Design of an IoT prototype for particulate material monitoring in reduced spaces using ESP32 with a cloud-hosted server
DOI:
https://doi.org/10.51736/sa.v4i3.58Keywords:
decision-making, IoT prototype, environmental pollution, microcontrollers, monitoring.Abstract
Particulate matter in the air is one of the elements with the greatest negative impact on human health in Ecuador. This situation constitutes a latent problem, with little attention to its control, due to the high costs of acquiring equipment or the existence of private companies that perform such measurements. The objective of the research is to design an Internet of Things prototype for monitoring particulate matter in confined spaces, using ESP32 with server hosted in the cloud. The research has an experimental design, with a descriptive scope and a mixed approach. The prototype designed for data acquisition uses census modules and MQTT communication protocol configuration integrating the ThingSpeak platform. The research determined the use of affordable electronic materials, free software for its programming and the use of tools for remote data processing and visualization. The prototype design included four census modules, a Nova SDS011 sensor and an ESP32 microcontroller in each module. The integrated development environment Arduino and Visual Code, both open source, were used for the census programming and a mesh network. The information obtained is sent through the Wi-Fi network to a Raspberry Pi 4 card, configured as a local server. The information is published through the MQTT protocol on a server hosted in the cloud on the ThingSpeak platform, which allows the visualization and processing of the results remotely.
Downloads
References
Antonić, A., Marjanović, M., Skočir, P., & Žarko, I. P. (2015). Comparison of the CUPUS Middleware and MQTT Protocol for Smart City Services. In 2015 13th International Conference on Telecommunications (ConTEL), 1–8. DOI: https://doi.org/10.1109/ConTEL.2015.7231225
Bellavista, P., Giannelli, C., & Zamagna, R. (2017). The Pervasive Environment Sensing and Sharing Solution. Sustainability, 9(4):585. DOI: https://doi.org/10.3390/su9040585
Bartlett, J. (2020). Introduction to Microcontrollers. In Electronics for Beginners (pp. 201-211). Apress, Berkeley, CA. Disponible en: https://doi.org/10.1007/978-1-4842-5979-5_13
Bernstein, C. (2021). MQTT (MQ Telemetry Transport). IoT Agenda. TechTarget. Disponible en: https://internetofthingsagenda.techtarget.com/definition/MQTT-MQ-Telemetry-Transport
Cristo, N. M., Pérez, J. F. R., & Izaguirre, L. V. (2020). Estrategia de entrenamiento y acompañamiento a usuarios para el Sistema de Información Hospitalaria XAVIA HIS. Revista Cubana de Informática Médica, 12(1), 76-91. Disponible en https://www.medigraphic.com/cgi-bin/new/resumen.cgi?IDARTICULO=94151
Maila, C. D. C. (2020). Análisis de tecnología Li-fi como comunicación por luz visible (VLC) y su integración al internet de las cosas (IOT) (Bachelor's thesis). Universidad Politécnica Salesiana, Guayaquil, Ecuador. Disponible en: https://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/18386
Carrera, S. C. (2017). Diseño de un sistema de tecnologías abiertas para la medición de material particulado en la ciudad de Santa Elena (Master's thesis). Universidad de Guayaquil, Ecuador. Disponible en: http://repositorio.ug.edu.ec/handle/redug/22251
Espressif. (2021). ESP32 Series Datasheet. Espressif Systems. Disponible en: https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32_datasheet_en.pdf
Gridling, G., & Weiss, B. (2007). Introduction to microcontrollers. Vienna University of Technology Institute of Computer Engineering Embedded Computing Systems Group. Disponible en: https://www.skylineuniversity.ac.ae/pdf/software-engineering/Microcontroller.pdf
