AirCitizen - Monitorando a qualidade do ar: 11 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Olá a todos

Hoje, ensinaremos como reproduzir nosso projeto: AirCitizen da equipe AirCitizenPolytech!

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Vindo do 'OpenAir / Qual é o seu ar?' Projetos, o projeto AirCitizen visa permitir que os cidadãos avaliem ativamente a qualidade do seu ambiente imediato e, em particular, o ar que respiram, oferecendo-os de:

Construir

Realize em "Fablabs" (laboratórios de manufatura digital) estações portáteis de medições ambientais integrando vários sensores de baixo custo (por exemplo, temperatura, umidade, pressão, gás NOx, ozônio ou partículas PM10 e PM2.5).

Medir

Realizar medições in situ para evidenciar a variabilidade espaço-temporal das variáveis ambientais: por um lado, durante campanhas itinerantes com o apoio de geógrafos-climatologistas e, por outro lado, em vários locais que apresentam contextos ambientais diversos.

Compartilhado

Contribuir para a melhoria do conhecimento, compartilhando essas medições em um banco de dados ambiental e, assim, possibilitar o mapeamento online da poluição do ar.

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O conceito é criar uma estação autônoma que possa coletar dados do ambiente e enviá-los com a rede SigFox para um painel.

Então, por um lado, mostraremos como projetar o hardware e, por outro lado, como fazer a parte do software.

Etapa 1: Hardware

Aqui estão os componentes que decidimos usar para projetar a estação:

- STM32 NUCLEO-F303K8 -> Para mais informações

- HPMA115S0-XXX (sensor de partículas PM2.5 e PM10) -> Para mais informações

- SHT11 ou SHT10 ou STH15 ou DHT11 (Temperatura e Umidade Relativa) -> Para mais informações

- MICS2714 (sensor de NO2, sensor de dióxido de nitrogênio) -> Para mais informações

- Painel Solar x2 (2W) -> Para mais informações

- Bateria LiPo 3, 7 V 1050 mAh -> Para mais informações

- Regulador LiPo Rider Pro (106990008) -> Para mais informações

- Licença BreakOut SigFox BRKWS01 + 1 -> Para mais informações

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

- 1 capacitor (100nF)

- 1 transistor (2N222).

! ! ! Você tem que remover SB16 e SB18 na placa de núcleo stm32 para evitar interferências entre HPMA e SHT11!

Basicamente, é assim que você deve conectar os componentes:

1. Solde, em paralelo, os painéis solares.
2. Conecte-os ao LiPo Rider Pro e conecte também a bateria ao LiPo Rider Pro.
3. Como na foto acima, conecte todos os elementos ao STM32. Conecte apenas um sensor de temperatura e umidade, não 2! Não se esqueça dos resistores, do capacitor e do transistor.
4. Por fim, conecte o STM32 ao LiPo Rider Pro com um cabo USB.

A próxima etapa é uma alternativa a este com fio.

Etapa 2: Hardware - PCB

Decidimos usar o Autodesk Eagle para projetar a placa de circuito impresso (PCB).

Você pode escolher conectar um DHT ou um SHT, optamos por projetar duas impressões digitais para esses 2 sensores a fim de alterar o sensor, se necessário.

Em anexo, você pode baixar os arquivos de concepção do Eagle para que você possa fazer por conta própria facilmente.

Usamos o pino 5V do stm32 para alimentar o dispositivo. Nesta configuração, apenas o núcleo stm32 é alimentado.

Assim, podemos usar o modo de hibernação profunda do MCU, fornecendo uma baixa corrente de hibernação. No estado de espera, toda a corrente de hibernação fica abaixo de XXµA.

Etapa 3: O Protocolo LPWAN: Comunicação Sigfox

Sigfox é um protocolo LPWAN criado por uma empresa francesa de telecomunicações - SIGFOX

Ele permite que dispositivos remotos se conectem usando a tecnologia de banda ultra estreita (UNB). A maioria deles exigirá apenas pouca largura de banda para transferir pequenas quantidades de dados. As redes só conseguem lidar com aproximadamente 12 bytes por mensagem e, ao mesmo tempo, não mais do que 140 mensagens por dispositivo por dia.

