AirCitizen - monitorovanie kvality ovzdušia: 11 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Ahoj všetci

Dnes vás naučíme reprodukovať náš projekt: AirCitizen tímom AirCitizenPolytech!

--

Pochádza z programu „OpenAir / Aký je váš vzduch?“Projekty, projekt AirCitizen, má za cieľ umožniť občanom aktívne hodnotiť kvalitu svojho bezprostredného prostredia a najmä vzduchu, ktorý dýchajú, a to tým, že im ponúka:

Stavať

Realizujte v prenosných staniciach environmentálnych meraní „Fablabs“(digitálne výrobné laboratóriá), ktoré integrujú rôzne lacné snímače (napr. Teplotu, vlhkosť, tlak, plynný NOx, ozón alebo častice PM10 a PM2,5).

Odmerať

Vykonajte merania in situ, aby ste zdôraznili časopriestorovú variabilitu environmentálnych premenných: na jednej strane počas putovných kampaní s podporou geografov-klimatológov a na druhej strane na rôznych miestach, ktoré predstavujú rozmanité environmentálne kontexty.

zdieľam

Prispejte k zlepšovaniu znalostí zdieľaním týchto meraní v environmentálnej databáze, a tým umožnite online mapovanie znečistenia ovzdušia.

--

Cieľom je vytvoriť autonómnu stanicu, ktorá bude môcť zbierať údaje o prostredí a odosielať ich pomocou siete SigFox na palubnú dosku.

Na jednej strane vám teda ukážeme, ako navrhnúť hardvér, a na druhej strane, ako urobiť softvérovú časť.

Krok 1: Hardvér

Tu sú komponenty, ktoré sme sa rozhodli použiť pri návrhu stanice:

-STM32 NUCLEO -F303K8 -> Ďalšie informácie

-HPMA115S0 -XXX (snímač častíc PM2,5 a PM10) -> Ďalšie informácie

- SHT11 alebo SHT10 alebo STH15 alebo DHT11 (teplota a relatívna vlhkosť) -> Ďalšie informácie

- MICS2714 (snímač NO2, snímač oxidu dusičitého) -> Ďalšie informácie

- Solárny panel x2 (2W) -> Ďalšie informácie

- Batéria LiPo 3, 7 V 1050 mAh -> Ďalšie informácie

- Regulátor LiPo Rider Pro (106990008) -> Ďalšie informácie

- Licencia BreakOut SigFox BRKWS01 + 1 -> Ďalšie informácie

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

- 1 kondenzátor (100 nF)

- 1 tranzistor (2N222).

! ! ! Aby ste predišli interferenciám medzi HPMA a SHT11, musíte odstrániť nukleovú dosku stm32 SB16 a SB18! !

V zásade musíte takto pripojiť komponenty:

1. Paralelne zvárajte solárne panely.
2. Pripojte ich k LiPo Rider Pro a tiež k LiPo Rider Pro pripojte batériu.
3. Rovnako ako na fotografii vyššie pripojte všetky prvky k STM32. Pripojte iba jeden snímač teploty a vlhkosti, nie 2! Nezabudnite na rezistory, kondenzátor a tranzistor.
4. Nakoniec pripojte STM32 k LiPo Rider Pro pomocou USB kábla.

Ďalším krokom je alternatíva k tomuto káblovému pripojeniu.

Krok 2: Hardvér - PCB

Na návrh dosky plošných spojov (PCB) sme sa rozhodli použiť Autodesk Eagle.

Môžete sa rozhodnúť pripojiť buď DHT alebo SHT, rozhodli sme sa navrhnúť dva odtlačky prstov pre tieto 2 snímače, aby sme v prípade potreby senzor zmenili.

V prílohe si môžete stiahnuť súbory koncepcií Eagle, aby ste si ich mohli ľahko vytvoriť sami.

Na napájanie zariadenia používame 5V pin stm32. V tejto konfigurácii je napájané iba jadro stm32.

Môžeme teda použiť režim hlbokého spánku MCU poskytujúci nízky prúd spánku. V pohotovostnom stave celý spánkový prúd klesne pod XX µA.

Krok 3: Protokol LPWAN: komunikácia Sigfox

Sigfox je protokol LPWAN vytvorený francúzskou telekomunikačnou spoločnosťou SIGFOX

Umožňuje vzdialeným zariadeniam pripojiť sa pomocou technológie ultra úzkeho pásma (UNB). Väčšina z nich bude na prenos malého množstva údajov vyžadovať iba malú šírku pásma. Siete dokážu spracovať iba približne 12 bajtov na správu a súčasne nie viac ako 140 správ na zariadenie a deň.

