Design an implementation of a gas sensing device capable of sending real time data via Narrow Band - IoT

Abstract

El monitoreo de la calidad del aire juega un papel fundamental en la protección de la salud pública y la sostenibilidad ambiental. En las últimas décadas, se ha observado una tendencia global hacia la degradación de la calidad del aire en varias áreas urbanas en todo el mundo, atribuida a mayores concentraciones de material particulado (PM) y mayores concentraciones de PPM o partículas por millón [1]. Sin embargo, la creación de dispositivos capaces de medir la calidad del aire generalmente conlleva un alto costo, especialmente aquellos que están certificados por entidades como la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos [2]. En respuesta, esta memoria explora la viabilidad de aprovechar las tecnologías de sensores emergentes para crear soluciones rentables para el monitoreo en tiempo real de la calidad del aire. La investigación está motivada por la necesidad de soluciones de monitoreo de calidad del aire accesibles y económicas, particularmente en regiones donde las limitaciones presupuestarias restringen la implementación de sistemas de monitoreo tradicionales. La empresa de telecomunicaciones Entel ha introducido Kits de Inicio o Starter Kits, que son dispositivos desarrollados y complementados por RAK Wireless, tienen como objetivo expandir los dispositivos de banda estrecha del Internet de las cosas (IoT) o NB-IoT, que brindan soluciones a una variedad de problemas y ofrecen al mismo tiempo una implementación asequible y sencilla. A través de una revisión exhaustiva de la literatura existente, los avances tecnológicos y los marcos regulatorios, esta memoria investiga el potencial de aprovechar estos Starter Kits para desarrollar un dispositivo capaz de proporcionar mediciones de calidad del aire en tiempo real de tres gases diferentes, que en este caso son NO2, NH3 y CO. La metodología de investigación abarca fases de diseño, prototipado y pruebas para evaluar la eficacia y confiabilidad de la solución propuesta. Los hallazgos de este estudio contribuyen al campo emergente de soluciones asequibles para el monitoreo de calidad del aire al demostrar la viabilidad de aprovechar las tecnologías de NB-IoT para abordar los desafíos asociados con el costoso equipo de referencia certificado. Además, la investigación subraya la importancia de la colaboración entre empresas de telecomunicaciones, organismos reguladores y agencias ambientales para avanzar en la accesibilidad y asequibilidad de la infraestructura de monitoreo de calidad del aire. En general, esta memoria proporciona ideas valiosas sobre el desarrollo de dispositivos rentables para el monitoreo de la calidad del aire, con implicaciones para la salud pública, la política ambiental y la innovación tecnológica. El objetivo de este trabajo fue diseñar, implementar y validar un dispositivo inteligente capaz de leer y medir concentraciones gases contaminantes y proporcionar estimaciones precisas de los valores de ppm. Además, el dispositivo se comunica sin necesidad de Wi-Fi, pero ser capaz de trabajar con datos precisos en tiempo real. La razón de esto es que el uso de Wi-Fi genera mucho gasto energético y se busca la mayor eficiencia de poder. Para cumplir con el objetivo, se realizaron varias versiones de prueba del dispositivo y se realizaron calibraciones constantes del dispositivo para garantizar la precisión del sistema. Además, se optimizó el código para hacer un mejor uso de la vida útil de la batería, así como para evitar el sobrecalentamiento y dañar los componentes sensibles adjuntos a él. Los resultados fueron positivos, se logró el objetivo y el dispositivo fue capaz de cumplir con los objetivos propuestos. Sin embargo, la gestión de la batería no resultó como se esperaba y el trabajo futuro puede centrarse en hacer que este dispositivo sea más amigable con el consumo energético.