Розроблення та дослідження портативної системи моніторингу якості повітря в приміщеннях
Автор: Коваліцький Артем Богданович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Системне проєктування
Інститут: Інститут комп'ютерних наук та інформаційних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Коваліцький А. Б., Климкович Т. А. (керівник). Розроблення та дослідження портативної системи моніторингу якості повітря в приміщеннях. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2025. У роботі розглянуто проблему контролю параметрів внутрішнього мікроклімату, яка безпосередньо впливає на здоров’я, працездатність та когнітивні функції людини. Забруднене повітря в житлових і робочих приміщеннях є одним із ключових факторів погіршення самопочуття, що підтверджено рекомендаціями ВООЗ, де зазначено, що внутрішнє повітря може становити суттєвий ризик для здоров’я населення [1]. Дослідження доводять, що підвищення концентрації CO2, VOC та інших домішок здатне негативно впливати на когнітивні показники та продуктивність праці [2], а мікрокліматичні параметри – температура та відносна вологість – істотно змінюють фізіологічний комфорт людини та перебіг хімічних процесів у повітрі [3]. У контексті розвитку технологій Інтернету речей зростає потреба у портативних, автономних та економічно доступних системах моніторингу, що поєднують багатофакторні вимірювання з можливістю локальної обробки та збереження даних [4–5]. Це формує актуальність створення адаптивних сенсорних платформ, здатних забезпечити неперервний контроль параметрів мікроклімату без залежності від хмарної інфраструктури. Об’єктом дослідження є процес вимірювання та аналізу параметрів мікроклімату в приміщеннях за допомогою сенсорних систем. Предметом дослідження – апаратно-програмні засоби для комплексного моніторингу якості повітря, реалізовані на базі мікроконтролерних сенсорних систем. Метою роботи є створення портативної системи моніторингу якості повітря, здатної одночасно вимірювати концентрації VOC та eCO2, визначати параметри мікроклімату та оцінювати рівень дрібнодисперсного пилу з подальшою інтерактивною візуалізацією у локальному вебінтерфейсі. Для реалізації поставленої мети проведено аналіз фізичних характеристик повітряного середовища, чинних нормативів та сучасних технічних рішень, обґрунтовано вибір мікроконтролера ESP32 та сенсорів ENS160, AHT21 і PPD42NS, спроєктовано логічну і структурну архітектуру системи, а також розроблено методи збирання, фільтрації та збереження даних. Наукова новизна роботи полягає в інтеграції мультисенсорного вузла з локальним вебсервером, реалізованим у межах однієї мікроконтролерної платформи, що забезпечує автономне формування часових рядів у файловій системі SPIFFS та обчислення індикаторів стану середовища без сторонніх сервісів. Запропонований підхід до комбінованої інтерпретації показників TVOC, eCO2, PM, температури та вологості дозволяє здійснювати оперативну класифікацію станів «норма/увага/небезпека», що підвищує інформативність системи та практичну цінність її використання. Практичний результат роботи – функціональний прототип портативного пристрою моніторингу, який забезпечує високу частоту вимірювань, локальне відображення ключових параметрів на OLED-дисплеї та доступ до розширеної аналітики через вебінтерфейс у реальному часі. Побудована архітектура є масштабованою та може бути використана для створення доступних побутових і навчальних рішень, а також для подальшої інтеграції у системи «розумного дому» чи більш складні IoT-комплекси. Ключові слова: якість повітря, мікроклімат, VOC, CO2, PM2.5, ENS160, ESP32, IoT-система, вебінтерфейс. Перелік використаних літературних джерел. 1. World Health Organization. Household air pollution and health. URL: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/household-air-pollution-and-health 2. Allen J. G., MacNaughton P., Satish U. et al. Associations of Cognitive Function Scores with Carbon Dioxide, Ventilation, and Volatile Organic Compound Exposures in Office Workers: A Controlled Exposure Study of Green and Conventional Office Environments. Environmental Health Perspectives. 2016. Vol. 124, No. 6. P. 805–812. 3. Wolkoff P. Indoor air humidity, air quality, and health – An overview. International Journal of Hygiene and Environmental Health. 2018. Vol. 221, Iss. 3. P. 376–390. 4. Saini J., Dutta M., Marques G. Indoor air quality monitoring systems based on Internet of Things: A systematic review. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2020. Vol. 17, No. 14. Art. 4942. 5. Al-Fuqaha A. et al. Internet of Things: A Survey on Enabling Technologies, Protocols, and Applications. IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2015. Vol. 17, No. 4. P. 2347–2376.