描述
本專案設定 Arduino MKRWIFI1010 板，從 Renesas ZMOD4510 感測器讀取臭氧（O3）和相關的空氣品質指數（AQI），並使用 WiFi 將 O3 和 AQI 資料 HTTP POST 傳到 machinechat 的 JEDI One 物聯網資料平台。在計算臭氧和相關 AQI 時，也使用 Sensirion SHT31 溫度濕度感測器提供環境補償值。JEDI One 在 Raspberry Pi4 上運作。
硬體
- RASPBERRY PI 4B/4GB
Raspberry PI 4 Model B, with 4GB SDRAM 容量 - MKRWIFI1010
ARDUINO MKR WIFI 1010 評估板 - Renesas US082-ZMOD4510EVZ
ZMOD4510 空氣品質 感測器 Pmod™ 平台評估擴充板 - Seeed 101020212
Sensirion SHT31 SHT31 濕度、溫度 感測器 Grove 平台評估擴充板
軟體
- JEDI One
JEDI One 是即用型物聯網資料管理軟體解決方案。功能包括:收集來自感測器、設備和機器的數據;構建直觀的實時和歷史數據以及系統視圖面板;創建規則，自動監控和響應數據情況;通過電子郵件和短信接收警報通知。 - Arduino
Arduino 是一個基於易於使用的硬體和軟體的開源電子平台。
背景
根據美國環保署（EPA）的說法：臭氧對健康和環境是「好」還是「壞」，取決於它在大氣中的位置。平流層臭氧是「好」的，因為它可以保護生物免受太陽紫外線的輻射。作為 EPA 網站，地面臭氧是「有害的」，因為它會引發各種健康問題，特別是對兒童、老人和患有哮喘等肺部疾病的所有年齡段的人。
Renesas 的 ZMOD4510 氣體感測器平台可在各種室內和室外應用中偵測空氣品質。本模組為 12 腳 LGA 組件，由氣感元件和 CMOS 訊號調理 IC 組成，室外空氣品質包括二氧化氮（NO2）和臭氧（O3）。另外，根據操作模式，ZMOD4510 可以在超低功耗（ULP）操作下選擇性地測量臭氧。在這個專案中，ZMOD4510 被設定為在超低功耗（ULP）操作中選擇性測量臭氧。這是透過使用 Renesas 提供的 OAQ2 韌體完成的。感測器根據 EPA 的評級和臭氧濃度輸出臭氧的空氣品質指數。AQI 是基於 EPA 技術文件中提供的公式。
實現
臭氧感測器系統硬體由 MKRWIFI1010 Arduino 板組成，並透過 I2C 連接到 ZMOD4510 PMOD 評估板和 SHT31 Grove 板。該系統由 5VDC 供電。運行在 MKRWIFI1010 上的 Arduino 軟體讀取感測器，計算臭氧和 AQI，將值轉換為 JSON 並 HTTP 將 JSON 資料透過 WiFi 發佈到 JEDI One 物聯網平台。下面的 Scheme-it 方案示意圖說明了系統是如何實現的。
ZMOD4510 室外空氣品質 Scheme-it 原理圖及 BOM 超連結
設定 MKRWIFI1010、ZMOD4510 和 SHT31 室外空氣品質應用
1 - 在 MKRWIFI1010 上設定 Arduino。請參閱 「Getting started with the MKR WiFi 1010」
2 - 安裝應用程式所需的相關程式庫。透過 Arduino 的庫管理器添加這些庫:
3 - Arduino 範例程式碼可從 Renesas 下載: ZMOD4510 - OA Q第二代軟體。編程指南和代碼文件可從 Renesas ZMOD4510 編程手冊下載。為了下載這些訊息，您需要註冊並登入 Renesas 。所提供的 Arduino範 例程式碼整合到附加的 Arduino 程式碼中，該程式碼將臭氧濃度和 AQI 資料 HTTP 發佈到JEDI One物聯網平台（附註：程式碼與 Arduino 程式碼非常相似且基於「 Machinechat with Panasonic SN-GCJA5 Air Quality (PM) Sensor 」
設定 JEDI One
1 - 如果 machinechat JEDI One 尚未安裝在 Raspberry Pi 上，請參閱以下內容:
- 獲得 Raspberry Pi 版本的 JEDI One DK-JEDIONE-RP
- 安裝在 Raspberry Pi 上，請參閱 Raspberry Pi - 安裝 JEDI One 為伺服器
2 - 設定 JEDI One 面板
在 JEDI One 中，選擇「Dashboards」選項卡，然後選擇「+」來新增一個新的圖表並進行配置。
命名圖表，選擇「圖表類型」，選擇「Source」（MKR1010_Z4510oaq2S31PMOD），選擇「Property」（O3_ppb），輸入「Units」（ppb），輸入「Refresh Interval」。重複第二張圖表，命名圖表，選擇「Source」（MKR1010_Z4510oaq2S31PMOD），選擇「Property」（FastAQI），輸入「Refresh Interval」。完成後，面板應該與下圖相似。
結論
Renesas 的 ZMOD4510 空氣品質感測器結合其 Arduino 程式碼範例和庫，Sensirion 的 SHT31 感測器和 MKRWIFI1010 Arduino 硬體平台，可以快速輕鬆地實現室外臭氧空氣品質感測器。使用 WiFi，感測器資料可以輕鬆地傳送到運行在 Raspberry Pi 上的 machinechat 的 JEDI One 物聯網資料管理軟體，以提供完整的監控系統。
參考資料
- Renesas - ZMOD4510 規格書
- Renesas - ZMOD4510室外空氣品質感測器平台
- Arduino - 開始使用 MKR WiFi 1010
- Getting Started with machinechat’s JEDI One IoT Platform
- Sensirion -SHT3x-DIS 規格書
- EPA - 地面臭氧污染