Airduino: mobiele luchtkwaliteitsmonitor: 5 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Welkom bij mijn project, Airduino. Mijn naam is Robbe Breens. Ik studeer multimedia- en communicatietechnologie aan Howest in Kortrijk, België. Aan het einde van het tweede semester moeten we een IoT-apparaat maken, wat een geweldige manier is om alle eerder verworven ontwikkelingsvaardigheden samen te brengen om iets nuttigs te creëren. Mijn project is een mobiele luchtkwaliteitsmonitor genaamd Airduino. Het meet de fijnstofconcentratie in de lucht en berekent vervolgens de AQI (Air Quality Index). Deze AQI kan worden gebruikt om de gezondheidsrisico's te bepalen die worden veroorzaakt door de gemeten concentratie van fijnstof in de lucht en de maatregelen die lokale overheden moeten nemen om hun burgers te beschermen tegen deze gezondheidsrisico's.

Het is ook belangrijk op te merken dat het apparaat mobiel is. Momenteel zijn er duizenden statische luchtkwaliteitsbewakingsapparatuur in heel Europa. Ze hebben een enorm nadeel omdat ze niet kunnen worden verplaatst zodra het product online is. Een mobiel apparaat maakt het mogelijk om de luchtkwaliteit op meerdere locaties te meten, en zelfs tijdens het bewegen (google streetview-stijl). Het ondersteunt ook andere functies, zoals het identificeren van kleine lokale luchtkwaliteitsproblemen (zoals een slecht geventileerde straat). Het bieden van zoveel waarde in een klein pakket is wat dit project spannend maakt.

Ik gebruikte een Arduino MKR GSM1400 voor dit project. Het is een officieel Arduino-bord met een u-blox-module die 3G-cellulaire communicatie mogelijk maakt. Airduino kan verzamelde gegevens altijd en overal naar een server pushen. Ook stelt een GPS-module het apparaat in staat zichzelf te lokaliseren en de metingen te geolokaliseren.

Om de PM (deeltjes)concentratie te meten, heb ik een optische sensoropstelling gebruikt. De sensor en een lichtstraal staan in een hoek ten opzichte van elkaar. Terwijl deeltjes voor het licht passeren, wordt wat licht gereflecteerd naar de sensor. De sensor registreert een puls zolang het deeltje licht naar de sensor reflecteert. Als de lucht met een constante snelheid beweegt, stelt de lengte van deze puls ons in staat om de diameter van het deeltje te schatten. Dit soort sensoren bieden een vrij goedkope manier om PM te meten. Het is ook belangrijk op te merken dat ik twee verschillende soorten PM meet; Deeltjes met een kleinere diameter dan 10 µm (PM10), en met een kleinere diameter dan 2,5 µm (PM2, 5). De reden dat ze worden onderscheiden is dat naarmate fijnstof kleiner wordt, de gezondheidsrisico's groter worden. Kleinere deeltjes zullen dieper in de longen doordringen, wat meer schade kan veroorzaken. Bij een hoge concentratie PM2, 5 zullen dus meer of andere maatregelen nodig zijn dan bij een hoog PM10-gehalte.

Ik zal je stap voor stap laten zien hoe ik dit apparaat heb gemaakt in deze Instructables-post

Stap 1: De onderdelen verzamelen

Allereerst moeten we ervoor zorgen dat we alle onderdelen hebben die nodig zijn om dit project te maken. Hieronder vind je een lijst van alle componenten die ik heb gebruikt. U kunt onder deze stap ook een meer gedetailleerde lijst van alle componenten downloaden.

• Arduino MKR GSM 1400
• Arduino Mega ADK
• Raspberry pi 3 + 16GB micro sd-kaart
• NEO-6M-GPS
• TMP36
• BD648-transistor
• 2 x pi-ventilator
• 100 Ohm weerstand
• Startkabels

• 3.7V adafruit oplaadbare Li-Po-batterij

• Dipool GSM-antenne
• Passieve GPS-antenne

In totaal heb ik aan deze onderdelen zo'n € 250,- uitgegeven. Het is zeker niet het goedkoopste project.

Stap 2: Het circuit maken

Ik ontwierp een PCB (printplaat) voor dit project in eagle. U kunt de kerber-bestanden (bestanden die instructies geven aan de machine die de PCB gaat bouwen) onder deze stap downloaden. U kunt deze bestanden vervolgens naar een PCB-fabrikant sturen. Ik raad JLCPCB ten zeerste aan. Wanneer u uw borden krijgt, kunt u de componenten er eenvoudig op solderen met behulp van het bovenstaande elektrische schema.

Stap 3: De database importeren

Nu is het tijd om de sql-database te maken waarin we de gemeten gegevens zullen opslaan.

Ik zal een sql-dump toevoegen onder deze stap. U moet mysql op de Raspberry pi installeren en vervolgens de dump importeren. Hiermee worden de database, gebruikers en tabellen voor u gemaakt.

U kunt dit doen met behulp van een mysql-client. Ik raad MYSQL Workbench ten zeerste aan. De link helpt je bij het installeren van mysql en het importeren van de sql-dump.

Stap 4: De code installeren

Je kunt de code vinden op mijn github of het bij deze stap gevoegde bestand downloaden.

U moet:

installeer apache op de raspberry pi en plaats de frontend-bestanden in de hoofdmap. De interface is dan toegankelijk op uw lokale netwerk

• Installeer alle python-pakketten die zijn geïmporteerd in de backend-app. U kunt dan de backend-code uitvoeren met uw belangrijkste python-interpreter of een virtuele.
• Port forward de 5000-poort van je raspberry pi zodat de arduino kan communiceren met de backend.
• Upload de arduino-code naar de arduino's. Zorg ervoor dat u de IP-adressen en de netwerkoperatorgegevens van uw SIM-kaart wijzigt.

Stap 5: De zaak bouwen

Voor de case is het belangrijkste dat het zorgt voor een goede luchtstroom door het apparaat. Dit is uiteraard nodig om ervoor te zorgen dat de metingen in het apparaat representatief zijn voor de lucht buiten het apparaat. Omdat het apparaat bedoeld is om buiten te gebruiken, moet het ook regenbestendig zijn.

Hiervoor heb ik aan de onderkant van de kast luchtgaten gemaakt. De luchtgaten zijn ook gescheiden in een ander compartiment dan de elektronica. Hierdoor moet het water omhoog (wat niet kan) om de elektronica te bereiken. Ik bewaakte de gaten voor de Arduino USB-poort met rubber. Zodat het zichzelf afdicht wanneer ze niet worden gebruikt.