Mục đích nghiên cứu Thiết kế và thi công mô hình quan sát bụi mịn PM2.5 và điều khiển máy lọc không khí để làm sạch không khí trong phòng 3.. Giả thuyết nghiên cứu Đề tài thiết kế và t
Mục đích nghiên cứu
Thiết kế và thi công mô hình quan sát bụi mịn PM2.5 và điều khiển máy lọc không khí để làm sạch không khí trong phòng
Đối tượng và khách thể nghiên cứu
- Nghiên cứu lí thuyết về mạch Arduino
- Nghiên cứu lí thuyết về lập trình Arduino
- Nghiên cứu lí thuyết về các phương pháp đo nồng đọ bụi min
- Nghiên cứu các cảm biến đo nồng độ bui min
- Nghiên cứu lí thuyết về LCD 2004
- Xây dựng mô hình giám sát bụi mịn PM2.5 sử dụng mạch Arduino
Giả thuyết nghiên cứu
Đề tài thiết kế và thi công giám sát bụi mịn PM2.5 sử dụng mạch Arduino và làm sạch không khí trong phòng Mô hình làm 2 nhiệm vụ chính:
- Đo nồng độ bụi mịn PM2.5 hiển thị trên màn hình LCD2004
- Điều khiển máy làm sạch không khí hoạt động khi nồng độ bụi mịn vượt ngưỡng cho phép
- Thiết kế phần cứng cho mô hình
- Viết code cho mô hình
- Xây dựng mô hình giám sát bụi mịn PM2.5 sử dụng mạch Arduino
6 Phương pháp nghiên cứu đề tài
Phương pháp tham khảo tài liệu: tìm kiếm thông tin từ sách ,báo, tạp chí công nghệ, Internet
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Từ những kiến thức thu thập được tiến hành mô phỏng, khảo sát nhiều phương pháp khác nhau để từ đó thiết kế thiết bị tối ưu nhất
7 Phạm vi ứng dụng của đề tài
- Nhằm mục đích cung cấp thiết bị dạy học cho giảng viên và học tập cho sinh viên Người thực hiện đề tài thiết kế hệ thống giám sát bụi mìn và làm sạch không khí trong phòng sử dụng mạch Arduino
- Mô hình này sẽ phục vụ cho công tác giảng dạy, mô hình học tập cho sinh viên trong học phần Kỹ thuật cảm biến, Vi điều khiển nâng cao Giúp cho giảng viên và sinh viên Khoa Điện - Điện tử trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức có thêm thiết bị để thực hành
PHẦN NỘI DUNG Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI
1.1 Tìm hiểu về bụi mịn
1.1.1 Khái niệm và phân loại bụi mịn
Bụi là hỗn hợp các hợp chất dạng rắn hoặc lỏng bay trôi nổi trong không khí, các hợp chất có trong bụi còn được gọi chung là Particulate Matter - ký hiệu PM Trong đó, các hạt bụi có kích thước siêu vi (micromet) được biết đến nhiều nhất như:
- PM10: Loại bụi mịn có đường kính từ 2.5 đến 10 micromet kích thước bằng một phần triệu mét
- PM2.5: Loại bụi mịn có đường kính nhỏ hơn 2.5 micromet
- PM1.0: Loại bụi siêu mịn có kích thước nhỏ hơn 1 micromet
- Bụi nano PM0.1: Loại bụi siêu mịn có kích thước dưới 0.1 micromet
1.1.2 Nguyên nhân gây ra bụi mịn
Bụi mịn PM2.5 là những hạt bụi li ti có trong không khí với kích thước 2,5 microm trở xuống (so với sợi tóc con người thì nó nhỏ hơn khoảng 30 lần)
Kích thước tượng trưng của 1 số loại bụi so với tóc người và hạt cát
Bụi mịn PM2.5 xuất hiện trong không khí bắt nguồn từ nguyên nhân tự nhiên và nguyên nhân nhân tạo
Cháy rừng: Những vụ cháy rừng lớn trên toàn thế giới phần lớn do biến đổi khí hậu đột ngột gây nên Sự biến đổi khí hậu đột ngột làm phát tán ra môi trường một lượng lớn bụi, dẫn đến việc môi trường không khí bị ô nhiễm một cách nghiêm trọng
