Slimme luchtzuiverer met Arduino Yun, Sharp Plasmacluster en AWS IoT

Onderdelen en benodigdheden

Benodigde tools en machines

• Multimeter
• Solderbout
• Draadstripper

Apps en online diensten

• Amazon Web Services AWS IoT
• Arduino IDE
• Terminal
• Mosquitto MQTT

Over dit project

De aanwezigheid van stof in huizen, kantoren en andere menselijke omgevingen is onvermijdelijk. Volgens de Environmental Protection Agency kan binnenlucht 2 tot 5 keer meer vervuild zijn dan buitenlucht. Deze luchtverontreiniging zorgt voor kleine irritaties zoals jeukende ogen, niezen en hoofdpijn, maar kan ook bijdragen aan ernstige allergieën en levensbedrekkend astma.

Een werkende luchtzuiverer lost dit probleem op. Maar ik wilde IoT-vorteile benutten om de zuiverer slimmer te maken. In plaats van de conventionele manier (de zuiverer de hele dag aan laten staan), implementeer ik een "brein - microcontroller" en "sensor" die alleen werkt als de stofconcentratie een bepaalde drempel bereikt. Dit bespaart veel elektriciteit! En de operationele status is beschikbaar in mijn "terminalvenster" op mijn laptop of elk "MQTT-enabled client" apparaat, waar ter wereld ik ook ben.

Stap 1: Alle componenten verzamelen

Alle componenten zijn te zien in de BOM-lijst (downloadbaar van Dropbox) of in de sectie Onderdelen.

Stap 2: Controleren of alle onderdelen werken

Het eerste wat ik deed na ontvangst was alles testen om functionaliteit te verifiëren.

Voor de GP2Y1010AU0F Sharp Stofsensor setup, raadpleeg de tutorial van Cyrille Médard de Chardon en Christophe Trefois (bevat bedrading en code).

Voor de Relaismodule testte ik een simpele toggle (aan/uit) om de verbinding te verifiëren.

Stap 3: Programmeren

De code is rechttoe rechtaan. De uitdaging is AWS IoT gebruiken voor communicatie van sensordata naar elk MQTT-apparaat (in mijn geval laptop). Zie de codectie. Ik maakte ook een videotutorial voor AWS CLI IoT (alleen bètaversie op moment van maken).

Stap 4: Bedrading

Stap 5: Resultaat

Stap 6: Videodemonstratie

Zie de projectpagina voor de videodemonstratie.

Toekomstige verbeteringen

Er is nog veel verbetering mogelijk, vooral voor "IoT Project". Door mijn werk had ik maar gedeeltelijk vrije tijd. Een "real-time data monitoring" app (hint: NodeJS) interesseert me en staat op mijn wensenlijst. Blijf op de hoogte!

Conclusie

Veel plezier bij dit project, met name de "IoT - Internet of Things" kant. Mogelijkheden en verbeteringen zijn nog volop aanwezig. Ik genoot van het leren van AWS IoT-service, omdat het gemakkelijk in te stellen is (simpele setup via AWS IoT dashboard) en elke verbinding beveiligt met encryptie.

Problemen | Vragen | Opmerkingen | Suggesties

Er kunnen technische problemen zitten die ik niet zag. Laat een reactie of stuur een privbericht, feedback is zeer gewaardeerd!

Vragen of problemen bij repliceren? Neem contact op of laat een reactie. Ik help graag, we leren samen hardware!

Alle opmerkingen en suggesties zijn welkom.

Code

De broncode bestaat uit meerdere bestanden:

• Simple-and-Smart-Air-Purifier-System.ino (Hoofdcode)
• iot_config.h / iot_config.cpp (AWS IoT configuratie)
• dust_config.h / dust_config.cpp (Stofsensor configuratie)
• aws_iot_config.h (AWS IoT certificaten/keys)
• LICENSE (MIT Licentie)

Hoofdcode (Simple-and-Smart-Air-Purifier-System.ino)

/* Source Code for Simple and Smart Air Purifier System
   Written by Aaron Kow
   Licence: MIT Licence */
#include "iot_config.h"
#include "dust_config.h"

aws_iot_setup aws_iot;
dust_setup dust_sensor;

int measurePin = 4;
int ledPower = 12;
int relayPin = 13;
float result;

void setup() {
  pinMode(ledPower, OUTPUT);
  pinMode(relayPin, OUTPUT);
  aws_iot.config();
}

void loop() {
  // Meet stofdichtheid
  result = dust_sensor.init(measurePin, ledPower);

  // AWS IoT MQTT voor real-time monitoring
  aws_iot.data(result);

  // Als stofdichtheid > 0.25 mg/m³, luchtfilter AAN
  if (result > 0.25) {
    digitalWrite(relayPin, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(relayPin, LOW);
  }
  delay(1000);
}

IoT Configuratie (iot_config.cpp - kern)

void aws_iot_setup::config(void) {
  Serial.begin(115200);
  // ... AWS IoT client setup, certificaten laden, verbinden, subscriben op "dustlevel" topic ...
}

void aws_iot_setup::data(float data) {
  char msg[32], mqtt[32];
  dtostrf(data, 3, 2, msg);
  if (atof(msg) > 0.25) {
    sprintf(mqtt, "Dust density: %s mg/m3, air filter is ON", msg);
  } else {
    sprintf(mqtt, "Dust density: %s mg/m3, air filter is OFF", msg);
  }
  myClient.publish("dustlevel", mqtt, strlen(mqtt), 1, false);
  // Debug print
  Serial.print("Dust density: ");
  Serial.print(data);
  Serial.println(" mg/m3");
}

Stofsensor Configuratie (dust_config.cpp - kern)

float dust_setup::init(int measurePin, int ledPower) {
  digitalWrite(ledPower, LOW);           // LED aan
  delayMicroseconds(280);                // sampleer tijd
  voMeasured = analogRead(measurePin);   // lees waarde
  delayMicroseconds(40);
  digitalWrite(ledPower, HIGH);          // LED uit
  delayMicroseconds(9680);               // slaap tijd

  calcVoltage = voMeasured * (5.0 / 1024);
  dustDensity = 0.17 * calcVoltage - 0.1; // lineaire vergelijking
  return dustDensity; // eenheid: mg/m3
}

De volledige broncode en configuratiebestanden vind je in de GitHub repository:

github.com/AaronKow/Simple-and-Smart-Air-Purifier-System

Schema's

Schema getekend met schematic.com