JonixLUG


"Non siamo contro nessuno, siamo solo a favore della libertà, abbiamo scopi costruttivi."

[cit. Richard Matthew Stallman]

JonixLUG Aria Bene Comune

 

Jonix LUG ABC – Aria Bene Comune

(a cura di Dario Palanga e Vincenzo Quaranta dello JonixLUG)

Jonix LUG ABC (nome tecnico: “JonixLUG-AQI V1 – Air Quality Indicator” Advanced dust sensor (PM2.5 and PM10) with fine tuning temperature and humidity algorithm.) è un analizzatore di polveri sottili fai da te, il cui progetto è interamente scaricabile dal repository ufficiale:
https://gitlab.com/JonixLUG/jonixlug-aqi

ABC è un’idea che nasce dalla condivisione delle esperienze nel campo della prototipazione, dello sviluppo software e dell’attivismo in ambito Open Data e tutela socio-ambientale, di alcune realtà del territorio della provincia di Taranto.

La finalità è volta a creare un dispositivo rilevatore/analizzatore di particelle pm10 e pm2.5 presenti nell’aria, completamente open source ed accessibile dal punto di vista economico (a basso costo).

 

Traendo spunto dall’Ebook realizzato dai Prof. Domenico Aprile, Luca Scalzullo e da Piersoft, dall’esperienza didattica di Piersoft in un PON MIUR a Galatone presso l’IISS Medi, e infine contaminandosi con l’azione civica lanciata sulla Community di Matera 2019 , lo Jonix LUG (Linux User Group di Taranto) ha voluto sintetizzare e coordinare un progetto ambizioso che, partendo dalla città di Taranto, possa espandersi in tutta Italia.
E’ stata subito coinvolta l’Associazione Peacelink , già sensibile da anni alle problematiche ambientali e di salute del territorio, e tutti insieme abbiamo lanciato “Jonix LUG ABC” dove ABC sta per “Aria Bene Comune”. 

 

Il progetto collaborativo vede aderire ulteriori partners (vedi elenco), sia dal punto di vista tecnico, che di partecipazione alla rete dei dispositivi di rilevazione territoriale.
L’idea infatti si estende nel voler realizzare una rete di monitoraggio comunitaria sul territorio, con la possibilità di fruizione dei dati rilevati dalle centraline da parte dei cittadini (dati rilasciati ora con licenza CC BY 4.0)

 

Il “fai-da-te” e l’importanza dell’open source

(a cura di Giovanni Liuzzi  dello JonixLUG)

Lo Jonix Linux User Group, promotore di varie iniziative di divulgazione e civic hacking sul territorio di Taranto e provincia (organizzatore del “Linux Day” di Taranto, appuntamento annuale degli attivisti open source, makers e linux users locali) , si occupa da anni di attività finalizzate alla divulgazione delle conoscenze in ambito informatico ed IOT, e favorisce attraverso i propri progetti l’uso di strumenti ed informazioni condivise che possano avere un impatto positivo in termini di miglioramento della qualità della vita degli utenti.

 

Il progetto Jonix LUG ABC, infatti, offre all’utente la possibilità di creare da se un dispositivo a basso costo che consenta il rilevamento di alcuni importanti parametri legati alla qualità dell’aria che respiriamo, imparando a costruire il prototipo ed a saperlo usare correttamente, nonché a poterne condividere (facoltativamente) i dati raccolti con la comunità, creando una vera e propria rete di monitoraggio.

 

Tutto il progetto non è altro che la sintesi, il miglioramento e la divulgazione di processi già nati e seguiti anni addietro attraverso l’impegno di singoli ed associazioni, per fare in modo che ogni utente interessato, sia messo nella possibilità di creare da zero il dispositivo rilevatore/analizzatore.

 

Il codice è rilasciato con licenza GPLv3 e dunque modificabile e personalizzabile per futuri sviluppi, alcuni dei quali sono già in itinere in visione della versione 2 del progetto ABC.

