AirCitizen - Мониторинг качества воздуха: 11 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Всем привет

Сегодня мы научим вас воспроизводить наш проект: AirCitizen от команды AirCitizenPolytech!

--

Исходя из "OpenAir / Что у вас в воздухе?" Проекты, проект AirCitizen направлен на то, чтобы дать гражданам возможность активно оценивать качество своего непосредственного окружения и, в частности, воздуха, которым они дышат, предлагая им:

Строить

Реализуйте в "Fablabs" (цифровые производственные лаборатории) портативные станции измерений окружающей среды, объединяющие различные недорогие датчики (например, температуры, влажности, давления, газа NOx, озона или твердых частиц PM10 и PM2,5).

Мера

Выполните измерения на месте, чтобы выявить пространственно-временную изменчивость экологических переменных: с одной стороны, во время выездных кампаний при поддержке географов-климатологов, а с другой стороны, в различных местах, которые представляют собой разнообразие экологических контекстов.

Делиться

Внесите вклад в повышение уровня знаний, поделившись этими измерениями в базе данных по окружающей среде, и тем самым сделайте возможным онлайн-картирование загрязнения воздуха.

--

Идея состоит в том, чтобы создать автономную станцию, которая может собирать данные о среде и отправлять их через сеть SigFox на панель управления.

Итак, с одной стороны, мы покажем вам, как проектировать оборудование, а с другой стороны, как делать программную часть.

Шаг 1. Аппаратное обеспечение

Вот компоненты, которые мы решили использовать при проектировании станции:

- STM32 NUCLEO-F303K8 -> Для получения дополнительной информации

- HPMA115S0-XXX (датчик твердых частиц PM2,5 и PM10) -> Для получения дополнительной информации

- SHT11 или SHT10 или STH15 или DHT11 (температура и относительная влажность) -> Для получения дополнительной информации

- MICS2714 (датчик NO2, датчик диоксида азота) -> Дополнительная информация

- Солнечная панель x2 (2 Вт) -> Для получения дополнительной информации

- Аккумулятор LiPo 3, 7 В, 1050 мАч -> Для получения дополнительной информации

- Регулятор LiPo Rider Pro (106990008) -> Для получения дополнительной информации

- BreakOut SigFox BRKWS01 + 1 лицензия -> Для получения дополнительной информации

- 7 резисторов (86, 6; 820; 1 кОм; 1 кОм; 4, 7 кОм; 10 кОм; 20 кОм)

- 1 конденсатор (100 нФ)

- 1 транзистор (2N222).

! ! ! Вы должны удалить SB16 и SB18 на плате ядра stm32, чтобы предотвратить интерференцию между HPMA и SHT11!

По сути, вот как нужно соединять компоненты:

1. Привариваем параллельно солнечные батареи.
2. Подключите их к LiPo Rider Pro, а также подключите аккумулятор к LiPo Rider Pro.
3. Как на фото выше, подключите все элементы к STM32. Подключайте только один датчик температуры и влажности, а не 2! Не забудьте резисторы, конденсатор и транзистор.
4. Наконец, подключите STM32 к LiPo Rider Pro с помощью кабеля USB.

Следующий шаг - альтернатива этому проводному.

Шаг 2: Оборудование - печатная плата

Мы решили использовать Autodesk Eagle для разработки печатной платы (PCB).

Вы можете выбрать подключение DHT или SHT, мы решили создать два отпечатка пальца для этих 2 датчиков, чтобы при необходимости заменить датчик.

Во вложении вы можете скачать файлы концепции Орла, чтобы вы могли легко сделать это самостоятельно.

Мы используем вывод 5V stm32 для питания устройства. В этой конфигурации запитано только ядро stm32.

Таким образом, мы можем использовать режим глубокого сна микроконтроллера, обеспечивающий низкий ток сна. В режиме ожидания весь спящий ток падает ниже XX мкА.

Шаг 3: Протокол LPWAN: связь Sigfox

Sigfox - это протокол LPWAN, созданный французской телекоммуникационной компанией - SIGFOX.

Он позволяет удаленным устройствам подключаться с использованием технологии сверхузкой полосы (UNB). Большинству из них потребуется лишь небольшая полоса пропускания для передачи небольших объемов данных. Сети могут обрабатывать только приблизительно 12 байт на сообщение и одновременно не более 140 сообщений на устройство в день.

