Proiect Noise-o-Meter IoT

Zgomotul este un factor de stres la fel de puternic ca și căldura, suprasolicitarea sau evenimentele cu impact emoțional dar de cele mai multe ori este ignorat și încadrat în „normalitatea” urbană cotidiană. Cât de mult ne afectează zgomotul înconjurător? Depinde de nivelul de zgomot la care suntem expuși. Cum putem evalua zgomotul din jurul nostru? Aparatele profesionale de măsurat puterea sunetelor sunt destul de scumpe și nu oferă o evaluare pe termen lung. În cadrul acestei lecții prezentăm implementarea unui sistem de măsură a nivelului de zgomot ambiental care, cu ajutorul serviciilor IoT, va permite evaluarea pe termen lung a acestui factor de stres.

Sistemul va utiliza placa de dezvoltare Arduino Leonardo ETH și un modul breakout cu microfon pentru achiziția nivelului de zgomot. Schema de interconectare este următoarea:

schema_bb

Modulul breakout se va alimenta la 3.3V (pinul VCC al modulului se va conecta la pinul 3.3V al plăcii de dezvoltare, pinul GND la pinul GND) și ieșirea analogică a modulului, pinul AUD, se va conecta la pinul de achiziție analogică A0 al plăcii de dezvoltare.

Pentru mai multe detalii despre utilizarea modulului breakout puteți consulta și materialul „Electret Mic Breakout Board Hookup Guide”. Pentru punerea în funcțiune și utilizarea plăcii de dezvoltare Arduino Leonardo ETH puteți consulta materialul „Start with Arduino Leonardo ETH”.

Placa de dezvoltare va realiza partea de achiziție a nivelului de zgomot și va trimite valorile, prin intermediul rețelei Internet, către serviciul Robofun IoT. Serviciul Robofun IoT este un serviciu gratuit ce permite stocarea datelor și vizualizarea evoluției acestora. Serviciul necesită înregistrare (secțiunea Cont nou):

4

După înregistrare și conectare este necesară definirea unui nou senzor (secțiunea Adaugă senzor):

5

După definirea senzorului este necesar să copiem cheia de autentificare (Token) pentru a o utiliza în program.

3

Programul a fost dezvoltat și testat utilizând Arduino IDE 1.8.1 având instalate extensia Arduino AVR Boards 1.6.19 și biblioteca Ethernet2 1.0.4. Pentru ca sistemul să funcționeze este necesară conectarea plăcii Arduino Leonardo ETH la o rețea locală cu servicii DHCP și conectivitate Internet.

#include <SPI.h>

#include <Ethernet2.h>

byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };

EthernetClient client;

char server[] = “iot.robofun.ro”;

const int pinAdc = A0;

În cazul în care placa nu va putea obține configurația de rețea prin DHCP led-ul conectat pe pinul 13 va începe să clipească și programul se va bloca (bucla infinită while(1)) – se va verifica în acest caz conectarea cablului de rețea și se va reseta placa.

void setup() {

      Serial.begin(9600);

      if (Ethernet.begin(mac) == 0) {

        pinMode(13,OUTPUT);

        while(1) {       

         digitalWrite(13,LOW);

         delay(1000);

         digitalWrite(13,HIGH);

         delay(1000);

        }

      }

}

În cadrul secțiunii loop() este necesară completarea cheii de autentificare specifice senzorului definit în cadrul serviciului Robofun IoT (TOKEN).

void loop() {

    float sound = getSound();

    Serial.println(sound);

   String temp = “GET /api/v1/senzor/TOKEN/input?value=” + String(sound) + ” HTTP/1.1″;

    char param[100];

    temp.toCharArray(param,temp.length()+1);

    if (client.connect(server, 80)) {

      client.println(param);

      client.println(“Host: iot.robofun.ro”);

      client.println(“User-Agent: arduino-ethernet”);

      client.println(“Connection: close”);

      client.println();

    }

    client.stop();

}

Funcția getSound() va analiza semnalul analogic transmis de modul pe o perioadă de timp egală cu sampleWindow. Analiza va determina amplitudinea maximă a semnalului (variabila peakToPeak) și va face transformarea din valoare eșantionată (interval 0 – 1024) în tensiune (interval 0 – 3.3).

float getSound(){

   const int sampleWindow = 5000;

   unsigned int sample;

   unsigned long startMillis= millis();

   unsigned int peakToPeak = 0; 

   unsigned int signalMax = 0;

   unsigned int signalMin = 1024;

   while (millis() – startMillis < sampleWindow)   {

      sample = analogRead(pinAdc);

      if (sample < 1024)     {

         if (sample > signalMax)         {

            signalMax = sample;         }

         else if (sample < signalMin)         {

            signalMin = sample;         }

      }

   }

   peakToPeak = signalMax – signalMin;

   float volts = (peakToPeak * 3.3) / 1024.0; 

   return volts;

 }

Evoluția zgomotului ambiental se poate observa local deschizând Serial Plotter din meniul Tools al mediului Arduino IDE (programul raportează și pe serială valorile măsurate) dar supravegherea pe termen lung se va face prin interfața web a serviciului Robofun IoT:

robofun

Atenție!!! Valorile măsurate nu sunt calibrate, nu au o unitate de măsură asociate – nu reprezintă valori in decibeli. Valorile măsurate reprezintă doar o intensitate a zgomotului pe o scară de la 0 la 3.3 dar pot da o imagine destul de bună a variației zgomotului în mediul ambiental.