Nghiên cứu và phát triển thiết bị lọc khí thông minh ứng dụng IoT và hệ thống tự động hóa
Nhóm: SCIENCE
Nhóm: SCIENCE
Giới thiệu sản phẩm:
Dự án Thiết Bị Lọc Không Khí: Góp Phần Phát Triển Kinh Tế - Xã Hội và Cải Thiện Chất Lượng Sống
1. Giải quyết vấn đề ô nhiễm không khí
Hiện nay, ô nhiễm không khí là một trong những thách thức lớn ảnh hưởng đến sức khỏe con người, đặc biệt tại các khu vực có mật độ dân cư cao và vùng công nghiệp. Dự án thiết bị lọc không khí của chúng tôi ra đời nhằm cung cấp giải pháp hiệu quả giúp giảm thiểu bụi mịn, khí độc hại (CO2, NO2, SO2), vi khuẩn và các tác nhân gây bệnh trong không khí. Điều này giúp bảo vệ sức khỏe cộng đồng, giảm nguy cơ mắc các bệnh về hô hấp và tim mạch.
2. Tác động tích cực đến phát triển kinh tế
Dự án không chỉ mang lại lợi ích về sức khỏe mà còn thúc đẩy kinh tế địa phương bằng cách tạo công ăn việc làm cho lao động tại các vùng khó khăn thông qua việc sản xuất, lắp ráp và bảo trì thiết bị. Ngoài ra, việc cải thiện chất lượng không khí cũng giúp tăng năng suất lao động, giảm chi phí y tế và nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân.
3. Ứng dụng công nghệ tiên tiến, phù hợp với điều kiện Việt Nam
Thiết bị lọc không khí sử dụng công nghệ cảm biến thông minh, có thể đo lường chất lượng không khí theo thời gian thực và tự động điều chỉnh hiệu suất lọc. Sản phẩm được thiết kế tiết kiệm năng lượng, dễ dàng lắp đặt và bảo trì, đặc biệt phù hợp với các vùng khó khăn, nơi người dân ít có điều kiện tiếp cận với các giải pháp lọc không khí tiên tiến.
4. Hỗ trợ cộng đồng tại các vùng khó khăn
Một trong những mục tiêu quan trọng của dự án là đưa thiết bị lọc không khí đến với các khu vực có môi trường sống kém, như vùng nông thôn, miền núi và khu công nghiệp ô nhiễm. Thông qua các chương trình hợp tác với tổ chức xã hội và doanh nghiệp, chúng tôi hướng đến việc cung cấp sản phẩm với giá ưu đãi hoặc hỗ trợ miễn phí cho các trường học, bệnh viện và hộ gia đình có hoàn cảnh khó khăn. Điều này không chỉ giúp nâng cao chất lượng sống mà còn góp phần giảm bất bình đẳng về môi trường giữa các khu vực.
5. Hướng tới phát triển bền vững
Dự án thiết bị lọc không khí không chỉ giải quyết vấn đề ô nhiễm trước mắt mà còn hướng tới một tương lai bền vững, trong đó con người có thể sống trong một môi trường trong lành và lành mạnh hơn. Bằng cách kết hợp công nghệ tiên tiến với giải pháp thân thiện môi trường, dự án góp phần nâng cao nhận thức của cộng đồng về bảo vệ môi trường và phát triển xanh.
6. Kết luận
Với những lợi ích thiết thực mà dự án mang lại, thiết bị lọc không khí không chỉ giúp cải thiện chất lượng không khí mà còn đóng góp quan trọng vào phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt tại các vùng khó khăn. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng, giảm thiểu tác động tiêu cực của ô nhiễm môi trường và xây dựng một cuộc sống tốt đẹp hơn cho mọi người.
