Airduino: monitor mobile della qualità dell'aria: 5 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Benvenuto nel mio progetto, Airduino. Mi chiamo Robbe Breens. Sto studiando tecnologia multimediale e della comunicazione presso Howest a Kortrijk, Belgio. Alla fine del secondo semestre, dobbiamo realizzare un dispositivo IoT, che è un ottimo modo per riunire tutte le abilità di sviluppo acquisite in precedenza per creare qualcosa di utile. Il mio progetto è un monitor mobile della qualità dell'aria chiamato Airduino. Misura la concentrazione di particelle nell'aria e poi calcola l'AQI (Air Quality Index). Questo AQI può essere utilizzato per determinare i rischi per la salute causati dalla concentrazione misurata di particelle nell'aria e le misure che dovrebbero essere adottate dai governi locali per proteggere i propri cittadini da questi rischi per la salute.

È anche importante notare che il dispositivo è mobile. Attualmente, ci sono migliaia di dispositivi di monitoraggio della qualità dell'aria statica in tutta Europa. Hanno un enorme svantaggio perché non possono essere trasferiti una volta che il prodotto è online. Un dispositivo mobile consente la misurazione della qualità dell'aria in più luoghi e anche durante gli spostamenti (stile Google Street View). Supporta anche altre funzionalità, ad esempio identificando piccoli problemi di qualità dell'aria locali (come una strada poco ventilata). Fornire così tanto valore in un piccolo pacchetto è ciò che rende questo progetto entusiasmante.

Ho usato un Arduino MKR GSM1400 per questo progetto. È una scheda Arduino ufficiale con un modulo u-blox che consente la comunicazione cellulare 3G. Airduino può inviare i dati raccolti a un server in qualsiasi momento e da qualsiasi luogo. Inoltre, un modulo GPS consente al dispositivo di localizzarsi e geolocalizzare le misurazioni.

Per misurare la concentrazione di PM (materia particellare), ho usato un sensore ottico. Il sensore e un raggio di luce si trovano ad angolo l'uno rispetto all'altro. Quando le particelle passano davanti alla luce, parte della luce viene riflessa verso il sensore. Il sensore registra un impulso finché la particella riflette la luce al sensore. Se l'aria si muove a una velocità costante, la lunghezza di questo impulso ci permette di stimare il diametro della particella. Questi tipi di sensori offrono un modo abbastanza economico per misurare il PM. È anche importante notare che misuro due diversi tipi di PM; Particelle di diametro inferiore a 10 µm (PM10) e di diametro inferiore a 2,5 µm (PM2, 5). Il motivo per cui si distinguono è che man mano che la materia particellare si riduce, i rischi per la salute aumentano. Le particelle più piccole penetreranno più in profondità nei polmoni, il che può causare più danni. Pertanto, un'elevata concentrazione di PM2, 5 richiederà misure maggiori o diverse rispetto a un livello elevato di PM10.

Ti mostrerò passo dopo passo come ho creato questo dispositivo in questo post di Instructables

Passaggio 1: raccolta delle parti

Per prima cosa, dobbiamo assicurarci di avere tutte le parti necessarie per creare questo progetto. Di seguito puoi trovare un elenco di tutti i componenti che ho utilizzato. Puoi anche scaricare un elenco più dettagliato di tutti i componenti sotto questo passaggio.

• Arduino MKR GSM 1400
• Arduino Mega ADK
• Scheda micro SD Raspberry pi 3 + 16 GB
• NEO-6M-GPS
• TMP36
• Transistore BD648
• 2 x pi-fan
• Resistenza da 100 Ohm
• Cavi jumper

• Batteria Li-Po ricaricabile adafruit da 3,7 V

• Antenna GSM a dipolo
• Antenna GPS passiva

In totale ho speso circa 250€ per queste parti. Non è certamente il progetto più economico.

Passaggio 2: creazione del circuito

Ho progettato un PCB (circuito stampato) per questo progetto in eagle. Puoi scaricare i file kerber (file che forniscono istruzioni alla macchina che costruirà il PCB) sotto questo passaggio. È quindi possibile inviare questi file a un produttore di PCB. Consiglio vivamente JLCPCB. Quando si ottengono le schede, è possibile saldare facilmente i componenti utilizzando lo schema elettrico sopra.

Passaggio 3: importazione del database

Ora è il momento di creare il database sql dove salveremo i dati misurati.

Aggiungerò un dump sql sotto questo passaggio. Dovrai installare mysql sul Raspberry pi e quindi importare il dump. Questo creerà il database, gli utenti e le tabelle per te.

Puoi farlo usando un client mysql. Consiglio vivamente MYSQL Workbench. Il collegamento ti aiuterà a installare mysql e importare il dump sql.

Passaggio 4: installazione del codice

Puoi trovare il codice sul mio github o scaricare il file allegato a questo passaggio.

Tu dovrai:

installa apache sul raspberry pi e metti i file frontend nella cartella principale. L'interfaccia sarà quindi accessibile sulla rete locale

• Installa tutti i pacchetti Python importati nell'app di backend. Sarai quindi in grado di eseguire il codice di backend con il tuo interprete Python principale o virtuale.
• Porta in avanti la porta 5000 del tuo raspberry pi in modo che arduino possa comunicare con il backend.
• Carica il codice arduino su arduino. Assicurati di modificare gli indirizzi IP e le informazioni dell'operatore di rete della tua carta SIM.

Passaggio 5: costruire il caso

Per il caso, la cosa più importante è che consente un buon flusso d'aria attraverso il dispositivo. Ciò è ovviamente necessario per garantire che le misurazioni effettuate nel dispositivo siano rappresentabili per l'aria esterna al dispositivo. Poiché il dispositivo è pensato per essere utilizzato all'esterno, deve anche essere resistente alla pioggia.

Per fare questo ho fatto dei fori per l'aria nella parte inferiore del case. Anche i fori per l'aria sono separati in un vano diverso dall'elettronica. Questo fa sì che l'acqua debba salire (cosa che non può) per raggiungere l'elettronica. Ho protetto i fori per la porta USB di Arduino con una gomma. In modo che si sigilli da solo quando non vengono utilizzati.