Nhóm các nhà khoa học Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội đã phát triển thành công hệ thống mạng cảm biến không dây để quan trắc chất lượng không khí qua chỉ số AQI, có khả năng đưa ra những cảnh báo về mức độ ô nhiễm không khí trên diện rộng.
Đây là kết quả nghiên cứu của đề tài "Nghiên cứu phát triển hệ thống mạng cảm biến không dây WSNs trên công nghệ LoRa/IoT giám sát chỉ số chất lượng không khí AQI trong môi trường diện rộng" do TS.Nguyễn Văn Thiện - Phó Hiệu trưởng Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội làm chủ nhiệm.
Chia sẻ về mục tiêu cụ thể của đề tài, TS. Nguyễn Văn Thiện cho biết: "Trong đề tài này, chúng tôi đặt mục tiêu xây dựng một hệ thống mạng cảm biến WSNs dựa trên công nghệ LoRa/IoT hoàn chỉnh về thiết bị phần cứng và phần mềm để thu thập, giám sát và cảnh báo chất lượng không khí môi trường trên diện rộng. Cấu trúc hệ thống với 08 nút cảm biến, 02 gateway, 02 router có khả năng giám sát các thông số: mật độ bụi PM10, mật độ bụi siêu mịn PM2.5; nồng độ các loại khí NO2, O3, CO, SO2 và NH3; nhiệt độ, độ ẩm... đánh giá chỉ số chất lượng không khí AQI trên diện rộng và trong môi trường cục bộ".
Phần cứng thiết bị Sensor Node SN-01 (Ảnh: Nhóm nghiên cứu)
Cũng theo TS. Nguyễn Văn Thiện, trong hơn một năm thực hiện đề tài, nhóm đã phân tích các chất khí, yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng không khí, đồng thời tính toán chỉ số AQI theo TCVN để thực hiện cài đặt và hiệu chỉnh hệ thống quan trắc. Bên cạnh đó, phân tích xây dựng, thiết kế phần cứng bao gồm các module: Module sensor SN-01 đo tham số nhiệt độ, độ ẩm, bụi siêu mịn PM2.5, bụi mịn PM10; module sensor SN-02 đo nồng độ không khí: CO, NO2, SO2, O3; module Router; module Gateway. Cùng với đó, tổ chức cấu hình phần cứng hệ thống bao gồm: các module Sensor node; module ghép nối trung tâm sử dụng các công nghệ LoRa/IoT.
Kết quả, nhóm nghiên cứu đã xây dựng thành công phần mềm nhúng viết cho MCU (ARM) thực hiện tổ chức thu thập dữ liệu từ cảm biến, tổ chức giao thức truyền thông wireless, kiểm tra lỗi, thực hiện quy trình truyền/nhận dữ liệu trong hệ thống. Ngoài ra phần mềm còn có chức năng cảnh báo tại hiện trường.
Bên cạnh đó là phần mềm dùng để test và cài đặt tham số thiết bị, theo dõi dòng dữ liệu đường truyền được viết trong môi trường Visula Basic 2012. Với phần mềm này người vận hành có thể cấu hình hệ thống mạng LoRA và hiệu chuẩn hệ thống đo.
Đặc biệt, nhóm đã phát triển thành công phần mềm SCADA viết trong môi trường Java và SQL. Với phần mềm này, người dùng có thể quan sát các giá trị tham số tại các cảm biến, phân tích đưa ra cảnh báo, có thể cài đặt chế độ tự động cảnh báo hoặc điều khiển on/off một số thiết bị phía dưới hiện trường. Ưu điểm của phần mềm là giao diện thân thiện, dễ quản trị và sử dụng; phần mềm viết dưới dạng Web nên người dùng có thể truy cập tại mọi nơi, mọi lúc với điều kiện nơi đó có mạng internet hoặc sóng 3G/4G.
Đáng chú ý, nhóm đã thử nghiệm thu thập dữ liệu trên module SN-01 và so sánh với máy đo EXTECH 445703 (đo nhiệt độ, độ ẩm có độ chính xác ±5%) và so sánh với máy đo Aeroqual (đo PM2.5, PM10 có độ chính xác ±0.002 mg/m3). Ngoài ra, nhóm cũng thử nghiệm thu thập dữ liệu trên module Sensor Node SN-02 và so sánh với máy đo đa khí cầm tay Oceanus OC-1000 có độ chính xác ±3% và độ lập lại ≤1%.
Việc chế tạo thành công hệ thống đo và giám sát chất lượng không khí AQI trong môi trường diện rộng dựa trên công nghệ LoRa/IoT từ việc thiết kế, chế tạo thiết bị đến cài đặt hiệu chỉnh hệ thống và thử nghiệm đã khẳng định năng lực của các nhà khoa học Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội nói riêng cũng như của các nhà khoa học trong nước nói chung. Sản phẩm của đề tài nếu được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn sẽ giúp cung cấp thông tin về thực trạng ô nhiễm không khí cũng như số liệu đầu vào quan trọng để các nhà nghiên cứu có thêm cơ sở đánh giá xu hướng, diễn biến của ô nhiễm không khí và tác động của các chất ô nhiễm đến sức khỏe con người.
| Hệ thống mạng cảm biến không dây WSNs trên công nghệ LoRa/IoT giám sát chỉ số chất lượng không khí AQI trong môi trường diện rộng do các nhà khoa học Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội chế tạo hoạt động theo nguyên lý đo lường các tham số nồng độ khí độc hại (CO, NO2, SO2, O3), bụi siêu mịn PM2.5/PM10, nhiệt độ, độ ẩm không khí để tính toán chỉ số VN_AQI theo Quyết định 1459/QĐ-TCMT của Tổng cục Môi trường ban hành ngày 12/11/2019, từ đó đưa ra mức cảnh báo về chất lượng không khí. |
Bích Phương
