6. Cảm biến bụi mịn DC01

1. Mục tiêu

Trong bài này, chúng ta sẽ học cách sử dụng cảm biến DC01 để đo hàm lượng bụi mịn PM2.5 trong không khí. Bụi mịn PM2.5 là một trong những tác nhân gây ô nhiễm không khí nguy hiểm nhất, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe hô hấp của người dân thành phố.

2. Giới thiệu cảm biến DC01

Cảm biến DC01 là gì?

DC01 là cảm biến bụi mịn sử dụng nguyên lý tán xạ laser (Laser Scattering) để phát hiện và đếm các hạt bụi lơ lửng trong không khí. Cảm biến có thể phân biệt được kích thước hạt bụi và cho kết quả đo PM2.5 chính xác.

PM2.5 là gì?

PM2.5 (Particulate Matter 2.5) là tên gọi của các hạt bụi có đường kính nhỏ hơn 2.5 micromet (μm) - nhỏ hơn 1/30 đường kính sợi tóc người!

Kích thước so sánh:

💇 Sợi tóc: ~70 μm
🏖️ Hạt cát mịn: ~90 μm
🌫️ PM10 (bụi thô): < 10 μm
🔴 PM2.5 (bụi mịn): < 2.5 μm
🦠 PM1.0 (bụi siêu mịn): < 1 μm

Do kích thước cực nhỏ, PM2.5 có thể xâm nhập sâu vào phổi, thậm chí vào máu, gây ra các bệnh về hô hấp, tim mạch và ung thư.

Ứng dụng trong thành phố thông minh

Cảnh báo ô nhiễm: Thông báo cho người dân khi chỉ số PM2.5 vượt ngưỡng an toàn.
Giám sát giao thông: Khu vực giao thông đông đúc thường có PM2.5 cao.
Quy hoạch đô thị: Dữ liệu PM2.5 giúp đánh giá hiệu quả của trồng cây xanh.
Bảo vệ sức khỏe: Khuyến cáo người dân đeo khẩu trang hoặc hạn chế ra ngoài.

Thông số kỹ thuật

Thông số	Giá trị
Điện áp hoạt động	5V
Giao tiếp	UART / Digital
Dải đo PM2.5	0 - 500 μg/m³
Độ phân giải	1 μg/m³
Thời gian phản hồi	< 10 giây
Dòng tiêu thụ	< 100 mA
Tuổi thọ nguồn laser	> 8000 giờ

3. Kết nối

Cảm biến DC01 kết nối với Yolo UNO qua giao tiếp UART hoặc Digital:

DC01	Yolo UNO
VCC	5V
GND	GND
TX/Data	D3 hoặc D4

Cắm cảm biến DC01 vào cổng phù hợp trên Yolo UNO (ví dụ cổng D3-D4).

Lưu ý quan trọng:

Cảm biến bụi cần thời gian khởi động khoảng 30 giây để quạt hút bụi hoạt động ổn định.

Không che lỗ hút không khí và lỗ thoát không khí của cảm biến.

Đặt cảm biến ở vị trí có luồng không khí tự nhiên để đo chính xác.

Không sử dụng trong môi trường có độ ẩm > 95% hoặc có hơi nước ngưng tụ.

4. Giới thiệu khối lệnh

Để lập trình, bạn cần tải thư viện mở rộng Smart City từ liên kết sau:

https://github.com/AITT-VN/yolouno_extension_smartcity.git

(Xem hướng dẫn thêm thư viện mở rộng tại đây hoặc dán đường link trên vào ô tìm kiếm thư viện mở rộng như hình dưới)

Sử dụng OhStem App, bạn có thể lập trình để đọc dữ liệu PM2.5 từ cảm biến DC01 bằng khối lệnh trong thư viện Smart City:

5. Viết chương trình

Chương trình cơ bản: Đo và hiển thị PM2.5

Mô tả chương trình:

Đọc dữ liệu bụi mịn PM2.5 (μg/m³) từ cảm biến DC01 sau mỗi 1 giây (hoặc 5 giây).
Hiển thị giá trị đo được lên màn hình LCD.

Bảng chỉ số chất lượng không khí theo PM2.5 (theo AQI Việt Nam)

PM2.5 (μg/m³)	Chỉ số AQI	Chất lượng	Ảnh hưởng sức khỏe
0 - 25	0 - 50	🟢 Tốt	An toàn cho mọi người
25 - 50	51 - 100	🟡 Trung bình	Chấp nhận được
50 - 80	101 - 150	🟠 Kém	Người nhạy cảm nên hạn chế ra ngoài
80 - 150	151 - 200	🔴 Xấu	Mọi người hạn chế hoạt động ngoài trời
150 - 250	201 - 300	🟣 Rất xấu	Nguy hại sức khỏe, đeo khẩu trang N95
> 250	> 300	🟤 Nguy hại	Cực kỳ nguy hiểm, ở trong nhà

Chương trình nâng cao: Hệ thống cảnh báo bụi mịn

Thêm tính năng cảnh báo đa cấp:

PM2.5 < 25 → LED xanh lá + LCD: “AQI: TOT”
PM2.5 25-50 → LED vàng + LCD: “AQI: TRUNG BINH”
PM2.5 50-80 → LED cam + LCD: “AQI: KEM - Deo KT”
PM2.5 80-150 → LED đỏ + Buzzer cảnh báo + LCD: “AQI: XAU!”
PM2.5 > 150 → LED đỏ nhấp nháy + Buzzer liên tục + LCD: “NGUY HAI! O TRONG NHA”

6. Kiến thức mở rộng

Nguồn gây bụi mịn PM2.5 trong thành phố

Nguồn gây ô nhiễm	Tỷ lệ	Mô tả
Khí thải xe cộ	~35%	Đặc biệt xe diesel, xe cũ
Công nghiệp	~25%	Nhà máy, công trình xây dựng
Đốt rơm rạ	~15%	Phổ biến ở ngoại thành
Bếp than/củi	~10%	Nấu ăn bằng nhiên liệu truyền thống
Bụi đường	~10%	Đường bẩn, công trình đào đắp
Nguồn khác	~5%	Phản ứng hóa học trong khí quyển

So sánh hiệu quả các loại khẩu trang

Loại khẩu trang	Lọc PM2.5	Ghi chú
Khẩu trang vải	~30%	Không hiệu quả với bụi mịn
Khẩu trang y tế	~60%	Tạm chấp nhận
Khẩu trang N95	~95%	Hiệu quả cao
Khẩu trang N99	~99%	Hiệu quả rất cao

Thí nghiệm thú vị

So sánh PM2.5 tại các vị trí khác nhau:

Vị trí	PM2.5 dự kiến (μg/m³)
Phòng học sạch	10-30
Ngoài đường lớn	40-80
Gần bếp nấu ăn	50-200
Công viên cây xanh	15-35
Gần công trình xây dựng	80-200

Thử thách: Em hãy đo PM2.5 tại trường học vào buổi sáng (giờ cao điểm giao thông) và buổi trưa (ít xe cộ). So sánh và giải thích sự khác biệt!