Windows 10UWPアプリ用のPM2.5およびPM10検出器の設計

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Microsoft Windows 10 IoT Core

このプロジェクトについて

はじめに

大気汚染は、世界中のすべての国にとって無視できない大きな課題です。 PM（粒子状物質）2.5とPM 10は、人間の健康に脅威を与える主な汚染物質です。このプロジェクトでは、PM2.5およびPM10検出器は、PC用のWindows 10、モバイル用のWindows 10、およびWindows 10 IoTCoreを含むWindows10ユニバーサルプラットフォーム用に設計されています。 Windows 10プラットフォームで実行されるアプリケーションは、UWPテンプルで確立されます。まず、BluetoothモジュールHC-06を備えたSDS011 PM2.5＆PM10センサーは、リアルタイムデータを取得し、Bluetoothモジュールで送信するように設計されています。次に、Bluetoothモジュールを搭載したWindows 10デバイスがデータを受信し、接続された画面に表示できます。

前提条件

このプロジェクトでは、SDS011をPM2.5およびPM10センサーとして使用します。空気中のレーザー散乱の原理を利用しており、0.3〜10ミクロンの浮遊粒子状物質濃度で取得でき、データは安定しており、信頼性があります。 Bluetooth通信は、安価で小型のパッケージモジュールであるHC-06によって実現されます。 Windows 10デバイスの場合、SurfaceProとLumia1520を使用する場合、Bluetoothモジュールは必要ありません。ただし、RaspberryPiまたはMBMをWindows10 IoTデバイスとして使用する場合は、Bluetoothドングルが必要になります。環境をセットアップするには、MVPのDavidJonesのGenericSerial Bluetooth with Win 10 IoT-CoreRPI2を参照してください。

注：Windows10とVisualStudio 2015がまだセットアップされていない場合、前提条件を完了するには2〜3時間かかりますが、その時間のほとんどは無人です。

必要なもの

パーツ：

1. SDS011 PM2.5＆PM10センサー

2. HC-06Bluetoothモジュール

3.オス-オスおよびオス-メスのジャンパー線

4.ミニブレッドボード

5. Lumia1520またはその他のWindowsPhone10互換デバイス

6. ORICOBluetoothモジュール

7. Arduino Uno R3

8.ラズベリーパイ2

プロジェクトの説明

ステップ1：HC-06モジュールをSDS011センサーに接続します

時間 ：5分

パーツ ：5V電源、HC-06、SDS011、ジャンパー線、ミニブレッドボード

ツール ：該当なし

SDS011の元の出力はTTL-USBであり、ワイヤレス接続には適していません。データ伝送用のBluetoothモジュールとしてHC-06を使用しています。 SparkFunのBlueSMiRFシルバーモジュールよりもはるかに安価です。さらに、5VDC電力を使用して検出器にエネルギーを供給します。

まず、Bluetoothモジュールをブレッドボードに接続して、接続を簡単にします。モジュールに電力を供給するために、Arduinoの5V電源レールからモジュールのVccピンにジャンパーを実行します（もちろん、他の5V電源を使用することもできます）。そして、モジュールのGNDピンからArduinoのGNDピンのいずれかにオス-オスジャンパーを実行します。シリアル通信を確立するには、BluetoothモジュールのTXピンからSDS011のRXピンにオス-オスジャンパーを接続し、モジュールのRXピンからSDS011のTXピンに別のジャンパーを接続します。

ステップ2：BluetoothモジュールとWindows10デバイスのペアリング

時間 ：5分

パーツ ：Bluetoothモジュール、Windows 10デバイス、ORICO Bluetoothモジュール（オプション）

ツール ：該当なし

Bluetoothモジュールは、SPP（Serial Protocol over Bluetooth）プロトコルを実行します。したがって、SPPをサポートするすべてのデバイスがSPPに接続できます。 Windows 10デバイスでは、これは仮想COMポートのように見えます。接続する前に、モジュールの電源が入っていて、ペアリングの準備ができていることを確認してください。モジュールの赤いLEDはステータスを示します。点滅は「ペアリングの準備ができている」ことを意味し、点灯している場合は「ペアリングされている」ことを意味します。

