Độc đáo thiết bị cảm biến giúp đo độ ô nhiễm không khí

Đó là đề tài “Nghiên cứu và phát triển hệ thống giám sát chất lượng không khí trong môi trường trong nhà với số liệu thu nhập từ thiết bị cảm biến IoT” của nhóm sinh viên Nguyễn Mạnh Hưng, Mai Thị Ánh Hồng, Trần Bảo Khanh và Hoàng Phi Hùng (trường Đại học Xây dựng).

Biết ô nhiễm nơi sinh sống

Hiện nay ô nhiễm môi trường không khí đã và đang ảnh hưởng tiêu cực đối với sức khỏe cộng đồng và gây ra thiệt hại đáng kể, đặc biệt tại các khu đô thị lớn.

Mặt khác trước đây, việc giám sát môi trường không khí thường chỉ đặt tại các trạm quan trắc với số lượng cảm biến giới hạn. Các số liệu thu được cũng chỉ được dùng cho các cơ quan chuyên môn và cũng giới hạn về lượng dữ liệu. Do đó, người dân thường không biết về tình hình chất lượng không khí tại nơi mình sinh sống và làm việc.

“Cần có một giải pháp giúp người dân hoặc các tổ chức, ban quản lý giám sát chất lượng không khí tại nơi sinh sống và làm việc.Vì thế chúng mình đã nghiên cứu đề tài trên…”- Hưng nói.

Đề tài có mục tiêu, bước đầu nghiên cứu, thiết kế và phát triển hệ thống Internet of Things có khả năng giám sát chất lượng không khí trong môi trường trong nhà bằng các thiết bị cảm biến có khả năng kết nối Internet. Số liệu đo sẽ được hiển thị trực tiếp trên các thiết bị thông minh và lưu trữ tại kho dữ liệu.

Sau hơn một năm nghiên cứu, nhóm đã phát triển 3 bộ thiết bị: Thiết bị dành cho nhà và văn phòng, thiết bị dành cho khu vực công cộng, thiết bị dành cho xưởng sản xuất.

Từ các sensor cảm biến, module thu phát wifi, bộ vi điều khiển, chương trình phần mềm điều khiển, ứng dụng di động…, các bạn đã tạo ra được hệ thống Internet of Things có khả năng giám sát chất lượng không khí trong môi trường trong nhà.

Thiết bị có tính năng giám sát chất lượng không khí trong nhà thông qua việc đo đạc nồng độ các tác nhân tác động trực tiếp đến sức khỏe con người như CO2, CO, NH3, bụi PM10, PM2.5, nhiệt độ, độ ẩm...

“Trong quá trình thực hiện đề tài, vì nghiên cứu khoa học cho sinh viên nên nhóm phải tự tìm kiếm tài liệu về chuyên môn, các thiết bị bên ngoài sự giảng dạy của nhà trường nên gặp khó khăn trong việc làm quen với các thiết bị, kết hợp mọi thứ lại với nhau để ra một thiết bị hoàn chỉnh…”- Bảo Khanh cho biết.

Giám sát chất lượng không khí chính xác, tiện lợi

Nhóm đã tiến hành kiểm nghiệm đo đối với 2 môi trường. Cụ thể gồm: Phòng trọ sinh viên và hầm để xe chung cư. Sau khi lắp ráp hoàn thiện và hiệu chỉnh, thiết bị đã thực hiện đo trong vòng 48 tiếng và thu được kết quả tương đối chính xác so với thực tế.

Nguyên lý của hệ thống dựa trên nguyên lý hoạt động của một hệ thống Internet of Things (Internet kết nối vạn vật). Các thiết bị IoT có kết nối Internet sẽ giao tiếp với ứng dụng thông qua hệ thống kết nối trung gian và giao thức MQTT (gọi là các MQTT broker). Ứng dụng nhận số liệu và xử lý. Ngoài ra, ứng dụng có thể điều khiển thiết bị.

