Thiết Kế Hệ Thống Đo Nồng Độ CO2, Nhiệt Độ và Độ Ẩm Dựa Trên Quang Xúc Tác

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1. Tổng quan về đề tài

1.2. Mục tiêu đề tài

1.3. Đối tượng nghiên cứu

1.4. Phạm vi nghiên cứu

2. CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH QUANG XÚC TÁC VÀ VẬT LIỆU

2.1. Quá trình quang xúc tác

2.2. Nguyên lý cơ bản của quang xúc tác

2.2.1. Cơ chế hoạt động

2.3. Vật liệu quang xúc tác

2.3.1. Vật liệu bán dẫn TiO₂

2.3.1.1. Cấu trúc và tính chất của TiO₂

2.3.1.2. Tính chất vật liệu TiO₂

2.3.1.3. Ứng dụng của TiO₂

2.4. Giới thiệu về Raspberry Pi

2.4.1. Lịch sử phát triển

2.4.2. Hệ điều hành của Raspberry Pi

2.4.3. Ứng dụng của Raspberry Pi

2.4.4. Lý do chọn Raspberry Pi 4

2.4.5. Ứng dụng Raspberry Pi 4 vào hệ thống

2.4.5.1. Ứng dụng tạo server cho hệ thống

2.4.5.2. Ứng dụng tạo database cho hệ thống

2.5. Giới thiệu Node

2.6. Giới thiệu về ExpressJS

2.7. Giới thiệu về Ngrok

2.8. Giới thiệu PostgreSQL

2.9. ESP32 Devkit V1

2.9.1. Giới thiệu về ESP32 Devkit V1

2.9.2. Giới thiệu về ESP-IDF

2.9.3. Lý do sử dụng ESP-IDF cho việc lập trình cho ESP32

2.9.4. Ứng dụng của ESP32 Devkit V1

2.9.4.1. Ứng dụng ESP32 Devkit V1 vào hệ thống

2.10. Giới thiệu về Websocket

2.11. Giới thiệu về SCD40

2.11.1. Nguyên lý hoạt động của NDIR

2.11.2. Lý do chọn SCD40

2.11.3. Ứng dụng SCD40 vào trong hệ thống

2.11.4. Hệ đo nồng độ CO₂ cho ứng dụng quang xúc tác

2.11.4.1. Mô tả hệ đo

2.11.4.2. Cấu tạo hệ đo

2.11.4.3. Các thành phần bên trong

2.11.4.4. Kết nối và điều khiển

2.11.4.5. Thực hiện quá trình quang xúc tác

2.12. Hệ thống giao diện Web

2.12.1. Giới thiệu về JavaScript

2.12.2. Giới thiệu về React

2.12.3. Giới thiệu về Redux

2.12.3.1. Luồng dữ liệu trong ứng dụng Redux

2.12.3.2. Lý do chọn React

2.12.4. Mô tả ứng dụng Web

2.12.5. Giao diện Web

2.12.5.1. Công nghệ, thư viện sử dụng phổ biến

2.12.5.2. Thiết kế giao diện

2.12.5.3. Tổng thể về hệ thống

2.12.5.4. Các chức năng của hệ thống

2.12.5.4.1. Chức năng hiển thị trên biểu đồ

2.12.5.4.2. Chức năng xác nhận gói

2.12.5.4.3. Chức năng cấu hình wifi trên ESP32

3. CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT HỆ THỐNG

3.1. Khảo sát hệ đo với quá trình quang xúc tác của vật liệu TiO₂ với dung dịch Methylene Blue

3.2. Nội dung khảo sát

3.3. Kết quả khảo sát

3.3.1. Kết quả khảo sát giá trị nồng độ CO₂

3.3.2. Kết quả khảo sát giá trị nhiệt độ độ ẩm

3.3.3. Thực hiện khảo sát đối tín

4. CHƯƠNG 4: HƯỚNG PHÁT TRIỂN

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

I. Tổng quan về thiết kế hệ thống đo nồng độ CO2 nhiệt độ và độ ẩm

Thiết kế hệ thống đo nồng độ CO2, nhiệt độ và độ ẩm dựa trên quang xúc tác là một giải pháp hiện đại nhằm giám sát chất lượng không khí. Hệ thống này không chỉ giúp theo dõi các thông số môi trường mà còn hỗ trợ trong việc phát hiện và xử lý ô nhiễm. Việc sử dụng công nghệ quang xúc tác với vật liệu bán dẫn như TiO2 mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý khí thải độc hại.

1.1. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu của hệ thống

Mục tiêu chính của nghiên cứu là phát triển một hệ thống cảm biến có khả năng đo lường chính xác nồng độ CO2, nhiệt độ và độ ẩm. Đối tượng nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng vật liệu TiO2 trong quá trình quang xúc tác để xử lý ô nhiễm không khí.

