Airduino: Mobilny monitor jakości powietrza: 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Witam w moim projekcie Airduino. Nazywam się Robbe Breens. Studiuję technologię multimedialną i komunikacyjną w Howest w Kortrijk w Belgii. Pod koniec drugiego semestru musimy zrobić urządzenie IoT, co jest świetnym sposobem na połączenie wszystkich wcześniej nabytych umiejętności programistycznych w celu stworzenia czegoś użytecznego. Mój projekt to mobilny monitor jakości powietrza o nazwie Airduino. Mierzy stężenie cząstek stałych w powietrzu, a następnie oblicza AQI (wskaźnik jakości powietrza). Ten wskaźnik AQI może być wykorzystany do określenia zagrożeń dla zdrowia, które są spowodowane zmierzonym stężeniem cząstek stałych w powietrzu oraz środków, które powinny być podjęte przez samorządy, aby chronić swoich obywateli przed tymi zagrożeniami dla zdrowia.

Należy również pamiętać, że urządzenie jest mobilne. Obecnie w całej Europie istnieją tysiące statycznych urządzeń monitorujących jakość powietrza. Mają dla nich ogromną wadę, ponieważ nie można ich przenieść, gdy produkt jest już online. Urządzenie mobilne umożliwia pomiar jakości powietrza w wielu lokalizacjach, a nawet w ruchu (styl Google Street View). Obsługuje również inne funkcje, na przykład identyfikując małe lokalne problemy z jakością powietrza (takie jak słabo wentylowana ulica). Zapewnienie tak dużej wartości w małym opakowaniu jest tym, co czyni ten projekt ekscytującym.

Do tego projektu użyłem Arduino MKR GSM1400. Jest to oficjalna płytka Arduino z modułem u-blox, który umożliwia komunikację komórkową 3G. Airduino może przesyłać zebrane dane na serwer w dowolnym czasie i z dowolnego miejsca. Ponadto moduł GPS pozwala urządzeniu na samodzielną lokalizację i geolokalizację pomiarów.

Do pomiaru stężenia cząstek stałych (PM) użyłem konfiguracji czujnika optycznego. Czujnik i wiązka światła są ustawione pod kątem do siebie. Gdy cząsteczki przechodzą przed światłem, część światła jest odbijana w kierunku czujnika. Czujnik rejestruje impuls tak długo, jak cząsteczka odbija światło do czujnika. Jeśli powietrze porusza się ze stałą prędkością, długość tego impulsu pozwala nam oszacować średnicę cząstki. Tego rodzaju czujniki oferują dość tani sposób pomiaru PM. Należy również zauważyć, że mierzę dwa różne typy PM; Cząstki stałe o średnicy mniejszej niż 10 µm (PM10) io średnicy mniejszej niż 2,5 µm (PM2, 5). Powodem ich rozróżnienia jest to, że wraz ze zmniejszaniem się materii cząsteczkowej zwiększa się ryzyko dla zdrowia. Mniejsze cząsteczki wnikną głębiej do płuc, co może spowodować więcej uszkodzeń. Dlatego wysokie stężenie PM2, 5 będzie wymagało więcej lub innych środków niż przy wysokim stężeniu PM10.

Pokażę ci krok po kroku, jak stworzyłem to urządzenie w tym poście Instructables

Krok 1: Zbieranie części

Po pierwsze, musimy upewnić się, że mamy wszystkie części wymagane do stworzenia tego projektu. Poniżej znajdziesz listę wszystkich użytych przeze mnie komponentów. Możesz również pobrać bardziej szczegółową listę wszystkich komponentów poniżej tego kroku.

• Arduino MKR GSM 1400
• Arduino Mega ADK
• Karta micro sd Raspberry pi 3 + 16 GB
• NEO-6M-GPS
• TMP36
• Tranzystor BD648
• 2 x wentylator pi
• Rezystor 100 Ohm
• Kable rozruchowe

• Akumulator Li-Po 3,7 V adafruit

• Dipolowa antena GSM
• Pasywna antena GPS

W sumie na te części wydałem około 250 euro. Z pewnością nie jest to najtańszy projekt.

Krok 2: Tworzenie obwodu

Zaprojektowałem płytkę PCB (płytka drukowana) do tego projektu w eagle. Poniżej tego kroku możesz pobrać pliki Kerber (pliki zawierające instrukcje dla maszyny, która zbuduje płytkę PCB). Następnie możesz wysłać te pliki do producenta PCB. Bardzo polecam JLCPCB. Po zdobyciu płytek możesz łatwo przylutować do nich komponenty, korzystając z powyższego schematu elektrycznego.

Krok 3: Importowanie bazy danych

Teraz nadszedł czas na stworzenie bazy sql, w której będziemy zapisywać zmierzone dane.

Poniżej dodam zrzut sql. Będziesz musiał zainstalować mysql na Raspberry pi, a następnie zaimportować zrzut. Spowoduje to utworzenie dla Ciebie bazy danych, użytkowników i tabel.

Możesz to zrobić za pomocą klienta mysql. Gorąco polecam MYSQL Workbench. Link pomoże Ci zainstalować mysql i zaimportować zrzut sql.

Krok 4: Instalacja kodu

Możesz znaleźć kod na moim githubie lub pobrać plik dołączony do tego kroku.

Będziesz musiał:

zainstaluj Apache na raspberry pi i umieść pliki frontendu w folderze głównym. Interfejs będzie wtedy dostępny w sieci lokalnej

• Zainstaluj wszystkie pakiety Pythona, które są importowane do aplikacji zaplecza. Będziesz wtedy mógł uruchomić kod zaplecza za pomocą głównego interpretera Pythona lub wirtualnego.
• Przekieruj port 5000 portu raspberry pi, aby arduino mogło komunikować się z backendem.
• Prześlij kod arduino do arduino. Upewnij się, że zmieniłeś adresy IP i informacje o operatorze sieci na karcie SIM.

Krok 5: Budowanie sprawy

W przypadku obudowy najważniejsze jest to, że pozwala na dobry przepływ powietrza przez urządzenie. Jest to oczywiście potrzebne, aby zapewnić, że pomiary wykonane w urządzeniu są reprezentatywne dla powietrza na zewnątrz urządzenia. Ponieważ urządzenie ma być używane na zewnątrz, musi być również odporne na deszcz.

W tym celu wykonałem otwory wentylacyjne w dolnej części obudowy. Otwory powietrzne są również oddzielone w innym przedziale od elektroniki. To sprawia, że woda musi iść w górę (czego nie może), aby dotrzeć do elektroniki. Otwory na port USB arduino zabezpieczyłem gumą. Tak, że uszczelnia się, gdy nie są używane.