 

La qualità dell’aria e le particelle pm10 e pm2.5

(a cura di Alessandro Marescotti dell’associazione Peacelink)

 

La rete di monitoraggio punta a misurare il particolato nell’aria: sia il PM10 sia il PM2,5. Per PM  si intende il Particulate Matter (o Materia Particolata). Sono le piccolissime particelle definite anche “polveri fini”. Il PM10 ha un diametro aerodinamico fino a 10 millesimi di millimetro. Il Pm10 contiene il PM2,5. Sono particelle quattro volte più piccole capaci di raggiungere i polmoni in profondità.

 

Le principali fonti di PM10 sono:

 

  • sorgenti legate all’attività dell’uomo, in particolare il traffico e i vari processi di combustione (es. combustione delle biomasse, inceneritori, ecc.);
  • sorgenti naturali: l’erosione del suolo, la sabbia finissima che in alcune giornate particolari proviene dai deserti e altri fenomeni indipendenti dalle attività umane (eruzioni vulcaniche, pollini, ecc.).

 

A Taranto il problema del PM10 e del particolato in generale assume caratteristiche particolari in quanto una frazione di esso ha origine industriale e ha caratteristiche chimiche particolari che rendono il particolato molto più tossico. Pertanto, a parità di concentrazione, il PM10 di Taranto risulta essere più tossico rispetto al PM10 di altre città. Per questi aspetti si rinvia allo studio EpiAir2 (http://www.epiprev.it/epiair2-si-aggiorna).  Pertanto, per ciò che riguarda l’impatto sulla salute, le ricerche su Taranto hanno evidenziato che ad ogni incremento di 10 microgrammi a metro cubo di PM10 corrisponde un impatto in termini di mortalità più che doppio rispetto ad altre città. Se pertanto il particolato riduce l’aspettativa di vita, a Taranto il problema del monitoraggio diventa cruciale in quanto i limiti di legge – per le ragioni dette – non garantiscono di per sé assenza di effetti avversi sulla salute. 

I limiti di legge per la concentrazione del PM10 nell’aria sono così stabiliti:

 

  • Valore massimo giornaliero (valore medio nelle 24 ore): 50 µg/m³ (cinquanta microgrammi a metro cubo)
  • Numero massimo di superamenti giornalieri consentiti in un anno 35 
  • Valore massimo per la media annuale 40 µg/m³ 

 

 

L’OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità) tuttavia ha definito delle linee guida più restrittive che consigliano di non superare come media annua i 20 µg/m³. Negli Stati Uniti il PM2,5 ha un limite come media annua di 12 µg/m³.

Pertanto a Taranto i valori di riferimento da prendere per tutelare la salute dovrebbero essere questi ultimi due. La stessa ASL, durante i Wind Days, considera quale valore da non superare per il PM10 il valore di 25 µg/m³ al fine della “massima precauzione” delle fasce più fragili ed esposte ai rischi per la salute: i bambini, gli anziani sopra i 65 anni, gli asmatici, gli immunodepressi, i cardiopatici.

In particolare va sottolineato come vi possano essere effetti acuti quali ictus e infatti in corrispondenza di incrementi significativi di polveri sottili. Ciò giustifica l’attivazione di una rete di monitoraggio in tempo reale che eviti esposizioni rischiose e consigli chiusure delle finestre in caso di picchi del particolato, che sono determinati non solo da maggiori immissioni degli inquinanti ma anche da particolari condizioni meteo che accentuano le concentrazioni. Da tempo è infatti emerso quanto la fisica dell’atmosfera giochi un ruolo importante nell’incremento dei fattori di rischio. 

 

Fra i consigli di prevenzione per coloro che vivono in aree inquinate possiamo annoverare:

