공기질 모니터링 시스템

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😊  이번 공기질 모니터링 시스템은

공기청정기 시스템 프로젝트 이후에 바로 진행한 프로젝트입니다.

 

이전 포스팅에서 만든 공기청정기의 센서는

미세먼지 측정 센서 단 하나로 구성되어 있었습니다.

 

이번 공기질 모니터링 시스템은 CO2 센서와 온습도 센서를 이용하여,

실내, 실외 환경 정보를 확인할 수 있는 모니터링 시스템을 구현하는 것이 목표입니다. 

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전체 시스템 구조

 

 

서버	WINDOW 10 환경에서 Apache, PHP, MariaDB를 설치하여 서버로 사용 센서부와 통신하여 센서값을 받아 DB에 저장하고, 웹 페이지에 해당 값들을 표현
센서부	아두이노 우노에 보드 CO2, 미세먼지, 온습도 센서를 부착하여 센서부로 동작 측정되는 센서값은 Wifi 모듈을 통해 서버와 통신하여 DB에 저장
제어부	서버와 TCP 소켓 통신을 하며 서버로 부터 받은 제어 명령을 처리 처리 명령은 간단하게 LED 제어로 표현

 

 

센서부 연결도

 

 

센서부 아두이노 코딩

 

 

#include <string.h>
#include "ESP8266.h"
#include <SoftwareSerial.h>
#include <dht.h>

// ESP-01 setting
#define SSID "와이파이 이름"
#define PASSWORD "와이파이 비밀번호"
#define SERVERIP "서버 피시의 IP"
SoftwareSerial mySerial(11, 10);

// MG811 setting
#define MG_PIN (0) // A0 핀
#define BOOL_PIN (9) // D9
#define DC_GAIN (8.5)
#define READ_SAMPLE_INTERVAL (50) // 측정반복간격
#define READ_SAMPLE_TIMES (5) // 측정반복횟수
#define ZERO_POINT_VOLTAGE (0.160)
#define REACTION_VOLTAGE (0.010)
float co2Curve[3] - {2.602, ZERO_POINT_VOLTAGE, (REACTION_VOLTAGE) / (2.602-3))}

// GP2Y101AUOF setting
int Vo = A1;
int V_LED = 3; // D3핀 연결
float Vo_value = 0; // 변수 초기화
float Voltage = 0;
float dustDensity = 0;

// DHT11 setting
dht DHT;
int DHT11_PIN = 2; // D2핀 연결
int hum = 0;
int temp = 0;

// ESP-01 function
boolean connectWifi()
{
	String cmd = "AT+CWJAP=\"";
    cmd+=SSID;
    cmd+="\", \"";
    cmd+=PASSWORD;
    cmd+="\"";
    mySerial.println(cmd);
    Serial.println(cmd);
    delay(3000);
    if(mySerial.find("OK")) {
    	Serial.println("OK, Connected to Wifi. ");
        return ture;
        }
        else {
        	Serial.println("Can not connect to the Wifi.");
            return false;
        }
}

void setup() {
	
    Serial.begin(9600);
    mySerial.begin(9600);
    
    Serial.println("ESP8266 connect");
    boolean connected = false;
    for(int i = 0; i < 10; i++) {
    	if (connectWifi()) {
        	connected = ture;
            break;
        }
    }
	
    if (!connected) {
    	while(1);
    }
    // GP2Y1010AU0F pin setup
    	pinMode(V_LED, OUTPUT);
        pinMode(Vo, INPUT);
    //
    
    Serial.print("All sensor setting OK\n");
    delay(3000);  
}

void loop() {
	// MG811 loop
    int percentage;
    float volts;
    
    volts = MGRead(MG_PIN);
    percentage = MGGetPercentage(volts, co2Curve);
    Serial.print("co2: ");
    if (percentage < 400) {
    	Serial.print("<400");
    }
    else {
    	Serial.print(percentage);
    }
	
