Misuratore portatile di qualità dell'aria con FireBeetle ESP32

Post Views: 55

Il monitoraggio della qualità dell’aria è diventato una priorità in un mondo sempre più esposto a inquinamento atmosferico. Un dispositivo come il Misuratore Portatile di Qualità dell’Aria consente di valutare rapidamente la presenza di gas nocivi nell’ambiente. In questo articolo, esploreremo i dettagli tecnici e pratici per costruire questo strumento versatile e compatto utilizzando componenti come il sensore MQ135 e la scheda FireBeetle ESP32.

Che tu sia un principiante o un appassionato esperto di elettronica, questa guida ti accompagnerà passo dopo passo nella creazione del tuo dispositivo personalizzato.

Materiali Necessari

Per costruire il Misuratore di Qualità dell’Aria, avrai bisogno dei seguenti componenti hardware:

Sensore MQ135: Per il rilevamento di gas come ammoniaca, benzene, e monossido di carbonio.
FireBeetle ESP32 (con Wi-Fi e Bluetooth): La scheda microcontrollore principale del progetto.
Raspberry Pi PICO 2
Display OLED SSD1306: Per visualizzare i dati sulla qualità dell’aria.
Batteria Li-ion 14500 da 3,7V 600mAh: Fonte di alimentazione portatile.
Interruttore Rocker SPST: Per accendere e spegnere il dispositivo.
Base e coperchio stampati in 3D: Per contenere i componenti.

Software richiesto:

Arduino IDE per programmare la scheda ESP32.
Fusion 360 per progettare il case stampabile in 3D.

Sensore MQ135 per la Qualità dell’Aria

Il sensore MQ135 è uno strumento versatile, ampiamente utilizzato per il controllo dell’inquinamento, il monitoraggio ambientale e i sistemi di analisi della qualità dell’aria. Questo sensore è in grado di rilevare gas nocivi come ammoniaca (NH3), ossidi di azoto (NOx), anidride carbonica (CO2), benzene, fumo e altri composti dannosi. Dispone di due tipi di uscite: un segnale analogico che varia da 0 a 5V in base alla concentrazione di gas, e un segnale digitale (0V o 5V) che si attiva quando il livello di gas supera una determinata soglia. Funziona a 3,3V ma supporta un massimo di 5V. Per ottenere letture accurate, è necessario un tempo di preriscaldamento di circa 20 secondi e consuma 150 mA durante il funzionamento.

Perché scegliere FireBeetle invece di Raspberry Pi Pico

In una fase avanzata del progetto, il Raspberry Pi Pico 2 è stato sostituito con la scheda FireBeetle 2 ESP32-E per risolvere un problema di spazio nel case. Nonostante le dimensioni simili, il Pico richiede un circuito aggiuntivo per la ricarica della batteria, rendendo necessario un case più grande. Il FireBeetle, invece, integra un circuito di ricarica per celle Li-ion basato sul chip TP4056, che consente di ridurre lo spazio occupato e semplificare l’assemblaggio. Questo lo rende ideale per dispositivi portatili che richiedono una gestione efficiente della batteria.

Fase 1: Configurazione base con Raspberry Pi Pico

Per iniziare, puoi costruire una configurazione di base utilizzando il Raspberry Pi Pico per leggere i dati del sensore MQ135.

Collegamenti:

VCC del sensore MQ135 al pin 3.3V del Pico.
GND del sensore MQ135 al GND del Pico.
Uscita analogica del sensore al pin GPIO26 del Pico.

Codice di esempio:

#include <Wire.h>
// Define the pins
const int analogPin = 26;  // GP26
const int digitalPin = 21; // GP21
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(digitalPin, INPUT);
}
void loop() {
int analogValue = analogRead(analogPin);
int digitalValue = digitalRead(digitalPin);
Serial.print("Analog Value: ");
Serial.print(analogValue);
Serial.print(", Digital Value: ");
Serial.println(digitalValue);
delay(1000);
}

#include <Wire.h>

// Define the pins

const int analogPin = 26; // GP26

const int digitalPin = 21; // GP21

void setup() {

Serial.begin(9600);

pinMode(digitalPin, INPUT);

}

void loop() {

int analogValue = analogRead(analogPin);

int digitalValue = digitalRead(digitalPin);

Serial.print("Analog Value: ");

Serial.print(analogValue);

Serial.print(", Digital Value: ");

Serial.println(digitalValue);

delay(1000);

}

Fase 2: Design del case stampato in 3D

Progetta un case compatto (80x55x30 mm) con Fusion 360. La struttura include:

Manici laterali per facilitare il trasporto.
Aggancio per cinturino o portachiavi.
Spazio dedicato per il display OLED, sensore, batteria e scheda FireBeetle.

