新物联网挑战二——校园气象科学与大气污染探究- Makelog(造物记)

利用chatGPT进行项目设计

为提高大气污染监测、预报和治理能力，可以采用以下先进技术和方法：

1.集成化智能监测系统：利用传感器、遥感技术、人工智能等技术，实现对大气污染源、污染物浓度、气象参数等的高精度实时监测与分析，为大气污染治理提供科学依据。

2.大数据分析与预报模型：基于历史数据、监测数据、气象数据等，建立大气污染预报模型，实现对未来一段时间内的大气污染情况进行预测，提前采取措施，预防和控制大气污染。

3.智能排放控制系统：利用智能化技术，实现对工业企业、机动车辆等排放源的排放情况进行实时监控和调控，降低大气污染物排放量。

基于上述技术和方法，可以设计以下方案，改善大气环境，提高人们生活质量：

1。建立集成化智能监测系统，实现对上海市内的大气污染源、污染物浓度等进行实时监测和分析，为大气污染治理提供科学依据。

2.建立大数据分析与预报模型，实现对未来一段时间内的大气污染情况进行预测，并及时采取措施，预防和控制大气污染。

3.制定智能排放控制系统，对工业企业、机动车辆等排放源进行实时监控和调控，降低大气污染物排放量，并加强对超标排放的监管和处罚。

4.增加绿化覆盖面积，加强城市绿化建设，以吸收二氧化碳和其他有害气体，改善空气质量。

推广清洁能源，鼓励使用电动车辆、太阳能和风能等清洁能源，降低污染物排放量，减少对空气质量的影响。

通过以上措施，可以有效地提高大气污染监测、预报和治理能力，为构建绿色、宜居的城市环境贡献智慧与力量。

项目背景

上海市嘉定区朱桥学校作为工业区内的一所北片学校，位于G1501出口外侧，校园南门外经常有大量车辆过往。容易造成尾气污染、噪音污染等，尝试利用sci连接空气质量传感器和粉尘传感器监测校园外围的污染数据，同时利用云雀气象仪监测校园周围的温湿度、风向风力气压值，尝试探究气象科学解决大气污染的方法和途径。通过可视化面板，直观明显的观测气象数据对减少污染的变化。

遇到的问题

因为需要在外部进行监测，行空板接在笔记本上，利用行空板上的SIOT进行数据上传与分析，所以电源的续航不够长，活动设计观察一定时间内的数据变化。

制作过程：

步骤1 硬件搭建

测试软件和收到的硬件礼包，利用4pin线进行连接，因为行空板本身只有2个4pin接口，所以这里我们采用SCI作为桥梁的方式，先将行空板连接SCI和云雀气象仪，再将空气质量传感器和粉尘传感器连接在SCI采集器的Port2和Port3端口上，进行数据采集使用。

搭建图示如下：

材料清单

行空板X1
Gravity: SCI采集模块X1

Gravity: ENS160 空气质量传感器X1

Gravity: 粉尘传感器X1

Gravity: 云雀气象仪X1

步骤2 软件搭建

打开mind+1.8，需要先进行库的导入

云雀：加载Mind+用户库：https://gitee.com/liliang9693/ext-yunque

SCI：https://gitee.com/liliang9693/ext-sci

同时加载官方的行空板、MQTT和pinpong库中的初始化。

根据SCI采集模块上的ID显示，选择适当的地址，完成程序搭建：

screenshots-新建项目-2023-6-26-10-15-20.mp-1687762657712.png

需要注意的是，这里的mqtt设置，ip地址为行空板地址，详细如下图：

步骤3 行空板联网，配置行空板的SIOT

因为需要用到物联网，在此之前需要为行空板连接wifi。将行空板连接在电脑上后，在浏览器输入：10.1.2.3打开行空板的网络设置界面。

在网络设置中，为行空板连接WiFi。微信截图_20230626150132.jpg

完成连接后在地址栏输入：http://10.1.2.3:8080/

登录行空板SIOT，建立相应传感器的物联网主题，以便数据的发布和物联网获取相应信息。微信截图_20230626150914.png

步骤4 设置可视化面板

根据主题内容，进入行空板的可视化面板进行设置。

需要注意的是，因为使用行空板的SIOT，所以服务器地址也相应的选择行空板地址。

微信截图_20230626150756.jpg

根据设置的布局版面，进行相应组件的选择与使用，将数据源与行空板SIOT相匹配。

左上方可以看到学校地理位置，位于收费站出口下。在出口处有一些绿植进行污染防护，主要的可视化内容为污染浓度监测、aqi指数监测和风速监测。

根据空气质量指标图示，了解相应数值的参考指标：

AQI等级参考

eCO2/CO2浓度参考

TVOC浓度参考

PM2.5空气质量国际标准表

国家/组织年平均浓度
（μg/m³）24h平均浓度
（μg/m³）WHO准则值1025WHO过渡期目标13575WHO过渡期目标22550WHO过渡期目标31537.5澳大利亚825美国1535日本1535欧盟25无中国3575

