AirCitizen - monitorování kvality ovzduší: 11 kroků (s obrázky)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-13 06:57

Ahoj všichni

Dnes vás naučíme reprodukovat náš projekt: AirCitizen od týmu AirCitizenPolytech!

--

Pochází z 'OpenAir / Jaký je váš vzduch?' Projekty, projekt AirCitizen si klade za cíl umožnit občanům aktivně hodnotit kvalitu svého bezprostředního okolí a zejména vzduchu, který dýchají, a to tak, že jim nabídne:

Stavět

Realizujte v přenosných stanicích environmentálních měření „Fablabs“(digitální výrobní laboratoře) integrujících různé levné senzory (např. Teplota, vlhkost, tlak, plynný NOx, ozón nebo částice PM10 a PM2,5).

Opatření

Provádějte měření na místě, abyste zdůraznili časoprostorovou variabilitu environmentálních proměnných: na jedné straně během putovních kampaní s podporou geografů-klimatologů a na druhé straně na různých místech, která představují rozmanitost environmentálních kontextů.

Podíl

Přispějte ke zlepšování znalostí sdílením těchto měření v environmentální databázi a umožněte tak online mapování znečištění ovzduší.

--

Cílem je vytvořit autonomní stanici, která bude moci shromažďovat data prostředí a odesílat je pomocí sítě SigFox na řídicí panel.

Na jedné straně vám tedy ukážeme, jak navrhnout hardware, a na druhé straně, jak udělat část softwaru.

Krok 1: Hardware

Zde jsou komponenty, které jsme se rozhodli použít k návrhu stanice:

-STM32 NUCLEO -F303K8 -> Pro více informací

-HPMA115S0 -XXX (snímač částic PM2,5 a PM10) -> Další informace

- SHT11 nebo SHT10 nebo STH15 nebo DHT11 (teplota a relativní vlhkost) -> Pro více informací

- MICS2714 (senzor NO2, senzor oxidu dusičitého) -> Další informace

- Solární panel x2 (2W) -> Pro více informací

- Baterie LiPo 3, 7 V 1050 mAh -> Pro více informací

- Regulátor LiPo Rider Pro (106990008) -> Pro více informací

- BreakOut SigFox BRKWS01 + 1 licence -> Pro více informací

- 7 rezistorů (86, 6; 820; 1K; 1K; 4, 7K; 10K; 20K)

- 1 kondenzátor (100 nF)

- 1 tranzistor (2N222).

! ! ! Abyste předešli interferencím mezi HPMA a SHT11, musíte odstranit nukleovou desku stm32 SB16 a SB18!

V zásadě musíte takto připojit komponenty:

1. Souběžně svařujte solární panely.
2. Připojte je k LiPo Rider Pro a připojte také baterii k LiPo Rider Pro.
3. Stejně jako na fotografii výše připojte všechny prvky k STM32. Připojte pouze jeden snímač teploty a vlhkosti, ne 2! Nezapomeňte na odpory, kondenzátor a tranzistor.
4. Nakonec připojte STM32 k LiPo Rider Pro pomocí USB kabelu.

Dalším krokem je alternativa k tomuto kabelovému připojení.

Krok 2: Hardware - PCB

Rozhodli jsme se použít Autodesk Eagle k návrhu desky plošných spojů (PCB).

Můžete se rozhodnout připojit buď DHT nebo SHT, rozhodli jsme se navrhnout dva otisky prstů pro tyto 2 senzory, abychom mohli senzor v případě potřeby změnit.

V příloze si můžete stáhnout soubory koncepcí Eagle, abyste si je mohli snadno vytvořit sami.

K napájení zařízení používáme 5V pin stm32. V této konfiguraci je napájeno pouze jádro stm32.

Můžeme tedy použít režim hlubokého spánku MCU poskytující nízký spánkový proud. V pohotovostním stavu celý spací proud klesne pod XX µA.

Krok 3: Protokol LPWAN: Komunikace Sigfox

Sigfox je protokol LPWAN vytvořený francouzskou telekomunikační společností - SIGFOX

Umožňuje připojení vzdálených zařízení pomocí technologie ultra úzkého pásma (UNB). Většina z nich bude k přenosu malého množství dat vyžadovat pouze malou šířku pásma. Sítě jsou schopny zpracovat pouze přibližně 12 bajtů na zprávu a současně ne více než 140 zpráv na zařízení za den.