Ứng dụng công nghệ IoT vào hệ thống giúp việc giám sát chất lượng không khí tại nơi đặt thiết bị một cách chính xác và tiện lợi, dù tại thời điểm đo cho dù bạn đang có mặt ở đó hay đang ở một nơi nào khác với các công cụ phổ biến hiện tại như smartphone hay laptop, PC, miễn chúng có kết nối Internet.

Chia sẻ về ưu điểm của hệ thống, Phi Hùng cho hay hệ thống nhỏ gọn, tiện lợi, có thể sử dụng với mục đích cá nhân cho hộ gia đình hoặc cho nhóm đối tượng như trong các tòa nhà và văn phòng.

“Đề tài hướng tới việc ứng dụng công nghệ IoT ở mức độ hệ thống, với việc sử dụng một hệ thống máy chủ IoT hoạt động trên nền điện toán đám mây đóng vai trò kết nối thiết bị cảm biến và thiết bị giám sát. Đây là xu hướng công nghệ chính của các ứng dụng IoT hiện nay”- Hùng chia sẻ.

Tính khác biệt của đề tài nằm ở chỗ, đề tài giám sát chất lượng không khí trong nhà (những khu vực dân cư công cộng, khu công nghiệp). Cụ thể, những nơi con người trực tiếp sinh sống, làm việc như trong văn phòng, căn hộ, tầng hầm gửi xe, nhà máy, phân xưởng…

Đề tài còn hướng tới việc phục vụ cho tổ chức, đơn vị, chứ không chỉ là người dùng cá nhân. Theo đó, mỗi đơn vị có thể tự quản lý được một tập các thiết bị cảm biến được triển khai cho cả một khu vực gồm nhiều địa điểm. Người dùng hệ thống có thể là cá nhân hoặc tổ chức như ban quản lý tòa nhà, khu vực dân cư, trường học, nhà máy.

Cũng theo các bạn, nhóm mới bước đầu phát triển các nguyên mẫu để phục vụ cho mục đích nghiên cứu và phát triển hệ thống. Nếu muốn đưa ra ứng dụng vào thực tiễn, thiết bị chỉ cần được lắp ráp dựa trên các linh kiện được thiết kế để sử dụng trong quy mô công nghiệp. Đây là sản phẩm mẫu lắp ráp theo từng linh kiện rời nên độ ổn định chưa cao và giá thành tầm 1,5 triệu/bộ thiết bị đo CO2, bụi, nhiệt độ, độ ẩm dành cho nhà và văn phòng. Nếu thiết kế thành sản phẩm tích hợp linh kiện và sản xuất công nghiệp thì giá thành sẽ giảm.

Trao đổi thêm với PV, Th.S Bùi Thanh Phong- giảng viên hướng dẫn nhóm cho hay, đây là đề tài ứng dụng xu thế công nghệ IoT của cách mạng 4.0 vào một lĩnh vực cũng rất thời sự và hữu ích trong cuộc sống là giám sát môi trường không khí. Đề tài cũng giúp sinh viên nâng cao kiến thức và kỹ năng trong việc tiếp cận công nghệ mới và phát triển sản phẩm hữu ích…

Được biết, đề tài của nhóm sinh viên đã xuất sắc đạt giải Nhì tại cuộc thi “Sinh viên Nghiên cứu khoa học toàn quốc năm 2018” vừa diễn ra tại TP. Huế (tỉnh Thừa Thiên Huế). Ngoài ra, còn giành giải Nhất cuộc thi nghiên cứu khoa học cấp trường.

“Sắp tới, nhóm sẽ kiểm nghiệm độ chính xác và ổn định của thiết bị trong thực tế cũng như phối hợp với các đơn vị chuyên môn về môi trường để kiểm nghiệm thiết bị; tiếp tục nâng cấp ứng dụng di động để có thêm các tính năng mới hữu ích; mở rộng hệ thống IoT không chỉ cho các thiết bị cảm biến môi trường mà còn cho nhiều dạng thiết bị IoT khác cùng kết nối với nhau”, các bạn bộc bạch.