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Abstract
This dissertation main objective to monitor quality of air in urban environments which are densely populated using quality of air sensors, to ensure real-time monitoring, LoRa/LoRaWAN communication will be used and therefore studied in order to understand the communication in metropolitan areas. This dissertation aims to fully experiment with the communications of values read by sensors and a LoRa cloud, all while using LoRa and a gateway. This type of project can extrapolate and evaluate the use of LoRaWAN in smart cities. By using LoRa/LoRaWAN, the objective consists of finding a low-cost option that provides real-time monitoring to measure and acquire sensor data. Moreover, this integration will allow to evaluate the viability of LoRa/LoRaWAN networks for environmental monitoring in smart cities and as a viable option for institutions to use this solution to easily monitor air quality in dense urban cities and vast countryside. This report presents a state of art of the components the system will use such as sensors, a MCU that will employ LoRa communication and a Gateway to pass the acquired sensor data to a server cloud which will then show the values through an API, which showed expected values of concentration, percentage and other units, such as micrometers, in the atmosphere. With the dioxide carbon sensor, we could go even further in the experimentation and understood the value expected of concentration would be around 350 ppm, with the practical values being 351 ppm. Results about values read will then be presented to understand the quality of air in the studied area and to compare these results with official values and make comparisons, measuring, the sensors’ efficiency. Radio test results will also be discussed to better understand the communication length that LoRa can achieve in cities with the higher values around 1,7 km with a Spreading Factor of 7 and with a Transmitting Power of 10, 12 and 14 dBm. In addition to this entire system, it was also created a predictive system to conclude about the general quality of air with the values obtained.
Esta dissertação tem como objetivo a monitorização da qualidade do ar em ambientes urbanos densamente habitados usando sensores de qualidade do ar. De forma a assegurar o processamento em tempo-real, será usada comunicação LoRa/LoRaWAN para entender a comunicação existente nestas áreas. Esta dissertação propõe-se a experimentar toda a comunicação que vai desde os sensores até à LoRa Cloud, tudo isto usando no meio a comunicação LoRa e uma gateway. Este tipo de projeto pode ser extrapolado para avaliar o uso de LoRaWAN em cidades inteligentes. Ao usar LoRa/LoRaWAN, o objetivo consiste em encontrar uma opção de baixo-custo que permita monitorar e obter leituras dos sensores em tempo real. Ainda mais, esta integração permitirá avaliar a viabilidade das comunicações na rede LoRa em ambiente urbanizados e também em situações de campo. Estes valores mostraram-se fieis aos valores esperados de cada parâmetro de qualidade do ar, em termos de concentração, percentagem e outras unidades, tal como micrómetros, na atmosfera. Com o sensor de dióxido de carbono pode-se ir mais além e ver uma comparação entre os valores teóricos esperados, cerca de 350 ppm, e os valores obtidos, 351 ppm. Este relatório apresenta o estado da arte dos diversos componentes que o sistema criado usa, como sensores, microcontrolador, a comunicação LoRa e uma Gateway que depois comunica para uma LoRa Cloud através de LoRaWAN. Os resultados obtidos são depois discutidos para compreender a qualidade do ar das áreas estudadas e realizar testes de comparação entre sensores e valores oficiais de forma a perceber a eficiência dos sensores. Resultados dos testes rádio feitos serão também discutidos para compreender as distâncias que a rede LoRa consegue alcançar nas cidades, obtendo-se um valor a rondar os 1,7 km tendo um fator de espalhamento de 7 e para as potências de emissão de 10, 12 e 14 dBm. Em adição a isto, foi ainda criado um sistema preditivo com o intuito de retirar algumas conclusões sobre os valores de qualidade do ar obtidos.
Esta dissertação tem como objetivo a monitorização da qualidade do ar em ambientes urbanos densamente habitados usando sensores de qualidade do ar. De forma a assegurar o processamento em tempo-real, será usada comunicação LoRa/LoRaWAN para entender a comunicação existente nestas áreas. Esta dissertação propõe-se a experimentar toda a comunicação que vai desde os sensores até à LoRa Cloud, tudo isto usando no meio a comunicação LoRa e uma gateway. Este tipo de projeto pode ser extrapolado para avaliar o uso de LoRaWAN em cidades inteligentes. Ao usar LoRa/LoRaWAN, o objetivo consiste em encontrar uma opção de baixo-custo que permita monitorar e obter leituras dos sensores em tempo real. Ainda mais, esta integração permitirá avaliar a viabilidade das comunicações na rede LoRa em ambiente urbanizados e também em situações de campo. Estes valores mostraram-se fieis aos valores esperados de cada parâmetro de qualidade do ar, em termos de concentração, percentagem e outras unidades, tal como micrómetros, na atmosfera. Com o sensor de dióxido de carbono pode-se ir mais além e ver uma comparação entre os valores teóricos esperados, cerca de 350 ppm, e os valores obtidos, 351 ppm. Este relatório apresenta o estado da arte dos diversos componentes que o sistema criado usa, como sensores, microcontrolador, a comunicação LoRa e uma Gateway que depois comunica para uma LoRa Cloud através de LoRaWAN. Os resultados obtidos são depois discutidos para compreender a qualidade do ar das áreas estudadas e realizar testes de comparação entre sensores e valores oficiais de forma a perceber a eficiência dos sensores. Resultados dos testes rádio feitos serão também discutidos para compreender as distâncias que a rede LoRa consegue alcançar nas cidades, obtendo-se um valor a rondar os 1,7 km tendo um fator de espalhamento de 7 e para as potências de emissão de 10, 12 e 14 dBm. Em adição a isto, foi ainda criado um sistema preditivo com o intuito de retirar algumas conclusões sobre os valores de qualidade do ar obtidos.
Descrição
Palavras-chave
Quality of air LoRa LoRaWAN Sensors Microcontroller IoT Qualidade do Ar Microcontrolador