Розроблення багатопарамеричного оптичного сенсора летких органічних речовин на основі апаратно-програмної платформи Arduino
Автор: Заріцький Андрій Юрійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Електроніка
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Магістерську кваліфікаційну роботу присвячено розробленню багатопараметричного оптичного сенсора летких органічних речовин на основі мікроконтролерної платформи Arduino. Забруднення повітря всередині приміщень зазвичай спричиняється такими забруднювачами, як тверді частки, леткі органічні сполуки (ЛОС), хімічні фактори та інші, що містяться в повітрі всередині будівель. Летючі органічні сполуки (ЛОС) в урбанізованих зонах становлять значну частку газоподібних забруднювачів, спричинених вихлопними газами, випаровуванням нафтопродуктів та утилізацією органічних розчинників [1]. ЛОС приймають участь у багатьох фотохімічних реакціях, що ведуть до шкідливих або навіть токсичних продуктів. Проте обсяги виробництва, де використовуються ЛОС, з кожним роком не тільки не зменшуються, а навпаки – підвищуються. Найбільш поширеною формою є ЛОС, які утворюються з вуглеводнів у матеріалах, які зазвичай використовуються в побутовому середовищі, таких як ароматичні сполуки, рідини, палива та парафіну [2]. ЛОС легко випаровуються в повітрі, коли тиск пари високий, і постійно присутні в навколишньому середовищі. Важливо відзначити, що слід контролювати масове використання хімічних речовин і уникати шкідливого впливу частинок ЛОС на здоров’я людини, такого як подразнення горла, головні болі, втрата координації, втома та деякі інші [3]. Це вказує на необхідність моніторингу цих забруднювачів з метою підвищення обізнаності щодо здоров’я та запобіганню летальних випадків. Зважаючи на таку ситуацію, все більше приділяють увагу сенсорним методам отримання інформації про якість повітря. В роботі проведено аналіз сучасного стану сенсорних систем для виявлення летючих речовин, представлено літературний огляд, у якому було розглянуто шкідливі гази та основні джерела забруднення атмосферного повітря та летючі органічні сполуки у навколишньому середовищі та їх вплив на організм людини, проаналізовано сучасні методи виявлення летких органічних сполук, а також розглянуто оптичні сенсори для контролю газового середовища. На основі цих даних розроблено компактний газоаналізатор на базі мікроконтролера Arduino Nano, який можна використовувати для контролю безпечного рівня вуглекислого газу, метану та ацетону у сільськогосподарських, промислових, транспортних та будівельних підприємствах, а також приватними особами. Як зазначалося вище, пристрій розроблено на платформі Arduino Nano, котра входить у топ найпопулярніших плат Arduino. Вона дозволяє створювати компактні пристрої з використанням такого ж контролера, що і в Arduino Uno. Назва плати «nano» говорить сама за себе – плата має невеликі розміри при такій самій функціональності [4]. Через свої габаритні розміри плата часто використовується в проектах, в яких важлива компактність [5]. Розроблення пристрою базується на використанні оптичних сенсорів, які у порівнянні з іншими типами сенсорів характеризуються наступними перевагами: малий час відгуку та висока селективність, можливість проведення вимірювання у реальному часі, що є дуже важливим фактором для керування технологічними процесами, відсутність електричних перешкод, відповідно вимірювання можна проводити у сильних електромагнітних полях, а також дешевизна та практичність у застосуванні [6]. Створення даного пристрою є актуальним, оскільки дає змогу вирішувати комплексну проблему моніторингу атмосфери, контролю технологічних середовищ і безпеки промислового виробництва з використанням пристроїв електроніки. Перелік використаних літературних джерел: 1. Manisalidis I, Stavropoulou E, Stavropoulos A and Bezirtzoglou E (2020) Environmental and Health Impacts of Air Pollution: A Review. Front. Public Health 8:14. doi: 10.3389/fpubh.2020.00014 2. David, E.; Niculescu, V.-C. Volatile Organic Compounds (VOCs) as Environmental Pollutants: Occurrence and Mitigation Using Nanomaterials. Int. J. Environ. Res. Public Health 2021, 18, 13147. https://doi.org/10.3390/ ijerph182413147 3. Ahmed, W.M.; Lawal, O.; Nijsen, T.M.; Goodacre, R.; Fowler, S.J. Exhaled Volatile Organic Compounds of Infection: A Systematic Review. ACS Infect. Dis. 2017, 3, 695–710. 4. Arduino - ArduinoBoardMicro [Електронний ресурс]. – 2016. – Режим доступу до ресурсу: https://store.arduino.cc/arduino-micro 5. Arduino Micro [Електронний ресурс]. – 2016. – Режим доступу до ресурсу: http://arduino.ru/Hardware/ArduinoMicro 6. М.В. Фершал. Аналітичні сенсорні системи / М.В. Фершал. – Ужгород: Державний вищий навчальний заклад «Ужгородський національний університет», 2022. – 220 с.