Для многих приложений IOT традиционные сотовые телефонные системы слишком сложны, чтобы обеспечить работу с очень низким энергопотреблением, и слишком дороги, чтобы быть осуществимыми для многих небольших недорогих узлов … Сеть и технология SIGFOX нацелены на недорогую машину для машины области применения, где требуется широкое покрытие.

Для AirCitizen формат обнаруженных данных прост, а объем данных соответствует тому, чтобы использовать Sigfox для перевода данных, обнаруженных с датчиков, на нашу платформу IOT - ThingSpeak.

Мы познакомим вас с использованием Sigfox на следующих этапах.

Шаг 4: Конфигурация программного обеспечения

После реализации нашей схемы перейдем к разработке нашего микроконтроллера STM32 F303K8.

Для большей простоты вы можете выбрать программирование в Arduino.

Шаг 1. Если вы еще не установили Arduino IDE, загрузите и установите ее по этой ссылке. Убедитесь, что вы выбрали правильную операционную систему.

Ссылка: Скачать Arduino

Шаг 2: После установки Arduino IDE откройте и загрузите необходимые пакеты для платы STM32. Это можно сделать, выбрав Файл -> Настройки.

Шаг 3: При нажатии на «Настройки» откроется диалоговое окно, показанное ниже. В дополнительном текстовом поле URL-адреса Boards Manager вставьте следующую ссылку:

github.com/stm32duino/BoardManagerFiles/ra…

и нажмите ОК.

Шаг 4: Теперь перейдите в Tool -> Boards -> Board Manager. Откроется диалоговое окно «Диспетчер плат», выполните поиск «Ядра STM32» и установите появившийся пакет (пакет STMicrolectronics).

Шаг 5: После установки пакета установка завершена. Перейдите в Инструменты и прокрутите вниз, чтобы найти «Nucleo-32 series». Затем убедитесь, что выбран вариант «Nucleo F303K8», и измените метод загрузки на «STLink».

Шаг 6: Теперь подключите вашу плату к компьютеру и проверьте, к какому COM-порту она подключена, с помощью диспетчера устройств. Затем выберите тот же номер порта в Инструменты-> Порт.

Теперь вы готовы программировать свой STM32 F303K8 с Arduino!

Шаг 5: запрограммируйте свой STM32

После завершения настройки вам необходимо запрограммировать микроконтроллер для сбора и отправки данных.

Шаг 1: Проверить влияние ввода-вывода и измерить временную метку в части «Определить» кода.

Шаг 2: Загрузите приведенный выше код в stm32, откройте монитор последовательного порта и перезагрузите устройство. На экране должна появиться команда «AT», в противном случае проверьте объявление ввода / вывода.

Вы можете получить представление о достоверности ваших данных, ознакомившись со стандартами французского законодательства в приложении.

Переходим к настройке дашборда.

Шаг 6: ThingSpeak - 1

Перед настройкой перенаправления данных с нашей станции на платформу ThingSpeak вам необходимо создать учетную запись ThingSpeak.

Зарегистрироваться: Сайт ThingSpeak

Шаг 1: Теперь нажмите «Новый канал». Это откроет форму. Введите имя и описание (при необходимости).

Создайте 5 полей:

• Поле 1: pm2, 5
• Поле 2: pm10
• Поле 3: температура
• Поле 4: влажность
• Поле 5: NO2

Эти заголовки не будут заголовками наших диаграмм.

Если вам нужен пример, см. Фото выше.

Вам не нужно заполнять больше полей, но это может быть интересно, если вы укажете местоположение.

Прокрутите вниз и «Сохранить канал».

Шаг 2: Канал станции AirCitizen.

Теперь вы видите страницу с 5 графиками. Щелкнув значок карандаша, вы можете изменить свойства графика.

Результат - вторая картинка выше.

На этом этапе эти графики являются частными. Вы сможете сделать их общедоступными после получения данных.

Шаг 3: После настройки ваших графиков. Перейдите на вкладку «Ключи API». Посмотрите на часть запроса API, а точнее на первое поле «Обновить канал канала». Обратите внимание на КЛЮЧ API.

У вас будет что-то вроде этого:

ПОЛУЧИТЬ

Теперь вы можете перейти к следующей главе.

