Проекты

Разработка IоT-решения для изучения вопроса качества воздуха в Арктике

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Идея»

Направление работы: Робототехника
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1420
Предметы: Информатика
Классы: 8 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» 2021 года

Актуальность

Глобальное усиление конкуренции за ресурсы Севера и Арктики еще более актуализирует вопросы функционирования северных и арктических местных народов, выявления и реализации на практике важнейших факторов их развития в новой̆ модели национального развития и в новых геоэкономических условиях.

Цели

  1. Изучить проблемы загрязнения воздуха в Арктическом регионе.
  2. Изучить характеристики разного вида датчиков.
  3. Освоить принципы построения приборов на основе датчиков разного типа.

Задачи

  1. Изучить доступную информацию о ситуации с загрязнением воздуха в Арктическом регионе.
  2. Изучить перечень датчиков для изучения качества воздуха, пригодных для работы в Арктических условиях, сопутствующего оборудования.
  3. Описать технологический облик IoT-решения, необходимого для изучения вопроса качества воздуха в Арктическом регионе.
  4. Найти данные о качестве воздуха в районе Выхино-Жулебино на основе доступных онлайн данных метеостанций и других источников.
  5. Экспериментально изучить влияние техногенных и природных факторов на качество воздуха в районе Выхино-Жулебино.
     

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Персональный компьютер
  • Платформа Arduino
  • Контроллер Arduino Uno
  • Датчик качества воздуха CCS81
  • Плата расширения Troyka Shield

Описание

На начальном этапе авторы изучили доступную информацию о ситуации с загрязнением воздуха в Арктическом регионе. После этого был проведен анализ рынка датчиков, представленных на различных сайтах, и выбраны компоненты, подходящие для изучения качества воздуха в данном регионе.

В процессе работы над практической частью проекта авторы собрали детектор качества воздуха, чтобы измерить концентрацию СО2 и других веществ в воздухе.

 

Рисунок 1 – Разработанное устройство

 

Датчик качества воздуха выполнен на чувствительном элементе (рис. 2):

 

Рисунок 2 – Структура чипа

 

Выходные данные:

  • концентрация летучих органических веществ в воздухе (TVOC) в диапазоне 0…1187 ppb
  • концентрация эквивалента углекислого газа (eCO2) в диапазоне 400…8192 ppm

Датчик качества воздуха CCS811 высчитывает концентрацию летучих органических веществ (TVOC), а затем вычисляет эквивалентное значение углекислого газа (eCO2).

Сначала была проведена калибровка датчика. После калибровки авторы провели два эксперимента (с подогревом датчика): измерили качество воздуха в районе Выхино-Жулебино (Ферганский проезд) (рис. 3). 

 

Рисунок 3 – Показания датчика

 

Результаты сравнили с официальными значениями.

Результаты работы/выводы

  1. Основные проблемы Арктики связаны с выпадением кислотных дождей — водных оксидов серы и азота. Причиной являются нефтяные разливы, которые просачиваются не только в воздух, но и в воду. Также в последнее время актуальна и новая проблема — загрязнение атмосферного воздуха сажей, тропосферным озоном и метаном.
  2. Авторами изучен рынок датчиков и сопутствующего оборудования, представленного на различных сайтах. Выбраны компоненты, подходящие для изучения качества воздуха в Арктическом регионе.
  3. Подробно описан технологический облик IoT-решения, необходимого для изучения вопроса качества воздуха в Арктическом регионе.
  4. Проведены эксперименты с датчиком воздуха. Несмотря на то, что при сравнении данных датчика качества воздуха CCS811 и приложения Plume учитывались разные показатели, были отмечены однонаправленные изменения показателей загрязненности воздуха: увеличение показателей СО2 и TVOC при измерении датчиком качества воздуха и увеличение AQI, по данным приложения Plumе, к 12 часам по сравнению с 8 часами утра. Скорее всего, это связано, во-первых, с работой предприятий в дневное время и, во-вторых, с погодными условиями – снижение скорости ветра и повышение температуры воздуха в дневное время.

Перспективы использования результатов работы

Подключив датчик к системе «умного дома» и климатического контроля, авторы планируют использовать собранный детектор качества воздуха в своих квартирах для своевременного определения уровня CO2 и проветривания комнат.