Pre mnohé aplikácie IOT sú tradičné systémy mobilných telefónov príliš zložité na to, aby umožňovali prevádzku s veľmi nízkym výkonom, a príliš nákladné na to, aby ich bolo možné realizovať pre mnoho malých nízkonákladových uzlov … Sieť a technológia SIGFOX sa zameriava na nízkonákladový stroj na strojové spracovanie. aplikačné oblasti, kde je požadované široké pokrytie.

V prípade AirCitizen je formát zistených údajov jednoduchý a množstvo údajov správneho na použitie Sigfoxu na preklad údajov zistených zo senzorov do našej platformy IOT - ThingSpeak.

V nasledujúcich krokoch predstavíme používanie Sigfoxu.

Krok 4: Konfigurácia softvéru

Po realizácii nášho obvodu prejdeme k vývoju nášho mikrokontroléra STM32 F303K8.

Pre väčšiu jednoduchosť môžete zvoliť programovanie v Arduine.

Krok 1: Ak ste ešte nenainštalovali Arduino IDE, stiahnite si ho a nainštalujte z tohto odkazu. Uistite sa, že ste vybrali správny operačný systém.

Odkaz: Stiahnite si Arduino

Krok 2: Po inštalácii Arduino IDE otvorte a stiahnite požadované balíky pre dosku STM32. To je možné vykonať výberom položky Súbor -> Predvoľby.

Krok 3: Kliknutím na Predvoľby sa otvorí nižšie uvedené dialógové okno. Do dodatočného textového poľa Web Boards Manager vložte nasledujúci odkaz:

github.com/stm32duino/BoardManagerFiles/ra…

a stlačte OK.

Krok 4: Teraz prejdite na Nástroj -> Dosky -> Správca rady. Otvorí sa dialógové okno Správca dosiek, vyhľadá sa „jadrá STM32“a nainštaluje sa zobrazený balík (balík STMicrolectronics).

Krok 5: Po dokončení balíka je inštalácia dokončená. Prejdite na položku Nástroje a posuňte sa nadol, aby ste našli „sériu Nucleo-32“. Potom sa uistite, že je variantom „Nucleo F303K8“, a zmeňte spôsob nahrávania na „STLink“.

Krok 6: Teraz pripojte dosku k počítaču a pomocou správcu zariadenia skontrolujte, ku ktorému portu COM je doska pripojená. Potom vyberte rovnaké číslo portu v ponuke Nástroje-> Port.

Teraz ste pripravení naprogramovať svoj STM32 F303K8 pomocou Arduino!

Krok 5: Naprogramujte svoj STM32

Po dokončení konfigurácie musíte naprogramovať svoj mikrokontrolér na zber a odosielanie údajov.

Krok 1: Skontrolujte ovplyvnenie V/V a zmerajte časovú pečiatku v časti „Definovať“kódu.

Krok 2: Nahrajte vyššie uvedený kód do stm32, otvorte sériový monitor a resetujte zariadenie. Na obrazovke by sa mal objaviť príkaz „AT“, ak nie, skontrolujte vyhlásenie I/O.

Môžete si urobiť predstavu o pravdivosti svojich údajov tým, že sa v prílohe pozriete na francúzske legislatívne normy.

Prejdeme ku konfigurácii palubnej dosky.

Krok 6: ThingSpeak - 1

Pred konfiguráciou spôsobu presmerovania údajov z našej stanice na platformu ThingSpeak si vytvorte účet ThingSpeak.

Zaregistrujte sa: webová stránka ThingSpeak

Krok 1: Teraz kliknite na „Nový kanál“. Tým sa otvorí formulár. Zadajte meno a popis (ak je to potrebné).

Vytvorte 5 polí:

• Pole 1: pm2, 5
• Pole 2: pm10
• Pole 3: teplota
• Pole 4: vlhkosť
• Pole 5: NO2

Tieto názvy nebudú názvami našich grafov.

Ak potrebujete príklad, pozrite si fotografiu vyššie.

Nie je potrebné vyplňovať ďalšie polia, ale mohlo by to byť zaujímavé, ak zadáte miesto.

Posuňte zobrazenie nadol a zvoľte „Uložiť kanál“.

Krok 2: Kanál stanice AirCitizen.

Teraz môžete vidieť stránku s 5 grafmi. Kliknutím na symbol ceruzky môžete zmeniť vlastnosti grafu.

Výsledkom je druhý obrázok vyššie.

V tomto kroku sú tieto grafy súkromné. Po prijatí údajov ich budete môcť zverejniť.