Para muitas das aplicações IOT, os sistemas de telefonia celular tradicionais são muito complexos para permitir uma operação com muito baixo consumo de energia e muito caros para serem viáveis para muitos nós de baixo custo … A rede e tecnologia SIGFOX é voltada para máquinas de baixo custo áreas de aplicação onde uma ampla cobertura de área é necessária.

Para AirCitizen, o formato dos dados detectados é simples e a quantidade de dados correta para usar o Sigfox para traduzir os dados detectados dos sensores para nossa plataforma IOT - ThingSpeak.

Apresentaremos o uso do Sigfox nas etapas a seguir.

Etapa 4: configuração do software

Após a realização do nosso circuito, vamos prosseguir com o desenvolvimento do nosso microcontrolador STM32 F303K8.

Para mais simplicidade, você pode escolher programar em Arduino.

Etapa 1: Se você ainda não instalou o IDE do Arduino, faça o download e instale-o deste link. Certifique-se de selecionar o sistema operacional correto.

O link: Baixe o Arduino

Etapa 2: Depois de instalar o Arduino IDE, abra e baixe os pacotes necessários para a placa STM32. Isso pode ser feito selecionando Arquivo -> Preferências.

Etapa 3: Clicar em Preferências abrirá a caixa de diálogo mostrada abaixo. Na caixa de texto adicional do URL do Boards Manager, cole o link abaixo:

github.com/stm32duino/BoardManagerFiles/ra…

e pressione OK.

Passo 4: Agora vá para Ferramenta -> Placas -> Gerenciador de Placa. Isso abrirá a caixa de diálogo do gerenciador de placas, procure por “STM32 Cores” e instale o pacote que aparece (pacote STMicrolectronics).

Etapa 5: após o pacote, a instalação está concluída. Vá para Ferramentas e role para baixo para encontrar a "série Nucleo-32". Em seguida, certifique-se de que a variante seja "Nucleo F303K8" e altere o método de upload para "STLink".

Passo 6: Agora, conecte sua placa ao computador e verifique a qual porta COM a placa está conectada usando o gerenciador de dispositivos. Em seguida, selecione o mesmo número de porta em Ferramentas-> Porta.

Agora você está pronto para programar seu STM32 F303K8 com Arduino!

Etapa 5: programe seu STM32

Uma vez feita a configuração, você precisa programar seu microcontrolador para coletar e enviar dados.

Passo 1: Verifique a afetação de I / O e mede o carimbo de data / hora na parte "Definir" do código.

Passo 2: Carregue o código acima para o stm32, abra o monitor serial e reinicie o dispositivo. O comando "AT" deve aparecer na tela, caso contrário, verifique a declaração de E / S.

Você pode ter uma idéia da veracidade de seus dados consultando as normas da legislação francesa em anexo.

Vamos passar para a configuração do painel.

Etapa 6: ThingSpeak - 1

Antes de configurar como redirecionar dados de nossa estação para a plataforma ThingSpeak, você deve criar uma conta ThingSpeak.

Inscreva-se: Site ThingSpeak

Passo 1: Agora clique em "Novo Canal". Isso abrirá um formulário. Insira um nome e uma descrição (se necessário).

Crie 5 campos:

• Campo 1: pm2, 5
• Campo 2: pm10
• Campo 3: temperatura
• Campo 4: umidade
• Campo 5: NO2

Esses títulos não serão os títulos de nossos gráficos.

Se precisar de um exemplo, veja a foto acima.

Você não precisa preencher mais campos, mas pode ser interessante se você inserir um local.

Role para baixo e "Salvar canal".

Etapa 2: Canal da estação AirCitizen.

Agora você pode ver uma página com 5 gráficos. Ao clicar no símbolo do lápis, você pode alterar as propriedades de um gráfico.

O resultado é a segunda foto acima.

Nesta etapa, esses gráficos são privados. Você poderá torná-los públicos assim que os dados forem recebidos.

Passo 3: Após a configuração de seus gráficos. Vá para a guia "Chaves API". Observe a parte de solicitação da API e mais precisamente o primeiro campo, "Atualizar um feed de canal". Observe a chave API.

