Airduino: การตรวจสอบคุณภาพอากาศเคลื่อนที่: 5 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

ยินดีต้อนรับสู่โครงการของฉัน Airduino ฉันชื่อร็อบบ์ บรีนส์ ฉันกำลังศึกษาเทคโนโลยีมัลติมีเดียและการสื่อสารที่ Howest ใน Kortrijk ประเทศเบลเยียม ในตอนท้ายของภาคเรียนที่ 2 เราต้องสร้างอุปกรณ์ IoT ซึ่งเป็นวิธีที่ดีในการนำทักษะการพัฒนาที่ได้มาก่อนหน้านี้มารวมกันเพื่อสร้างสิ่งที่มีประโยชน์ โครงการของฉันคือเครื่องตรวจสอบคุณภาพอากาศเคลื่อนที่ที่เรียกว่า Airduino วัดความเข้มข้นของอนุภาคในอากาศแล้วคำนวณ AQI (ดัชนีคุณภาพอากาศ) AQI นี้สามารถใช้เพื่อกำหนดความเสี่ยงต่อสุขภาพ ที่เกิดจากความเข้มข้นของอนุภาคในอากาศที่วัดได้ และมาตรการที่รัฐบาลท้องถิ่นควรดำเนินการเพื่อปกป้องพลเมืองของตนจากความเสี่ยงด้านสุขภาพเหล่านี้

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าอุปกรณ์นั้นเป็นมือถือ ปัจจุบันมีอุปกรณ์ตรวจสอบคุณภาพอากาศคงที่หลายพันเครื่องทั่วยุโรป พวกเขามีข้อเสียอย่างมากเนื่องจากไม่สามารถย้ายเมื่อผลิตภัณฑ์ออนไลน์ อุปกรณ์เคลื่อนที่ช่วยให้สามารถวัดคุณภาพอากาศได้ในหลายสถานที่ และแม้ในขณะเคลื่อนที่ (รูปแบบ Google Street View) นอกจากนี้ยังรองรับคุณสมบัติอื่นๆ เช่น การระบุปัญหาคุณภาพอากาศในพื้นที่ขนาดเล็ก (เช่น ถนนที่มีการระบายอากาศไม่ดี) เป็นต้น การให้คุณค่ามากมายในแพ็คเกจขนาดเล็กคือสิ่งที่ทำให้โครงการนี้น่าตื่นเต้น

ฉันใช้ Arduino MKR GSM1400 สำหรับโครงการนี้ เป็นบอร์ด Arduino อย่างเป็นทางการพร้อมโมดูล u-blox ที่เปิดใช้งานการสื่อสารแบบเซลลูลาร์ 3G Airduino สามารถส่งข้อมูลที่รวบรวมไปยังเซิร์ฟเวอร์ได้ตลอดเวลาและจากทุกที่ นอกจากนี้ โมดูล GPS ยังช่วยให้อุปกรณ์สามารถระบุตำแหน่งตัวเองและระบุตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ของการวัดได้

ในการวัดความเข้มข้นของ PM (อนุภาค) ฉันใช้การตั้งค่าเซ็นเซอร์ออปติคัล เซ็นเซอร์และลำแสงจะนั่งทำมุมกัน เมื่ออนุภาคผ่านหน้าแสง แสงบางส่วนจะสะท้อนไปทางเซ็นเซอร์ เซ็นเซอร์จะบันทึกชีพจรตราบเท่าที่อนุภาคสะท้อนแสงไปยังเซ็นเซอร์ หากอากาศเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ความยาวของพัลส์นี้จะช่วยให้เราสามารถประมาณเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคได้ เซ็นเซอร์ประเภทนี้เป็นวิธีที่ค่อนข้างถูกในการวัด PM สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ ฉันวัด PM สองประเภทที่แตกต่างกัน อนุภาคที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า 10 µm (PM10) และมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า 2.5 µm (PM2, 5) เหตุผลที่ทำให้แตกต่างก็คือเมื่ออนุภาคมีขนาดเล็กลง ความเสี่ยงต่อสุขภาพก็จะมากขึ้น อนุภาคขนาดเล็กจะเจาะปอดได้ลึกขึ้นซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายมากขึ้น ความเข้มข้นของ PM2, 5 ที่สูงจึงต้องมีมาตรการมากกว่าหรือแตกต่างจาก PM10 ระดับสูง

ฉันจะแสดงให้คุณเห็นทีละขั้นตอนว่าฉันสร้างอุปกรณ์นี้อย่างไรในโพสต์คำแนะนำนี้

ขั้นตอนที่ 1: รวบรวมชิ้นส่วน

อย่างแรกเลย เราต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าเรามีทุกส่วนที่จำเป็นในการสร้างโครงการนี้ ด้านล่างนี้ คุณจะพบรายการส่วนประกอบทั้งหมดที่ฉันใช้ คุณยังสามารถดาวน์โหลดรายการส่วนประกอบทั้งหมดโดยละเอียดเพิ่มเติมด้านล่างขั้นตอนนี้