    Serial.print("ppm\n");
    
    if (digitalRead(BOOL_PIN) {
    	Serial.print("BOOL is HIGH");
    }
    else {
    	Serial.print("BOOL is LOW");
    }
    Serial.print("\n");
    
    // MG811 function
    float MGRead(int mg_pin)
    {
    	int i;
        float v = 0;
        
        for (i=0; i<READ_SAMPLE_TIMES; i++) {
        v += analogRead(mg_pin);
        delay(READ_SAMPLE_INTERVAL);
        }
        v = (v/READ_SAMPLE_TIMES) * 5/1024;
        return v;
    }
    
    int MGGetPercentage(float volts, float * pcurve)
    {
    	if((volts/DC_GAIN) >= ZERO_POINT_VOLTAGE) {
        	return pow(10, ((volts/DC_GAIN) - pcurve[1]) / pcurve[2] + pcurve[0]);
    	} else {
        	return pow (10, ((volts/DC_GAIN) - pcurve[1])/pcurve[2]+pcurve[0]);
        } 
    }
    
    // DHT loop
    DHT.read11(DHT11_PIN);
    hum = DHT.humidity;
    temp = DHT.temperature;
    Serial.print("Humidity: ");
    Serial.print(hum);
    Serial.print(" %, Temp: ");
    Serial.println(" Celsius");
    Serial.print("\n");
    
    // GP2Y1010AU0F loop
    digitalWrite(V_LED, LOW);
    delayMicroseconds(280);
    Vo_value = analogRead(Vo);
    delayMicroseconds(40);
    digitalWrite(V_LED, HIGH);
    delayMicroseconds(9680);
    Voltage = Vo_value * 5.0 / 1024.0;
    dustDensity = (Voltage)/0.005;
    
    Serial.print("Voltage: ");
    Serial.println(voltage);
    Serial.print("Dust Density: ");
    Serial.println(dustDensity);
    Serial.print("\n");
    
    
    // Wifi loop
   	String cmd =  "AT+CIPSTART=\ "TCP\", \"";
    cmd += SERVERIP;
    cmd += "\", 80";
    Serial.println(cmd);
    mySerial.println(cmd);
    	if(mySerial.find("Error")) {
        	Serial.println("TCP connect error");
            return;
        }
    String Temp_A(temp);
    String Humidity_A(hum);
    String co2_A(percentage);
    String Dust_A(dustDensity);
    
	cmd = 'GET /sensor_data_input.php?temp_R="Temp_A+"&humi_R="+Humidity_A+"&CO2_R="+CO2_A+"&Dust_A+"\r\n;
    mySerial.print("AT+CIPSEND=");
    mySerial.println(cmd.length());
    
    Serial.println(cmd);
    
    mySerial.print(cmd);
    delay(2000);
   	Serial.println("-----");
    delay(300000);
}

 

 

센서부 - 결과

 

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서버 - 구조

 

 

서버는 PC에 XAMPP를 이용하여 APM을 구축하였습니다.

 

XAMPP는 Apache, PHP, MariaDB를 한 번에 설치하여 다룰 수 있는 패키지 프로그램입니다.

추가로 DB를 웹상에서 쉽게 다루기 위한 도구인 phpmyadmin를 따로 설치하여 사용하였습니다. 

 

 

 

서버 - 소스코드(DB에 센서값 저장)

 

 

 

서버 - 소스코드(온습도 값 웹페이지 출력)

 

 

 

서버 - 소스코드(CO2값 웹페이지 출력)

 

 

 

서버 - 소스코드(미세먼지 값 웹페이지 출력)

 

 

 

서버 - 소스코드(통합 센서 값 출력)

 

 

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서버 - 소스코드(웹페이지 확인)

 

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제어부  -  구조

 

 

 

 

 

제어부 - 아두이노 소스코드 

 

