Airduino: Monitor de qualitat de l'aire mòbil: 5 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Benvingut al meu projecte, Airduino. Em dic Robbe Breens. Estic estudiant tecnologia multimèdia i comunicacions a Howest a Courtrai, Bèlgica. Al final del segon semestre, hem de crear un dispositiu IoT, que és una manera excel·lent d’aplegar totes les habilitats de desenvolupament adquirides anteriorment per crear alguna cosa útil. El meu projecte és un monitor mòbil de qualitat de l’aire anomenat Airduino. Mesura la concentració de matèria de partícules a l'aire i després calcula l'AQI (índex de qualitat de l'aire). Aquest AQI es pot utilitzar per determinar els riscos per a la salut causats per la concentració mesurada de partícules a l’aire i les mesures que els governs locals han de prendre per protegir els seus ciutadans contra aquests riscos per a la salut.

També és important tenir en compte que el dispositiu és mòbil. Actualment, hi ha milers de dispositius estàtics de control de la qualitat de l’aire a tot Europa. Tenen un gran desavantatge perquè no es poden reubicar un cop el producte està en línia. Un dispositiu mòbil permet mesurar la qualitat de l’aire en diverses ubicacions i fins i tot mentre es mou (estil Google Street View). També admet altres funcions, per exemple, identificant petits problemes locals de qualitat de l'aire (com ara un carrer poc ventilat). Oferir tant valor en un paquet petit és el que fa que aquest projecte sigui emocionant.

He utilitzat un Arduino MKR GSM1400 per a aquest projecte. És una placa Arduino oficial amb un mòdul u-blox que permet la comunicació cel·lular 3G. Airduino pot enviar les dades recollides a un servidor en qualsevol moment i des de qualsevol lloc. A més, un mòdul GPS permet al dispositiu localitzar-se i geolocalitzar les mesures.

Per mesurar la concentració de PM (matèria de partícules), vaig utilitzar una configuració de sensor òptic. El sensor i un feix de llum se situen en un angle l'un de l'altre. Quan les partícules passen per davant de la llum, una mica de llum es reflecteix cap al sensor. El sensor registra un pols mentre la partícula reflecteixi la llum al sensor. Si l’aire es mou a una velocitat constant, la longitud d’aquest pols ens permet estimar el diàmetre de la partícula. Aquest tipus de sensors ofereixen una manera bastant barata de mesurar el PM. També és important tenir en compte que mesuro dos tipus diferents de PM; Matèria de partícules que té un diàmetre inferior a 10 µm (PM10) i un diàmetre inferior a 2,5 µm (PM2, 5). La raó per la qual es distingeixen és que a mesura que la matèria de partícules es fa més petita, els riscos per a la salut es fan més grans. Les partícules més petites penetren més profundament als pulmons, cosa que pot causar més danys. Per tant, una alta concentració de PM2, 5 requerirà més o diferents mesures que amb un alt nivell de PM10.

Us mostraré pas a pas com he creat aquest dispositiu en aquesta publicació de Instructables

Pas 1: recollida de les peces

Primer de tot, ens hem d’assegurar que disposem de totes les parts necessàries per crear aquest projecte. A continuació podeu trobar una llista de tots els components que he utilitzat. També podeu baixar una llista més detallada de tots els components a continuació d’aquest pas.

• Arduino MKR GSM 1400
• Arduino Mega ADK
• Targeta micro SD Raspberry pi 3 + 16 GB
• NEO-6M-GPS
• TMP36
• Transistor BD648
• 2 x ventilador pi
• Resistència de 100 ohms
• Cables de pont

• Bateria Li-Po recarregable adafruit de 3,7 V

• Antena GSM dipol
• Antena GPS passiva

En total vaig gastar uns 250 € en aquestes parts. Certament, no és el projecte més barat.

Pas 2: creació del circuit

Vaig dissenyar un PCB (placa de circuit imprès) per a aquest projecte a Eagle. Podeu descarregar els fitxers kerber (fitxers que donen instruccions a la màquina que construirà el PCB) sota aquest pas. A continuació, podeu enviar aquests fitxers a un fabricant de PCB. Recomano JLCPCB. Quan obtingueu les vostres taules, podeu soldar fàcilment els components mitjançant l’esquema elèctric anterior.

Pas 3: importació de la base de dades

Ara és hora de crear la base de dades sql on guardarem les dades mesurades.

Afegiré un abocament de sql sota aquest pas. Haureu d’instal·lar mysql al Raspberry pi i després importar el bolcat. Això us crearà la base de dades, els usuaris i les taules.

Podeu fer-ho mitjançant un client mysql. Recomano encaridament MYSQL Workbench. L’enllaç us ajudarà a instal·lar mysql i a importar el bolcat sql.

Pas 4: Instal·lació del codi

Podeu trobar el codi al meu github o descarregar el fitxer adjunt a aquest pas.

Haureu de:

instal·leu apache al raspberry pi i poseu els fitxers frontend a la carpeta arrel. La interfície serà accessible a la vostra xarxa local

• Instal·leu tots els paquets python que s’importen a l’aplicació de backend. A continuació, podreu executar el codi de backend amb el vostre intèrpret principal de python o un de virtual.
• Port endavant el port de 5000 del vostre raspberry pi perquè l'arduino pugui comunicar-se amb el backend.
• Pengeu el codi arduino als arduinos. Assegureu-vos de canviar les adreces IP i la informació de l’operador de xarxa de la vostra targeta SIM.

Pas 5: construir el cas

Per al cas, el més important és que permet un bon flux d’aire a través del dispositiu. Això, òbviament, es necessita per assegurar que les mesures realitzades al dispositiu siguin representables per l’aire exterior al dispositiu. Com que el dispositiu s’ha d’utilitzar a l’exterior, també ha de ser a prova de pluja.

Per fer-ho vaig fer forats d’aire a la part inferior de la caixa. Els forats d'aire també estan separats en un compartiment diferent de l'electrònica. Això fa que l'aigua hagi de pujar (que no pot) per arribar a l'electrònica. Vaig protegir els forats del port USB arduinos amb goma. De manera que es segella quan no s’utilitzen.