  • arieggiare con aria pulita le stanze degli edifici, quando i sensori outdoor indicano incrementi concentrazione di particolato;
  • installare sensori indoor anche per operare in raffronto con quelli outdoor, al fine del ricambio dell’aria; 
  • monitorare anche l’abitacolo delle auto per verificare l’inquinamento indoor dei veicoli, che può arrivare a superare di gran lunga quello delle zone di traffico;
  • monitorare le varie finestre perché il ricambio dell’aria da finestre che affacciano sulla strada può essere una scelta peggiore rispetto al ricambio dell’aria da finestre che non guardano sulla strada;
  • fare sforzi fisici (esempio sport) nelle zone laddove minore è la concentrazione dei PM10.
  • evitare di rimanere a lungo all’aperto nelle giornate inquinate, controllare i bollettini meteo PM10 delle ARPA regionali, se è necessario uscire di casa usare maschere facciali o endonasali per proteggere le vie respiratorie.
  • evitare le normali mascherine non certificate, perché non proteggono dalle polveri sottili.
  • valutare l’acquisto di filtri per l’abitacolo delle automobili certificati HEPA che garantiscono una reale protezione dalle polveri sottili.
  • valutare l’acquisto di un Filtro Facciale Protezione 3, la migliore protezione da particolato in commercio, in codice FFP3 conformi alla norma EN 149:2001+A1:2009.
  • valutare l’acquisto di dispositivi di filtraggio dell’aria, con adeguate certificazioni e che comprovino un abbattimento delle polveri;
  • usare le ciabatte in casa per non portare polveri con le scarpe sporche e compiere una accurata pulizia usando aspirapolveri che non risollevino le polveri (scelgliere classe di reimmissione A per le polveri).

 

Cosa non è Jonix LUG ABC

(a cura di Francesco Piersoft Paolicelli)

Precisiamo subito alcuni aspetti: la centralina economica NON ha alcuna ambizione di sostituire i dati ufficiali. Serve per altre finalità: coscienza civica sui problemi ambientali, studi statistici, sviluppo del coding e del making, esperienze comunitarie di civic hacking. I dati dei sensori utilizzati (SDS011 piuttosto che SPS30) sono qualitativamente confrontabili con i dati ufficiali di ARPA Puglia ma non hanno la presunzione di avere dati quantitativi paragonabili con i dati ARPA Puglia. In molti esperimenti scientifici e in molti siti internazionali sono messi a confronto e per tutti gli andamenti, appunto qualitativi, sono assolutamente uniformi ma i parametri quantitativi dipendono dalla modalità di rilevazione (pesatura piuttosto che lettura ottica con laser), dai materiali con sui sono fatti i sensori (da poche decine di euro a qualche migliaia), da parametri correttivi come l’umidità etc. Abbiamo cercato di normalizzare le installazioni, il firmware, le correzioni con l’umidità, l’invio dei dati alla stessa piattaforma di IoT (ThingSpeak) in modo da creare un ecosistema omogeneo. Gli autori del progetto declinano quindi ogni responsabilità da un uso non conforme a queste finalità condivise.

 

L’importanza dei dati acquisiti e la rete di monitoraggio

(a cura di Vincenzo Quaranta dello JonixLUG)

In un territorio dove il problema ambientale è molto sentito, nasce la necessità di confronto sul tema da parte della cittadinanza e di acquisizione di elementi di informazione e soprattutto di conoscenza.

Jonix LUG ABC, come dicevamo, non è uno strumento indicatore di criticità assolute, tantomeno è risolutore di questioni che attengono ad un adeguato e serio monitoraggio che le istituzioni sono preposte a compiere puntualmente.

Lo strumento può però favorire, nel tempo, la conoscenza di quanto si è esposti alle polveri sottili. Può soprattutto favorire il confronto dei dati, l’analisi dei dati territoriali nel tempo attraverso la rete di monitoraggio formata dagli utenti che utilizzano il dispositivo, e può dare occasione di crescita culturale sul tema a qualsiasi utente si voglia avvicinare al progetto.

L’analisi dei dati e le criticità, messe a sistema, possono creare evidenze che vanno a contribuire anche con il lavoro fatto a livello istituzionale (vedi ARPA etc.).

L’utilizzo dei dati rilevati, con licenza aperta, permette una analisi legittima ed in tempo reale che spesso non può essere fatta.

Soprattutto in alcune zone della città, le rilevazioni sarebbero a supporto dei dati comunque rilevati dagli enti ufficialmente preposti, nel senso e nella direzione della tutela della salute dei cittadini tarantini.