Windows 10 for PCでは、[設定]-> [デバイス]-> [Bluetooth]に移動し、Bluetoothを開くと、画面に「HC-06」モジュールが表示されます。タップしてデバイスをペアリングし、デバイスのペアリングコードを入力します。デフォルトのペアリングコードは1234であり、デフォルトのシリアルポート速度は9600ボーであることを忘れないでください。次に、Bluetoothページは次のように表示されます。

Windows 10 for Mobileの場合は、[設定]-> [デバイス]-> [Bluetooth]に移動し、上記のセクションで説明したのと同じ手順を実行します。ペアリングされたデバイスのページは次のように表示されます：

Raspberry Pi 2、MBM、Dragon Board410cなどのWindows10 IoT Coreデバイスの場合、ペアリングプロセスは大きく異なります。まず、Bluetoothモジュールが搭載されていないRaspberry Pi 2とMBMの場合は、Bluetooth USBドングルを購入してプラグインする必要があります。ハードウェア互換性リストを参照して、検証済みのBluetoothUSBドングルを選択してください。

このプロジェクトでは、ORICOBTA-403モジュールを選択します。

Dragon Board 410cでこのプロジェクトを試す場合、Dragon Board 410cにはBluetoothモジュールが搭載されているため、Bluetoothドングルは必要ありません。

次のように、ORICO BTA-403 BluetoothUSBドングルをRaspberryPi2のUSBインターフェイスに接続します。

ORICO BTA-403 Bluetooth USBドングルを接続すると、Windows 10 IoTCoreデバイスのデフォルトのアプリ画面にメッセージが表示されます。

Windows 10 IoT CoreデバイスでのBluetoothペアリングについては、BLEデバイスとGATT属性テーブルダンプツールのペアリングページを参照し、「センサータグのペアリング」セクションで説明されている「ステップ1 –ステップ6」に従ってください。ここでは、SSHを使用してWindows IoT Coreに接続し、コマンドラインツールを実行してデバイスを構成する必要があります。

注：メインメニューでBRモードを選択する必要があることに注意してください。また、デフォルトのペアリングコードは1234です。

ペアリングが成功すると、デバイスのBluetoothページは次のように表示されます。

ステップ3：コードをダウンロードしてデプロイする

時間 ：10分

パーツ ：該当なし

ツール ：該当なし

まず、5v DC電源を接続し、HC-06を使用してPM2.5とPM10を機能させます。 1秒ごとにデータを取得します。

次に、githubから「GenericBluetoothSerialUWApp」プロジェクトをダウンロードします。 Visual Studio2015とUpdate1を使用して、「GenericBluetoothSerialUWApp」を読み込みます。このアプリは、MVPのDavidJonesの汎用シリアルBluetoothとWin10 IoT-CoreRPI2を使用して設計されています。このUWPアプリをPCで実行する場合は、ローカルデバイスのデバッグでx86またはx64を選択します。このUWPアプリをWindows10 Mobileで実行する場合は、[デバイスデバッグ付きのARM]を選択します。このUWPアプリをWindows10 IoTデバイス（Raspberry Pi 2など）で実行する場合は、デバイスに「リモートデバッグ」ポイントを設定してください。

HC-06をWindows10デバイスとペアリングした後、Visual StudioからF5キーを押して、ユニバーサルWindowsプラットフォームアプリを起動します。 「HC-06」記号をダブルタップすると、アプリケーションの最上部にIDと名前が表示されます。間もなく、HC-06のLEDの状態が点滅から点灯に変わることがわかります。また、Bluetoothモジュールの通信チャネルが確立されるとすぐに「StartRev」ボタンが有効になります。 [受信の開始]をクリックして、データの受信を有効にします。次に、[受信の停止]ボタンと[プロセスの開始]ボタンが有効になっていることがわかります。 [プロセスの開始]ボタンをクリックするだけで、データプロセスアルゴリズムを実行できます。

PM2.5およびPM10TextBlocksのデータが表示されます。

コード

PM25Detector

回路図