As cidades estão ficando superpovoadas e muito poluídas a cada dia. A poluição é um grande problema nas áreas urbanas, sejam nos países desenvolvidos ou nos países em desenvolvimento. Prevê-se que países como a Índia aumentem a sua população urbana de 30% para 50% na próxima década. O aumento da população nas cidades é concomitante ao aumento dos veículos e ao aumento da poluição. Considerando o problema emergente da poluição e da poeira, os fabricantes de automóveis podem adicionar um recurso inteligente aos seus modelos. Os automóveis hoje em dia estão repletos de diversos recursos, e a proteção contra poeira e poluição pode ser um deles. Este pode ser um recurso útil em países como Índia e China.
Este projeto tentou modelar esse recurso usando a popular placa de prototipagem – o Arduino. Neste projeto Arduino, o sensor óptico de poeira GP2Y1010AU0F e os sensores de qualidade do ar MQ-135 fazem interface com o Arduino. O sensor de poeira é usado para detectar a densidade da poeira do ar, enquanto o MQ-135 é usado para detectar a qualidade do ar. Se o nível de poeira do ar for superior a um limite ou o nível de poluição for maior, o microcontrolador (neste caso, Arduino) aciona automaticamente os vidros do carro. A atuação das janelas do carro é mostrada aqui acionando um motor DC. Este é um protótipo simples para esta adição de recurso. Uma implementação comercial pode usar um microcontrolador automotivo em interface com sensores semelhantes.
Componentes necessários
- Arduino UNO x1
- Sensor óptico de poeira GP2Y1010AU0F x1
- Resistência 150Ω x1
- Sensor de qualidade do ar MQ-135 x1
- L293D x1
- Motor CC x1
- Bateria 9V x1
- Tábua de ensaio x1
- Fios de conexão/fios de jumper
Conexões de circuito
Para medição da qualidade do ar, o sensor MQ-135 precisa ser pré-aquecido em ar limpo. Após pré-aquecimento durante 24 horas, o valor de R0 pode ser determinado. O sensor de qualidade do ar MQ-135 possui quatro pinos – VCC, GND, Dout e Aout. Para pré-aquecer o sensor, conecte VCC à saída de 5V do Arduino, GND ao pino de aterramento do Arduino e Aout a um pino de entrada analógica do Arduino, como A4 neste projeto. Carregue o Arduino Sketch-1 na placa e deixe-o por 24 horas. Em seguida, verifique o valor de R0 do monitor serial e desmonte o circuito.
Ressalta-se que de acordo com a ficha técnica do sensor MQ-135, a resistência de carga recomendada para o MQ-135 varia de 10KΩ a 47KΩ. Muitos módulos sensores MQ-135 vêm com resistência de carga errada montada em sua placa. Rastreie as conexões da PCB quanto à resistência de carga e se for menor que 10 KΩ, substitua-a por uma de 22 KΩ. Depois de obter o R0 valor para o sensor MQ-135, ele pode ser utilizado no circuito do projeto. O sensor de poeira podemos usar diretamente no circuito do projeto.
Precisamos carregar o Arduino Sketch-2 no Arduino e fazer a interface do sensor óptico de poeira GP2Y1010AU0F, sensor de qualidade do ar MQ-135 e motor DC para montagem do circuito do projeto com o Arduino UNO. Estenda a saída de 5 V e as conexões de aterramento do Arduino UNO para uma placa de ensaio. Para interface, o sensor de qualidade do ar MQ-135 conecta seu pino VCC à saída 5V do Arduino, o pino GND ao terra do Arduino e o pino Aout ao pino de entrada analógica A4 do Arduino, respectivamente.
O sensor óptico de poeira GP2Y1010AU0F possui um conector de seis pinos com a seguinte configuração de pinos.
Para interface do sensor óptico de poeira GP2Y1010AU0F com Arduino UNO, faça as conexões resumidas na tabela abaixo.
Um motor DC conecta o IC do driver do motor L293D para interface, conforme resumido na tabela abaixo.
As conexões acima conectam o terminal negativo da bateria de 9-12 V com o GND do Arduino, tornando-o um aterramento comum entre o Arduino e o IC do driver do motor L293D.
Esboço do Arduino 1
Esboço do Arduino 2
Como funciona
Este circuito detecta a qualidade do ar e a densidade da poeira do ar circundante e, de acordo com os valores medidos, aciona os vidros do carro. Para mostrar o acionamento da janela do carro, um motor DC é acionado no circuito. Para medir a qualidade do ar, é utilizado o sensor MQ-135. O sensor é pré-aquecido por 24 horas para obter o R0 valor. O arquivo de cabeçalho usa o valor R0 na biblioteca MQ-135. Uma vez que o R real0 for obtido, ele será substituído pelos valores padrão no arquivo MQ135.h. A biblioteca MQ135 pode ser baixada neste link.