 

 

 

Informazioni utili e guida all’uso del rilevatore

 

Introduzione a Jonix LUG ABC
il rilevatore/analizzatore è costituito prevalentemente da tre elementi:

Wemos mini D1 https://www.wemos.cc/ 

DHT22 (temperature and humidity) https://learn.adafruit.com/dht

SDS011 (PM2.5 and PM10 dust sensor) by Nova Fitness Co.,Ltd http://www.inovafitness.com

Scarichiamo ora il codice dal repo ufficiale:

https://gitlab.com/JonixLUG/jonixlug-aqi

 

Il codice di Jonix LUG ABC

 

Il firmware del progetto è stato ottimizzato dallo Jonix LUG ed è adeguatamente commentato nel repository ufficiale, per poter capire come funziona e poterlo personalizzare per ulteriori sviluppi.

Scarica l’archivio nel formato .zip e decomprimilo in una cartella dedicata al progetto.
Di seguito cominciamo a vedere come far funzionare il nostro rilevatore.

 

Il primo passo da fare è l’installazione dell’ambiente “Arduino IDE”, possibilmente la versione 1.8.9 o successive.

Dopo aver avviato l’ambiente di sviluppo, inserire nel campo File->Preferences->Additional Boards Manager Urls il seguente indirizzo:

https://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json .

Sposta il contenuto della cartella “libraries” del progetto, scaricata dal repository, all’interno della cartella “libraries” presente nel percorso principale dell’IDE di Arduino (esempio: ~/Arduino/libraries per GNU/Linux).
Riavvia il programma per rendere effettive le modifiche.

Il passaggio successivo consiste nel creare un “canale” sulla piattaforma ThingSpeak.
Scegli un nome indicativo del progetto, preferibilmente che contenga la citta’ e l’indirizzo (senza spazi e separati dal segno meno) dove è installato il dispositivo, così da essere sicuri di non creare canali omonimi (ad es: jonixlug-ABC-Roma-viaDante).
Dopo aver effettuato la registrazione, il sistema permette intuitivamente di impostare il proprio canale con i parametri che ci interessa valorizzare nella sezione “Channel settings”.
Procediamo con l’attivazione di quattro parametri così denominati: PM2.5, PM10, Temp e Hum.
Nella stessa sezione, possiamo trovare l’”ID Canale” utile per la variabile “channelID”, mentre nella sezione “Chiavi API” troveremo la “Chiave API in scrittura per la variabile “writeAPIKey”.
Prendiamo nota di questi due parametri perché sarà necessario riportarli nel codice.

Apri nell’IDE di Arduino lo sketch scaricato (.ino) e personalizza le linee con i commenti “your ThingSpeak Channel” e “write API key for your ThingSpeak Channel”, sostituendo i valori fittizi con i tuoi dati dell’account della piattaforma (rispettivamente “ID Canale” e “Chiave API in scrittura”).
Per ora salviamo lo sketch ma non compiliamo.

L’ultimo passaggio consiste nella preparazione di una rete wireless.
Possiamo riutilizzare la rete Wi-Fi a propria disposizione, semplicemente modificando le variabili:

// Wi-Fi Settings

const char* ssid = “jonixlug-aqi”; // your wireless network name (SSID)

const char* pass = “jonixlug-aqi”; // your Wi-Fi WPA network password

sostituendo jonixlug-aqi rispettivamente con il vostro nome della rete e la relativa password.

In alternativa, puoi creare un access point wifi dal tuo router (se dispone della funzione “rete guest”)   o da un altro dispositivo (tethering o Access-Point dedicato), con le credenziali** :

nome della rete (SSID): jonixlug-aqi
password (WPA-PSK): jonixlug-aqi

**Consigliamo di cambiare le credenziali (SSID e WPA-PSK password), personalizzandole a piacere o con un suffisso che le identifichi facilmente (ad es. jonixlug-ABC-Roma-viaDante come per il nome del canale ThingSpeak) ed una password univoca.

N.B: E’ necessario che, dopo aver compilato il codice (dato che è predisposto per la scrittura diretta nel database on-line), prima di utilizzare il dispositivo si abbia la disponibilità della rete wifi con le credenziali che abbiamo impostato nel codice stesso.

 

Assemblaggio di Jonix LUG ABC

Dopo aver scritto correttamente il codice dello sketch ed averlo salvato, colleghiamo i sensori al wemos mini D1.

Per facilitare l’operazione consideriamo le seguenti figure:

Possiamo vedere come il sensore DHT22 (che ci servirà per rilevare i parametri umidità e temperatura) debba essere collegato a 3,3V (Vcc), terra (Gnd) e VDD pin dati seriale. 