Bụi thiên nhiên: Sa mạc, đất cát, phun trào núi lửa cũng là một trong những nguyên nhân lớn góp phần tạo nên một lượng lớn bụi mịn phát tán trong không khí, làm ô nhiễm không khí
Thời điểm giao mùa: Vào khoảng các tháng 10 - 11 trong năm thường xuất hiện sương mù Những lớp sương mù dày này góp phần làm cho các lớp bụi tích tụ bên trong thành phố không thoát được, từ đó làm cho thành phố bị bao phủ bởi lớp bụi dày (bụi mịn, siêu mịn,…)
Hình 1.1: Cháy rừng phát tán ra môi trường một lượng lớn bụi Nguyên nhân nhân tạo
Giao thông vận tải: Các phương tiện cá nhân cũng sản sinh ra lượng khói thải nhất định, cát bụi cuốn theo trong quá trình di chuyển, bào mòn bề mặt đường ra không khí, từ đó làm gia tăng lượng bụi mịn lớn làm ô nhiễm không khí
Sinh hoạt: Việc sử dụng bếp than, bếp củi, dầu để nấu nướng cũng sinh ra lượng khói thải nhất định, làm gia tăng bụi mịn trong không khí
Sản xuất công nghiệp: Các nhà máy, xưởng sản xuất, khu công nghiệp thường thải một lượng lớn khói thải ra môi trường, không khí, từ đó làm gia tăng lượng bụi mịn trong không khí
Rác thải: Rác sinh hoạt, rác công nghiệp làm sản sinh ra vi khuẩn, bụi mịn, từ đó gây ảnh hưởng đến luồng không khí sạch bạn hít thở mỗi ngày
Xây dựng: Quá trình xây dựng chung cư, cao ốc, cầu đường cũng là một nguyên nhân gây ra bụi mịn trong môi trường, làm ảnh hưởng đến không khí nghiêm trọng
Nông nghiệp: Vận chuyển, đốt rơm rạ sinh ra khói thải độc hại, ảnh hưởng đến luồng không khí sạch trong môi trường
Hình 1.2: Rác thải sinh hoạt chồng chất sinh ra các hạt bụi mịn trong không khí
Hình 1.3: Khói thải từ các phương tiện di chuyển sinh ra 1 lượng lớn bụi trong không khí
1.1.3 Tác hại của bụi min PM2.5
Bụi mịn PM2.5 mang đến những vi khuẩn có hại cho cơ thể, từ đó gây ra hiện tượng dị ứng da, làm bạn cảm thấy ngứa ngáy, khó chịu Nếu tiếp xúc với lượng bụi mịn nhiều còn có thể gây ra các hiện tượng viêm mũi, đau mắt, các bệnh về tai mũi họng
Hình 1.4: Các bệnh tai mũi họng thường gặp khi tiếp xúc nhiều với bụi PM2.5
Bụi PM 2.5 có thể hấp thụ chất độc, đồng thời mang theo vi khuẩn và virus ngoài môi trường Chính vì vậy, khi chúng xâm nhập vào cơ thể bạn, chúng sẽ thải độc tố ngầm vào cơ thể bạn, từ đó làm suy giảm hệ miễn dịch Vậy nên, những người sống ở các thành phố lớn, có mức độ ô nhiễm cao thường dễ mắc các bệnh vặt hơn những người sống ở những nơi có không khí trong lành
Hình 1.5: Hệ miễn dịch bị suy giảm khi hấp thụ chất độc hại từ bụi PM2.5
Bụi PM2.5 xâm nhập vào cơ thể bạn thông qua hoạt động hít thở Sau đó, chúng theo đường dẫn khí, bám và tích tụ vào bề mặt phổi Khi lượng bụi này tích tụ nhiều theo thời gian có thể gây ra ảnh hưởng lớn đến phổi của bạn
Hình 1.6: Bụi PM2.5 xâm nhập vào cơ thể làm ảnh hưởng lớn đến phổi
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp tham khảo tài liệu: tìm kiếm thông tin từ sách ,báo, tạp chí công nghệ, Internet
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Từ những kiến thức thu thập được tiến hành mô phỏng, khảo sát nhiều phương pháp khác nhau để từ đó thiết kế thiết bị tối ưu nhất.
