Panduan Desain & Penerapan Sensor Kualitas Udara Tenaga Surya Berbasis Helium
Panduan Desain & Penerapan Sensor Kualitas Udara Tenaga Surya Berbasis Helium
Seiring pertumbuhan kesadaran lingkungan, saya membangun array sensor kualitas udara nirkabel, mandiri, tahan cuaca, dan tenaga surya—dikenal sebagai WSPAQS—yang dapat digunakan di mana saja di dunia dan mengstream data secara real-time melalui jaringan Helium.
Ringkasan Sistem
Suite sensor mengukur CO₂ dan senyawa organik volatile (VOC), dan mengintegrasikan sensor tegangan/arus untuk memantau pengisian daya surya. Ini menggunakan Arduino Uno untuk akuisisi data, Raspberry Pi 3 untuk pemrosesan dan publikasi MQTT, dan Helium Starter Kit untuk konektivitas LoRaWAN. Panel surya Adafruit 6 V, konverter daya portabel 24 VAC/VDC ke USB, dan paket baterai portabel yang dimodifikasi menyediakan sumber daya yang andal.
Komponen
- Arduino Uno (papan sensor)
- Raspberry Pi 3 (relay data)
- Helium Starter Kit (gateway LoRaWAN)
- Panel surya Adafruit 6 V
- Konverter 24 VAC/VDC ke USB (PCB custom)
- Paket baterai portabel (dimodifikasi)
- Modul sensor tegangan/arus
- Header pin Arduino bertumpuk (≈$4, SparkFun)
Daftar bagian: Tautan pendek Digikey
Langkah Rangkaian
1. Siapkan Paket Baterai
Bongkar paket baterai portabel standar dan uji setiap setengah untuk kompatibilitas tegangan. Setelah dikonfirmasi, rebat solder dua setengah bersama dan tambahkan dua kabel ke output untuk memberi daya pada gateway Helium dan array sensor Arduino.
2. Pasang Panel Surya
Pasang panel surya 6 V pada permukaan terang dan tidak terhalang dan hubungkan ke konverter. Ini memberikan pengisian daya berkelanjutan selama siang hari dan menyimpan energi untuk operasi malam hari.
3. Modifikasi Baterai untuk Kepadatan
Potong casing baterai agar muat dalam kotak 7 inci, lalu rebat solder ujung yang dipotong. Pasang kabel output daya sehingga paket baterai secara rapi memberi daya pada seluruh array sensor.
4. Pembuatan PCB
PCB custom tersedia di PCBWay. Unggah berkas Gerber untuk waktu proses cepat, 7 hari. Pesan papan untuk $5,00.
5. Solder Papan
Mulai dengan komponen SMD. Gunakan pasta solder suhu rendah dan oven roti untuk reflow. Busa desen solder membantu membersihkan sisa solder. Solderkuat diameter kecil esensial untuk pad halus.
6. Diagram Penghubungan
- Pengontrol chaji tidak diperlukan untuk baterai asam; panel harus mengisi baterai tanpa melebihi 2–5 V di atas tegangan baterai.
- Pasang kipas pada sisi sensor tegangan untuk mencatat arus yang ditarik secara akurat. Papan menerima hingga 24 VDC, memberikan ruang gerak yang cukup untuk perluasan.
Manajemen Daya
Di bawah sinar matahari penuh, input DC 7 V menarik antara 0,525 A dan 1 A dengan kipas berjalan—setara dengan ~144 Wh per hari. Oleh karena itu, panel surya minimal 12 V, 5,2 W diperlukan, dan baterai harus menyediakan minimal 12 V DC. Sistem tidak akan memulai transmisi hingga supply DC 7 V stabil hadir.
Menguji Pengaturan
Verifikasi semua penghubungan sebelum menyalakan untuk menghindari kerusakan komponen. Setelah dikonfirmasi, array sensor harus beroperasi dengan sempurna, melaporkan tingkat CO₂ dan VOC secara real-time.
Transmisi Data
Data tiba melalui Helium MQTT sebagai string mentah: V 6 : A 2 :T 30: C02 555: VOC 7293. Ini harus diurai menjadi metrik individu sebelum dikirim ke platform pemantauan.
Integrasi Node-RED untuk Librato
Node-RED dapat memisahkan payload MQTT menjadi kolom yang diberi label:
msg.payload = msg.payload.replace(/V /g, 'Voltage: ').replace(/A /g, 'Current: ').replace(/T /g, 'Temperature: ').replace(/C02 /g, 'CO2: ').replace(/VOC /g, 'VOC: ');
Setelah diurai, teruskan setiap metrik ke Librato. API Librato menerima JSON; setiap metrik diposting sebagai titik gauge.
Pengaturan Librato
- Masuk ke Librato dan navigasikan ke Integrations > API Tokens.
- Klik Generate new API Token dan berikan nama yang jelas.
- Salin token dan catat alamat email yang terkait.
- Di alur Node-RED Anda, konfigurasikan node HTTP Librato dengan token dan nama metrik yang diinginkan.
- Uji alur; data harus muncul di dasbor Librato Anda dalam beberapa detik.
Pembuatan Kotak
Kotak terdiri dari dasar, empat kaki (dua depan, dua belakang), tutup, montir panel surya, dan klip kecil. Bersihkan bagian cetak 3D, lalu kerakkan semua lubang 8-32 dengan alat kerak sebelum menyekrup tutup. Rangkai kotak sebelum memasukkan elektronika untuk memastikan pas ketat.
Kesimpulan
Sensor kualitas udara berbasis Helium memberikan pembacaan CO₂ dan VOC yang akurat, beroperasi otonomis dengan tenaga surya, dan memstream data ke Librato untuk analitik real-time. Dengan biaya minimal dan rangkaian yang sederhana, sistem ini ideal untuk pemantauan lingkungan di lokasi terpencil atau off-grid.
