W tym projekcie zamierzamy stworzyć system monitorowania zanieczyszczenia powietrza oparty na IoT, w którym będziemy monitorować jakość powietrza na serwerze internetowym za pomocą Internetu i uruchomimy alarm, gdy jakość powietrza spadnie powyżej określonego poziomu, czyli gdy będzie wystarczająca ilość w powietrzu obecne są szkodliwe gazy, takie jak CO2, dym, alkohol, benzen i NH3. Pokaże jakość powietrza w PPM na wyświetlaczu LCD, a także na stronie internetowej, dzięki czemu możemy ją bardzo łatwo monitorować.

Wcześniej budowaliśmy detektor LPG z czujnikiem MQ6 i czujnikiem dymu z czujnikiem MQ2, ale tym razem jako czujnik jakości powietrza zastosowaliśmy czujnik MQ135, który jest najlepszym wyborem do monitorowania jakości powietrza, ponieważ wykrywa najbardziej szkodliwe gazy i może mierzyć ich ilość dokładnie. W tym projekcie IOT możesz monitorować poziom zanieczyszczenia z dowolnego miejsca za pomocą komputera lub telefonu komórkowego. Możemy zainstalować ten system w dowolnym miejscu, a także wyzwolić jakieś urządzenie, gdy zanieczyszczenie przekroczy pewien poziom, na przykład możemy włączyć wentylator wyciągowy lub wysłać ostrzeżenie SMS / e-mail do użytkownika.

Wymagane komponenty:

MQ135 Czujnik gazu
Arduino Uno
Moduł Wi-Fi ESP8266
Wyświetlacz LCD 16X2
Płytka prototypowa
Potencjometr 10 K.
Rezystory 1K ohm
Rezystor 220 omów
Brzęczyk

Możesz kupić wszystkie powyższe komponenty tutaj.

Schemat obwodu i wyjaśnienie:

Przede wszystkim połączymy ESP8266 z Arduino. ESP8266 działa na 3,3 V i jeśli dasz mu 5 V z Arduino, to nie będzie działać poprawnie i może ulec uszkodzeniu. Podłącz VCC i CH_PD do pinu 3,3 V Arduino. Pin RX ESP8266 działa na 3,3 V i nie będzie komunikował się z Arduino, gdy podłączymy go bezpośrednio do Arduino. Będziemy więc musieli zrobić dla niego dzielnik napięcia, który zamieni 5 V na 3,3 V. Można to zrobić, łącząc trzy rezystory szeregowo, tak jak to zrobiliśmy w obwodzie. Podłącz pin TX ESP8266 do pin 10 Arduino i pin RX esp8266 do pin 9 Arduino poprzez rezystory.

Moduł Wi-Fi ESP8266 zapewnia Twoim projektom dostęp do Wi-Fi lub internetu. Jest to bardzo tanie urządzenie i sprawia, że Twoje projekty są bardzo potężne. Może komunikować się z dowolnym mikrokontrolerem i jest wiodącym urządzeniem na platformie IOT. Dowiedz się więcej o używaniu ESP8266 z Arduino tutaj.

Następnie połączymy czujnik MQ135 z Arduino. Podłącz VCC i pin masy czujnika do 5 V i masę Arduino i analogowy pin czujnika do A0 Arduino.

Podłącz brzęczyk do pinu 8 Arduino, który zacznie wydawać sygnał dźwiękowy, gdy stan się spełni.

Na koniec połączymy LCD z Arduino. Połączenia wyświetlacza LCD są następujące

Podłącz pin 1 (VEE) do masy.
Podłącz pin 2 (VDD lub VCC) do 5V.
Podłącz pin 3 (V0) do środkowego kołka potencjometru 10K i podłącz pozostałe dwa końce potencjometru do VCC i GND. Potencjometr służy do regulacji kontrastu ekranu LCD. Potencjometr o wartościach innych niż 10K też będzie działał.
Podłącz pin 4 (RS) do pinu 12 Arduino.
Podłącz pin 5 (odczyt / zapis) do masy Arduino. Ten pin nie jest często używany, więc podłączymy go do masy.
Podłącz pin 6 (E) do pinu 11 Arduino. Pin RS i E to piny sterujące, które służą do przesyłania danych i znaków.
Następujące cztery piny są pinami danych, które służą do komunikacji z Arduino.

Podłącz pin 11 (D4) do pinu 5 Arduino.

Podłącz pin 12 (D5) do pinu 4 Arduino.

Podłącz pin 13 (D6) do pinu 3 Arduino.

Podłącz pin 14 (D7) do pinu 2 Arduino.

Podłącz pin 15 do VCC przez rezystor 220 omów. Rezystor zostanie użyty do ustawienia jasności podświetlenia. Większe wartości spowodują, że podświetlenie będzie znacznie ciemniejsze.
Podłącz pin 16 do uziemienia.

