AirCitizen - Supervisió de la qualitat de l'aire: 11 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Hola a tothom

Avui us ensenyarem a reproduir el nostre projecte: AirCitizen per part de l’equip AirCitizenPolytech.

--

Venint de l'OpenAir / Quin aire tens? Projectes, el projecte AirCitizen té com a objectiu permetre als ciutadans avaluar activament la qualitat del seu entorn immediat i, en particular, de l’aire que respiren, oferint-los:

Construeix

Realitzar en "Fablabs" (laboratoris de fabricació digital) estacions portàtils de mesures ambientals que integrin diversos sensors de baix cost (per exemple, temperatura, humitat, pressió, gas NOx, ozó o partícules PM10 i PM2.5).

Mesura

Realitzar mesures in situ per tal de ressaltar la variabilitat espaciotemporal de les variables ambientals: d’una banda, durant campanyes itinerants amb el suport de geògrafs-climatòlegs i, de l’altra, en diversos llocs que presenten una diversitat de contextos ambientals.

Compartir

Contribuir a millorar el coneixement compartint aquestes mesures en una base de dades mediambientals i, per tant, permetre un mapatge en línia de la contaminació atmosfèrica.

--

El concepte és crear una estació autònoma que pugui recollir dades d’entorn i enviar-les amb la xarxa SigFox a un tauler de control.

Per tant, d’una banda, us mostrarem com dissenyar el maquinari i, de l’altra, com fer la part del programari.

Pas 1: maquinari

Aquests són els components que hem decidit utilitzar per dissenyar l’estació:

- STM32 NUCLEO-F303K8 -> Per a més informació

- HPMA115S0-XXX (sensor de partícules PM2.5 i PM10) -> Per obtenir més informació

- SHT11 o SHT10 o STH15 o DHT11 (temperatura i humitat relativa) -> Per a més informació

- MICS2714 (sensor NO2, sensor diòxid de nitrogen) -> Per a més informació

- Panell Solar x2 (2W) -> Per a més informació

- Bateria LiPo 3, 7 V 1050 mAh -> Per a més informació

- Regulador LiPo Rider Pro (106990008) -> Per a més informació

- BreakOut SigFox BRKWS01 + 1 llicència -> Per a més informació

- 7 resistències (86, 6; 820; 1K; 1K; 4, 7K; 10K; 20K)

- 1 condensador (100 nF)

- 1 transistor (2N222).

! ! ! Heu d’eliminar SB16 i SB18 a la placa nucleo stm32 per evitar interferències entre HPMA i SHT11.

Bàsicament, és així com heu de connectar components:

1. Soldeu, en paral·lel, els panells solars.
2. Connecteu-los al LiPo Rider Pro i connecteu també la bateria al LiPo Rider Pro.
3. Com la foto anterior, connecteu tots els elements al STM32. Connecteu només un sensor de temperatura i humitat no 2! No oblideu les resistències, el condensador i el transistor.
4. Finalment, connecteu el STM32 al LiPo Rider Pro amb un cable USB.

El següent pas és una alternativa a aquest cablejat.

Pas 2: Maquinari - PCB

Vam decidir utilitzar Autodesk Eagle per dissenyar la placa de circuits impresos (PCB).

Podeu optar per connectar un DHT o un SHT; vam optar per dissenyar dues empremtes digitals per a aquests 2 sensors per tal de canviar el sensor si cal.

Com a fitxer adjunt, podeu descarregar els fitxers de concepció Eagle perquè pugueu crear-los fàcilment.

Utilitzem el pin de 5 V de stm32 per subministrar el dispositiu. En aquesta configuració, només s’alimenta el nucli stm32.

Per tant, podem utilitzar el mode de son profund de la MCU que proporciona un baix corrent de son. En estat d'espera, tot el corrent dormit cau per sota de XXµA.

Pas 3: el protocol LPWAN: comunicació Sigfox

Sigfox és un protocol LPWAN creat per una empresa de telecomunicacions francesa - SIGFOX

Permet connectar dispositius remots mitjançant tecnologia de banda ultra estreta (UNB). La majoria d'aquests requeriran només un ample de banda baix per transferir petites quantitats de dades. Les xarxes només poden gestionar aproximadament 12 bytes per missatge i, alhora, no més de 140 missatges per dispositiu al dia.

