Airduino: Giám sát chất lượng không khí di động: 5 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Chào mừng đến với dự án của tôi, Airduino. Tên tôi là Robbe Breens. Tôi đang học công nghệ truyền thông và đa phương tiện tại Howest ở Kortrijk, Bỉ. Vào cuối học kỳ thứ hai, chúng ta phải tạo ra một thiết bị IoT, đây là một cách tuyệt vời để tập hợp tất cả các kỹ năng phát triển đã thu được trước đó lại với nhau để tạo ra thứ gì đó hữu ích. Dự án của tôi là một thiết bị giám sát chất lượng không khí di động có tên là Airduino. Nó đo nồng độ vật chất hạt trong không khí và sau đó tính AQI (Chỉ số chất lượng không khí). AQI này có thể được sử dụng để xác định các rủi ro sức khỏe do nồng độ hạt vật chất trong không khí đo được và các biện pháp mà chính quyền địa phương cần thực hiện để bảo vệ công dân của họ trước những rủi ro sức khỏe này.

Điều quan trọng cần lưu ý là thiết bị di động. Hiện nay, có hàng ngàn thiết bị giám sát chất lượng không khí tĩnh trên khắp Châu Âu. Chúng có một nhược điểm lớn đối với chúng vì chúng không thể di dời khi sản phẩm đã trực tuyến. Thiết bị di động cho phép đo chất lượng không khí ở nhiều vị trí và ngay cả khi đang di chuyển (kiểu xem phố của google). Nó cũng hỗ trợ các tính năng khác, xác định các vấn đề nhỏ về chất lượng không khí cục bộ (như đường phố thông gió kém) chẳng hạn. Cung cấp rất nhiều giá trị trong một gói nhỏ là điều khiến dự án này trở nên thú vị.

Tôi đã sử dụng Arduino MKR GSM1400 cho dự án này. Đây là một bảng Arduino chính thức với một mô-đun u-blox cho phép giao tiếp di động 3G. Airduino có thể đẩy dữ liệu đã thu thập đến máy chủ bất kỳ lúc nào và từ bất kỳ đâu. Ngoài ra, một mô-đun GPS cho phép thiết bị tự định vị và xác định vị trí địa lý các phép đo.

Để đo nồng độ PM (vật chất hạt), tôi đã sử dụng một thiết lập cảm biến quang học. Cảm biến và chùm ánh sáng đặt lệch nhau một góc. Khi các hạt đi qua trước ánh sáng, một số ánh sáng sẽ bị phản xạ về phía cảm biến. Cảm biến ghi lại một xung trong thời gian hạt phản xạ ánh sáng tới cảm biến. Nếu không khí đang chuyển động với tốc độ ổn định, thì độ dài của xung này cho phép chúng ta ước tính đường kính của hạt. Những loại cảm biến này cung cấp một cách khá rẻ để đo PM. Cũng cần lưu ý rằng tôi đo lường hai loại PM khác nhau; Vật chất hạt có đường kính nhỏ hơn 10 µm (PM10) và đường kính nhỏ hơn 2,5 µm (PM2, 5). Lý do chúng được phân biệt là vì khi vật chất hạt trở nên nhỏ hơn, nguy cơ sức khỏe càng lớn. Các hạt nhỏ hơn sẽ xâm nhập vào phổi sâu hơn, có thể gây ra nhiều tổn thương hơn. Do đó, nồng độ PM2, 5 cao sẽ đòi hỏi nhiều biện pháp hơn hoặc khác với mức PM10 cao.

Tôi sẽ chỉ cho bạn từng bước cách tôi tạo thiết bị này trong bài đăng Có thể hướng dẫn này

Bước 1: Thu thập các bộ phận

Điều đầu tiên, chúng tôi phải đảm bảo rằng chúng tôi có tất cả các phần cần thiết để tạo ra dự án này. Dưới đây, bạn có thể tìm thấy danh sách tất cả các thành phần mà tôi đã sử dụng. Bạn cũng có thể tải xuống danh sách chi tiết hơn của tất cả các thành phần bên dưới bước này.