Objaśnienie robocze:

Czujnik MQ135 może wykrywać NH3, NOx, alkohol, benzen, dym, CO2 i inne gazy, więc jest idealnym czujnikiem gazu do naszego projektu monitorowania jakości powietrza. Kiedy podłączymy go do Arduino, wykryje gazy, a my uzyskamy poziom zanieczyszczenia w PPM (części na milion). Czujnik gazu MQ135 podaje wyjście w postaci poziomów napięć i należy je przeliczyć na PPM. Tak więc do konwersji danych wyjściowych w PPM użyliśmy tutaj biblioteki dla czujnika MQ135, co zostało szczegółowo wyjaśnione w sekcji „Objaśnienie kodu” poniżej.

Czujnik podawał wartość 90, gdy w pobliżu nie było gazu, a bezpieczny poziom jakości powietrza to 350 PPM i nie powinien przekraczać 1000 PPM. Kiedy przekracza limit 1000 PPM, zaczyna powodować bóle głowy, senność oraz zastój, stęchłe, duszne powietrze, a jeśli przekracza 2000 PPM, może powodować przyspieszenie akcji serca i wiele innych chorób.

Gdy wartość będzie mniejsza niż 1000 PPM, na wyświetlaczu LCD i na stronie internetowej zostanie wyświetlony komunikat „Świeże powietrze”. Za każdym razem, gdy wartość wzrośnie o 1000 PPM, brzęczyk zacznie wydawać dźwięk, a na wyświetlaczu LCD i na stronie internetowej zostanie wyświetlony komunikat „Poor Air, Open Windows”. Jeśli wzrośnie o 2000, brzęczyk będzie nadal piszczał, a na wyświetlaczu LCD i na stronie internetowej pojawi się „Niebezpieczeństwo! Przenieś się na świeże powietrze ”.

Objaśnienie kodu:

Przed rozpoczęciem kodowania dla tego projektu musimy najpierw skalibrować czujnik gazu MQ135. Istnieje wiele obliczeń związanych z konwersją sygnału wyjściowego czujnika na wartość PPM, wykonaliśmy te obliczenia wcześniej w naszym poprzednim projekcie czujnika dymu. Ale tutaj używamy biblioteki dla MQ135, możesz pobrać i zainstalować tę bibliotekę MQ135 stąd:

Korzystając z tej biblioteki, możesz bezpośrednio pobrać wartości PPM, używając tylko poniższych dwóch linii:

MQ135 gasSensor = MQ135 (A0); float air_quality = gasSensor.getPPM ();

Ale wcześniej musimy skalibrować czujnik MQ135, aby skalibrować czujnik załaduj poniższy kod i pozwól mu działać przez 12 do 24 godzin, a następnie uzyskaj wartość RZERO .

#include „MQ135.h” void setup () {Serial.begin (9600); } void loop () {MQ135 gasSensor = MQ135 (A0); // Podłącz czujnik do pinu A0 float rzero = gasSensor.getRZero (); Serial.println (rzero); opóźnienie (1000); }

Po uzyskaniu wartości RZERO . Umieść wartość RZERO w pobranym pliku biblioteki „MQ135.h”: # zdefiniuj RZERO 494.63

Teraz możemy rozpocząć kodowanie naszego projektu monitorowania jakości powietrza.

W kodzie zdefiniowaliśmy przede wszystkim biblioteki i zmienne dla czujnika gazu i wyświetlacza LCD. Korzystając z Software Serial Library, możemy wykonać dowolny cyfrowy pin jako TX i RX. W tym kodzie stworzyliśmy Pin 9 jako pin RX i pin 10 jako pin TX dla ESP8266. Następnie dołączyliśmy bibliotekę do LCD i zdefiniowaliśmy piny do tego samego. Zdefiniowaliśmy również dwie dodatkowe zmienne: jedną dla styku analogowego czujnika i drugą do przechowywania wartości air_quality .

#zawierać # zdefiniować DEBUG true SoftwareSerial esp8266 (9,10); #zawierać LiquidCrystal lcd (12, 11, 5, 4, 3, 2); const int sensorPin = 0; int air_quality;

Następnie zadeklarujemy pin 8 jako pin wyjściowy, do którego podłączyliśmy brzęczyk. Polecenie l cd.begin (16,2) uruchomi wyświetlacz LCD w celu odebrania danych, a następnie ustawimy kursor na pierwszą linię i wydrukujemy „circuitdigest” . Następnie ustawimy kursor w drugiej linii i wydrukujemy „Sensor Warming” .

pinMode (8, WYJŚCIE); lcd.begin (16,2); lcd.setCursor (0,0); lcd.print ("circuitdigest"); lcd.setCursor (0,1); lcd.print ("Ogrzewanie czujnika"); opóźnienie (1000);

Następnie ustawimy prędkość transmisji dla komunikacji szeregowej. Różne ESP mają różne szybkości transmisji, więc zapisz je zgodnie z szybkością transmisji ESP. Następnie wyślemy polecenia, aby ustawić ESP na komunikację z Arduino i wyświetlić adres IP na monitorze szeregowym.

