Developing a simple distributed sensor system for automated online monitoring and alerting:Case study of TVOC sensor network system prototype development for real-time monitoring and alerting of air quality in operations การพัฒนาระบบเซนเซอร์แบบกระจายอย่างง่ายสำหรับการเฝ้าติดตามและแจ้งเตือนอัตโนมัติผ่านระบบออนไลน์:กรณีศึกษาการพัฒนาต้นแบบระบบอุปกรณ์โครงข่ายเซนเซอร์ TVOC สำหรับเฝ้าติดตามและแจ้งเตือนคุณภาพอากาศในพื้นที่ปฏิบัติงานแบบเรียลไทม์

Abstract

การพัฒนาต้นแบบระบบอุปกรณ์โครงข่ายเซนเซอร์ TVOC (Total Volatile Organic Compound) สำหรับเฝ้าติดตามและแจ้งเตือนคุณภาพอากาศในพื้นที่ปฏิบัติงานแบบเรียลไทม์ เป็นส่วนหนึ่งของการพัฒนาระบบเซนเซอร์แบบกระจายสำหรับเฝ้าติดตามและแจ้งเตือนอัตโนมัติผ่านระบบออนไลน์ ต้นแบบระบบที่พัฒนาขึ้นใช้วัสดุไฟฟ้า ประกอบด้วยเซนเซอร์แก๊ส TVOC ชนิด MOS แผ่นวงจรปรับระดับแรงดันลอจิก เป็นวัสดุหลักรวมไปถึงซอฟต์แวร์โอเพนซอร์ซด้านเทคโนโลยีสารสนเทศที่เกี่ยวข้องเช่น Virtual Private Server (VPS) ซอฟท์แวร์ IoT Broker และ ซอฟท์แวร์ IoT Gateway ซอฟท์แวร์ IoT Dashboard รวมไปถึง MQTT API เพื่อการพัฒนาต้นแบบตามแนวทางการพัฒนาอุปกรณ์ในระบบอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) ที่มีความสำคัญอย่างมากในการพัฒนาระบบไซเบอร์-กายภาพ (CPS) ในอนาคต ผลผลิตของการพัฒนานี้ได้ต้นแบบระบบสมาร์ทเซนเซอร์ TVOC ที่สามารถบันทึกข้อมูลความเข้มข้นได้แบบเรียลไทม์ สามารถแสดงผลข้อมูลย้อนหลังได้บน IoT Dashboard ในรูปแบบของกราฟ และสามารถแจ้งเตือนได้ผ่านแอพพลิเคชั่นสื่อสารและส่งข้อความ ทำให้สามารถวางแผนการจัดการมลพิษทางอากาศในพื้นที่ปฏิบัติงานได้สะดวกขึ้น ซึ่งเป็นข้อดีของระบบสมาร์ทเซนเซอร์แบบโครงข่ายเมื่อเทียบกับเซนเซอร์ที่ทำงานแบบโดดเดี่ยว อย่างไรก็ตามเมื่อทำการทดสอบข้อมูลดิบจากต้นแบบที่ประกอบจากเซนเซอร์ TVOC จำนวน 3 ตัวในระบบ พบว่าค่าความสัมพันธ์ระหว่างเซนเซอร์ภายในกลุ่มมีความเป็นเชิงเส้นน้อย (R²<0.9) เมื่อใช้การวิเคราะห์ความแปรปรวนร่วมภายในกลุ่มเซนเซอร์ ทั้งนี้ประเด็นดังกล่าวเป็นเรื่องปกติของคุณสมบัติของระบบที่ใช้เซนเซอร์แบบกระจาย ซึ่งจำเป็นต้องใช้การปรับแก้ค่า หรือการทำข้อมูลให้เป็นมาตรฐานก่อนการวิเคราะห์ข้อมูลซึ่งสามารถดำเนินการได้ในการพัฒนาระบบในชั้นต่อไป

Developing a simple distributed sensor system for automated online monitoring and alerting:Case study of TVOC sensor network system prototype development for real-time monitoring and alerting of air quality in operations

This work demonstrates the development of a smart TVOC sensor network. A smart TVOC sensor system is designed using MOS type TVOC sensors, a logic level converter circuit, VPS and IoT-related open-source software including IoT broker, IoT gateway and MQTT API. The system is used as a prototype for smart sensors which plays a crucial role in the development of the cyber-physical system. The final spin-off of the development is capable to create near real-time TVOC concentration data records, online TVOC concentration reports on IoT dashboard, and online TVOC concentration reports on mobile messenger applications, making it more advantageous than traditional standalone TVOC detectors. By taking advantage of the development, a TVOC smart sensor could help control   air pollution in the workspace becomes more efficient. Data from the system composed of 3 TVOC sensors, in this work, are collected and analyzed to replicate the measurement uncertainty model and covariance analysis within groups.The result shows that the system exhibits a weak correlation (R²< 0.9) which is commonly due to a tradeoff between the standalone sensor and distributed sensor. Consequently, data pre-processing and normalization are necessarily required for the further development of a smart TVOC sensor network.