Junco, A. D. A. (2019). Prototipo de un sistema de monitoreo de calidad del agua subterránea en instalaciones de captación de una localidad rural del municipio de Tibaná–Boyacá. Disponible en: http://repository.unipiloto.edu.co/handle/20.500.12277/4769
Lema, D. J. P. (2019). Red de Controladores para la Dosificación Automática de Agua del Reservorio Tunga en el Caserío El Rosal de Mocha (Bachelor's thesis, Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial. Carrera de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones). Disponible en:
https://repositorio.uta.edu.ec/handle/123456789/30113
Morales, A. M. R., Fuentes, A. J. D., & Molina, H. J. C. (2018). Creación de una estación de monitoreo ambiental utilizando microcontrolador Arduino Yun y sensores electroquímicos para la realización de mediciones de monóxido de carbono, ozono y material particulado de 2.5 y 10um, presentes en el aire en la ciudad de León, con capacidad de enviar datos a través de una red para su posterior consulta en un sitio web especializado, durante el período noviembre 2017 - marzo 2018. (Doctoral dissertation). Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua, León. Disponible en:
http://riul.unanleon.edu.ni:8080/jspui/handle/123456789/6813
Norris, D. (2015). The Internet of Things: Do-It-Yourself at Home Projects for Arduino, Raspberry Pi and BeagleBone Black. New York: McGraw-Hill Education. Disponible en: https://www.accessengineeringlibrary.com/binary/mheaeworks/463c3e36324b99c7/0d7b544fdc4d6299190965b457400b88261564f6b09536886170a671f0469f04/book-summary.pdf?implicit-login=true
Padin, N. (2012). Wireless Mesh en Open Pits. Revista Electro Industria. Disponible en: http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=1790&ni=wireless-mesh-en-open-pits
Pérez, J. F. R., Sentí, V. E., Valdés, M. M., & Pérez, L. A. (2017). Modelo para la gestión y análisis de conocimiento para la selección de equipos de trabajo quirúrgico en sistemas de información en salud mediante técnicas de inteligencia organizacional. Revista cubana de información en ciencias de la salud, 28(1), 43-60. Disponible en: http://scielo.sld.cu/scielo.php?pid=S2307-21132017000100004&script=sci_arttext&tlng=en
Raspberry. (2020). The Official Raspberry Pi Handbook 2021. The MagPi Magazine. The official Raspberry Pi Magazine. Disponible en: https://magpi.raspberrypi.org/books/handbook-2021
Raspberry. (2021). Raspberry Pi 4. The Raspberry Pi Foundation. Disponible en: https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-4-model-b/
Rico-Bautista, D., Sánchez-Espinosa, L., & Portillo-Ballesteros, E. Y. (2014). Redes Mesh, una alternativa a problemas de cobertura de red: una revisión de literatura. Revista Ingenio, 7(1), 27-42. Disponible en:
Saravia, A. R. B. (2019). ESP32 NODE MCU. Microelectrónica Componentes srl. Disponible en: https://www.microelectronicash.com/downloads/ESP32_MANUAL.pdf
Suárez, V. D., & Pérez, C. P. (2006). Contaminación por material particulado en Quito y caracterización química de las muestras. Acta Nova, 3(2), 308-322. Disponible en: http://www.scielo.org.bo/scielo.php?pid=S1683-07892006000100011&script=sci_arttext
ThingSpeak. (2021). ThingSpeak. The IoT Platform with MATLAB Analytics. MathWorks. The MathWorks, Inc. Disponible en:
https://www.mathworks.com/help/thingspeak/index.html?s_tid=CRUX_lftnav
World Health Organization. (2006). Guías de calidad del aire de la OMS relativas al material particulado, el ozono, el dióxido de nitrógeno y el dióxido de azufre: actualización mundial 2005 (No. WHO/SDE/PHE/OEH/06.02). Ginebra: Organización Mundial de la Salud. Disponible en:
https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/69478/WHO_SDE_PHE_OEH_06.02_spa.pdf
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2021
![Creative Commons License](http://i.creativecommons.org/l/by-nc-sa/3.0/88x31.png)
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Unported License.