Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu chế tạo hệ thống đo nồng độ bụi PM2.5 và PM10 trong không khí dựa trên Arduino

• Tác giả: Phạm Duy Dương
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Văn Thành
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Vật lý vô tuyến và điện tử
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo hệ đo nồng độ hạt bụi PM2.5 và PM10 trong không khí dựa trên Arduino
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Định nghĩa về nồng độ bụi PM2.5 và PM10 và ảnh hưởng của chúng tới môi trường và sức khỏe con người
• 1.2. Phương pháp đánh giá nồng độ bụi PM2.5 và PM10 thông qua bộ chỉ số AQI (Air Quality Index)
• 1.2.1. Khái niệm bộ chỉ số AQI
• 1.2.2. Các phương pháp tính toán AQI tại một số nước trên thế giới
• 1.2.3. Phương pháp tính toán bộ chỉ số chất lượng không khí (AQI) theo sổ tay hướng dẫn của tổng cục môi trường Việt Nam ban hành
• 1.3. Internet kết nối vạn vật và phương pháp xây dựng một mô hình quan trắc môi trường tự động ứng dụng Internet kết nối vạn vật
• 1.3.1. Internet kết nối vạn vật (Internet of Thing - IoT)
• 1.3.2. Phương pháp xây dựng một mô hình quan trắc môi trường tự động ứng dụng Internet kết nối vạn vật
• 1.3.3. Giao tiếp truyền thông nối tiếp UART
• 1.3.4. Bộ giao thức TCP/IP
• 1.4. Các phương pháp đo nồng độ bụi PM2.5 và PM10
• 1.4.1. Phương pháp hấp thụ tia beta
• 1.4.2. Phương pháp tán xạ
• 2. CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO THIẾT BỊ
• 2.1. Các module phần cứng, phần mềm và website hỗ trợ IoT
• 2.1.1. Cảm biến Nova PM sensor SDS011
• 2.1.2. Website: https// thingspeak
• 2.1.3. AppInventor 2 – phần mềm lập trình Android
• 2.2. Chế tạo thiết bị
• 2.2.1. Kết nối phần cứng thiết bị
• 2.2.2. Đưa dữ liệu từ ESP8266 lên thingspeak
• 2.2.3. Truyền dữ liệu từ thingspeak về điện thoại và xử lý số liệu thông qua phần mềm viết cho hệ điều hành Android
• 2.2.4. Mô hình Internet kết nối vạn vật đối với thiết bị đo PM2.5 và PM10 sử dụng Arduino
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả chế tạo thiết bị đo nồng độ bụi PM2.5 và PM10 sử dụng Arduino
• 3.2. Kết quả đo nồng độ bụi PM2.5 và PM10 tại một số địa điểm tại Hải Phòng
• 3.2.1. Đo tại tỉnh lộ 354, đoạn qua xã Mỹ Đức, huyện An Lão, Hải Phòng
• 3.2.2. Đo tại đường bao Nguyễn Bỉnh Khiêm, quận Ngô Quyền, Hải Phòng
• 3.2.3. Đo trong nhà tại thôn Tiến Lập, xã Mỹ Đức, huyện An Lão, Hải Phòng
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống đo nồng độ bụi PM2

Hệ thống đo nồng độ bụi PM2.5 và PM10 là một trong những giải pháp quan trọng để giám sát chất lượng không khí. Việc sử dụng Arduino trong việc chế tạo thiết bị đo này không chỉ giúp giảm chi phí mà còn tăng tính linh hoạt trong việc thu thập dữ liệu. Hệ thống này có khả năng đo lường nồng độ bụi mịn trong không khí, từ đó cung cấp thông tin cần thiết cho việc đánh giá chất lượng môi trường.

1.1. Định nghĩa và tầm quan trọng của bụi PM2.5 và PM10

Bụi PM2.5 và PM10 là các hạt bụi có kích thước nhỏ, có khả năng xâm nhập vào hệ hô hấp của con người. Chúng có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, bao gồm bệnh tim mạch và hô hấp. Việc theo dõi nồng độ của chúng là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng Arduino trong hệ thống đo

Sử dụng Arduino trong việc chế tạo thiết bị đo nồng độ bụi mang lại nhiều lợi ích. Arduino là một nền tảng mã nguồn mở, dễ sử dụng và có thể lập trình linh hoạt. Điều này giúp cho việc phát triển và cải tiến hệ thống trở nên nhanh chóng và hiệu quả.