Per a moltes de les aplicacions IOT, els sistemes de telèfons mòbils tradicionals són massa complexos per permetre un funcionament de molt baixa potència i massa costosos per ser factibles per a molts nodes petits de baix cost … La xarxa i la tecnologia SIGFOX estan dirigides a la màquina a màquina de baix cost àrees d’aplicació on es requereix una àmplia cobertura.

Per a AirCitizen, el format de dades detectades és senzill i la quantitat de dades correcta per utilitzar Sigfox per traduir les dades detectades dels sensors a la nostra plataforma IOT: ThingSpeak.

Introduirem l’ús de Sigfox en els passos següents.

Pas 4: Configuració del programari

Després de la realització del nostre circuit, passem al desenvolupament del nostre microcontrolador STM32 F303K8.

Per a més simplicitat, podeu optar per programar en Arduino.

Pas 1: si encara no heu instal·lat l'IDE Arduino, descarregueu-lo i instal·leu-lo des d'aquest enllaç. Assegureu-vos de seleccionar el sistema operatiu correcte.

L'enllaç: descarregar Arduino

Pas 2: després d’instal·lar l’Arduino IDE, obriu i descarregueu els paquets necessaris per a la placa STM32. Això es pot fer seleccionant Fitxer -> Preferències.

Pas 3: Si feu clic a Preferències, s'obrirà el quadre de diàleg que es mostra a continuació. Al quadre de text URL del gestor de taulers addicionals, enganxeu l'enllaç següent:

github.com/stm32duino/BoardManagerFiles/ra…

i premeu D'acord.

Pas 4: ara aneu a Eina -> Taulers -> Gestor de taulers. Això obrirà el quadre de diàleg Administrador de taules, cercarà "STM32 Cores" i s'instal·larà el paquet que apareix (paquet STMicrolectronics).

Pas 5: després del paquet, la instal·lació s'ha completat. Aneu a Eines i desplaceu-vos cap avall per trobar la "sèrie Nucleo-32". A continuació, assegureu-vos que la variant sigui "Nucleo F303K8" i canvieu el mètode de càrrega a "STLink".

Pas 6: ara, connecteu la vostra placa a l'ordinador i comproveu a quin port COM està connectada la placa mitjançant l'administrador de dispositius. A continuació, seleccioneu el mateix número de port a Eines-> Port.

Ja esteu a punt per programar el vostre STM32 F303K8 amb Arduino.

Pas 5: programeu el vostre STM32

Un cop feta la configuració, heu de programar el microcontrolador per recollir i enviar dades.

Pas 1: comproveu l'afectació de les E / S i mesura la marca de temps a la part "Definir" del codi.

Pas 2: pengeu el codi anterior a stm32, obriu el monitor sèrie i reinicieu el dispositiu. L'ordre "AT" hauria d'aparèixer a la pantalla, si no, comproveu la declaració d'E / S.

Podeu tenir una idea de la veracitat de les vostres dades consultant les normes de la legislació francesa adjuntes.

Passem a la configuració del tauler.

Pas 6: ThingSpeak: 1

Abans de configurar com redirigir les dades de la nostra estació a la plataforma ThingSpeak, heu de crear un compte de ThingSpeak.

Inscriviu-vos: lloc web de ThingSpeak

Pas 1: feu clic a "Canal nou". Això obrirà un formulari. Introduïu un nom i una descripció (si cal).

Crea un camp 5:

• Camp 1: pm2, 5
• Camp 2: pm10
• Camp 3: temperatura
• Camp 4: humitat
• Camp 5: NO2

Aquests títols no seran els títols de les nostres llistes.

Si necessiteu un exemple, vegeu la foto superior.

No cal que empleneu més camps, però pot ser interessant si introduïu una ubicació.

Desplaceu-vos cap avall i "Desa el canal".

Pas 2: Canal de l'estació AirCitizen.

Ara podeu veure una pàgina amb 5 gràfics. Fent clic al símbol del llapis podeu canviar les propietats d'un gràfic.

El resultat és la segona imatge superior.

En aquest pas, aquests gràfics són privats. Els podreu fer públics un cop rebudes les dades.

Pas 3: després de configurar els gràfics. Aneu a la pestanya "Claus de l'API". Consulteu la part de sol·licitud de l'API i, més exactament, el primer camp "Actualitza un canal d'informació". Tingueu en compte la CLAU de l'API.

Tindreu alguna cosa així:

OBTÉ

Ara podeu anar al capítol següent.