Ecco il link al CAD.

Fase 3: passaggio a FireBeetle ESP32

Per migliorare l’efficienza, sostituiamo il Raspberry Pi Pico con il FireBeetle ESP32, che include un circuito integrato per la ricarica delle batterie Li-ion.

Vantaggi principali:

Circuito di ricarica basato su TP4056 integrato.
Comunicazione Wi-Fi e Bluetooth integrata per progetti futuri.

Codice Finale:

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
#define OLED_RESET -1

Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

const int analogPin = 35; // A3
const int digitalPin = 2;  // D2

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(digitalPin, INPUT);

  // SSD1306 OLED display initialization
  if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
    Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
    for (;;); // Infinite loop if display initialization fails
  }

  display.display();
  delay(2000); // Pause for 2 seconds
  display.clearDisplay();
}

void loop() {
  int analogValueRaw = analogRead(analogPin);
  int analogValue = map(analogValueRaw, 0, 4095, 0, 1023); // Scale the value to match the Pico's range
  int digitalValue = digitalRead(digitalPin);
  String airQuality = getAirQuality(analogValue);

  // Log values to Serial Monitor
  Serial.print("Analog Value (Raw): ");
  Serial.print(analogValueRaw);
  Serial.print(", Scaled Value: ");
  Serial.print(analogValue);
  Serial.print(", Digital Value: ");
  Serial.println(digitalValue);

  // Display scaled analog value and air quality condition on OLED
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(2); // Normal 1:1 pixel scale
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE); // Draw white text
  display.setCursor(0, 10); // Start at top-left corner
  display.print("Value: ");
  display.println(analogValue);

  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(0, 40);
  display.print("Air Quality: ");
  display.println(airQuality);

  display.display();
  delay(1000);
}

String getAirQuality(int analogValue) {
  if (analogValue <= 200) {
    return "Excellent";
  } else if (analogValue <= 400) {
    return "Good";
  } else if (analogValue <= 600) {
    return "Moderate";
  } else if (analogValue <= 800) {
    return "Poor";
  } else {
    return "Very Poor";
  }
}

#include <Wire.h>

#include <Adafruit_GFX.h>

#include <Adafruit_SSD1306.h>

#define SCREEN_WIDTH 128

#define SCREEN_HEIGHT 64

#define OLED_RESET -1

Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

const int analogPin = 35; // A3

const int digitalPin = 2; // D2

void setup() {

Serial.begin(9600);

pinMode(digitalPin, INPUT);

// SSD1306 OLED display initialization

if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {

Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));

for (;;); // Infinite loop if display initialization fails

}

display.display();

delay(2000); // Pause for 2 seconds

display.clearDisplay();

}

void loop() {

int analogValueRaw = analogRead(analogPin);

int analogValue = map(analogValueRaw, 0, 4095, 0, 1023); // Scale the value to match the Pico's range

int digitalValue = digitalRead(digitalPin);

String airQuality = getAirQuality(analogValue);

// Log values to Serial Monitor

Serial.print("Analog Value (Raw): ");

Serial.print(analogValueRaw);

Serial.print(", Scaled Value: ");

Serial.print(analogValue);

Serial.print(", Digital Value: ");

Serial.println(digitalValue);

// Display scaled analog value and air quality condition on OLED

display.clearDisplay();

display.setTextSize(2); // Normal 1:1 pixel scale

display.setTextColor(SSD1306_WHITE); // Draw white text

display.setCursor(0, 10); // Start at top-left corner

display.print("Value: ");

display.println(analogValue);

display.setTextSize(1);

display.setCursor(0, 40);

display.print("Air Quality: ");

display.println(airQuality);

display.display();

delay(1000);

}

String getAirQuality(int analogValue) {

if (analogValue <= 200) {

return "Excellent";

