M5Stick - CO2- capteur de particules - MQTT

Crowdsourcing pour tous : Programmation et visualisation de capteurs fixes pour permettre aux citoyen.nes de produire diverses mesures dans un programme de santé environnement. Programme pour envoyer des données en MQTT entre un M5Stick-C avec les capteurs CO2 SensAirS8 et un capteur de particules HM3301 au site AdafruitIO

Difficulté

Easy Facile

Durée

1 hour(s) heure(s)

Disciplines scientifiques

Arduino, Informatique, Science de la vie

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Introduction

L’air constitue le premier des éléments nécessaires à la vie.

Chaque jour, un être humain adulte inhale 10 000 à 20 000 litres d’air en fonction de sa morphologie, de ses activités.

En plus de l’oxygène (O2) et le diazote (N2), qui représentent en moyenne 99 % de sa composition, cet air que nous respirons contient aussi des polluants, sous forme gazeuse, liquide ou solide d’origine naturelle (embruns marins, poussières, pollens…) ou résultant d’activités humaines (trafic routier, production d’énergie, industrie, agriculture…).

La pollution de l'air a des effets significatifs et multiples sur la santé et l'environnement.

La pénétration de ces polluants dans l’organisme peut avoir des conséquences sur la santé à court et long terme.

La qualité de l'air et la pollution de l'air sont donc des enjeux majeurs pour la santé.

Ici, nous allons programmer un M5StickC pour obtenir une meilleure connaissance de la qualité de l’air avec mesure du pourcentage de CO2 et la mesure de particules en suspension.

Les données obtenues seront envoyées sur une interface graphique (étape5) sous forme de flux de données pour les rendre visibles.

Les particules en suspension sont toutes les particules (solides ou en aérosols) portées par l’eau ou par l’air. Les matières particulaires ou PM (acronyme de Particulate Matter en anglais) sont les particules en suspension dans l’atmosphère terrestre.

PM10 particules en suspension dans l'air, d'un diamètre aérodynamique (ou diamètre aéraulique) inférieur à 10 micromètres.

Les particules plus fines peuvent être référencées :

PM2,5 dont le diamètre est inférieur à 2,5 micromètres, appelées « particules fines ».

PM1,0 dont le diamètre est inférieur à 1,0 micromètre, appelées « particules très fines ».

Le programme est à télécharger dans l'onglet "Fichiers". Il vous suffira de le télécharger, de le décompresser et de mettre le dossier contenant 2 fichiers (M5Stick-test-CO2-PM-Date-IOAdafruit.ino + time_zones.h) dans le dossier de croquis de Arduino.

Lorsque vous ouvrirez ce projet dans Arduino, vous vous retrouverez avec un croquis à 2 onglets : M5Stick-test-CO2-PM-Date-IOAdafruit et time_zones.h

Ce 2ème onglet permet d'afficher la date et l'heure sur l'écran. Vous pouvez aller à l'étape 7 pour voir comment modifier votre localisation si vous n'êtes pas dans le même fuseau horaire.

Vous avez en plus à votre disposition d'autres liens pour télécharger des codes pour un M5StickCplus :

- M5StickCPlus-CO2-PM-Date-Batterie-IOAdafruit.zip : Indication niveau et gestion de la batterie : indication du % en charge et décharge et mise en veille si le niveau est trop faible. Une petite description en étape 7.

- M5StickCPlus-CO2-PM-Date-BattMini-IOAdafruit-V2.zip : Un buzzer en plus lorsqu'il y a trop de CO2. Une petite description en étape 8.

D'autres projets capteurs avec un M5StickC :

• CO2 + DHT M5Stick - SensAirS8 - DHT - MQTT
• CO2 + BME-BMP280 M5Stick_-_CO2-_BME280-_MQTT
• SGP30 + DHT M5Stick_-_SGP30_-_DHT_-_MQTT

• Matériel et outils
• Expériences pré-requises
• Fichiers

M5StickC

M5stickC est un microcontrôleur basé sur un ESP32, il a pour avantage d’être facilement programmable grâce à la librairie M5Stack livré avec.