Phạm vi ứng dụng
- Nhằm mục đích cung cấp thiết bị dạy học cho giảng viên và học tập cho sinh viên Người thực hiện đề tài thiết kế hệ thống giám sát bụi mìn và làm sạch không khí trong phòng sử dụng mạch Arduino
- Mô hình này sẽ phục vụ cho công tác giảng dạy, mô hình học tập cho sinh viên trong học phần Kỹ thuật cảm biến, Vi điều khiển nâng cao Giúp cho giảng viên và sinh viên Khoa Điện - Điện tử trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức có thêm thiết bị để thực hành.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI
Phương pháp đo ô nhiễm bụi
1.2.1 Thiết bị giám sát suy giảm beta
Phương pháp phổ biến hiện nay để đo nồng độ các hạt PM10 và PM2.5 trong khí quyển là sử dụng Thiết bị giám sát suy giảm beta (Beta Attenuation Monitors), hay còn gọi là BAM Đây là thiết bị chuyên dụng, và cũng là thiết bị chính thức duy nhất được sử dụng để theo dõi chất lượng không khí ở Trung Quốc, Mỹ và hầu hết các nước thế giới
Nguyên tắc làm việc BAM khá đơn giản: Nó đo lường sự giảm số lượng hạt beta (electron) truyền qua một lớp bụi mỏng (PM) Khi độ dày của lớp PM tăng lên, số lượng các hạt beta có thể đi qua càng thấp
Hình 1.13: Thiết bị giám sát suy giảm beta
Ký hiệu: 1 - Đầu vào không khí; 2 – Băng lấy mẫu; Nguồn bức xạ beta 3 và 4 ; D1 và D2 – Đầu dò bức xạ beta; 5 - Máy bơm không khí; 6 - Khí thải
1.2.2 Thác va chạm (Cascade impactor)
Một phương pháp đo bụi khác cũng được sử dụng khá phổ biến là Thác va chạm (Cascade impactor) Thiết bị hoạt động dựa trên quán tính để tách các hạt bụi ra khỏi dòng khí Dòng khí chứa bụi được được bơm qua một thiết bị với nhiều tầng lọc và các vòi phun có kích thước khác nhau tương ứng với mỗi tầng Khi không khí được tăng tốc thông qua nhiều vòi phun hẹp, các hạt nhỏ vẫn còn trong dòng chảy, trong khi các hạt lớn có quán tính đủ lớn sẽ bị giữ lại trên đĩa thu thập mẫu tương ứng
Tổng nồng độ khối lượng của các hạt được đo bằng cách sử dụng một lớp lọc phủ Teflon và một cân điện tử độ nhay cao để đo khối lượng của bộ lọc Đối với mục đích quan trắc, yêu cầu tần số lấy mẫu cao (1-10 s), trong khi các điểm lấy mẫu hang loạt sử dụng lượng mẫu lớn (high-volume samplers HVS) được chứa và bảo vệ trong bình lấy mẫu trong một thời gian dài để tính toán nồng độ trung bình và thực hiện phân tích thành phần hóa học
Hình 1.14: Thác va chạm (Cascade impactor)
1.2.3 Cảm biến đo bụi sử dụng công nghệ nhiễu xạ laser
Một phương pháp nữa được sử dụng trong các thiết bị giám sát chất lượng không khí giá rẻ là cảm biến đo bụi sử dụng công nghệ nhiễu xạ laser (tán xạ ánh sáng) Nguyên tắc của phương pháp này như sau: khi một chùm laser đi qua không khí không chứa bụi, ánh sang từ chum tia không bị tán xạ Khi trong không khí có bụi ánh sang từ chum tia sẽ bị tán xạ ra xung quanh Ánh sáng tán xạ được thu nhận bởi đầu thu và chuyển thành tín hiệu điện và các tín hiệu này sẽ được khuếch đại và xử lý Số lượng và đường kính của các hạt có thể thu được bằng cách phân tích tín hiểu bởi vì dạng sóng tín hiệu có quan hệ nhất định với đường kính hạt
Cảm biến đo bụi như vậy sử dụng nguồn phát quang hồng ngoại gần (diode laser) Đầu thu là một diod quang kiểu thác với bộ khuếch đại Nguồn phát hồng ngoại được sử dụng trong trường hợp này để tránh nhiễu với ánh sáng ban ngày vào buồng
Hình 1.15: Cảm biến đo bụi theo phương pháp tán xạ
