Airduino: Κινητή συσκευή παρακολούθησης ποιότητας αέρα: 5 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Καλώς ήλθατε στο έργο μου, Airduino. Το όνομά μου είναι Robbe Breens. Σπουδάζω πολυμέσα και τεχνολογία επικοινωνίας στο Howest στο Kortrijk του Βελγίου. Στο τέλος του δεύτερου εξαμήνου, πρέπει να φτιάξουμε μια συσκευή IoT, η οποία είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να συγκεντρώσουμε όλες τις δεξιότητες ανάπτυξης που αποκτήθηκαν προηγουμένως για να δημιουργήσουμε κάτι χρήσιμο. Το έργο μου είναι μια φορητή οθόνη ποιότητας αέρα που ονομάζεται Airduino. Μετρά τη συγκέντρωση σωματιδίων στον αέρα και στη συνέχεια υπολογίζει το AQI (Δείκτης Ποιότητας Αέρα). Αυτό το AQI μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό των κινδύνων για την υγεία, που προκαλούνται από τη μετρημένη συγκέντρωση σωματιδίων στον αέρα και τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν από τις τοπικές κυβερνήσεις για την προστασία των πολιτών τους από αυτούς τους κινδύνους για την υγεία.

Είναι επίσης σημαντικό να σημειωθεί ότι η συσκευή είναι κινητή. Επί του παρόντος, υπάρχουν χιλιάδες στατικές συσκευές παρακολούθησης της ποιότητας του αέρα σε όλη την Ευρώπη. Έχουν ένα τεράστιο μειονέκτημα, επειδή δεν μπορούν να μεταφερθούν όταν το προϊόν είναι συνδεδεμένο στο διαδίκτυο. Μια κινητή συσκευή επιτρέπει τη μέτρηση της ποιότητας του αέρα σε πολλαπλές τοποθεσίες, ακόμη και κατά τη μετακίνηση (στυλ προβολής οδού Google). Υποστηρίζει επίσης άλλες δυνατότητες, εντοπίζοντας για παράδειγμα μικρά τοπικά προβλήματα ποιότητας αέρα (όπως ένας ακατανόητος δρόμος). Η παροχή τόσο μεγάλης αξίας σε ένα μικρό πακέτο είναι αυτό που κάνει αυτό το έργο συναρπαστικό.

Χρησιμοποίησα ένα Arduino MKR GSM1400 για αυτό το έργο. Είναι ένας επίσημος πίνακας Arduino με μονάδα u-blox που επιτρέπει την κυψελοειδή επικοινωνία 3G. Το Airduino μπορεί να σπρώξει τα συλλεγμένα δεδομένα σε έναν διακομιστή ανά πάσα στιγμή και από οπουδήποτε. Επίσης, μια μονάδα GPS επιτρέπει στη συσκευή να εντοπίσει τον εαυτό της και να εντοπίσει γεωμετρικά τις μετρήσεις.

Για να μετρήσω τη συγκέντρωση PM (σωματιδιακή ύλη), χρησιμοποίησα μια ρύθμιση οπτικού αισθητήρα. Ο αισθητήρας και μια δέσμη φωτός βρίσκονται σε γωνία μεταξύ τους. Καθώς τα σωματίδια περνούν μπροστά από το φως, κάποιο φως ανακλάται προς τον αισθητήρα. Ο αισθητήρας καταγράφει έναν παλμό για όσο διάστημα το σωματίδιο αντανακλά το φως στον αισθητήρα. Εάν ο αέρας κινείται με σταθερή ταχύτητα, το μήκος αυτού του παλμού μας επιτρέπει να εκτιμήσουμε τη διάμετρο του σωματιδίου. Αυτοί οι τύποι αισθητήρων προσφέρουν έναν αρκετά φθηνό τρόπο μέτρησης PM. Είναι επίσης σημαντικό να σημειωθεί ότι μετράω δύο διαφορετικούς τύπους PM. Σωματίδια που έχουν μικρότερη διάμετρο από 10 μm (PM10) και μικρότερη διάμετρο από 2,5 μm (PM2, 5). Ο λόγος που διακρίνονται είναι ότι καθώς η σωματιδιακή ύλη γίνεται μικρότερη, οι κίνδυνοι για την υγεία γίνονται μεγαλύτεροι. Μικρότερα σωματίδια θα διεισδύσουν βαθύτερα στους πνεύμονες, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει μεγαλύτερη ζημιά. Επομένως, μια υψηλή συγκέντρωση ΡΜ2, 5 θα απαιτήσει περισσότερα ή διαφορετικά μέτρα από ό, τι με ένα υψηλό επίπεδο ΡΜ10.

Θα σας δείξω βήμα-βήμα πώς δημιούργησα αυτήν τη συσκευή σε αυτήν την ανάρτηση Instructables

Βήμα 1: Συλλογή των τμημάτων

Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να βεβαιωθούμε ότι έχουμε όλα τα μέρη που απαιτούνται για τη δημιουργία αυτού του έργου. Παρακάτω μπορείτε να βρείτε μια λίστα με όλα τα στοιχεία που χρησιμοποίησα. Μπορείτε επίσης να κατεβάσετε μια πιο λεπτομερή λίστα με όλα τα στοιχεία που βρίσκονται κάτω από αυτό το βήμα.