空气污染指数(AQI)与PM1.0,PM2.5污染物空气污染指数(AQI)与PM1.0,PM2.5污染物浓度值对应表

AQI指数空气质量等级24小时PM1.0平均浓度
（μg/m³)24小时PM2.5平均浓度
（μg/m³）0~50优0~500~3551~100良50~15036~75101~150轻度污染151~25076~115151~200中度污染251~350116~150201~300重度污染351~420151~250>300严重污染421~500251~350

通过数据对比，有助于进一步了解AQI指数是如何构成的。

步骤5 采集数据
1.温室大棚

2. 学校小花园

3. 操场司令台

4.学校小广场（靠近高速出口）

5.放学通道

步骤6 测量结果及分析

项目总结：

利用sci采集卡进行数据记录，结合可视化面板的数据分析可以发现如下：

1.AQI指数一般在1和2之间，说明校园内的空气质量较好。在一些通风情况较好的地方，AQI数据为1，也验证了之前看到的资料里的建议。而靠近高速出口位置一般为2，也说明了车辆对周边环境的影响。

2.二氧化碳浓度在400~700浓度之间，TVOC浓度在50~200左右，PM2.5数值在35~45区间。

在采集位置为高速出口方向，因为车辆原因导致空气污染比较严重，数据较高。为了避免这一问题的产生，学校在周边也种植了一些绿色植物进行防治。在检测的时候如果比较空旷，在一定风速的作用下，也能起到一定的减轻污染的作用。

3.校园地处嘉定工业区，北面有一些工厂，不过所产生的空气污染产物从检测上来看并无大碍，同时从本次检测中发现风向对空气污染的没有直接影响，也可能因为季节原因，还需进一步长时间观测。

可改善空间：

1.可接充电宝，将SCI采集卡在几个地点进行长周期的采集，也可以根据季节进行数据采集，探究一年中的空气污染与气象科学之间的联系，从而进一步科学的形成相应结论。

2.可以利用行空板本身的触控性，制作一些按钮，控制校园中容易受到空气污染的场所，利用人工风的方式模拟自然风来达到降低空气污染的目的。

3.可参考使用appiventor，制作手机app通过物联网平台实时进行检测与控制，正真达到物联网的作用。

4.加入摄像头，可进行远程监控。

5.将设备放置在固定的空间内，使得采集更便捷，方便日后学生进行实验。

材料清单

行空板 X1 链接
云雀气象仪 X1
Gravity: ENS160 空气质量传感器 X1 链接
Gravity: PM2.5空气质量传感器 X1 链接
SCI采集模块 X1 链接

代码

#  -*- coding: UTF-8 -*-

# MindPlus
# Python
from DFRobot_Atmospherlum import *
from dfrobot_rp2040_sci import *
from pinpong.board import Board
from unihiker import Audio
import siot
import time


Board().begin()
siot.init(client_id="8817582035972975",server="10.1.2.3",port=1883,user="siot",password="dfrobot")
u_audio = Audio()
siot.connect()
siot.loop()
SCI1 = DFRobot_RP2040_SCI_IIC(addr=0x23)
while SCI1.begin() != 0:
    print("Initialization Sensor Universal Adapter Board failed.")
    time.sleep(1)
print("Initialization Sensor Universal Adapter Board done.")
yunque_i2c = DFRobot_Atmospherlum_I2C(0x42)
while (yunque_i2c.begin() != 0):
    print("yunque_i2c initialize failed!!")
    time.sleep(1)
print("Sensor initialize success!!")
yunque_i2c.set_local_time()
time.sleep(1)


while True:
    siot.publish_save(topic="siot/温度", data=(yunque_i2c.get_value("Temp")))
    siot.publish_save(topic="siot/湿度", data=(yunque_i2c.get_value("Humi")))
    siot.publish_save(topic="siot/风速", data=(yunque_i2c.get_value("speed")))
    siot.publish_save(topic="siot/风向", data=(yunque_i2c.get_value("dir")))
    siot.publish_save(topic="siot/气压", data=(str((yunque_i2c.get_value("Pressure"))) + str((yunque_i2c.get_unit("Pressure")))))
    siot.publish_save(topic="siot/地点AQI", data=SCI1.get_value1(SCI1.eALL,"AQI"))
    siot.publish_save(topic="siot/TVOC", data=SCI1.get_value1(SCI1.eALL,"TVOC"))
    siot.publish_save(topic="siot/PM2.5", data=SCI1.get_value1(SCI1.eALL,"PM2.5"))
    siot.publish_save(topic="siot/地点CO2", data=SCI1.get_value1(SCI1.eALL,"ECO2"))
    siot.publish_save(topic="siot/声音响度", data=u_audio.sound_level())
    time.sleep(10)

附件

云雀气象仪采集活动.rar

新物联网挑战二——校园气象科学与大气污染探究 简单

新物联网挑战二——校园气象科学与大气污染探究简单