Mật độ bụi phụ thuộc chủ yếu vào lưu lượng không khí Nguồn laser, cảm biến và ống kính chuẩn trực được đặt ở vị trí bên trên để ngăn chặn sự lắng đọng của bụi lên bề mặt khi dòng khí không lưu thông quan buồng đo (Bên trong buồng lấy mẫu có một nhiệt điện trở đặt trước cảm biến được sử dụng để sưởi ấm dòng khí tạo ra một dòng chảy liên tục qua cảm biến)
Góc tối ưu giữa nguồn Laser và cảm biến được tối ưu từ kết quả thực nghiệm Mỗi hạt đi qua chùm tia laser khuếch tán một phần của chùm tia này tới cảm biến và lưu lượng không khí là không đổi, độ rộng xung của tín hiệu từ cảm biến được sử dụng để phân loại các hạt theo kích thước Số lượng trung bình các hạt được thu thập và hiển thị với chu kỳ khoảng 30s
Cỏc hạt cú kịch thước lớn hơn 10àm mặc dự cú hiện diện trong khụng khớ nhưng không gây hại tới sức khỏe nên được bỏ qua.
Giới thiệu các module sử dụng trong hệ thống giám sát bụi mịn
1.3.1 Tổng quan về mạch Arduino
Arduino là một bo mạch vi điều khiển do một nhóm giáo sư và sinh viên Ý thiết kế và đưa ra đầu tiên vào năm 2005 Mạch Arduino được sử dụng để cảm nhận và điều khiển nhiều đối tượng khác nhau Nó có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ từ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ, và nhiều đối tượng khác Ngoài ra mạch còn có khả năng liên kết với nhiều module khác nhau như module đọc thẻ từ, ethernet shield, cảm biến siêu âm nhằm tăng khả ứng dụng của mạch Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM, Atmel 32-bit… Hiện nay, phần cứng của Arduino có tất cả 6 phiên bản Tuy nhiên phiên bản thường được sử dụng nhiều nhất là Arduino Uno và Arduino Mega Arduino Uno được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới, rất nhiều ví dụ trên youtube hoặc các trang hướng dẫn về Arduino sử dụng mạch này Vì vậy đối với các bạn mới học Arduino, việc chọn Arduino Uno sẽ giúp các bạn có thể tự học dễ dàng Phần mềm để lập trình cho mạch Arduino là phần mềm IDE Đây là phần mềm mã nguồn mở, và có thể được download từ trang web của Arduino
Hiện tại ở Việt Nam và trên thế giới cũng có nhiều mạch vi điều khiển khác nhau Tuy nhiên Arduino có một số ưu điểm mà khiến nó trở nên nổi tiếng và hiện đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới Những ưu điểm đó là: rẻ, tương thích được với nhiều hệ điều hành, chương trình lập trình đơn giản, rõ ràng, dễ sử dụng, sử dụng mã nguồn mở và có thể kết hợp với nhiều module khác nhau
Hình 1.16: Mạch Arduino UN0 R3 1.3.1.1 Thông số kỹ thuật của Arduino Uno R3
Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ khoảng 30mA
1.3.1.2 Các chân nguồn trong mạch Arduino R3
- GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau
- 5V: Cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA
- 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA
- Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND
- IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn
- RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ
- Arduino UNO không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào Do đó bạn phải hết sức cẩn thận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khi cấp cho Arduino Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
UNO Việc làm chập mạch nguồn vào sẽ làm Arduino không sử dụng được nữa Trong thời gian đầu tìm hiểu tốt nhất hãy sử dụng nguồn cấp qua cổng USB
- Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho các thiết bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí có thể làm hỏng board
- Cấp nguồn ngoài không qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp dưới 6V có thể làm hỏng board