Xuất xứ sản phẩm:
NHÓM SCIENCE TRƯỜNG THCS THPT TRẦN QUỐC TUẤN - MỸ ĐÌNH 2, NAM TỪ LIÊM, HÀ NỘI
Tính sáng tạo và đổi mới:
1. Điểm mới, điểm sáng tạo của đề tài
• Ưu điểm vượt trội của đề tài so với giải pháp hiện có
Đề tài nghiên cứu và phát triển thiết bị lọc không khí thông minh ứng dụng IoT và hệ thống tự động hóa mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với các thiết bị lọc không khí truyền thống hoặc thông minh hiện có:
+ Tích hợp đa cảm biến: Thiết bị sử dụng cảm biến tiên tiến để đo lường chính xác nhiều chỉ số như PM1.0, PM2.5, PM10, TVOC, CO2 và nhiệt độ/độ ẩm, giúp người dùng nắm bắt toàn diện chất lượng không khí trong thời gian thực.
+ Kết nối IoT tối ưu: Thiết bị được tích hợp khả năng kết nối với các nền tảng IoT như Blynk, MQTT hoặc các ứng dụng di động, cho phép người dùng kiểm soát từ xa, nhận cảnh báo tức thời và phân tích dữ liệu trên đám mây.
+ Tự động hóa thông minh: Hệ thống tự động điều chỉnh chế độ lọc theo chất lượng không khí đo được, giảm lãng phí năng lượng khi không cần thiết.
+ Hỗ trợ AI trong quản lý không khí: Ứng dụng trí tuệ nhân tạo để phân tích dữ liệu chất lượng không khí theo thời gian, dự đoán xu hướng ô nhiễm và đề xuất giải pháp cải thiện môi trường.
• Khắc phục nhược điểm của giải pháp hiện có
Các thiết bị lọc không khí truyền thống thường gặp phải những hạn chế mà đề tài này đã giải quyết:
+ Hiệu quả lọc không khí không đồng đều: Nhiều thiết bị hiện tại không xử lý tốt các chỉ số như VOCs (hợp chất hữu cơ dễ bay hơi) và CO2. Giải pháp này áp dụng công nghệ lọc đa tầng (Lọc ẩm, UV, Than hoạt tính) để tăng hiệu quả.
+ Thiếu tính năng tự động hóa: Thiết bị hiện có thường phải được điều chỉnh thủ công. Thiết bị của đề tài tự động thay đổi công suất và chế độ lọc theo chất lượng không khí đo được, tăng tính tiện dụng.
+ Không có khả năng kết nối IoT toàn diện: Các thiết bị phổ thông thiếu khả năng kết nối liền mạch với điện thoại hoặc hệ thống nhà thông minh. Giải pháp này bổ sung giao thức IoT mở và tích hợp dễ dàng vào các hệ sinh thái thông minh.
+ Công suất tiêu thụ lớn: Thiết bị ứng dụng thuật toán tối ưu hóa và cảm biến tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu chi phí vận hành.
• Cải tiến các chỉ tiêu so với giải pháp đã biết
+ Tăng độ chính xác cảm biến: Độ chính xác đo lường của các cảm biến cải thiện 10-20% so với thiết bị thương mại thông thường. (Sử dụng các cảm biến có độ chính xác cao như ZH03B, ENS160, DHT11)
+ Tăng tuổi thọ màng lọc: Hệ thống tự động vệ sinh màng lọc nhằm tối ưu luồng không khí được lọc qua máy giảm chi phí bảo trì.
+ Tăng hiệu quả lọc không khí: Công nghệ lọc ẩm mới kết hợp cấu tạo kỹ thuật giúp tăng khả năng lọc vi hạt và vi khuẩn.
+ Giảm chi phí vận hành: Nhờ vào chế độ hoạt động thông minh và tiết kiệm năng lượng, chi phí điện năng giảm
• Sáng tạo hoàn toàn mới
+ Giao diện người dùng cải tiến: Sử dụng HMI với màn hình cảm ứng thân thiện, hiển thị trực quan và hỗ trợ người dùng kiểm soát thiết bị dễ dàng.
+ App Dữ liệu cập nhật theo thời gian thực, dễ dàng điều khiển thiết bị từ xa thông qua internet.
Kết luận
Đề tài không chỉ khắc phục những hạn chế hiện tại mà còn mang lại những cải tiến và sáng tạo hoàn toàn mới, giúp nâng cao hiệu quả lọc không khí, tiết kiệm năng lượng và tạo ra một môi trường sống an toàn, tiện nghi hơn cho người dùng.