Il sensore SDS011 necessita invece dei collegamenti su 5 Vcc, terra, TX e pin RX.

Wemos mini D1 può essere programmato e alimentato dalla porta mini USB integrata. 

Abbiamo bisogno di due pin di massa (Gnd) per entrambi i sensori DHT22 e SDS011;
WeMos mini D1 ne ha solo 1, che però, può essere utilizzato contemporaneamente per tutti i sensori:
basta unire insieme i 2 pin “Gnd” dei sensori e collegarli all’unico pin “Gnd” del WeMos. 

Infine verifichiamo se non ci sono errori nel codice, compilando e dunque caricando lo sketch sulla scheda Wemos mini D1.

Suggerimenti:
Apri un “monitor” sull’IDE di Arduino e leggi le informazioni di debug per assicurarti che le cose stiano andando bene.
I dati verranno inviati  in tempo reale al server ThingSpeak e potranno essere visualizzati come grafici tramite Matlab, o riutilizzati nei formati json, XML e CSV.
La fonte di alimentazione può essere qualsiasi dispositivo con uscita mini USB 5Vdc che può erogare almeno 500mA (meglio se 1A).

 

Visualizziamo online le rilevazioni di Jonix LUG ABC

 

In attesa di una soluzione personalizzata per la community, gli utenti di JonixLUG ABC possono visualizzare una rappresentazione grafica dei dati in tempo reale utilizzando la piattaforma ThingSpeak

Inoltre è possibile integrare i grafici su altri siti web o riutilizzare i dati scaricando il database nei più comuni formati (json, XML e CSV).

 

Il case di Jonix LUG ABC

 

Il contenitore che proteggerà ed ospiterà il dispositivo rilevatore, è stato realizzato da Alessandro Chiffi di Ondata Studio di Taranto, un esperto di modelling e sculpting 3d nonchè linux-user.
Può essere scaricato in due versioni differenti nel formato .stl dal link per poterlo riprodurre tramite una comune stampante 3d.

 

 

Usare correttamente Jonix LUG ABC

 

Naturalmente l’uso del dispositivo è efficace sotto alcune indispensabili condizioni ambientali.

Innanzitutto non deve essere esposto direttamente ai raggi solari poichè i sensori potrebbero seriamente danneggiarsi.
Una soluzione ottimale, consiste nel posizionarlo sotto un balcone o comunque in una zona d’ombra, possibilmente al riparo dagli eventi atmosferici.
Assicuriamoci che abbia accesso diretto all’aria esterna da analizzare.

 

Licenze di Jonix LUG ABC

 

Il codice del progetto è stato rilasciato sotto licenza GPLv3.
(https://gitlab.com/JonixLUG/jonixlug-aqi/blob/master/LICENSE)

 

I dati raccolti da Jonix LUG ABC sono rilasciati sotto licenza CC BY 4.0.

(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.it)

 

Il Team Jonix LUG ABC

 

Dario Palanga, Vincenzo Quaranta, Mirko Calabrese, Alessandro Chiffi, Giovanni Liuzzi, Francesco Piersoft Paolicelli, Gianni Albore, Adriano Peluso, Alessandro Marescotti, Elena Prella, Francesco Iannuzzelli e Cristian Chirivì

 

Il programma Jonix LUG Aria Bene Comune

 

I partecipanti ed i partners del progetto saranno supportati dal team di “JonixLUG ABC” attraverso l’organizzazione di un evento formativo specifico, per essere informati ed imparare a realizzare il dispositivo Jonix ABC.

 

Riferimenti sul web e bibliografici:

 

https://community.matera-basilicata2019.it/t/stazione-monitoraggio-qualita-dellaria/237

 

e-book di Piersoft Paolicelli, Domenico Aprile, Luca Scalzullo:

http://www.coderschoolitalia.it/ebook-una-stazione-ambientale-a-basso-costo-per-il-controllo-polveri-sottili/

 

Articolo di Piersoft con video dimostrativo:

http://www.piersoft.it/centralina-qualita-dellaria-self-made-per-iot-e-progetti-comunitari/ 

 

 

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