1.2. Phạm vi nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu sẽ được thực hiện trong phòng thí nghiệm với các điều kiện kiểm soát chặt chẽ. Hệ thống có thể được ứng dụng trong giám sát chất lượng không khí trong nhà, nông nghiệp thông minh và các hệ thống thông gió.

II. Vấn đề ô nhiễm không khí và thách thức trong giám sát

Ô nhiễm không khí đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng trên toàn cầu, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường. Các chất ô nhiễm như CO2, NOx, và VOCs gây ra nhiều bệnh lý và tác động tiêu cực đến chất lượng cuộc sống. Việc giám sát nồng độ các chất này là rất cần thiết để đưa ra các biện pháp xử lý kịp thời.

2.1. Nguyên nhân chính gây ô nhiễm không khí

Nguyên nhân chính của ô nhiễm không khí bao gồm khí thải từ phương tiện giao thông, hoạt động công nghiệp và các nguồn phát thải khác. Những chất này không chỉ gây hại cho sức khỏe mà còn làm suy giảm chất lượng môi trường.

2.2. Thách thức trong việc đo lường và giám sát

Việc đo lường nồng độ CO2 và các chất ô nhiễm khác gặp nhiều khó khăn do sự biến đổi liên tục của môi trường. Hệ thống cảm biến cần phải có độ nhạy cao và khả năng hoạt động ổn định trong các điều kiện khác nhau.

III. Phương pháp thiết kế hệ thống đo nồng độ CO2 và nhiệt độ

Hệ thống đo nồng độ CO2, nhiệt độ và độ ẩm được thiết kế dựa trên nguyên lý quang xúc tác. Việc sử dụng các cảm biến hiện đại như SCD40 và ESP32 giúp thu thập dữ liệu một cách chính xác và hiệu quả. Hệ thống này cũng được tích hợp với Raspberry Pi để xử lý và hiển thị dữ liệu.

3.1. Nguyên lý hoạt động của quang xúc tác

Quang xúc tác là quá trình sử dụng ánh sáng để kích hoạt phản ứng hóa học, giúp phân hủy các chất ô nhiễm thành các sản phẩm vô hại. Vật liệu TiO2 được sử dụng vì khả năng hấp thụ ánh sáng và tạo ra các gốc oxy phản ứng.

3.2. Cấu trúc và thành phần của hệ thống

Hệ thống bao gồm các cảm biến CO2, nhiệt độ và độ ẩm, cùng với các thiết bị điều khiển như Raspberry Pi. Các thành phần này được kết nối với nhau để thu thập và xử lý dữ liệu một cách hiệu quả.

IV. Kết quả khảo sát và ứng dụng thực tiễn của hệ thống

Kết quả khảo sát cho thấy hệ thống có khả năng đo lường chính xác nồng độ CO2, nhiệt độ và độ ẩm trong môi trường. Hệ thống đã được thử nghiệm trong các điều kiện khác nhau và cho thấy hiệu quả cao trong việc giám sát chất lượng không khí.

4.1. Kết quả khảo sát nồng độ CO2

Kết quả khảo sát cho thấy nồng độ CO2 trong không khí có sự biến đổi theo thời gian. Hệ thống đã ghi nhận được các giá trị nồng độ CO2 trong các điều kiện khác nhau, từ đó đưa ra các phân tích và đánh giá.

4.2. Ứng dụng trong giám sát môi trường

Hệ thống có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như giám sát chất lượng không khí trong nhà, nông nghiệp thông minh và các hệ thống điều hòa không khí. Điều này giúp cải thiện chất lượng cuộc sống và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai của hệ thống

Hệ thống đo nồng độ CO2, nhiệt độ và độ ẩm dựa trên quang xúc tác đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả trong việc giám sát chất lượng không khí. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển để nâng cao hiệu suất và mở rộng ứng dụng của hệ thống.

5.1. Đề xuất cải tiến hệ thống

Cần nghiên cứu thêm về các vật liệu quang xúc tác mới và cải tiến công nghệ cảm biến để nâng cao độ nhạy và độ chính xác của hệ thống. Việc này sẽ giúp hệ thống hoạt động hiệu quả hơn trong các điều kiện môi trường khác nhau.

5.2. Tương lai của công nghệ giám sát môi trường

Công nghệ giám sát môi trường sẽ tiếp tục phát triển với sự hỗ trợ của các công nghệ mới như IoT và AI. Điều này sẽ giúp cải thiện khả năng giám sát và quản lý chất lượng không khí, từ đó bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường.

Khóa Luận Tốt Nghiệp: Thiết Kế và Xây Dựng Hệ Thống Đo Nồng Độ CO2, Nhiệt Độ và Độ Ẩm Dựa Trên Quang Xúc Tác