Krok 3: Po konfigurácii vašich grafov. Prejdite na kartu „Kľúče API“. Pozrite sa na časť žiadosti o API a presnejšie na prvé pole „Aktualizácia kanála“. Všimnite si KĽÚČ API.

Budete mať niečo také:

ZÍSKAJTE

Teraz môžete prejsť na ďalšiu kapitolu.

Krok 7: Komunikácia medzi modulom Sigfox a platformou ThingSpeak

Pre vašu informáciu upozorňujeme, že každá karta modulu Sigfox má na karte zapísané jedinečné číslo a číslo PAC.

Ak chcete získať údaje o ThingSpeak, mali by ste ich presmerovať.

Dáta prechádzajú zo stanice na back -end Sigfox a budú presmerované na server ThingSpeak.

Vysvetlenia nájdete na prvom obrázku vyššie.

Krok 1: Nebudeme vysvetľovať, ako sa zaregistrovať na Sigfoxe kvôli mnohým návodom na internete.

Choďte na back -end Sigfox.

Kliknite na „Typ zariadenia“, potom kliknite na riadok súpravy a vyberte „Upraviť“.

Teraz prejdite do sekcie „Spätné volania“a kliknite na „Nové“, „Vlastné spätné volanie“.

Krok 2:

Mali by ste byť na konfiguračnej stránke:

Typ: DATA a UPLINK

Kanál: URL

Odoslať duplikát: žiadny

Vlastná konfigurácia užitočného zaťaženia: Nastavte zdroj údajov a rozhodnite o dátovom formulári. Mali by ste písať takto:

Názov premennej:: Typ: NumberOfBits

V tomto prípade máme 5 hodnôt s názvom pm25, pm10, teplota, vlhkosť a NO2.

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

Vzor adresy URL: Toto je syntax. Použite predtým nájdený kľúč API a vložte ho za „api_key =“

Odkaz

Použite metódu HTTP: GET

Odoslať SNI: ZAPNUTÉ

Hlavičky: Žiadne

Teraz kliknite na „Ok“.

Vaše spätné volanie do rozhrania ThingSpeak API je teraz nakonfigurované! (Vyobrazenie na druhom obrázku vyššie).

Krok 8: ThingSpeak - 2

Teraz môžete byť vyberavejší pri úprave minimálnych a maximálnych hodnôt osí.

V prípade potreby kliknite na logo ceruzky v pravom hornom rohu grafu.

Typické hodnoty:

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

Teplota = ° C

Vlhkosť = %

Oxid dusičitý = ppm

Mali by ste mať niečo ako dva obrázky vyššie.

Môžete tiež pridať ďalšie widgety, ako napríklad „Numerický displej“alebo „Meradlo“.

Nakoniec, aby bol váš kanál verejný, prejdite na kartu „Zdieľanie“a vyberte „Zdieľať zobrazenie kanála so všetkými“.

Krok 9: Bonus - ThingTweet a reakcia

Voliteľné: Tweetujte, ak je splnená podmienka!

Krok 1: Vytvorte si twitterový účet alebo použite svoj osobný twitterový účet.

Zaregistrujte sa - Twitter

Krok 2: V programe Thingspeak prejdite na „Aplikácie“a potom kliknite na „ThingTweet“.

Prepojte svoj účet twitter kliknutím na „Prepojiť účet Twitter“.

Krok 3: Teraz sa vráťte do časti „Aplikácie“a potom kliknite na „Reagovať“.

Vytvorte novú reakciu kliknutím na „Nová reakcia“.

Príkladom:

Reagovať Názov: Teplota nad 15 ° C

Typ stavu: číselný

Frekvencia testu: Vkladanie dát n

Podmienka, ak kanál:

Pole: 3 (teplota)

Znak: je väčší ako

Hodnota: 15

Akcia: ThingTweet

Potom píšte: Oh! Teplota je vyššia ako 15 ° C

pomocou účtu Twitter:

Možnosti: Spustiť akciu vždy, keď je splnená podmienka

Potom kliknite na „Uložiť reakciu“.

Teraz budete tweetovať, ak je podmienka splnená a je možné nakonfigurovať mnoho ďalších podmienok, v závislosti od úrovne PM10.

Krok 10: Teraz ste na rade

Nakoniec máte teraz všetky prvky na reprodukciu svojej vlastnej stanice AirCitizen!

Video: Môžete si pozrieť video, kde predstavujeme našu prácu.

Naša platforma ThingSpeak: AirCitizenPolytech Station

--

Ďakujem za tvoju pozornosť !

Tím AirCitizen Polytech

Krok 11: Referencie a bibliografia

https://www.sigfox.com/en

https://backend.sigfox.com/auth/login