- Cấp điện áp trên 13V vào chân RESET trên board có thể làm hỏng vi điều khiển ATmega328
- Cường độ dòng điện vào/ra ở tất cả các chân Digital và Analog của Arduino UNO nếu vượt quá 200mA sẽ làm hỏng vi điều khiển
- Cấp điệp áp trên 5.5V vào các chân Digital hoặc Analog của Arduino UNO sẽ làm hỏng vi điều khiển
- Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của Arduino UNO vượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển Do đó nếu không dùng để truyền nhận dữ liệu, bạn phải mắc một điện trở hạn dòng
1.3.1.3 Bộ nhớ của Arduino Uno R3
Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:
- 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash của vi điều khiển Sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng cho bootloader nhưng thường thì ít khi nào phải sử dụng quá 20kb bộ nhớ này
- 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm Chú ý: khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất
- 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): tương tự như một chiếc ổ cứng mini – nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây mà không phải lo bị mất khi mất điện giống như dữ liệu trên SRAM
1.3.1.4 Cổng vào/ra của Arduino Uno R3
Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)
Hình 1.17: Cổng ra/vào của arduino
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
- 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây
Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết
- Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite()
Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác
- Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức
SPI với các thiết bị khác
- LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT BỤI MỊN VÀ LÀM SẠCH KHÔNG KHÍ TRONG PHÒNG
Xây dựng phần cứng cho thiết bị
2.1.1 Xây dựng sơ đồ khối hệ thống
Hình 2.1: Sơ đồ khối của mô hình
2.1.2 Xây dựng sơ đồ kết nối của hệ thống
Hình 2.2: Sơ đồ kết nối hệ thống
2.2 Mô hình giám sát bụi mịn và làm sạch không khí
Hình 2.3: Mô hình kiểm tra bụi mịn và làm sạch không khí Hướng dẫn kết nối mô hình
- Nguồn Vcc của module relay, LCD, cảm biến SD110 (dây màu nâu) nối với nguồn +5V
- Nguồn Vcc của Arduino nối với nguồn +9V
- Chân SDA của LCD nối với chân SDA (A4) của Arduino
- Chân SCL của LCD nối với chân SCL (A5) của Arduino
- Chân IN1 của module relay nối với số 8 của Arduino
- Dây tín hiệu vàng/xanh lá nối với chân 5 của Arduino
Hình 2.4: Mô hình đã được kết nối dây dẫn
Hình 2.5: Mô hình giám sát bụi mịn và làm sạch không khí trong phòng
Xây dựng phần mềm cho thiết bị
2.2.1 Giới thiệu phần mềm của mạch arduino
Arduino là môi trường phát triển tích hợp mã nguồn mở, cho phép người dùng dễ dàng viết code và tải nó lên bo mạch Môi trường phát triển được viết bằng Java dựa trên ngôn ngữ lập trình xử lý và phần mềm mã nguồn mở khác Phần mềm này có thể được sử dụng với bất kỳ bo mạch Arduino nào
Kể từ tháng 3 năm 2015, Arduino IDE (Integrated Development Editor - môi trường phát triển tích hợp) đã được tải xuống hơn 8 triệu lần Hiện tại, nó không chỉ được sử dụng cho các bo mạch Arduino và Genuido mà còn được hàng trăm công ty trên thế giới sử dụng để lập trình thiết bị của họ, bao gồm những thiết bị tương đương, bản sao và thậm chí cả hàng giả
Hình 2.6: Giao diện của phần mềm viết code cho mạch Arduino