II. Vấn đề ô nhiễm không khí và thách thức trong việc đo nồng độ bụi

Ô nhiễm không khí đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng tại nhiều đô thị lớn, đặc biệt là ở Việt Nam. Nồng độ bụi PM2.5 và PM10 thường xuyên vượt mức cho phép, gây ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. Việc đo lường chính xác nồng độ bụi là một thách thức lớn do sự biến động của các yếu tố môi trường.

2.1. Tình hình ô nhiễm không khí tại Việt Nam

Việt Nam đang phải đối mặt với tình trạng ô nhiễm không khí nghiêm trọng, đặc biệt là tại các thành phố lớn như Hà Nội và TP.HCM. Nhiều nghiên cứu cho thấy nồng độ bụi PM2.5 và PM10 thường xuyên vượt mức quy định, ảnh hưởng đến sức khỏe người dân.

2.2. Thách thức trong việc đo nồng độ bụi

Việc đo nồng độ bụi không chỉ phụ thuộc vào thiết bị mà còn vào điều kiện môi trường. Các yếu tố như độ ẩm, nhiệt độ và gió có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả đo. Do đó, cần có các phương pháp và thiết bị hiện đại để đảm bảo tính chính xác.

III. Phương pháp chế tạo hệ thống đo nồng độ bụi PM2

Hệ thống đo nồng độ bụi PM2.5 và PM10 được chế tạo dựa trên nền tảng Arduino kết hợp với các cảm biến chuyên dụng. Phương pháp này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn dễ dàng trong việc bảo trì và nâng cấp. Hệ thống có khả năng thu thập dữ liệu theo thời gian thực và gửi lên nền tảng trực tuyến để người dùng có thể theo dõi.

3.1. Các linh kiện cần thiết để chế tạo

Để chế tạo hệ thống, cần có các linh kiện như board mạch Arduino, cảm biến bụi PM2.5 và PM10, module Wi-Fi để kết nối internet, và các linh kiện điện tử khác. Việc lựa chọn linh kiện chất lượng cao sẽ đảm bảo độ chính xác của hệ thống.

3.2. Quy trình lắp ráp và lập trình

Quy trình lắp ráp bao gồm việc kết nối các linh kiện với nhau theo sơ đồ mạch điện. Sau đó, lập trình cho Arduino để thu thập dữ liệu từ cảm biến và gửi dữ liệu lên nền tảng trực tuyến. Việc lập trình cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống đo nồng độ bụi

Hệ thống đo nồng độ bụi PM2.5 và PM10 có nhiều ứng dụng thực tiễn trong việc giám sát chất lượng không khí. Nó có thể được sử dụng tại các khu công nghiệp, trường học, và các khu vực đông dân cư để cảnh báo người dân về tình trạng ô nhiễm không khí. Ngoài ra, dữ liệu thu thập được còn có thể phục vụ cho các nghiên cứu khoa học.

4.1. Giám sát chất lượng không khí tại các khu vực đông dân cư

Hệ thống có thể được lắp đặt tại các khu vực đông dân cư để theo dõi nồng độ bụi và cảnh báo người dân khi nồng độ bụi vượt mức cho phép. Điều này giúp nâng cao nhận thức của cộng đồng về ô nhiễm không khí.

4.2. Ứng dụng trong nghiên cứu khoa học

Dữ liệu thu thập từ hệ thống có thể được sử dụng trong các nghiên cứu về ô nhiễm không khí, từ đó đưa ra các giải pháp cải thiện chất lượng không khí. Các nhà nghiên cứu có thể phân tích dữ liệu để tìm hiểu nguyên nhân và tác động của ô nhiễm không khí.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống đo nồng độ bụi

Hệ thống đo nồng độ bụi PM2.5 và PM10 bằng Arduino không chỉ giúp giám sát chất lượng không khí mà còn nâng cao nhận thức cộng đồng về ô nhiễm không khí. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới để cải thiện độ chính xác và hiệu quả của hệ thống.

5.1. Tương lai của công nghệ đo nồng độ bụi

Công nghệ đo nồng độ bụi sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các cảm biến mới và các phương pháp phân tích dữ liệu tiên tiến. Điều này sẽ giúp nâng cao độ chính xác và khả năng giám sát chất lượng không khí.

5.2. Khuyến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo

Cần có các nghiên cứu sâu hơn về tác động của ô nhiễm không khí đến sức khỏe con người và môi trường. Các nghiên cứu này sẽ giúp đưa ra các chính sách và giải pháp hiệu quả hơn trong việc cải thiện chất lượng không khí.