I. Thiết kế hệ thống đo lường môi trường
Đề tài tập trung vào thiết kế hệ thống đo và cảnh báo nồng độ môi trường, cụ thể là CO, CO2, bụi và UV tại HCMUTE. Đây là một dự án HCMUTE ứng dụng công nghệ giám sát môi trường thời gian thực. Hệ thống sử dụng các cảm biến CO, cảm biến CO2, cảm biến bụi, và cảm biến UV để thu thập dữ liệu. Dữ liệu này sau đó được xử lý và hiển thị trên một giao diện web. Thiết kế điện tử đóng vai trò quan trọng, bao gồm việc lựa chọn và kết nối các thành phần, từ mạch điện tử đến vi điều khiển. Lập trình nhúng được sử dụng để điều khiển hệ thống và xử lý dữ liệu từ các cảm biến. Internet vạn vật (IoT) được tích hợp để truyền dữ liệu lên web, cho phép giám sát từ xa. An toàn môi trường và sức khỏe môi trường là mục tiêu chính của dự án này, cung cấp thông tin quan trọng để đánh giá và quản lý chất lượng không khí.
1.1 Thu thập dữ liệu môi trường
Hệ thống sử dụng bốn loại cảm biến môi trường: cảm biến CO, cảm biến CO2, cảm biến bụi, và cảm biến UV. Mỗi cảm biến có chức năng đo lường nồng độ của từng chất ô nhiễm cụ thể. Cảm biến CO đo nồng độ khí CO, một chất khí nguy hiểm gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Cảm biến CO2 đo nồng độ khí CO2, chất khí liên quan đến hiệu ứng nhà kính. Cảm biến bụi đo nồng độ hạt bụi mịn trong không khí, ảnh hưởng đến hệ hô hấp. Cảm biến UV đo cường độ bức xạ tia cực tím, gây hại cho da và mắt. Việc lựa chọn các cảm biến này dựa trên độ chính xác, chi phí và khả năng tích hợp vào hệ thống. Dữ liệu thu thập được từ các cảm biến sẽ được truyền đến bộ xử lý trung tâm.
1.2 Xử lý và truyền dữ liệu
Bộ xử lý trung tâm, trong trường hợp này là vi điều khiển STM32F103C8T6, nhận dữ liệu từ các cảm biến. Vi điều khiển này chịu trách nhiệm xử lý tín hiệu thô từ các cảm biến thành dữ liệu có ý nghĩa. Quá trình xử lý bao gồm chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu số, hiệu chỉnh và lọc nhiễu. Dữ liệu đã được xử lý sẽ được truyền đến ứng dụng giám sát môi trường. SIM808 được sử dụng để kết nối hệ thống với internet thông qua mạng GPRS, cho phép truyền dữ liệu đến máy chủ. Thu thập dữ liệu môi trường và xử lý dữ liệu môi trường là hai giai đoạn quan trọng đảm bảo độ chính xác của hệ thống.
1.3 Hiển thị và cảnh báo
Dữ liệu môi trường được hiển thị trên một giao diện web. Giao diện này cho phép người dùng theo dõi nồng độ CO, nồng độ CO2, nồng độ bụi, và chỉ số UV trong thời gian thực. Hệ thống cũng bao gồm chức năng cảnh báo sớm, thông báo cho người dùng khi nồng độ các chất ô nhiễm vượt quá ngưỡng cho phép. Hệ thống cảnh báo sớm đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe con người và môi trường. Thiết kế web phải đảm bảo tính trực quan, dễ sử dụng và cung cấp thông tin một cách rõ ràng. Việc sử dụng phần mềm giám sát môi trường hỗ trợ quá trình theo dõi và cảnh báo hiệu quả.
II. Ứng dụng và đánh giá
Hệ thống này có nhiều ứng dụng thực tiễn. Nó có thể được sử dụng để giám sát chất lượng không khí trong các khu vực công cộng, trường học, bệnh viện, nhà máy… Việc cung cấp dữ liệu quan trắc môi trường thời gian thực giúp các cơ quan chức năng đưa ra các biện pháp quản lý môi trường hiệu quả hơn. An toàn lao động cũng được cải thiện nhờ hệ thống cảnh báo sớm. Giải pháp giám sát môi trường này góp phần nâng cao an toàn môi trường và sức khỏe môi trường cộng đồng. Công nghệ giám sát môi trường được sử dụng trong hệ thống này là công nghệ hiện đại, tương đối dễ triển khai và có chi phí hợp lý.
2.1 Giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn
Đề tài đóng góp vào lĩnh vực nghiên cứu môi trường HCMUTE. Nó chứng minh khả năng ứng dụng của công nghệ IoT và thiết kế điện tử trong việc giám sát môi trường. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về giám sát chất lượng không khí. Hệ thống có thể được cải tiến và mở rộng để đo lường thêm các thông số môi trường khác. Phần mềm giám sát môi trường cũng có thể được phát triển thêm các tính năng mới, ví dụ như dự báo chất lượng không khí. Ô nhiễm môi trường là vấn đề toàn cầu, vì vậy nghiên cứu này có ý nghĩa không chỉ ở phạm vi trường đại học HCMUTE mà còn rộng hơn nữa.
2.2 Hạn chế và hướng phát triển
Hệ thống hiện tại chỉ đo lường một số thông số môi trường nhất định. Việc mở rộng hệ thống để đo lường thêm các thông số khác, chẳng hạn như độ ẩm, nhiệt độ, tiếng ồn, sẽ làm tăng tính toàn diện của hệ thống. Cảnh báo sớm hiện tại chỉ dựa trên ngưỡng cố định, có thể cải tiến bằng cách sử dụng thuật toán thông minh hơn để dự báo và cảnh báo chính xác hơn. Việc tích hợp hệ thống với các cơ sở dữ liệu lớn và sử dụng phân tích dữ liệu môi trường sẽ giúp khai thác hiệu quả hơn dữ liệu thu thập được. Báo cáo môi trường chi tiết hơn có thể được tạo ra từ dữ liệu thu thập được. Đây là một giải pháp giảm sát môi trường cần được tiếp tục hoàn thiện và phát triển.