• Arduino MKR GSM 1400
• Arduino Mega ADK
• Raspberry pi 3 + 16GB micro sd-thẻ
• NEO-6M-GPS
• TMP36
• Bóng bán dẫn BD648
• 2 x quạt pi
• Điện trở 100 Ohm
• Cáp nhảy

• Pin Li-Po 3.7V có thể sạc lại được

• Ăng ten GSM lưỡng cực
• Ăng ten GPS thụ động

Tổng cộng tôi đã chi khoảng 250 € cho những phần này. Nó chắc chắn không phải là dự án rẻ nhất.

Bước 2: Tạo mạch

Tôi đã thiết kế một PCB (bảng mạch in) cho dự án này ở Eagle. Bạn có thể tải xuống tệp kerber (tệp cung cấp hướng dẫn cho máy sẽ tạo PCB) bên dưới bước này. Sau đó, bạn có thể gửi các tệp này đến nhà sản xuất PCB. Tôi thực sự khuyên bạn nên JLCPCB. Khi bạn nhận được bo mạch của mình, bạn có thể dễ dàng hàn các thành phần vào chúng bằng cách sử dụng sơ đồ điện ở trên.

Bước 3: Nhập cơ sở dữ liệu

Bây giờ là lúc tạo cơ sở dữ liệu sql nơi chúng ta sẽ lưu dữ liệu đo được.

Tôi sẽ thêm một kết xuất sql bên dưới bước này. Bạn sẽ phải cài đặt mysql trên Raspberry pi và sau đó nhập kết xuất. Thao tác này sẽ tạo cơ sở dữ liệu, người dùng và bảng cho bạn.

Bạn có thể làm điều này bằng cách sử dụng máy khách mysql. Tôi thực sự khuyên bạn nên sử dụng MYSQL Workbench. Liên kết sẽ giúp bạn cài đặt mysql và nhập kết xuất sql.

Bước 4: Cài đặt mã

Bạn có thể tìm thấy mã trên github của tôi hoặc tải xuống tệp đính kèm ở bước này.

Bạn sẽ phải:

cài đặt apache trên raspberry pi và đặt các tệp giao diện người dùng vào thư mục gốc. Sau đó, giao diện sẽ có thể truy cập được trên mạng cục bộ của bạn

• Cài đặt tất cả các gói python được nhập vào ứng dụng phụ trợ. Sau đó, bạn sẽ có thể chạy mã phụ trợ với trình thông dịch python chính của mình hoặc trình thông dịch ảo.
• Chuyển tiếp cổng 5000 của pi raspberry của bạn để arduino có thể giao tiếp với phần phụ trợ.
• Tải mã arduino lên arduinos. Đảm bảo rằng bạn thay đổi địa chỉ Ip và thông tin nhà cung cấp dịch vụ mạng của thẻ SIM.

Bước 5: Xây dựng trường hợp

Đối với vỏ máy, điều quan trọng nhất là nó cho phép lưu thông khí tốt qua thiết bị. Điều này rõ ràng là cần thiết để đảm bảo rằng các phép đo được thực hiện trong thiết bị có thể đại diện cho không khí bên ngoài thiết bị. Vì thiết bị được sử dụng bên ngoài nên nó cũng phải có khả năng chống mưa.

Để làm điều này, tôi đã tạo các lỗ thoát khí ở dưới cùng của trường hợp. Các lỗ thoát khí cũng được tách biệt trong một ngăn khác với các thiết bị điện tử. Điều này làm cho nước phải dâng lên (mà nó không thể) để tiếp cận các thiết bị điện tử. Tôi đã bảo vệ các lỗ cho cổng USB arduinos bằng cao su. Để nó tự niêm phong khi chúng không được sử dụng.