요약
이 프로젝트는 르네사스의 ZMOD4510 센서로부터 오존(O3)과 관련 AQI(Air Quality Index, 공기질 지수)를 읽을 수 있도록 아두이노 MKR WiFi 1010 보드를 설정하고 와이파이를 사용하여 O3 및 AQI 데이터를 Machinechat의 JDEI One IoT 데이타 수집기에 HTTP POST합니다. 오존과 관련 AQI를 계산할 때 주변 온습도 보상 값 제공을 위해 Sensirion의 SHT31 온습도 센서도 사용합니다. JEDI One은 라즈베리 파이 4로 구동됩니다.
하드웨어
- RASPBERRY PI 4B/4GB
라즈베리 파이 4 모델 B 4GB SDRAM - MKR WiFi 1010
아두이노 MKR WiFi 1010 평가 기판 - 르네사스 US082-ZMOD4510EVZ
ZMOD4510 공기질 센서 Pmod™ 플랫폼 확장 기판 - Seeed SHT31 Sensor
Sensirion SHT31 온습도 센서 GROVE 플랫폼 확장 기판
소프트웨어
- JEDI One
JEDI One은 바로 사용할 수 있는 IoT 데이터 관리 소프트웨어 솔루션입니다. 기능에는 센서, 장치 및 기계로부터 데이터 수집, 직관적인 실시간 및 과거 데이터와 시스템 뷰 대시보드 구축, 데이터를 모니터링하여 자동으로 데이터 조건에 응답하는 규칙 생성, 이메일과 SMS로 경고 알림 수신 등이 있습니다. - 아두이노
아두이노는 사용하기 쉬운 하드웨어와 소프트웨어에 기반한 오픈 소스 전자 장치 플랫폼입니다.
배경
미국 EPA(Environmental Protection Agency, 환경보호청)에 따르면, 오존은 대기 중 어디에서 발견되는지에 따라 건강과 환경에 "좋을"수도 "나쁠"수도 있습니다. 성층권(stratospheric) 오존은 태양의 자외선으로부터 생물을 보호하기 때문에 “좋습니다”. EPA 웹사이트 Ground-level Ozone Basics | US EPA 의 주제인 지표(ground-level) 오존은 특히 어린이, 노인 그리고 천식과 같은 폐 질환이 있는 모든 연령대의 사람들에게 다양한 건강 문제를 유발할 수 있기 때문에 “나쁩니다”.
르네사스의 ZMOD4510 가스 센서 플랫폼은 실내 및 실외에 다양하게 적용하여 공기질을 감지합니다. 모듈은 가스 감지 부분과 CMOS 신호 조정 IC로 구성된 12핀 LGA 패키지입니다. 실외 공기질은 이산화질소(NO2)와 오존(O3)을 포함합니다. 동작 모드에 따라, ZMOD4510은 초저전력(Ultra-Low Power, ULP) 동작 모드에서는 오존만 선택적으로 측정할 수 있습니다. 이 프로젝트에서 ZMOD4510은 ULP 동작 모드로 오존만 선택적으로 측정하도록 설정됩니다. 이는 르네사스에서 제공하는 OAQ2 펌웨어를 사용하여 수행됩니다. 센서는 오존의 농도와 미국 EPA의 등급 기준에 기반한 오존에 대한 AQI 출력합니다. AQI는 EPA의 기술 문서에 제공된 공식에 기반합니다.
구현
오존 센서 시스템 하드웨어는 아두이노 MKR WiFi 1010 보드에 I2C로 연결된 ZMOD4510 Pmod 확장 기판과 SHT31 GROVE 확장 기판으로 구성됩니다. 시스템은 5VDC로 구동됩니다. MKR WiFi 1010에서 실행되는 아두이노 소프트웨어가 센서를 읽고, 오존 농도와 AQI를 계산하여 JSON으로 값을 변환한 후, JSON 데이터를 JEDI One IoT 플랫폼에 와이파이로 HTTP POST합니다. 아래 Scheme-it 회로도에 시스템이 어떻게 구현되었는지 나와있습니다.
ZMOD4510 실외 공기질 센서 시스템의 Scheme-it 회로도와 BOM 링크
MKR WiFi 1010, ZMOD4510 및 SHT31 실외 공기질 애플리케이션 설정
1 - MKR WiFi 1010에 아두이노를 설정합니다. 링크 참조: Getting started with the MKR WiFi 1010
2 - 애플리케이션에 필요한 관련 라이브러리를 설치합니다. 아두이노의 Library Manager를 통해 아래 라이브러리를 추가합니다:
3 - 아두이노 샘플 코드는 르네사스의 ZMOD4510 - Selective Ozone and Ultra-Low Power Firmware로부터 다운로드 받을 수 있습니다. 프로그래밍 지침 및 코드 문서는 르네사스의 ZMOD4510 Programming Manual - Read Me에서 다운로드할 수 있습니다. 이 정보들을 다운로드하기 위해서는 르네사스에 가입 및 로그인해야 합니다. 제공된 아두이노 샘플 코드를 오존 농도와 AQI 데이터를 JEDI One IoT 플랫폼에 HTTP POST하는 추가 아두이노 코드에 통합시킵니다 (참고: 코드는 파나소닉 SN-GCJA5 공기질 (PM) 센서를 사용하는 Machinechat에 사용된 아두이노 코드에 기반하며 이와 매우 유사합니다).
JEDI One 설정
1 - Machinechat의 JEDI One이 라즈베리 파이에 아직 설치되지 않은 경우 아래를 참조하십시오:
- JEDI One의 라즈베리 파이 버전인 DK-JEDIONE-RP 구매
- 라즈베리 파이에 설치, Raspberry Pi - Installing JEDI One as a Service를 참조하십시오
2 - JEDI One 대시보드 설정
JEDI One에서, “Dashboards” 탭을 선택한 다음 "+"를 선택하여 새 차트를 추가하고 설정합니다.
차트 이름을 지정하고, "Chart Type"을 선택, "Source"는 MKR1010_Z4510oaq2S31PMOD를 선택, "Property"는 O3_ppb를 선택, 그리고 “Units”(ppb)과 "Refresh Interval"을 입력합니다. 두 번째 차트에 반복하여, 차트 이름을 지정하고, "Source"는 MKR1010_Z4510oaq2S31PMOD를 선택, "Property"는 FastAQI를 선택, 그리고 "Refresh Interval"을 입력합니다. 완료되면 대시보드는 아래와 비슷하게 보일 것입니다.
결론
르네사스의 ZMOD4510 공기질 센서는 아두이노 예제 코드 및 라이브러리, Sensirion의 SHT31 센서 그리고 아두이노의 MKR WiFi 1010 하드웨어 플랫폼과의 조합으로 실외 오존 공기질 센서를 빠르고 쉽게 구현할 수 있습니다. 와이파이를 사용하여, 센서 데이터를 라즈베리 파이에서 구동되는 Machinechat의 JEDI One IoT 데이터 관리 소프트웨어에 편리하게 전송함으로써 완전한 모니터링 시스템을 제공합니다.
참고 자료
- 르네사스 - ZMOD4510 규격서
- 르네사스 - ZMOD4510 제품 페이지
- 아두이노 - Getting started with the MKR WiFi 1010
- Machinechat의 JEDI One IoT 플랫폼 시작하기
- Sensirion - SHT3x-DIS 규격서
- EPA - 지표 오존 오염 웹사이트
영문 원본: Machinechat with Renesas ZMOD4510 Outdoor Air Quality Sensor