Arduino & IoTによる高度な室内空気質モニタリングシステム

部品と材料

Arduino Yun Shield	×1
Arduino Leonardo	×1
Arduino Yun	×1
Arduino MKR GSM 1400	×1
Arduino MKR WAN 1300	×1
Seeed Grove - ガスセンサー (MQ2)	×1
Seeed Grove - 空気質センサー v1.3	×1
Androidデバイス	×1

アプリとオンラインサービス

Thinger.io プラットフォーム

このプロジェクトについて

はじめに

米国環境保護庁（EPA）とその科学諮問委員会は、屋内空気汚染を常に環境公衆衛生リスクのトップ5にランク付けしています。平均的な人は推定90%の時間を屋内で過ごすため、劣悪な室内空気質（IAQ）は公衆衛生に重大なリスクをもたらします。空気質の悪化は、疲労や吐き気などの短期的な健康問題だけでなく、慢性呼吸器疾患、心疾患、肺がんの原因にもなります。シックビルディング症候群（劣悪な室内空気質と建物内滞在時間に関連する急性の健康・不快症状）に関連する米国の年間コストと生産性損失は100億〜200億ドルと推定されています。

このプロジェクトでは、インターネット接続された室内空気質モニタリングシステムを提示します。インターネットに接続されているため、どこからでも空気質指数をリモートで可視化できます。

想定される適用分野

• 住宅とオフィス
• 工場
• 消防士向けリモートセンシング
• 研究と農業
• 病院と診療所
• ICU（集中治療室）

必要なもの

• 幅広いIoTボード: WiFi対応（MKR1000、Yún Rev2）、GSM/ナローバンド対応（MKR FOX 1200、MKR WAN 1300、MKR GSM 1400）。※プロトタイプではArduino Leonardo + Yun Shieldを使用
• ガスセンサー（MQ-2、MQ-3、MQ-7）
• 空気質センサー（MQ-135）
• Androidデバイス
• モバイルアプリ開発プラットフォーム
• IoTクラウド
• ジャンパーワイヤー
• プログラミングスキル
• Arduino IDE / Arduino Web IDE
• ソーラーパネル（グリーン電源用）

回路図

空気質センサー VCC → Arduino 5Vピン
空気質センサー GND → Arduino GNDピン
空気質センサー SIG → Arduino A3ピン
MQ-2ガスセンサー VCC → Arduino 5Vピン
MQ-2ガスセンサー GND → Arduino GNDピン
MQ-2ガスセンサー SIG → Arduino A2ピン
MQ-3ガスセンサー VCC → Arduino 5Vピン
MQ-3ガスセンサー GND → Arduino GNDピン
MQ-3ガスセンサー SIG → Arduino A1ピン

ファームウェアのアップロード

ファームウェア（ソースコード）をダウンロードしてArduinoボードにアップロードします。アップロード前に必要なライブラリがすべて含まれていることを確認してください。Arduino Yunのインターネット接続についてはこのチュートリアルを参照してください。

Gitリポジトリ

https://github.com/Mohammadsalahuddin/indoor_air_quality_monitoring.git

クラウド接続

クラウド接続についてはThinger.ioのドキュメントを参照してください: https://docs.thinger.io/arduino

注意事項

適切な電源管理とセンサーのキャリブレーションに注意してください。

デモ

今後の計画

• 空気質指数を示すオンボードインジケーターの追加
• 高汚染検知時のブザーアラーム
• 危険な状況時にユーザーへ通知するプッシュ通知機能

参考文献

• US Environmental Protection Agency (USEPA). Indoor air quality tools for schools Communications guide. Available at https://www.epa.gov.
• H.S. Brightman and N. Moss. Sick building syndrome studies and the compilation of normative and comparative values. Indoor Air Quality Handbook. Editors: J. D. Spengler, J. F. McCarthy, and J. M. Samet, New York: McGraw-Hill, 2001.
• J.-J. Kim, S.K. Jung, and J.T. Kim. Wireless monitoring of indoor air quality by a sensor network. Indoor and Built Environment, 19:1:145-150, 2010.
• thinger.io
• Arduino Yun
• Arduino.cc
• Grove- air quality sensor
• Grove gas sensor

コード

Arduinoソースコード

// Air Quality monitoring
#include <YunClient.h>
#include <ThingerYun.h> // Thinger.ioクラウド
#define USERNAME "YOUR_USER_NAME"
#define DEVICE_ID "YOUR_DEVICE_ID"
#define DEVICE_CREDENTIAL "YOUR_CREDENTIAL"

ThingerYun thing(USERNAME, DEVICE_ID, DEVICE_CREDENTIAL);

void setup() {
  pinMode(A0, INPUT);
  pinMode(A1, INPUT);
  pinMode(A2, INPUT);
  pinMode(A3, INPUT);
  // Bridge初期化
  Bridge.begin();
  // リソース出力例（センサー値、変数などの読み取り）
  thing["LPG"] >> outputValue(analogRead(A0));
  thing["CO2"] >> outputValue(analogRead(A1));
  thing["CO"] >> outputValue(analogRead(A2));
  thing["AIRQ"] >> outputValue(analogRead(A3));
  // 詳細は https://docs.thinger.io/arduino/
}

void loop() {
  thing.handle();
}

カスタムパーツとエンクロージャ

このプロジェクトのGitリポジトリ

APK、ソースコード等を含みます: https://github.com/Mohammadsalahuddin/indoor_air_quality_monitoring.git

回路図

回路図