• Arduino MKR GSM 1400
• Arduino Mega ADK
• Raspberry pi 3 + 16GB micro sd-card
• NEO-6M-GPS
• TMP36
• Τρανζίστορ BD648
• 2 x pi-fan
• Αντίσταση 100 Ohm
• Καλώδια βραχυκύκλωσης

• 3.7V επαναφορτιζόμενη μπαταρία adafruit Li-Po

• Κεραία Dipole GSM
• Παθητική κεραία GPS

Συνολικά ξόδεψα περίπου 250 € σε αυτά τα μέρη. Σίγουρα δεν είναι το φθηνότερο έργο.

Βήμα 2: Δημιουργία κυκλώματος

Σχεδίασα ένα PCB (τυπωμένο κύκλωμα) για αυτό το έργο στον αετό. Μπορείτε να κατεβάσετε τα αρχεία kerber (αρχεία που δίνουν οδηγίες στο μηχάνημα που θα κατασκευάσει το PCB) κάτω από αυτό το βήμα. Στη συνέχεια, μπορείτε να στείλετε αυτά τα αρχεία σε έναν κατασκευαστή PCB. Συνιστώ ανεπιφύλακτα το JLCPCB. Όταν παίρνετε τις σανίδες σας, μπορείτε εύκολα να κολλήσετε τα εξαρτήματα σε αυτά χρησιμοποιώντας το παραπάνω ηλεκτρικό διάγραμμα.

Βήμα 3: Εισαγωγή της βάσης δεδομένων

Τώρα ήρθε η ώρα να δημιουργήσουμε τη βάση δεδομένων sql όπου θα αποθηκεύσουμε τα μετρημένα δεδομένα.

Θα προσθέσω μια χωματερή sql κάτω από αυτό το βήμα. Θα πρέπει να εγκαταστήσετε το mysql στο Raspberry pi και στη συνέχεια να εισαγάγετε την χωματερή. Αυτό θα δημιουργήσει τη βάση δεδομένων, τους χρήστες και τους πίνακες για εσάς.

Μπορείτε να το κάνετε αυτό χρησιμοποιώντας ένα πρόγραμμα -πελάτη mysql. Συνιστώ ανεπιφύλακτα το MYSQL Workbench. Ο σύνδεσμος θα σας βοηθήσει να εγκαταστήσετε το mysql και να εισαγάγετε την χωματερή sql.

Βήμα 4: Εγκατάσταση του κώδικα

Μπορείτε να βρείτε τον κώδικα στο github μου ή να κατεβάσετε το αρχείο που επισυνάπτεται σε αυτό το βήμα.

Θα πρέπει να:

εγκαταστήστε το apache στο raspberry pi και τοποθετήστε τα αρχεία frontend στον ριζικό φάκελο. Στη συνέχεια, η διεπαφή θα είναι προσβάσιμη στο τοπικό σας δίκτυο

• Εγκαταστήστε όλα τα πακέτα python που έχουν εισαχθεί στην εφαρμογή backend. Στη συνέχεια, θα μπορείτε να εκτελέσετε τον κώδικα backend με τον κύριο διερμηνέα python ή έναν εικονικό.
• Μεταφέρετε τη θύρα 5000 του raspberry pi σας, έτσι ώστε το arduino να μπορεί να επικοινωνεί με το backend.
• Ανεβάστε τον κωδικό arduino στο arduino. Βεβαιωθείτε ότι έχετε αλλάξει τις διευθύνσεις IP και τις πληροφορίες του χειριστή δικτύου της κάρτας SIM σας.

Βήμα 5: Χτίζοντας την υπόθεση

Για την περίπτωση, το πιο σημαντικό πράγμα είναι ότι επιτρέπει μια καλή ροή αέρα μέσω της συσκευής. Αυτό είναι προφανώς απαραίτητο για να διασφαλιστεί ότι οι μετρήσεις που γίνονται στη συσκευή είναι αντιπροσωπευτικές για τον αέρα έξω από τη συσκευή. Επειδή η συσκευή προορίζεται να χρησιμοποιηθεί έξω, πρέπει επίσης να είναι ανθεκτική στη βροχή.

Για να το κάνω αυτό έκανα τρύπες αέρα στο κάτω μέρος της θήκης. Οι οπές αέρα διαχωρίζονται επίσης σε διαφορετικό διαμέρισμα από τα ηλεκτρονικά. Αυτό κάνει το νερό να ανεβαίνει (που δεν μπορεί) για να φτάσει στα ηλεκτρονικά. Φύλαξα τις τρύπες για τη θύρα USB του arduinos με λάστιχο. Για να σφραγίζεται όταν δεν χρησιμοποιούνται.