Tính ứng dụng:
2. Khả năng ứng dụng và nhân rộng của đề tài/giải pháp
• Đã thử nghiệm thành công và sản xuất thử
+ Thử nghiệm thực tế: Đề tài đã được thử nghiệm thành công trong các môi trường khác nhau như gia đình, văn phòng và nhà xưởng để đánh giá hiệu quả lọc không khí và tính năng thông minh. Thiết bị cho thấy hiệu quả lọc bụi mịn PM2.5 và PM10 đạt trên 99%. Tự động điều chỉnh chế độ lọc phù hợp với mức độ ô nhiễm đo được.
+ Sản xuất thử nghiệm:
Mẫu thiết bị đang được sản xuất thử với quy mô nhỏ (từ 10 đến 20 sản phẩm) để đánh giá khả năng sản xuất và vận hành.
Nguyên mẫu thử nghiệm đã được kiểm nghiệm tại phòng thí nghiệm và thực địa, đảm bảo đạt các tiêu chuẩn an toàn và hiệu suất.
• Khả năng triển khai quy mô công nghiệp hoặc tiểu thủ công nghiệp
+ Tính khả thi trong điều kiện Việt Nam:
Nguồn nguyên liệu sẵn có: Các linh kiện chính (cảm biến, quạt, màng lọc) có thể được nhập khẩu dễ dàng hoặc sản xuất trong nước.
Chi phí hợp lý: Giá thành sản phẩm được tối ưu để phù hợp với thu nhập của đa số người dùng Việt Nam, đảm bảo tính cạnh tranh. (3,5 – 4 triệu đồng)
Quy trình sản xuất đơn giản: Quy trình lắp ráp không đòi hỏi công nghệ cao, phù hợp với các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ tại Việt Nam.
• Khả năng nhân rộng và thương mại hóa
+ Phạm vi ứng dụng:
Thiết bị có thể được sử dụng rộng rãi trong hộ gia đình, văn phòng, trường học, bệnh viện, và các khu vực công cộng khác.
Ngoài ra, thiết bị còn phù hợp để triển khai trong các khu công nghiệp nhỏ hoặc nhà máy sản xuất có yêu cầu kiểm soát chất lượng không khí.
+ Khả năng thương mại hóa:
Sản phẩm dễ dàng tích hợp vào các hệ sinh thái nhà thông minh đang phát triển tại Việt Nam.
Mô hình kinh doanh linh hoạt: Bán lẻ trực tiếp, cung cấp cho các dự án xây dựng thông minh, hoặc triển khai theo hình thức thuê bao bảo trì thiết bị
• Kết luận
Với tính năng linh hoạt, chi phí hợp lý và khả năng tích hợp cao, thiết bị lọc không khí thông minh hoàn toàn có tiềm năng nhân rộng và triển khai quy mô công nghiệp hoặc tiểu thủ công nghiệp trong điều kiện Việt Nam. Việc tiếp tục phát triển và thương mại hóa sản phẩm sẽ góp phần nâng cao chất lượng không khí và cải thiện sức khỏe cộng đồng.
Tính hiệu quả:
3. Hiệu quả kỹ thuật, kinh tế - xã hội của đề tài/giải pháp
• Hiệu quả kỹ thuật
Đề tài mang lại các cải tiến vượt trội so với các thiết bị lọc không khí truyền thống hoặc giải pháp tương tự đã biết:
+ Tiến bộ về cảm biến đo lường chất lượng không khí:
Tích hợp cảm biến tiên tiến (PM1.0, PM2.5, PM10, TVOC, CO2, nhiệt độ, độ ẩm), cung cấp dữ liệu chính xác và đa chiều hơn.
Độ nhạy cảm biến cao hơn 10-20% so với thiết bị cùng loại.
+ Hệ thống điều khiển tự động:
Tự động hóa dựa trên phân tích dữ liệu thời gian thực, giảm sự can thiệp của con người và tối ưu hiệu suất lọc.
Công nghệ IoT giúp quản lý từ xa qua ứng dụng di động, cảnh báo tức thời khi chất lượng không khí xấu.