M5StickC

Capteur de CO2 SENSEAIR S8

Capteur Infrarouge de CO2 (NDIR) utilisé dans le projet CO2

Capteur de CO2 SENSEAIR S8

HM3301

Capteur de particules fines 2.5µm, 5µm, 10µm

HM3301

Ordinateur

Dès sa mise sous tension, un ordinateur exécute, l'une après l'autre, des instructions qui lui font lire, manipuler, puis réécrire un ensemble de données auquel il a accès. Des tests et des sauts conditionnels permettent de changer d'instruction suivante, et donc d'agir différemment en fonction des données ou des nécessités du moment. Les données à manipuler sont obtenues, soit par la lecture de mémoires, soit par la lecture de composants d'interface (périphériques) qui représentent des données physiques extérieures en valeurs binaires (déplacement d'une souris, touche appuyée sur un clavier, température, vitesse, compression...). Une fois utilisées, ou manipulées, les données sont réécrites, soit dans des mémoires, soit dans des composants qui peuvent transformer une valeur binaire en une action physique (écriture sur une imprimante ou sur un moniteur, accélération ou freinage d'un véhicule, changement de température d'un four ...). L'ordinateur peut aussi répondre à des interruptions qui lui permettent d’exécuter des programmes de réponses spécifiques à chacune, puis de reprendre l’exécution séquentielle du programme interrompu. La technique actuelle des ordinateurs date du milieu du xxe siècle. Ils peuvent être classés selon plusieurs critères1 (domaine d'application, taille ou architecture).

Ordinateur

Fer à souder

Un fer à souder, ou plus précisément un fer à braser, est un outil chauffant permettant de réaliser une opération de brasage. L'usage courant du fer à souder se fait dans le domaine du montage de composants électroniques.

Fer à souder

Câble Dupont

Les câbles de connexion servent à créer rapidement des liaisons électriques sur des platines de prototypage sans avoir besoin de faire des soudures.

Câble Dupont

Breadboard

L'avantage de ce système est d'être totalement réutilisable, car il ne nécessite pas de soudure. Ce dernier point distingue les platines Labdec des stripboards (ou veroboards), des perfboards ou des circuits imprimés qui sont, eux, utilisés pour réaliser des prototypes permanents et que l'on sera donc moins à même de démonter. On peut de plus câbler sur une platine Labdec une grande variété de composants afin de réaliser des circuits électroniques, du plus simple circuit jusqu'au microprocesseur.

Breadboard

Installer l'environnement Arduino sur votre système

Importer de nouvelles cartes dans l'interface Arduino

Importer des bibliothèques dans l'interface Arduino

Créer un compte chez AdafruitIO pour envoyer des données dans le web

Envoyer des données sur le WEB grâce à MQTT

Un capteur de CO2 avec UIFLOW et M5STICK

Capteur de particules

DataLab - Chapitre 3 - Connecter ses capteurs

M5Stick - SensAirS8 - DHT - MQTT

M5Stick - CO2- BME280- MQTT

https://lab.debrouillonet.org/g.apremont/m5stick-co2-capteur-de-particules-mqtt/-/blob/main/M5Stick-test-CO2-PM-Date-IOAdafruit.zip

https://lab.debrouillonet.org/g.apremont/m5stick-co2-capteur-de-particules-mqtt/-/blob/main/M5StickCPlus-CO2-PM-Date-Batterie-IOAdafruit.zip

https://lab.debrouillonet.org/g.apremont/m5stick-co2-capteur-de-particules-mqtt/-/blob/main/M5StickCPlus-CO2-PM-Date-BattMini-IOAdafruit-V2.zip

Étape 1 - Installation M5Stick-C

Bien entendu, il faut avoir installé Arduino

Installer l'environnement Arduino sur votre système

Importer de nouvelles cartes dans l'interface Arduino

1-Ajout d'un catalogue de cartes dans l'interface de développement Arduino

Importer de nouvelles cartes dans l'interface Arduino

-> Préférences -> URL de gestionnaire de cartes supplémentaires

https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json

2-Ajout de la carte

-> Outils -> Type de carte -> Gestionnaire de carte -> Rechercher et installer ESP32

Étape 2 - Import bibliothèque

Pour notre projet, nous aurons besoin d'ajouter les bibliothèques suivantes via l'interface Arduino :

-> M5SticKC (M5SticKCPlus si vous utilisez ce modèle)

-> EspSoftwareSerial

-> HM330X by Tomoto Item:HM3301

-> AirGradient_Air_Quality_Sensor

-> Adafruit_MQTT_library

Importer des bibliothèques dans l'interface Arduino

Vous pouvez n'installer que les bibliothèques ci-dessus.

Étape 3 - Modification d'une bibliothèque pour la gestion de plusieurs capteurs sur le M5Stick-C

Pour pouvoir utiliser les 2 capteurs (DHT et SensAIrS8) en même temps, il va falloir modifier le fichier AirGradient.cpp qui se trouve dans la bibliothèque AirGradient_Air_Quality_Sensor fraichement installer.

Pour le modifier, il faut aller dans votre dossier*

Arduino -> libraries -> AirGradient_Air_Quality_Sensor

Ouvrir le fichier AirGradient.cpp avec un éditeur de texte.