Шаг 7. Связь между модулем Sigfox и платформой ThingSpeak

Для информации обратите внимание, что каждая карта модуля Sigfox имеет уникальный номер, записанный на карте, и номер PAC.

Чтобы получать данные на ThingSpeak, вы должны их перенаправить.

Данные поступают со станции на серверную часть Sigfox и перенаправляются на сервер ThingSpeak.

См. Первое изображение выше для объяснения.

Шаг 1. Мы не будем объяснять, как зарегистрироваться на Sigfox, потому что в Интернете есть множество руководств.

Перейдите на серверную часть Sigfox.

Щелкните «Тип устройства», затем щелкните строку своего комплекта и выберите «Изменить».

Теперь зайдите в раздел «Обратные вызовы» и нажмите «Создать», «Пользовательский обратный вызов».

Шаг 2:

Вы должны быть на странице конфигурации:

Тип: DATA и UPLINK

Канал: URL

Отправить дубликат: нет

Пользовательская конфигурация полезной нагрузки: установите источник данных и определите форму данных. Вы должны написать так:

VarName:: Тип: NumberOfBits

В этом случае у нас есть 5 значений с именами pm25, pm10, температура, влажность и NO2.

pm25:: int: 16 pm10:: int: 16 температура:: int: 8 влажность:: uint: 8 NO2:: uint: 8

Шаблон URL: это синтаксис. Используйте найденный ранее ключ API и вставьте его после «api_key =»

api.thingspeak.com/update?api_key=XXXXXXXXXXXXXXXX&field1={customData#pm25}&field2={customData#pm10}&field3={customData#tempera}&field4={customData#humidity}&field5={customData#humidity}&field5={customData#humidity}&field5={customData2

Использовать HTTP-метод: GET

Отправить SNI: ВКЛ

Заголовки: Нет

Щелкните сейчас на «ОК».

Ваш обратный вызов API ThingSpeak теперь настроен! (Изображение на втором рисунке выше).

Шаг 8: ThingSpeak - 2

Теперь вы можете быть более разборчивы в изменении минимального и максимального значений осей.

При необходимости щелкните логотип карандаша в правом верхнем углу графика.

Типичные значения:

PM 2, 5 и PM 10 = мкг / м ^ 3

Температура = ° C

Влажность =%

Диоксид азота = ppm

У вас должно получиться что-то вроде двух картинок выше.

Вы также можете добавить некоторые другие виджеты, такие как «Цифровой дисплей» или «Датчик».

Наконец, чтобы сделать свой канал общедоступным, перейдите на вкладку «Поделиться» и выберите «Поделиться просмотром канала со всеми».

Шаг 9: Бонус - ThingTweet and React

Необязательно: отправьте твит, если условие выполнено!

Шаг 1. Создайте учетную запись Twitter или используйте свою личную учетную запись Twitter.

Зарегистрироваться - Twitter

Шаг 2: В Thingspeak зайдите в «Приложения», затем нажмите «ThingTweet».

Свяжите свою учетную запись Twitter, нажав «Связать учетную запись Twitter».

Шаг 3: Теперь вернитесь в «Приложения» и нажмите «Реагировать».

Создайте новый React, нажав «New React».

По примеру:

Название реакции: Температура выше 15 ° C

Тип условия: числовой

Частота тестирования: при вставке данных

Условие, если канал:

Поле: 3 (температура)

Знак: больше чем

Значение: 15

Действие: ThingTweet

Затем напишите в Твиттере: О! Температура выше 15 ° C

используя аккаунт Twitter:

Опции: запускать действие каждый раз, когда выполняется условие

Затем нажмите «Сохранить React».

Теперь вы будете твитнуть, если условие выполнено, и многие другие условия могут быть настроены, например, в зависимости от уровня PM10.

Шаг 10: Теперь ваша очередь

Наконец, теперь у вас есть все элементы для воспроизведения вашей собственной станции AirCitizen!

Видео: Вы можете посмотреть видео, в котором мы представляем наши работы.

Наша платформа ThingSpeak: AirCitizenPolytech Station

--

Спасибо за Ваше внимание !

Команда AirCitizen Polytech

Шаг 11: Справочная информация и библиография

https://www.sigfox.com/en