• Arduino MKR GSM 1400
• Arduino Mega ADK
• Raspberry pi 3 + 16GB micro sd-card
• NEO-6M-GPS
• TMP36
• BD648 ทรานซิสเตอร์
• 2 x ปี่ฟาน
• ตัวต้านทาน 100 โอห์ม
• สายจัมเปอร์
• แบตเตอรี่ Li-Po แบบชาร์จได้ 3.7V adafruit
• เสาอากาศ GSM ไดโพล
• เสาอากาศ GPS แบบพาสซีฟ

โดยรวมแล้วฉันใช้จ่ายประมาณ 250 ยูโรสำหรับชิ้นส่วนเหล่านี้ ไม่ใช่โครงการที่ถูกที่สุดอย่างแน่นอน

ขั้นตอนที่ 2: การสร้างวงจร

ฉันออกแบบ PCB (แผงวงจรพิมพ์) สำหรับโครงการนี้ด้วยภาษาอินทรี คุณสามารถดาวน์โหลดไฟล์ kerber (ไฟล์ที่ให้คำแนะนำแก่เครื่องที่จะสร้าง PCB) ด้านล่างขั้นตอนนี้ จากนั้นคุณสามารถส่งไฟล์เหล่านี้ไปยังผู้ผลิต PCB ฉันขอแนะนำ JLCPCB เมื่อคุณได้บอร์ดของคุณมา คุณสามารถประสานส่วนประกอบเข้ากับบอร์ดได้อย่างง่ายดายโดยใช้แผนผังทางไฟฟ้าด้านบน

ขั้นตอนที่ 3: การนำเข้าฐานข้อมูล

ตอนนี้ได้เวลาสร้างฐานข้อมูล sql ซึ่งเราจะบันทึกข้อมูลที่วัดได้

ฉันจะเพิ่ม sql dump ด้านล่างขั้นตอนนี้ คุณจะต้องติดตั้ง mysql บน Raspberry pi แล้วนำเข้าดัมพ์ นี้จะสร้างฐานข้อมูล ผู้ใช้ และตารางสำหรับคุณ

คุณสามารถทำได้โดยใช้ไคลเอนต์ mysql ฉันขอแนะนำ MYSQL Workbench เป็นอย่างยิ่ง ลิงค์นี้จะช่วยคุณติดตั้ง mysql และนำเข้า sql dump

ขั้นตอนที่ 4: การติดตั้งโค้ด

คุณสามารถค้นหารหัสบน GitHub ของฉันหรือดาวน์โหลดไฟล์ที่แนบมากับขั้นตอนนี้

คุณจะต้อง:

ติดตั้ง apache บน raspberry pi และใส่ไฟล์ส่วนหน้าลงในโฟลเดอร์รูท อินเทอร์เฟซจะสามารถเข้าถึงได้บนเครือข่ายท้องถิ่นของคุณ

• ติดตั้งแพ็คเกจ python ทั้งหมดที่นำเข้ามาในแอพแบ็กเอนด์ จากนั้นคุณจะสามารถเรียกใช้แบ็กเอนด์โค้ดด้วยตัวแปลไพ ธ อนหลักของคุณหรือตัวเสมือน
• ส่งต่อพอร์ต 5000 พอร์ตของราสเบอร์รี่ pi ของคุณเพื่อให้ Arduino สามารถสื่อสารกับแบ็กเอนด์ได้
• อัปโหลดรหัส Arduino ไปยัง Arduinos ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณเปลี่ยนที่อยู่ IP และข้อมูลผู้ให้บริการเครือข่ายของซิมการ์ดของคุณ

ขั้นตอนที่ 5: สร้างเคส

สำหรับกรณีนี้ สิ่งที่สำคัญที่สุดคือช่วยให้อากาศไหลเวียนผ่านอุปกรณ์ได้ดี สิ่งนี้จำเป็นอย่างยิ่งเพื่อให้แน่ใจว่าการวัดที่ทำในอุปกรณ์นั้นสามารถแสดงแทนอากาศภายนอกอุปกรณ์ได้ เนื่องจากตัวเครื่องมีไว้เพื่อใช้ภายนอก จึงต้องมีกันฝนด้วย

ในการทำเช่นนี้ฉันได้ทำรูระบายอากาศที่ด้านล่างของเคส ช่องระบายอากาศยังถูกแยกออกจากช่องอิเล็กทรอนิกส์อีกด้วย จึงทำให้น้ำต้องขึ้นไป (ซึ่งไม่สามารถ) ถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ ฉันป้องกันรูสำหรับพอร์ต USB Arduinos ด้วยยาง เพื่อปิดผนึกตัวเองเมื่อไม่ได้ใช้งาน