+ Tiết kiệm năng lượng:
Áp dụng thuật toán tối ưu hóa tiêu thụ điện năng, giảm chi phí vận hành.
Hệ thống tự động hóa, hoạt động với thuật toán được phân tích và cài đặt sẵn nhằm giảm lãng phí năng lượng.
+ Tuổi thọ thiết bị cao hơn:
Thiết kế màng lọc cải tiến giúp kéo dài thời gian sử dụng, giảm thay thế màng lọc.
• Hiệu quả kinh tế
So sánh với các giải pháp tương tự, đề tài mang lại lợi ích kinh tế rõ rệt:
+ Chi phí đầu tư hợp lý:
Giá thành sản phẩm dự kiến chỉ khoẳng 3,5 – 4 triệu đồng cho cả quãng đời hoạt động của thiết bị. dự kiến khoảng 5 – 7 năm hoạt động.
Phù hợp với thu nhập của đa số người tiêu dùng Việt Nam.
+ Chi phí vận hành thấp:
Tiêu thụ năng lượng tiết kiệm hơn, giảm chi phí sử dụng điện.
Bảo trì dễ dàng với linh kiện phổ thông, giảm chi phí bảo dưỡng định kỳ.
+ Lợi ích sản xuất và thương mại:
Tiềm năng sản xuất trong nước giúp giảm phụ thuộc vào hàng nhập khẩu, tăng giá trị kinh tế nội địa.
Mở rộng thị trường xuất khẩu sang các quốc gia có thu nhập trung bình, nơi mà các thiết bị cao cấp khó tiếp cận.
• Hiệu quả xã hội
Đề tài không chỉ mang lại lợi ích về mặt kỹ thuật và kinh tế mà còn đóng góp tích cực cho xã hội:
+ Bảo vệ sức khỏe cộng đồng:
Lọc sạch bụi mịn, vi khu ẩn, vi rút và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (TVOC), giảm nguy cơ mắc bệnh hô hấp và tim mạch.
Cung cấp môi trường không khí trong lành, đặc biệt hữu ích cho trẻ em, người cao tuổi và người có bệnh lý nền.
+ Cải thiện điều kiện sống và làm việc:
Ứng dụng trong gia đình, văn phòng, trường học, và bệnh viện, tạo không gian sống và làm việc an toàn, thoải mái.
+ Tạo công ăn việc làm:
Khuyến khích sản xuất trong nước, tạo cơ hội việc làm cho người lao động tại các nhà máy sản xuất và lắp ráp thiết bị.
+ Bảo vệ môi trường:
Giảm phát thải khí nhà kính nhờ tiết kiệm năng lượng.
Tăng nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trường và sử dụng thiết bị xanh.
+ Nâng cao dân trí:
Ứng dụng IoT và hệ sinh thái nhà thông minh góp phần thúc đẩy trình độ công nghệ của người dân.
Tiềm năng phát triển:
Tiềm năng phát triển của hệ thống lọc không khí
Dự án thiết bị lọc không khí thông minh của bạn có tiềm năng lớn trong bối cảnh chất lượng không khí đang trở thành mối quan tâm hàng đầu trên toàn cầu. Hệ thống sử dụng các cảm biến hiện đại như ZH03B, ENS160, DHT11, GPS, kết hợp với khả năng điều khiển 6 relay để vận hành các thiết bị như máy phun sương, quạt, v.v. giúp tối ưu hóa chất lượng không khí trong môi trường sống. Ngoài ra, hệ thống còn được kết nối với HMI qua UART để hiển thị dữ liệu và điều khiển từ xa, đồng thời đồng bộ thông tin với Blynk qua ESP8266, giúp người dùng dễ dàng giám sát và điều chỉnh thiết bị từ bất kỳ đâu.
1. Xu hướng thị trường và cơ hội phát triển
Gia tăng nhận thức về ô nhiễm không khí: Tình trạng ô nhiễm không khí đang ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người, đặc biệt ở các đô thị lớn, làm tăng nhu cầu về các thiết bị lọc không khí thông minh.
