Network of sensors for measuring environmental pollution using opensource/open-hardware methodologies

Abstract

This work involves both hardware and software. The hardware part consists of a low-cost sensor network prepared to measure pollution in the city of Lisbon. Data on environmental pollution is collected by a gas sensor, a temperature, humidity and pressure sensor, a dust sensor and a GPS module. The system will be mounted on buses, however, it is scalable enough to be placed on other vehicles. It has various forms of power supply, one of them is photovoltaic panels, which provide clean energy. The data collected by the sensors are sent by MQTT to an Ubuntu server and placed in a PostgreSQL database. A web application was designed for the system using HTML, CSS and Javascript, which allows the user to view graphs with the values collected by the sensors, consult a HeatMap with red, yellow, and green zones according to the levels of pollution in the locations. Even more important, the application allows creating a route avoiding exposure to polluted areas with a starting point and endpoint in the desired places by the user. Lastly, some tests were made with the photovoltaic panels with the system stopped. Other tests were done using a powerful power bank, also with the stopped system. The motion tests were made with two forms of power supply, one was again the power bank and the other was the battery of the electric bike used to move the system around the city of Lisbon.

Este trabalho envolve tanto hardware como software. A parte de hardware consiste numa rede de sensores low-cost preparada para medir a poluição na cidade de Lisboa. Os dados sobre a poluição ambiental são recolhidos por um sensor de gás, um sensor de temperatura, humidade e pressão, um sensor de partículas em suspensão e um módulo GPS. O sistema irá ser montado em cima de autocarros, no entanto é um sistema escalável o suficiente para ser montado noutros veículos. Este tem várias formas de alimentação energética, sendo uma delas panéis fotovoltaicos o que permite uma maior mobilidade. Os dados recolhidos pelos sensores são enviados por MQTT para um servidor Ubuntu e colocados numa base de dados PostgreSQL. Foi também feita uma aplicação web em HTML, CSS e Javascript, que permite ao utilizador consultar gráficos com os valores recolhidos pelos sensores, consultar um HeatMap com zonas encarnadas, amarelas e verdes conforme os níveis de poluição nos locais e mais importante é lhe permitido criar uma rota que evita zonas poluídas com um ponto de início e fim nos sítios desejados. Por último foram feitos alguns testes, uns com os painéis fotovoltaicos e com o sistema parado no mesmo sítio, outros testes foram feitos com recurso a um power bank potente também com o sistema parado. Os testes em movimento foram feitos com duas formas de fornecimento de energia, uma foi novamente o power bank e outra foi a bateria da bicicleta elétrica usada para mover o sistema pela cidade de Lisboa.