Pour ne pas supprimer les lignes, nous allons tout simplement mettre certaines lignes en commentaire. Pour se faire il suffit de mettre // en début de ligne.

-> Trouver PMS_Init(D5,D6); (Ligne 60) mettre cette ligne en commentaire //PMS_Init(D5,D6);

-> Trouver CO2_Init(D4,D3); (Ligne 569) mettre en commentaire // CO2_Init(D4,D3);

-> Trouver Wire.begin(); (Ligne45) mettre en commentaire //Wire.begin();

*Pour retrouver votre fichier de bibliothèque "libraries" , il est possible d'y accéder en allant sur

Croquis > Afficher le dossier des croquis > libraries

Étape 4 - Configuration du Wifi

Pour que votre M5 se connecte au Wifi, il va falloir agir sur le programme lui-même avec l'interface Arduino.

Pour un M5Stick classique, le programme à télécharger est ici :

Pour un M5StickCPlus, la dernière version est là.

Ouvrir le fichier .ino dans Arduino. Vous allez découvrir le code dans son ensemble. Vous devriez vous retrouver avec un croquis à 2 onglets : M5Stick......... et time_zones.h

Rechercher et remplacer dans le code "LENOMDETABOX " par le nom de votre réseau WIFI et le "LEMDPDETABOX" par votre clé Wifi.

/************************* Configuration pour le Wifi ************************/
const char* ssid = "LENOMDETABOX ";        // Nom de votre réseau WIFI
const char* password = "LEMDPDETABOX";    // Clef Wifi

Étape 5 - AdafruitIO

Retrouvez toutes les informations sur les 2 pages suivantes

Créer un compte chez AdafruitIO pour envoyer des données dans le web

Envoyer des données sur le WEB grâce à MQTT

Remplacer "Username" avec votre nom d'utilisateur sur io.adafruit et "ActiveKey" la clef généré sur AdafruitIO.

Avec les capteurs de notre expérience, nous allons pouvoir récupérer les valeurs suivantes : %CO2, PM1, PM2,5 et PM10. Il va falloir créer les "feeds" correspondantes.

Attention à la limite de données envoyées.

Dans le code, pour envoyer ces données, ça se traduit comme ci-dessous.

CO2.publish(valCO2);

PM1.publish(sensor.std.getPM1());

PM2_5.publish(sensor.std.getPM2_5());

PM10.publish(sensor.std.getPM10());

/************************* Configuration pour utiliser MQTT Adafruit *********************************/
#define AIO_SERVER      "io.adafruit.com"
#define AIO_SERVERPORT  1883

// Suivre ce tuto pour récupérer les infos nécessaires https://www.wikidebrouillard.org/wiki/Cr%C3%A9er_un_compte_chez_AdafruitIO_pour_envoyer_des_donn%C3%A9es_dans_le_web
#define AIO_USERNAME    "USERNAME"        //Votre nom d'utilisateur sur io.adafruit
#define AIO_KEY         "KEY"      //Votre clef AdafruitIO

/************ Création des objets pour l'horloge ******************************************************/
const char* ntpServer = "pool.ntp.org";
const char* location  = "Europe/Paris";  // voir dans l'onglet time_zones.h si vous n'êtes pas sur le même fuseau horaire

/************ Création des objets MQTT et Wifi ******************************************************/
WiFiClient client;                                                                      // Création d'un objet client wifi, nécessaire pour initier la connexion avec le serveur Adafruit MQTT.
Adafruit_MQTT_Client mqtt(&client, AIO_SERVER, AIO_SERVERPORT, AIO_USERNAME, AIO_KEY);  // Création de l'objet mqtt nécessaire à la connexion avec le serveur

/****************************** Création des flux de données ****************************************/
// Création des objets PM1.0, PM2.5 PM10 et CO2
// Renseigner les chemins de vos flux de données "/feeds/******
// voir tuto https://www.wikidebrouillard.org/wiki/Envoyer_des_donn%C3%A9es_sur_le_WEB_gr%C3%A2ce_%C3%A0_MQTT

Adafruit_MQTT_Publish CO2 = Adafruit_MQTT_Publish(&mqtt, AIO_USERNAME "/feeds/CO2");
Adafruit_MQTT_Publish PM1 = Adafruit_MQTT_Publish(&mqtt, AIO_USERNAME "/feeds/PM1");
Adafruit_MQTT_Publish PM2_5 = Adafruit_MQTT_Publish(&mqtt, AIO_USERNAME "/feeds/PM2_5");
Adafruit_MQTT_Publish PM10 = Adafruit_MQTT_Publish(&mqtt, AIO_USERNAME "/feeds/PM10");

Étape 6 - Gestion de l'horloge

Vous pouvez remplacer "Europe/Paris" sur la ligne

-> const char* location = "Europe/Paris";

par une autre localisation.