Pro mnoho aplikací IOT jsou tradiční systémy mobilních telefonů příliš složité na to, aby umožňovaly provoz s velmi nízkým výkonem, a příliš nákladné na to, aby byly proveditelné pro mnoho malých levných uzlů … Síť a technologie SIGFOX je zaměřena na nízkonákladový stroj na obrábění oblasti použití, kde je vyžadováno široké pokrytí.

Pro AirCitizen je formát detekovaných dat jednoduchý a množství dat správné pro použití Sigfoxu pro překlad dat detekovaných ze senzorů na naši platformu IOT - ThingSpeak.

V následujících krocích představíme použití Sigfoxu.

Krok 4: Konfigurace softwaru

Po realizaci našeho obvodu přejdeme k vývoji našeho mikrokontroléru STM32 F303K8.

Pro větší jednoduchost můžete zvolit programování v Arduinu.

Krok 1: Pokud jste ještě nenainstalovali Arduino IDE, stáhněte si jej a nainstalujte z tohoto odkazu. Ujistěte se, že jste vybrali správný operační systém.

Odkaz: Stáhněte si Arduino

Krok 2: Po instalaci Arduino IDE otevřete a stáhněte požadované balíčky pro desku STM32. To lze provést výběrem Soubor -> Předvolby.

Krok 3: Kliknutím na Předvolby se otevře níže zobrazené dialogové okno. Do dalšího textového pole URL Boards Manager vložte následující odkaz:

github.com/stm32duino/BoardManagerFiles/ra…

a stiskněte OK.

Krok 4: Nyní přejděte na Nástroj -> Desky -> Správce desek. Otevře se dialogové okno Správce desek, vyhledejte „Jádra STM32“a nainstalujte zobrazený balíček (balíček STMicrolectronics).

Krok 5: Po dokončení balíčku je instalace dokončena. Přejděte na Nástroje a přejděte dolů a najděte „Série Nucleo-32“. Poté se ujistěte, že je varianta „Nucleo F303K8“, a změňte způsob nahrávání na „STLink“.

Krok 6: Nyní připojte desku k počítači a pomocí správce zařízení zkontrolujte, ke kterému portu COM je deska připojena. Poté vyberte stejné číslo portu v nabídce Nástroje-> Port.

Nyní jste připraveni naprogramovat svůj STM32 F303K8 pomocí Arduina!

Krok 5: Naprogramujte svůj STM32

Jakmile je konfigurace hotová, musíte naprogramovat svůj mikrořadič tak, aby sbíral a odesílal data.

Krok 1: Zkontrolujte ovlivnění I/O a změřte časové razítko v části „Definovat“kódu.

Krok 2: Nahrajte výše uvedený kód do stm32, otevřete sériový monitor a resetujte zařízení. Na obrazovce by se měl objevit příkaz „AT“, pokud ne, zkontrolujte deklaraci I/O.

Můžete si udělat představu o věrohodnosti svých údajů v francouzských legislativních normách v příloze.

Přejdeme ke konfiguraci řídicího panelu.

Krok 6: ThingSpeak - 1

Před konfigurací, jak přesměrovat data z naší stanice na platformu ThingSpeak, si musíte vytvořit účet ThingSpeak.

Zaregistrujte se: Web ThingSpeak

Krok 1: Nyní klikněte na „Nový kanál“. Tím se otevře formulář. Zadejte název a popis (je -li to nutné).

Vytvořit 5 polí:

• Pole 1: pm2, 5
• Pole 2: odp. 10
• Pole 3: teplota
• Pole 4: vlhkost
• Pole 5: NO2

Tyto tituly nebudou názvy našich grafů.

Pokud potřebujete příklad, viz foto výše.

Není třeba vyplňovat více polí, ale mohlo by to být zajímavé, pokud zadáte umístění.

Přejděte dolů a vyberte „Uložit kanál“.

Krok 2: Kanál stanice AirCitizen.

Nyní můžete vidět stránku s 5 grafy. Kliknutím na symbol tužky můžete změnit vlastnosti grafu.

Výsledkem je druhý obrázek výše.

V tomto kroku jsou tyto grafy soukromé. Jakmile budou data přijata, budete je moci zveřejnit.

Krok 3: Po konfiguraci grafů. Přejděte na kartu „Klíče API“. Podívejte se na část požadavku API a přesněji na první pole „Aktualizovat kanál“. Všimněte si API KEY.