Ứng dụng công nghệ IoT: Việc tích hợp IoT giúp thiết bị có thể tự động hóa, kết nối với các nền tảng nhà thông minh và cung cấp dữ liệu theo thời gian thực.
Mở rộng đối tượng sử dụng: Không chỉ phục vụ hộ gia đình, sản phẩm có thể ứng dụng trong văn phòng, trường học, bệnh viện và các khu công nghiệp.
2. Công nghệ và tính năng mở rộng
Nâng cấp cảm biến: Cải thiện độ chính xác trong đo lường bụi mịn, khí độc, độ ẩm và nhiệt độ để cung cấp dữ liệu chất lượng hơn.
Tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI): Hệ thống có thể học thói quen người dùng và tự động điều chỉnh hoạt động phù hợp.
Kết nối với hệ sinh thái thông minh: Hỗ trợ kết nối với Google Assistant, Alexa, và các hệ thống nhà thông minh khác.
Cải thiện hiệu suất lọc: Ứng dụng công nghệ lọc tiên tiến như HEPA, than hoạt tính và ion âm để nâng cao hiệu quả làm sạch không khí.
3. Khả năng thương mại hóa
Sản xuất hàng loạt: Có thể đưa vào sản xuất và phân phối qua các kênh thương mại điện tử hoặc hợp tác với các công ty công nghệ.
Dịch vụ mở rộng: Cung cấp các gói bảo trì, cập nhật phần mềm để nâng cao trải nghiệm người dùng.
Mở rộng quy mô dự án: Hướng tới việc phát triển một hệ thống quản lý chất lượng không khí toàn diện cho nhiều lĩnh vực khác nhau.
Kết luận
Dự án lọc không khí thông minh không chỉ mang lại lợi ích về sức khỏe mà còn có tiềm năng phát triển mạnh mẽ nhờ ứng dụng công nghệ hiện đại. Với sự tối ưu hóa liên tục và mở rộng tính năng, sản phẩm có thể trở thành một giải pháp tiên tiến trong việc bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng sống cho người dùng. Hiện nay thiết bị lọc không khí dựa trên nghiên cứu trên của nhóm đã và đang được triển khai sản xuất thử nghiệm tại cơ sở với model đầu tiền thông qua việc nghiên cứu, sắp xêp, tối ưu lại về cấu tạo không gian của thiết bị nhằm tạo ra 1 model đảm bảo tính an toàn tiện dụng.
Tiêu chí về cộng đồng:
Cơ sở hạ tầng:
Yêu cầu đối với cơ sở hạ tầng cần thiết để triển khai ứng dụng sản phẩm
Kết nối mạng ổn định: Cần có WiFi hoặc mạng di động mạnh để đảm bảo hệ thống hoạt động trơn tru và cập nhật dữ liệu theo thời gian thực.
Nguồn điện liên tục: Thiết bị cần được cấp nguồn ổn định để duy trì hoạt động, có thể bổ sung bộ lưu điện hoặc hệ thống năng lượng mặt trời để dự phòng.
Không gian lắp đặt phù hợp: Cần có không gian đủ thông thoáng để tối ưu hóa hiệu suất lọc không khí, tránh lắp đặt ở những nơi cản trở lưu thông không khí.
Hạ tầng lưu trữ dữ liệu: Hệ thống cần có máy chủ hoặc dịch vụ lưu trữ đám mây để thu thập, phân tích và hiển thị dữ liệu một cách hiệu quả.
Tích hợp với các hệ thống hiện có: Nếu triển khai tại các tòa nhà thông minh, văn phòng hay khu công nghiệp, thiết bị cần có khả năng kết nối và tương thích với hệ thống quản lý hiện hành.
Khoảng thời gian triển khai: 6 tháng
Website: https://blynk.cloud/dashboard/628216/global/devices/1
Tài liệu mô tả kỹ thuật https://drive.google.com/drive/folders/1DxHz1fFmzMwObPX5-8RyAXlcdpVnQZue?usp=drive_link
Số người tham gia: 6
Nhóm: NCKH_khoa quản lý đất đai_trường Đại học Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội
LĨNH VỰC Khác