Você terá algo assim:

OBTER

Agora você pode ir para o próximo capítulo.

Etapa 7: comunicação entre o módulo Sigfox e a plataforma ThingSpeak

Para sua informação, observe que cada placa do módulo Sigfox possui um número exclusivo escrito na placa e um número PAC.

Para receber os dados no ThingSpeak, você deve redirecioná-los.

Os dados vão da estação para o back-end do Sigfox e serão redirecionados para o servidor ThingSpeak.

Veja a primeira foto acima para explicações.

Passo 1: Não vamos explicar como se registrar no Sigfox por causa de muitos tutoriais na internet.

Vá para o back-end do Sigfox.

Clique em "Device Type", clique na linha do seu kit e selecione "Edit".

Agora, vá na seção "Callbacks" e clique em "New", "Custom Callback".

Passo 2:

Você deve estar na página de configuração:

Tipo: DATA e UPLINK

Canal: URL

Enviar duplicado: nenhum

Configuração de carga útil personalizada: defina a fonte de dados e decida o formulário de dados. Você deve escrever como:

VarName:: Type: NumberOfBits

Nesse caso, temos 5 valores denominados pm25, pm10, temperatura, umidade e NO2.

pm25:: int: 16 pm10:: int: 16 temperatura:: int: 8 umidade:: uint: 8 NO2:: uint: 8

Padrão de URL: esta é a sintaxe. Use a chave de API encontrada anteriormente e insira-a após "api_key ="

api.thingspeak.com/update?api_key=XXXXXXXXXXXXXXXX&field1={customData#pm25}&field2={customData#pm10}&field3={customData#temperature}&field4={customData#humidity}&field5={customData#NO2}

Use o método HTTP: GET

Enviar SNI: ON

Cabeçalhos: Nenhum

Clique agora em "Ok".

Seu retorno de chamada para a API ThingSpeak agora está configurado! (Representação na segunda foto acima).

Etapa 8: ThingSpeak - 2

Agora, você pode ser mais exigente ao modificar os valores mínimo e máximo dos eixos.

Se necessário, clique no logotipo do lápis no canto superior direito de um gráfico.

Valores tipicos:

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

Temperatura = ° C

Umidade =%

Dióxido de nitrogênio = ppm

Você deve ter algo como as duas fotos acima.

Você também pode adicionar alguns outros widgets como "Display Numérico" ou "Medidor".

Por fim, para tornar seu canal público, vá até a guia "Compartilhamento" e selecione "Compartilhar visualização do canal com todos".

Etapa 9: Bônus - ThingTweet e React

Opcional: tweet se uma condição for atendida!

Passo 1: Crie uma conta no Twitter ou use sua conta pessoal no Twitter.

Cadastre-se - Twitter

Passo 2: No Thingspeak, vá em "Apps" e clique em "ThingTweet".

Vincule sua conta do Twitter clicando em "Vincular conta do Twitter".

Passo 3: Agora volte em "Apps" e clique em "React".

Crie um novo React clicando em "New React".

Por exemplo:

Nome do Reagir: Temperatura acima de 15 ° C

Tipo de condição: numérico

Frequência de teste: Inserção de dados On

Condição, se canal:

Campo: 3 (temperatura)

Sinal: é maior que

Valor: 15

Ação: ThingTweet

Então tweet: Oh! A temperatura é superior a 15 ° C

usando a conta do Twitter:

Opções: Executar a ação sempre que a condição for atendida

Em seguida, clique em "Salvar Reação".

Agora você irá tweetar se a condição for atendida e muitas outras condições podem ser configuradas, como dependendo do nível de PM10.

Etapa 10: Agora é a sua vez

Finalmente, agora você tem todos os elementos para reproduzir sua própria AirCitizen Station!

Vídeo: Você pode assistir a um vídeo onde apresentamos nosso trabalho.

Nossa plataforma ThingSpeak: AirCitizenPolytech Station

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Obrigado pela sua atenção !

A equipe AirCitizen Polytech

Etapa 11: Referência e Bibliografia

https://www.sigfox.com/en