Il suffit de récupérer dans l'onglet time_zones.h, la destination de votre choix.

Étape 7 - Gestion de la batterie

Indication du % de la batterie en charge et décharge plus mise en veille si la batterie est trop faible pour un M5StickCPLUS (C'est fait et téléchargeable). Pour un M5Stick classique, vous pouvez l'inclure vous même mais il vous faudra modifier les valeurs sur la ligne M5.Lcd.setCursor(190, 10);

#include <M5StickCPlus.h>

/*************** Gestion Batterie ***********************/
float b, c = 0; // b = batterie interne, c si en charge
int batterie = 0; //valeur batterie en %


void setup() {
  M5.begin();
  M5.Lcd.setRotation(3);
}

void loop() {

  M5.Lcd.setCursor(190, 10);
  M5.Lcd.setTextSize(1.5);
  c = M5.Axp.GetVapsData() * 1.4 / 1000;
  b = M5.Axp.GetVbatData() * 1.1 / 1000;
  batterie = ((b - 3.0) / 1.2) * 100;

  if (c >= 4.5) {
    M5.Lcd.setTextColor(TFT_YELLOW, BLACK);
    M5.Lcd.print("CHG:"); //Indique CHG en jaune si cable USB branché
  }
  else {
    M5.Lcd.setTextColor(GREEN, BLACK);
    M5.Lcd.print("BAT:"); //Indique BAT en vert si M5 non branché
  }

  if (batterie > 100)
    batterie = 100;
  else if (batterie < 100 && batterie > 9)
    M5.Lcd.print("");
  else if (batterie < 9)
    M5.Lcd.print("");
  if (batterie < 10)
    M5.Axp.DeepSleep();  // Si la batterie est trop faible = mise en veille

  M5.Lcd.print(batterie);
  M5.Lcd.print("%"); // % de batterie

}

Étape 8 - Alarme - air vicié

Comme il y a un piézo incorporé dans le M5StickCPlus, on en profite pour lancer un son bien désagréable lorsque le % correspond à un air vicié - CO2 est élevé.

/*************** Gestion Alarme ***********************/
int freq = 1800;
int channel = 0;
int resolution_bits = 8;
int buzzer = 2;

/****************************** SETUP *******************************************/
void setup() {
 ledcSetup(channel, freq, resolution_bits); // alarme
 ledcAttachPin(buzzer, channel);
}

/****************************** LOOP *******************************************/
void loop() {
  ledcWrite(channel, 0);

if (co2_val.toInt() >= 1500) {
    M5.Lcd.drawRoundRect(185, 30, 44.75, 15, 2, RED);
    M5.Lcd.fillRoundRect(185, 30, 44.75, 15, 2, RED);
    M5.Lcd.setTextColor(RED);
    M5.Lcd.setCursor(160, 55);
    M5.Lcd.print("VICIE");
    ledcWrite(channel, 128);
  }
}

Étape 9 - Envoyer le programme dans le M5Stick-C

Avant de téléverser le programme dans votre carte électronique, vous devez vous assurer que :

• Votre M5Stick est branché en USB sur votre ordinateur.
• Le bon type de carte est sélectionné (ici M5Stick-C) et que le bon port COM est sélectionné.

Pour se faire, il vous suffit d'aller dans l'onglet "Outils"

1. Puis "Type de carte"-> "Gestionnaire de carte"-> "ESP32 Arduino" -> "M5Stick-C" (Sélectionner la carte avec laquelle vous travaillez)
2. Choisir le Port sur lequel est branché votre carte
3. Il ne vous reste plus qu'à téléverser.

Vous pouvez suivre l'avancée du processus en ouvrant la console et/ou regarder ce qui se passe sur l'écran du M5Stick-C.

Étape 10 - Branchement des capteurs

-> Capteur HM3301 en grove (Connectique blanche)

-> Capteur CO2 -> Étape un peu de soudure

Dans l'étape 1 de la page Un capteur de CO2 avec UIFLOW et M5STICK, un peu de soudure pour pouvoir connecter simplement votre capteur de CO2 au M5Stick.

• G+ au 5V
• G0 au GND
• TX au 26
• RX au 36

La calibration du capteur se fera avec le bouton du M5StcikC déjà intégré après téléchargement du programme. Il suffira d'appuyer longtemps dessus jusqu'à apparition de "calibrage" sur l'écran du M5Stick.

Maintenant, vous pouvez déconnecter le câble USB et mettre votre station capteur où vous voulez si votre batterie est chargée bien entendu.

D'autres capteurs ici : DataLab - Chapitre 3 - Connecter ses capteurs

Dernière modification 5/05/2022 par user:Bloup.

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