Airduino: мобильный монитор качества воздуха: 5 шагов

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:04

Добро пожаловать в мой проект Airduino. Меня зовут Робби Бринс. Я изучаю мультимедийные и коммуникационные технологии в Howest в Кортрейке, Бельгия. В конце второго семестра мы должны создать устройство IoT, которое является отличным способом объединить все ранее приобретенные навыки разработки для создания чего-то полезного. Мой проект - мобильный монитор качества воздуха под названием Airduino. Он измеряет концентрацию твердых частиц в воздухе, а затем вычисляет AQI (индекс качества воздуха). Этот AQI можно использовать для определения рисков для здоровья, которые вызваны измеренной концентрацией твердых частиц в воздухе, и мер, которые должны быть приняты местными органами власти для защиты своих граждан от этих рисков для здоровья.

Также важно отметить, что устройство мобильное. В настоящее время по всей Европе установлены тысячи устройств для статического мониторинга качества воздуха. У них есть серьезный недостаток, потому что они не могут быть перемещены после того, как продукт появится в сети. Мобильное устройство позволяет измерять качество воздуха в нескольких местах и даже во время движения (стиль просмотра улиц Google). Он также поддерживает другие функции, например, обнаружение небольших местных проблем с качеством воздуха (например, плохо вентилируемых улиц). Обеспечение такой ценности в небольшом пакете - вот что делает этот проект захватывающим.

Для этого проекта я использовал Arduino MKR GSM1400. Это официальная плата Arduino с модулем u-blox, обеспечивающим сотовую связь 3G. Airduino может отправлять собранные данные на сервер в любое время и из любого места. Кроме того, модуль GPS позволяет устройству определять свое местоположение и определять географическое местоположение измерений.

Для измерения концентрации PM (твердых частиц) я использовал установку оптического датчика. Датчик и луч света расположены под углом друг к другу. Когда частицы проходят перед светом, часть света отражается в сторону датчика. Датчик регистрирует импульс до тех пор, пока частица отражает свет на датчик. Если воздух движется с постоянной скоростью, длина этого импульса позволяет нам оценить диаметр частицы. Такие датчики предлагают довольно дешевый способ измерения PM. Также важно отметить, что я измеряю два разных типа PM; Твердые частицы диаметром менее 10 мкм (PM10) и диаметром менее 2,5 мкм (PM2,5). Причина, по которой они выделяются, заключается в том, что по мере того, как частицы вещества становятся меньше, риски для здоровья возрастают. Более мелкие частицы проникают в легкие глубже, что может нанести больший ущерб. Следовательно, высокая концентрация PM2,5 потребует дополнительных или иных мер, чем при высоком уровне PM10.

Я покажу вам шаг за шагом, как я создал это устройство в этом посте с инструкциями.

Шаг 1: Сбор деталей

Прежде всего, мы должны убедиться, что у нас есть все детали, необходимые для создания этого проекта. Ниже вы можете найти список всех компонентов, которые я использовал. Вы также можете загрузить более подробный список всех компонентов ниже этого шага.

• Ардуино MKR GSM 1400
• Arduino Mega ADK
• Raspberry pi 3 + micro sd-карта 16 ГБ
• НЕО-6М-GPS
• TMP36
• BD648 транзистор
• 2 x пи-вентилятор
• Резистор 100 Ом
• Соединительные кабели

• Перезаряжаемый литий-полимерный аккумулятор adafruit 3,7 В

• Дипольная антенна GSM
• Пассивная антенна GPS

В общей сложности я потратил на эти детали около 250 евро. Конечно, это не самый дешевый проект.

Шаг 2: Создание схемы

Я разработал печатную плату для этого проекта в орле. Вы можете загрузить файлы Kerber (файлы, содержащие инструкции для машины, которая будет собирать печатную плату) ниже этого шага. Затем вы можете отправить эти файлы производителю печатной платы. Я очень рекомендую JLCPCB. Когда вы получите свои платы, вы можете легко припаять к ним компоненты, используя приведенную выше электрическую схему.

Шаг 3: Импорт базы данных

Пришло время создать базу данных sql, в которую мы будем сохранять измеренные данные.

Я добавлю дамп sql ниже этого шага. Вам нужно будет установить mysql на Raspberry pi, а затем импортировать дамп. Это создаст для вас базу данных, пользователей и таблицы.

Вы можете сделать это с помощью клиента mysql. Я очень рекомендую MYSQL Workbench. Ссылка поможет вам установить mysql и импортировать дамп sql.

Шаг 4: Установка кода

Вы можете найти код на моем github или загрузить файл, прикрепленный к этому шагу.

Тебе придется:

установите apache на raspberry pi и поместите файлы внешнего интерфейса в корневую папку. После этого интерфейс будет доступен в вашей локальной сети

• Установите все пакеты python, которые импортируются в серверное приложение. После этого вы сможете запускать внутренний код с помощью вашего основного интерпретатора Python или виртуального.
• Переадресуйте порт 5000 вашего raspberry pi, чтобы arduino мог взаимодействовать с серверной частью.
• Загрузите код arduino в arduinos. Убедитесь, что вы изменили IP-адреса и информацию о сетевом операторе вашей SIM-карты.

Шаг 5: создание кейса

Что касается корпуса, то самое важное - это то, что он обеспечивает хороший поток воздуха через устройство. Очевидно, это необходимо для гарантии того, что измерения, сделанные в устройстве, можно представить для воздуха вне устройства. Поскольку устройство предназначено для использования на улице, оно также должно быть защищено от дождя.

Для этого в нижней части корпуса проделал отверстия для воздуха. Воздушные отверстия также отделены от отсека для электроники. Это приводит к тому, что вода должна подниматься (чего не может), чтобы достичь электроники. Отверстия для порта USB arduinos я задел резиной. Так что он герметизирует себя, когда они не используются.