Budete mít něco takového:

ZÍSKEJTE

Nyní můžete přejít na další kapitolu.

Krok 7: Komunikace mezi modulem Sigfox a platformou ThingSpeak

Pro vaši informaci si všimněte, že každá karta modulu Sigfox má na kartě jedinečné číslo a číslo PAC.

Chcete -li data přijímat na ThingSpeak, měli byste je přesměrovat.

Datas jde ze stanice na back -end Sigfox a bude přesměrován na server ThingSpeak.

Vysvětlení najdete na prvním obrázku výše.

Krok 1: Nebudeme vysvětlovat, jak se zaregistrovat na Sigfoxu kvůli mnoha návodům na internetu.

Přejděte na back -end Sigfox.

Klikněte na „Typ zařízení“, poté klikněte na řádek vaší sady a vyberte „Upravit“.

Nyní přejděte do části „Zpětná volání“a klikněte na „Nové“, „Vlastní zpětné volání“.

Krok 2:

Měli byste být na konfigurační stránce:

Typ: DATA a UPLINK

Kanál: URL

Odeslat duplikát: žádný

Vlastní konfigurace užitečného zatížení: Nastavte zdroj dat a rozhodněte o datovém formuláři. Měli byste napsat jako:

VarName:: Type: NumberOfBits

V tomto případě máme 5 hodnot pojmenovaných pm25, pm10, teplota, vlhkost a NO2.

pm25:: int: 16 pm10:: int: 16 teplota:: int: 8 vlhkost:: uint: 8 NO2:: uint: 8

Vzor adresy URL: Toto je syntaxe. Použijte dříve nalezený klíč API a vložte jej za „api_key =“

api.

Použijte metodu HTTP: GET

Odeslat SNI: ON

Záhlaví: Žádné

Klikněte nyní na „Ok“.

Vaše zpětné volání do rozhraní ThingSpeak API je nyní nakonfigurováno! (Reprezentace na druhém obrázku výše).

Krok 8: ThingSpeak - 2

Nyní můžete být vybíravější při úpravě minimálních a maximálních hodnot os.

V případě potřeby klikněte na logo tužky v pravém horním rohu grafu.

Typické hodnoty:

PM 2, 5 & PM 10 = ug/m^3

Teplota = ° C

Vlhkost = %

Oxid dusičitý = ppm

Měli byste mít něco jako dva obrázky výše.

Můžete také přidat další widgety, například „Numerický displej“nebo „Gauge“.

Nakonec chcete -li svůj kanál zveřejnit, přejděte na kartu „Sdílení“a vyberte „Sdílet zobrazení kanálu se všemi“.

Krok 9: Bonus - ThingTweet a Reagovat

Volitelné: Tweetujte, pokud je splněna podmínka!

Krok 1: Vytvořte si twitterový účet nebo použijte svůj osobní twitterový účet.

Zaregistrujte se - Twitter

Krok 2: V programu Thingspeak přejděte na „Aplikace“a poté klikněte na „ThingTweet“.

Propojte svůj twitterový účet kliknutím na „Propojit twitterový účet“.

Krok 3: Nyní se vraťte zpět do „Aplikace“a poté klikněte na „Reagovat“.

Vytvořte novou Reagovat kliknutím na „Nová reakce“.

Příkladem:

Reagovat Název: Teplota nad 15 ° C

Typ podmínky: číselný

Frekvence testu: O n vkládání dat

Podmínka, pokud kanál:

Pole: 3 (teplota)

Znamení: je větší než

Hodnota: 15

Akce: ThingTweet

Pak tweetujte: Ach! Teplota je vyšší než 15 ° C

pomocí účtu Twitter:

Možnosti: Spustit akci pokaždé, když je splněna podmínka

Poté klikněte na „Uložit reakci“.

Nyní budete tweetovat, pokud je podmínka splněna a lze nakonfigurovat mnoho dalších podmínek, v závislosti na úrovni PM10.

Krok 10: Teď jste na řadě

Konečně nyní máte všechny prvky pro reprodukci vlastní stanice AirCitizen!

Video: Můžete se podívat na video, kde představujeme naši práci.

Naše platforma ThingSpeak: AirCitizenPolytech Station

--

Děkuji za pozornost !

Tým AirCitizen Polytech

Krok 11: Reference a bibliografie

https://www.sigfox.com/en