} else if (analogValue <= 400) {

return "Good";

} else if (analogValue <= 600) {

return "Moderate";

} else if (analogValue <= 800) {

return "Poor";

} else {

return "Very Poor";

}

Il cablaggio del progetto è stato progettato per garantire un’installazione semplice e sicura. Ecco i dettagli per ogni collegamento:

Collegamento del Sensore MQ135:
- Il pin VCC del sensore MQ135 è collegato al pin 3,3V della FireBeetle.
- Il pin GND del sensore è collegato al GND della FireBeetle.
- L’uscita analogica del sensore è connessa al pin A3, mentre l’uscita digitale è collegata al pin D2 della FireBeetle.
Collegamento del Display OLED SSD1306:
- Il pin VCC del display è collegato al pin 5V della FireBeetle, mentre il pin GND è collegato al GND.
- I pin SDA e SCL del display sono collegati rispettivamente ai pin SDA e SCL della FireBeetle, permettendo la comunicazione tramite protocollo I2C.
Collegamento della Batteria:
- La batteria Li-ion 14500 da 3,7V è dotata di un modulo PCM per protezione contro sovraccarico e cortocircuiti.
- Il terminale positivo della batteria è collegato direttamente al terminale positivo della FireBeetle.
- Il terminale negativo della batteria è collegato a un interruttore Rocker SPST, il cui altro terminale è collegato al negativo della FireBeetle. L’interruttore funge da sistema di accensione/spegnimento per l’intero dispositivo.

Questo sistema di cablaggio garantisce un’alimentazione stabile e sicura per il dispositivo, con una gestione efficiente dell’energia e della protezione del circuito.

FireBeetle

Risultati e test

Il dispositivo è stato testato in due ambienti:

Tetto urbano: Valori compresi tra 550 e 620, a seconda della vicinanza a strade trafficate.
Area verde: Valori più bassi (< 400), segno di un’aria più pulita.

Conclusione

Il Misuratore Portatile di Qualità dell’Aria offre una soluzione pratica per il monitoraggio dei gas nocivi, aiutando a sensibilizzare sull’importanza della qualità dell’aria. Nonostante i limiti rispetto agli indici AQI standard, è un ottimo strumento per uso personale.

Potenziali miglioramenti futuri includono:

Riduzione delle dimensioni del dispositivo.
Aggiunta di funzioni avanzate come l’integrazione cloud per il salvataggio dei dati.

L’articolo è basato su una guida dettagliata pubblicata su Hackster.io da Arnov Sharma. Puoi consultare l’articolo completo qui: Portable Air Quality Meter.

Kit consigliati:

Link utili

Seguici per non perdere le prossime novità!

Simone Candido

Simone Candido è un ragazzo appassionato del mondo tech nella sua totalità. Simone ama immedesimarsi in nuove esperienze, la sua filosofia si basa sulla irrefrenabile voglia di ampliare a 360° le sue conoscenze abbracciando tutti i campi del sapere, in quanto ritiene che il sapere umano sia il connubio perfetto tra cultura umanistica e scientifica.

Moreware Blog

Mindware site for Raspberry PI and Arduino prototyping

Misuratore portatile di qualità dell’aria con FireBeetle ESP32

Materiali Necessari

Sensore MQ135 per la Qualità dell’Aria

Perché scegliere FireBeetle invece di Raspberry Pi Pico

Fase 1: Configurazione base con Raspberry Pi Pico

Fase 2: Design del case stampato in 3D

Fase 3: passaggio a FireBeetle ESP32

Fase 4: Alimentazione e cablaggio

Risultati e test

Conclusione

Like this:

Simone Candido

Leave a ReplyCancel reply

Moreware Blog

Mindware site for Raspberry PI and Arduino prototyping

Materiali Necessari

Sensore MQ135 per la Qualità dell’Aria

Perché scegliere FireBeetle invece di Raspberry Pi Pico

Fase 1: Configurazione base con Raspberry Pi Pico

Fase 2: Design del case stampato in 3D

Fase 3: passaggio a FireBeetle ESP32

Fase 4: Alimentazione e cablaggio

Risultati e test

Conclusione

Share this:

Like this:

Simone Candido

Leave a ReplyCancel reply