Pas 7: Comunicació entre el mòdul Sigfox i la plataforma ThingSpeak

Per obtenir informació, tingueu en compte que cada targeta del mòdul Sigfox té un número únic escrit a la targeta i un número PAC.

Per rebre les dades a ThingSpeak, heu de redirigir-les.

Les dades van des de l’estació fins al backend Sigfox i es redirigiran al servidor ThingSpeak.

Vegeu la primera imatge superior per obtenir explicacions.

Pas 1: no explicarem com registrar-se a Sigfox a causa de molts tutorials a Internet.

Aneu al Sigfox Backend.

Feu clic a "Tipus de dispositiu" i, a continuació, feu clic a la línia del vostre equip i seleccioneu "Edita".

Ara aneu a la secció "Devolucions de trucada" i feu clic a "Nou", "Devolució de trucada personalitzada".

Pas 2:

Hauríeu d’estar a la pàgina de configuració:

Tipus: DATA i UPLINK

Canal: URL

Enviar duplicat: cap

Configuració de càrrega útil personalitzada: definiu la font de dades i decidiu el formulari de dades. Hauríeu d’escriure com:

VarName:: Tipus: NumberOfBits

En aquest cas, tenim 5 valors anomenats pm25, pm10, temperatura, humitat i NO2.

pm25:: int: 16 pm10:: int: 16 temperatura:: int: 8 humitat:: uint: 8 NO2:: uint: 8

Patró d'URL: aquesta és la sintaxi. Utilitzeu la clau API trobada anteriorment i inseriu-la després de "api_key ="

api.thingspeak.com/update?api_key=XXXXXXXXXXXXXXXX&&amp1={customData#pm25}&field2={customData#pm10}&field3={customData#temperature}&field4={customData#humidity}&ata5={custom

Utilitzeu el mètode HTTP: GET

Enviar SNI: ACTIVAT

Capçaleres: cap

Feu clic ara a "D'acord".

La vostra devolució de trucada a l'API ThingSpeak ja està configurada. (Representació a la segona imatge superior).

Pas 8: ThingSpeak - 2

Ara podeu ser més exigent en modificar els valors mínim i màxim dels eixos.

Si cal, feu clic al logotip del llapis a la part superior dreta d’un gràfic.

Valors típics:

PM 2, 5 i PM 10 = ug / m ^ 3

Temperatura = ° C

Humitat =%

Diòxid de nitrogen = ppm

Hauríeu de tenir alguna cosa semblant a les dues imatges anteriors.

També podeu afegir altres widgets com ara "Visualització numèrica" o "Indicador".

Finalment, per fer públic el vostre canal, aneu a la pestanya "Compartir" i seleccioneu "Comparteix la visualització del canal amb tothom".

Pas 9: Bonificació: ThingTweet i React

Opcional: feu un tuit si es compleix una condició.

Pas 1: creeu un compte de twitter o utilitzeu el vostre compte de twitter personal.

Registra't: Twitter

Pas 2: a Thingspeak, aneu a "Aplicacions" i feu clic a "ThingTweet".

Enllaceu el vostre compte de Twitter fent clic a "Enllaça el compte de Twitter".

Pas 3: ara torneu a "Aplicacions" i feu clic a "Reacciona".

Creeu una nova reacció fent clic a "Nova reacció".

Per exemple:

Nom de reacció: temperatura superior a 15 ° C

Tipus de condició: numèric

Freqüència de prova: inserció de dades

Condició, si canal:

Camp: 3 (temperatura)

Signe: és més gran que

Valor: 15

Acció: ThingTweet

Llavors tuiteja: Oh! La temperatura és superior a 15 ° C

mitjançant un compte de Twitter:

Opcions: executa l'acció cada vegada que es compleix la condició

A continuació, feu clic a "Desa reacciona".

Ara faràs un tuit si es compleix la condició i es poden configurar moltes altres condicions, segons el nivell de PM10.

Pas 10: ara és el vostre torn

Finalment, ara teniu tots els elements per reproduir la vostra pròpia AirCitizen Station.

Vídeo: podeu veure un vídeo on us presentem el nostre treball.

La nostra plataforma ThingSpeak: AirCitizenPolytech Station

--

Gràcies per la vostra atenció !

L’equip AirCitizen Polytech

Pas 11: Referència i bibliografia

https://www.sigfox.com/ca