. Số liệu đo đƣợc trong trƣờng hợp này diễn dải cách thể hiện dữ liệu đầu ra theo nguyên lý điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation).
Hình 3. 3. Gi n đồ n uyên lý đầu ra của phần tử đo bụi.
Dễ dàng nhận thấy trƣờng hợp Hình3.2a thể hiện giá trị đo ứng với nồng độ bụi là 0µg/m3, trƣờng hợp Hình 3.2b thể hiện kết quả đo là 2µg/m3 và trƣờng hợp Hình3.2c thể hiện 999µg/m3. Giao diện truyền số liệu theo nguyên lý PWM này cho phép dễ dàng kết nối với MCU.
Một nguyên lý tiếp theo để truyền thông tin về bụi đo đƣợc về MCU là dùng giao thức truyền thông UART.Giải pháp này rất hiệu quả khi tích hợp trong thiết bị đo bụi hiện đại (dùng các vi điều khiển mạnh), trong đó tần số của gói dữ liệu (Data packet frequency) là 1 Hz. Khung truyền dữ liệu từ phần tử đo bụi về MCU này có định dạng nhƣ sau :
29
n 14.Khung dữ liệu trong giao thức truyền thông UART.
Số thứ tự trong
Byte Tên Nội dung
1 Header AA
2 Commander No. C0
3 DATA1 PM2.5 low byte
4 DATA2 PM2.5 high byte
5 DATA3 PM10 low byte
6 DATA4 PM10 high byte
6 DATA5 ID byte 1
7 DATA6 ID byte 2
8 Check sum Frame check sequence
9 Message tail AB
Kiểm tra lỗi cho khung truyền theo phƣơng pháp Checksum đƣợc tính cho các Byte dữ liệu (DATA1 đến DATA6). Từ Bảng 14, giá trị về nồng độ bụi trong trƣờng hợp đo bụi PM2.5 đƣợc tính nhƣ sau:
PM2.5 (ug/m3)=(DATA2*256+DATA1)/10 (1) Trong trƣờng hợp đo bụi PM10 công thức tính nhƣ sau:
PM10 (ug/m3)=(DATA4*256+DATA3)/10 (2) Việc tính toán theo các công thức này đƣợc thực hiện trong MCU trƣớc khi có các thuật toán xử lý tín hiệu, hiển thị, truyền thông.
30 Ngoài ra Bảng dữ liệu còn hỗ trợ kiểm tra lỗi theo phƣơng pháp kiểm tra tổng khối BCC. Các phần mở đầu (Header) và kết thúc khung truyền (Message tail) dùng để nhận ra nội dung dữ liệu và dùng để đồng bộ hóa.