Com uma resistência de carga de 22KΩ, o sensor MQ-135 pode medir a concentração de CO2 no ar. O sensor está conectado ao pino A4 do Arduino. A concentração de CO2 no ar é obtido usando a função getPPM da biblioteca MQ135. Se a concentração de CO2 for superior a 700 PPM, os vidros do carro são fechados acionando o motor.
Simultaneamente, a densidade da poeira também é medida pelo circuito. O sensor óptico de poeira GP2Y1010AU0F da Sharp ajuda a detectar partículas finas, como fumaça de cigarro e partículas de poeira no ar. Consiste em um diodo IR e um fotossensor montado diagonalmente em uma entrada de ar. Quando o ar contendo partículas de poeira entra na entrada, as partículas de poeira espalham as radiações infravermelhas do diodo em direção ao fotossensor. Maior é a densidade da poeira. Quanto mais luz infravermelha é espalhada, maior é a tensão de saída do fotossensor. O sensor GP2Y1010AU0F pode detectar partículas de poeira tão pequenas quanto 0,5um e densidade de poeira de até 0,580 mg/m3. Se a densidade do pó for superior a 0,4, os vidros do carro são fechados acionando o motor.
O Arduino está programado para medir níveis de poeira e concentrações de CO2 no ar circundante. Se CO2 a concentração é superior a 700 PPM ou o nível de poeira é superior a 0,4 mg/m3o Arduino aciona o motor por meio do IC do driver do motor L293D e as janelas são fechadas.
O código
Para pré-aquecer o sensor MQ-135, é usado o Arduino Sketch-1. O esboço começa com a importação da biblioteca MQ135. Na função setup , a taxa de transmissão para comunicação serial com o Serial Monitor é definida como 9600 bps. Na função loop , a leitura analógica do sensor MQ-135 é lida no pino A4 e o valor de R0 é obtido usando o método getRZero . O valor obtido é impresso no Monitor Serial. O valor é observado após pré-aquecer o sensor por 24 horas em ar limpo. Este valor é obtido como 929,15 para uma resistência de carga de 22K. Os valores de resistência de carga e R0 são alterados no arquivo de cabeçalho.
O Arduino Sketch-2 é carregado no Arduino UNO para funcionar como o circuito real. O esboço começa importando a biblioteca de sensores MQ-135. Esta biblioteca pode ser baixada como um arquivo Zip no link mencionado acima e importada navegando até Sketch-> Incluir Biblioteca -> adicionar biblioteca .Zip.
Em seguida, os pinos são atribuídos às conexões com o IC do driver do motor L293D. Isto é seguido por conexões de pinos ao sensor de poeira e declaração de variáveis para armazenar cálculos e valores do nível de poeira. Em seguida, é instanciado um objeto da biblioteca MQ135, são atribuídos pinos às conexões com o sensor MQ-135 e uma variável para armazenar o valor de CO2 concentração é declarada.
Na função setup , a taxa de transmissão para comunicação serial com o Serial Monitor do Arduino IDE é definida como 9600. Isso será útil no monitoramento da concentração de CO2 e do nível de poeira. Os pinos conectados aos pinos Enable A, Input 1 e Input 2 do L293D são definidos como uma saída digital. O motor DC é parado, por padrão, escrevendo o sinal LOW na Entrada 1 e Entrada 2 do L293D. O pino do sensor MQ135 é definido como entrada e o pino que conecta ao sensor de poeira LED é definido como saída.
Uma função drive_window é declarada, na qual o motor DC é girado para fechar a janela por um curto período de tempo. Em seguida, o motor DC é parado escrevendo um sinal LOW na entrada 1 e na entrada 2 do L293D.
Na função loop , em primeiro lugar, o nível de poeira é calculado. O diodo IR é ligado por 280 microssegundos para medir o nível de poeira e a tensão de saída do fotossensor é lida. O processo de leitura da tensão de saída do sensor de poeira leva cerca de 40 a 50 microssegundos, portanto, é fornecido um atraso de 40 microssegundos. De acordo com a folha de dados do GP2Y1010AU0F, o diodo IR é pulsado a cada 10 milissegundos, então ainda restam 9,68 milissegundos. O nível de poeira é calculado usando as equações a seguir e impresso no Monitor Serial.
calcTensão = voMedido*(5,0/1024);
densidade de poeira = 0,17*calcVoltage-0,1;
Em seguida, é obtida a leitura analógica do sensor MQ-135 e o valor de CO2 a concentração em PPM é calculada. Se o CO2 a concentração é superior a 700 PPM ou o nível de poeira é superior a 0,4 mg/m3a função drive_motor é chamada.
Resultado
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