Serial.begin (115200); esp8266.begin (115200); sendData ("AT + RST \ r \ n", 2000, DEBUG); sendData ("AT + CWMODE = 2 \ r \ n", 1000, DEBUG); sendData ("AT + CIFSR \ r \ n", 1000, DEBUG); sendData ("AT + CIPMUair_quality = 1 \ r \ n", 1000, DEBUG); sendData ("AT + CIPSERVER = 1,80 \ r \ n", 1000, DEBUG); pinMode (sensorPin, INPUT); lcd.clear ();

Aby wydrukować wynik na stronie internetowej w przeglądarce internetowej, będziemy musieli użyć programowania HTML. Dlatego stworzyliśmy ciąg o nazwie webpage i zapisaliśmy w nim dane wyjściowe. Odejmujemy 48 od wyniku, ponieważ funkcja read () zwraca wartość dziesiętną ASCII, a pierwsza liczba dziesiętna równa 0 zaczyna się od 48.

if (esp8266.available ()) {if (esp8266.find ("+ IPD,")) {opóźnienie (1000); int connectionId = esp8266.read () - 48; String webpage = "

System monitorowania zanieczyszczenia powietrza IOT

"; strona internetowa + ="

"; webpage + =" Jakość powietrza to "; webpage + = air_quality; webpage + =" PPM "; webpage + ="
";

Poniższy kod wywoła funkcję o nazwie sendData i wyśle ciągi danych i komunikatów do strony internetowej w celu wyświetlenia.

sendData (cipSend, 1000, DEBUG); sendData (strona internetowa, 1000, DEBUG); cipSend = "AT + CIPSEND ="; cipSend + = connectionId; cipSend + = ","; cipSend + = webpage.length (); cipSend + = "\ r \ n";

Poniższy kod wydrukuje dane na wyświetlaczu LCD. Zastosowaliśmy różne warunki sprawdzania jakości powietrza, a wyświetlacz LCD wydrukuje komunikaty zgodnie z warunkami, a brzęczyk również wyda sygnał dźwiękowy, jeśli zanieczyszczenie przekroczy 1000 PPM.

lcd.setCursor (0, 0); lcd.print ("Jakość powietrza to"); lcd.print (air_quality); lcd.print ("PPM"); lcd.setCursor (0,1); if (air_quality <= 1000) {lcd.print ("Świeże powietrze"); digitalWrite (8, NISKI);

Na koniec poniższa funkcja wyśle i pokaże dane na stronie internetowej. Dane, które zapisaliśmy w ciągu o nazwie „strona internetowa”, zostaną zapisane w ciągu o nazwie „polecenie” . ESP odczyta następnie znak po kolei z „polecenia” i wydrukuje go na stronie internetowej.

String sendData (polecenie String, const int timeout, boolean debug) {Odpowiedź ciągu = ""; esp8266.print (polecenie); // wyślij odczytany znak do esp8266 long int time = millis (); while ((time + timeout)> millis ()) {while (esp8266.available ()) {// esp ma dane, więc wyświetl jego wyjście w oknie szeregowym char c = esp8266.read (); // przeczytaj następny znak. odpowiedź + = c; }} if (debugowanie) {Serial.print (odpowiedź); } odpowiedź zwrotna; }

Testowanie i wyniki projektu:

Przed przesłaniem kodu upewnij się, że masz połączenie z Wi-Fi swojego urządzenia ESP8266. Po załadowaniu otwórz monitor szeregowy i pokaże adres IP, jak pokazano poniżej.

Wpisz ten adres IP w przeglądarce, pokaże ci dane wyjściowe, jak pokazano poniżej. Będziesz musiał ponownie odświeżyć stronę, jeśli chcesz zobaczyć aktualną wartość jakości powietrza w PPM.

Skonfigurowaliśmy lokalny serwer, aby zademonstrować jego działanie, możesz sprawdzić poniższe wideo. Aby jednak monitorować jakość powietrza z dowolnego miejsca na świecie, musisz przekierować port 80 (używany do HTTP lub Internetu) na lokalny lub prywatny adres IP (192.168 *) urządzenia. Po przekierowaniu portu wszystkie połączenia przychodzące zostaną przekierowane na ten adres lokalny i możesz otworzyć powyższą stronę internetową, wprowadzając publiczny adres IP swojego Internetu z dowolnego miejsca. Możesz przekierować port, logując się do routera (192.168.1.1) i znajdź opcję konfiguracji przekierowania portu.

System monitorowania zanieczyszczenia powietrza oparty na IoT wykorzystujący Arduino