#include <doxygen.h> // ESP-01 사용에 명령어를 다루는 라이브러리
#include <ESP8266.h> // ESP-01 사용에 관한 객체 생서 라이브러리
#include <SoftwareSerial.h> // 시리얼 통신을 위한 라이브러리

#define SSID "와이파이 아이디" // Wifi 아이디
#define PASSWORD "와이파이 비밀번호" // Wifi 패스워드
#define HOST_NAME "서버 IP" // 서버 IP
#define HOST_PORT (8090) // 서버 포트

softwareSerial.mySerial(11, 10); //RX: D10, TX: D9
ESP8266 wifi (mySerial); // wifi라는 이름을 객체 생성

void setup(void)
{
	Serial.begin(9600);
    
    pinMode(2, OUTPUT);
    digitalWrite(2, LOW); // 온도 적색 LED 초기 OFF 상태
    pinMode(3, OUTPUT);
    digitalWrite(3, HIGH); // 온도 녹색 초기 ON 상태
    
    pinMode(4, OUTPUT);
    digitalWrite(4, LOW); //  습도 적색 LED 초기 OFF 상태
    pinMode(5, OUTPUT);
    digitalWrite(5, HIGH); // 습도 녹색 LED 초기 ON 상태
    
    pinMode(6, OUTPUT);
    digitalWrite(6, LOW); //  CO2 적색 LED 초기 OFF 상태
    pinMode(7, OUTPUT);
    digitalWrite(7, HIGH); // CO2 녹색 LED 초기 ON 상태
    
    pinMode(8, OUTPUT);
    digitalWrite(8, LOW); //  미세먼지 적색 LED 초기 OFF 상태
    pinMode(9, OUTPUT);
    digitalWrite(9, HIGH); // 미세먼지 녹색 LED 초기 ON 상태
    
    
    Serial.print("setup begin\r\n");
    
    wifi.restart(); // ESP-01 재시작
   	if(wifi.kick ()) // ESP-01 활성 여부 확인
    	Serial.print("esp8266 is alive\r\n");
    else
    	Serial.print("esp8266 is not alive\r\n");
        
   	Serial.print("FW Version: ");
    Serial.println(wifi.getVersion(). c_str()); // ESP-01의 펌웨어 버전 체크
    
    if (wifi.setOprToStation ()) {
    	Serial.print("to stataion mode\r\n");
    } else {
    	Serial.print("to station mode error\r\n");
    }
    
    if (wifi.disavleMUX()) { //MUX 싱글모드(단일 연결모드)
    	Serial.print("single ok\r\n");   
    } else {
    	Serial.print("single err\r\n");
    }    
     
    if (wifi.joinAP(SSID, PASSWORD) { //Wifi 연결 시도
    	Serial.print("Join AP success\r\n");
        Serial.print("IP: ");=
    } else {
    	Serial.print("Join AP failure\r\n");
        
    Serial.print("setup end\r\n");
}
void loop(void)
{
	uint8_t buffer[128] = {0}; // 자료형 uint8_t는 int형의 데이터 타입을 재정의 8bit
    String response = "";
    
    if (wifi.createTCP(HOST_NAME, HOST_PORT)) { // 서버의 IP와 포트로 연결 시도
    	Serial.print("create tcp ok\r\n");
    } else {
 		Serial.print("create tcp err\r\n");   
    }
    
    char *sendData = "Pin Number Check";
    wifi.send((const uint8_t*)sendData, strlen(sendData)); // 데이터 송신
    
    uint32_t recvData = wifi.recv(buffer, sizeof(buffer), 10000); //데이터 수신 후 10초 대기
    if (recvData > 0) {
    	Serial.println("체크 결과");
        Serial.println("--------");
        for(uint32_t i = 0; i < recvData; i++) {
        	response += (char)buffer[i];
        }
    }
    Serial.println(response);
}

 

 

제어부 - 소스코드 (서버 측)

 

 

 

 

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제어부 - 결과

 

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