Arduino là một môi trường phát triển tích hợp đa nền tảng, làm việc cùng với một bộ điều khiển Arduino để viết, biên dịch và tải code lên bo mạch Phần mềm này cung cấp sự hỗ trợ cho một loạt các bo mạch Arduino như Arduino Uno, Nano, Mega, Esplora, Ethernet, Fio, Pro hay Pro Mini cũng như LilyPad Arduino
Ngôn ngữ phổ quát cho Arduino C và C++, do đó phần mềm phù hợp cho những lập trình viên đã quen thuộc với cả 2 ngôn ngữ này Các tính năng như làm nổi bật cú pháp, thụt đầu dòng tự động, làm cho nó trở thành một sự thay thế hiện đại cho các IDE khác
Bọc bên trong giao diện đồ họa được sắp xếp hợp lý, Arduino sở hữu những chức năng để thu hút các nhà phát triển Arduino, mở đường đến một đầu ra thành công thông qua các mô-đun gỡ lỗi Tất cả các tính năng của nó được lưu trữ bên trong vài nút bấm, menu, giúp dễ dàng hiểu và điều hướng, đặc biệt là với các lập trình viên chuyên nghiệp Ngoài ra, việc tích hợp các bộ sưu tập ví dụ mẫu sẽ giúp cho những người lần đầu tiếp xúc với Arduino có thể làm quen và nắm bắt ứng dụng nhanh hơn Trong điều kiện đã kết nối bo mạch Arduino với máy tính và cài đặt các driver cần thiết, bạn sẽ được lựa chọn mô hình để làm việc nhờ sử dụng menu Tools của ứng dụng Sau đó, có thể bắt đầu viết chương trình bằng cách sử dụng môi trường làm việc thoải mái mà Arduino cung cấp Chương trình bao gồm một mảng thư viện phong phú như EEPROM, Firmata, GSM, Servo, TFT, WiFi, Tất nhiên, bạn cũng có thể thêm vào thư viện của riêng mình
Hình 2.7: Thư viện được tích hợp trong phần mềm lập trình Arduino
Các thiết kế có thể được kiểm tra, biên dịch với một bản ghi lỗi hiển thị ở phần dưới của giao diện người dùng, cho phép bạn xem lại code Nếu quá trình gỡ lỗi trả về kết quả là không có lỗi thì có thể bắt đầu quá trình tải code lên bo mạch và thử nghiệm thêm
Tóm lại, Arduino là giải pháp phát triển board mạch Arduino, cung cấp đầy đủ các yếu tố cần thiết mà các nhà phát triển Arduino cần để dễ dàng thực hiện quá trình tạo và thử nghiệm các sản phẩm của mình
2.2.2 Viết phần mềm cho hệ thống giám sát bụi mịn và làm sạch không khí
LCD_I2C lcd(0x27, 20, 4); float p10, p25; int error; int relay = 8; int p25_set, p10_set;
SDS011 my_sds; int led = 1; void setup()
{ pinMode(relay, OUTPUT); digitalWrite(relay, HIGH); lcd.begin(); lcd.backlight(); my_sds.begin(5, 6); //RX, TX
//Serial.begin(9600); lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Air quality"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("PM2,5: "); lcd.setCursor(0, 2); lcd.print("PM10: "); p10_set = 54;
{ error = my_sds.read(&p25, &p10); if (!error)
//Serial.println("P2.5: " + String((p25), 0)); lcd.setCursor(7, 1); lcd.print(String(p25));
//Serial.println("P10: " + String((p10), 0)); lcd.setCursor(7, 2); lcd.print(String(p10));
{ digitalWrite(relay, LOW); lcd.setCursor(6, 3); lcd.print("Warning!"); delay(300); lcd.setCursor(6, 3); lcd.print(" "); delay(100);
{ digitalWrite(relay, HIGH); led = 1; lcd.setCursor(6, 3); lcd.print(" Good ");
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Quan sát được thông số bụi mịn P2.5 trên màn hình LCD
Hỡnh 3.1: Giao diện quan sỏt thụng số bụi mịn PM2.5 = 4.1àg/m 3
Hỡnh 3.2: Giao diện quan sỏt thụng số bụi mịn PM2.5 = 6.8àg/m 3
Điều khiển máy làm sạch không khí hoạt động
Hỡnh 3.3: Giao diện quan sỏt thụng số bụi mịn PM2.5 = 14.10 àg/m 3
Khi nồng độ bụi PM2.5 vượt ngưỡng cho phộp (cài đặt 12 àg/m 3 ) thỡ mỏy lọc không khí hoạt động để làm sạch không khí Khi nồng độ bụi về ngưỡng cho phép thì máy lọc không khi tự ngắt.
