среда, 18 сентября 2019 г.

luftdaten.info - общественный мониторинг качества воздуха

По данным всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в 2012 году из-за загрязнения атмосферного воздуха в городских окраинах и сельских районах во всем мире произошло 4,2 миллиона случаев преждевременной смерти людей. Один из показателей загрязненности - это концентрация пыли, размеры которой настолько малы, что при вдохе через легкие она может распространиться по всему организму. Источники пыли могут быть как природными, так и связанными с деятельностью человека. Сильнее всего на пыль влияют автомобильный трафик, грунтовые дороги, дровяные печи и некоторые промышленные предприятия (например, угольные электростанции).

Проблема чрезмерной запыленности воздуха может быть очень серьезной в зависимости от региона и страны проживания: постоянно находясь в среде с повышенным содержанием взвешенных частиц в воздухе, можно нанести серьезный вред своему здоровью. Чтобы узнать, чем ты дышишь ежедневно необходимо измерять степень загрязненности воздуха. В статье расскажу, как собрать, установить и настроить общественную станцию мониторинга качества воздуха у себя дома. Проект основан на гражданской инициативе https://luftdaten.info/, которая появилась в 2015 году в Германии.

Что измеряет станция

Станция мониторинга качества воздуха измеряет концентрацию в воздухе взвешенных ультрадисперсных частиц двух видов: размером менее 2,5 микрон (PM2.5) (РМ — particulate matter) и размером менее 10 микрон (PM10). Для понимания посмотрите размеры частиц в сравнении с человеческим волосом:

Некоторые представители частиц PM2.5 и PM10
Помимо измерения концентрации частиц станция измеряет температуру и относительную влажность окружающей среды и свои данные отправляет на сервер luftdaten.info для последующего отображения на карте:


Как можно заметить, наибольшее покрытие датчиками в Германии - родине проекта, а в России пока с датчиками не густо, не говоря уже о Крыме и Севастополе, где нет ни одной подобной станции. Увидев такое, мы с коллегами решили исправить ситуацию и внести свой вклад в данный проект. Собрали первую подобную станцию в Крыму и Севастополе.

Сборка станции

Все необходимые компоненты для станции мы купили на aliexpress и в строительном магазине:
Итого за весь набор ~2070 руб.



Общая схема работы станции примерно следующая: датчик SDS011 качает воздух через себя получая цифровые значения концентрации частиц PM2.5 и PM10, датчик DHT22 получает значения температуры и относительной влажности в окружающей среде, плата NodeMCU управляет этими устройствами и через подключение к Wi-Fi точке отправляет значение сенсоров на сервер luftdaten, где в последствии данные выводятся на карту и на графики. 

Распределительная коробка нужна для защиты от дождя, так как датчик сам должен быть установлен на улице. В оригинале в инструкции от luftdaten датчик помещают внутрь канализационных труб, вы можете выбрать для себя более подходящий вариант в зависимости от ваших условий.

Подключение компонентов

Компоненты необходимо подключить к друг другу по следующей схеме:


Питание схемы будет осуществляться с помощью USB кабеля и блока питания на 5 вольт. В нашем проекте не требуется навыков пайки, поэтому в этом варианте собрать устройство может практически любой человек. При возможности и желании можно схему жестко спаять проводами.

Прошивка

После правильного подключения необходимо залить на микросхему прошивку - это программное обеспечение, которое осуществляет взаимодействие с датчиками и отправку их значений на сервера luftdaten по Wi-Fi. Для заливки прошивки необходимо подключить плату NodeMCU через USB кабель к компьютеру. Подробная инструкция по заливке прошивки для каждой операционной системы есть на официальном сайте. Мы заливали прошивку на Ubuntu. Соответственно воспользовались утилитой "Firmware Flasher", которую скачали по ссылке выше. Перед заливкой прошивки не забываем дать доступ на USB порт:

sudo chown <username> /dev/ttyUSB0

Запускаем Firmware Flasher и заливаем прошивку на нужный порт. Программа загрузки прошивки выдаст идентификатор вашего сенсора Chip ID, который куда-нибудь запишите, так как он понадобится для регистрации сенсора в сети.

Настройка устройства

После заливки прошивки необходимо перезагрузить устройство. При старте сенсор будет пытаться подключиться к Wi-Fi сети, и если он не найдет известную ему сеть, то перейдет в режим точки доступа. Поэтому при первом включении станции к сети необходимо поискать доступные Wi-Fi сети, которые появились вокруг вас, SSID сети должен содержать Chip ID, который вы получили во время прошивки.
Подключаемся к Wi-Fi точке и заходим в браузере по адресу http://192.168.4.1/. Вы попадете на страницу настройки параметров доступа к Wi-Fi. На открывшейся форме настроек выберите раздел "Konfiguration" и заполните параметры подключения к вашей Wi-Fi точке с интернетом. После сохранения настроек, перезагрузите устройство.

Если вы указали все верно на предыдущем этапе, то сенсор подключится к интернету через Wi-Fi и будет посылать данные на сервер. Где-то через 10 минут вы сможете увидеть свой сенсор на страницах:

Регистрация своего сенсора

Последним шагом необходимо зарегистрировать сенсор в сервисе luftdaten. Для этого необходимо зарегистрироваться в сервисе http://my.luftdaten.info/. После регистрации в интерфейсе можно будет добавить свой сенсор, при добавлении можно заполнить:
  • Chip ID
  • Местоположение
  • Другие параметры окружения (в помещении или на улице и т.п.)
После проделанных шагов данные вашей станции должны отобразиться на общественной карте https://deutschland.maps.luftdaten.info.


Монтаж станции

Далее необходимо разместить свою станцию на улице. Это можно сделать на балконе или за окном, позаботьтесь о защите от дождя, также необходимо подвести питание 5 вольт. В первом релизе мы протянули кабель от розетки с блоком питания через окно и закрепили станцию на внешнем откосе оконного проема.


Заключение

В повседневной жизни редко задумываешься о том, насколько загрязнен воздух в основных местах твоего пребывания. И если он действительно загрязнен там, где ты живешь и проводишь большую часть своего времени - это может сильно сказаться на продолжительности твоей жизни или ухудшить твое здоровье в долгосрочной перспективе. Из статьи видно, что для измерения у себя дома (или на работе) концентрации пыли можно построить дешевый и сравнительно простой в сборке и настройке датчик, который будет постоянно следить за воздухом вокруг тебя. Чем больше датчиков будет создано по миру, тем больше информации об окружающей среде мы можем получить, следовательно, можно увидеть экологически благоприятные и неблагоприятные районы для жизни.

Призываю вас установить такую станцию общественного мониторинга у себя дома и внести свой вклад в развитие проекта! Делитесь этой статьей с друзьями, и обращайтесь ко мне за консультациями по сборке и настройке датчика, я с удовольствием помогу.

Полезные ссылки