绿色生活•低碳出行——碳排放记录仪 DF创客社区

本帖最后由 hnyzcj 于 2023-2-26 20:48 编辑

【项目源起】

碳排放记录仪是2022年南京市创客大赛现场赛树人学校学生作品。现场赛要求制作一套碳排放记录仪，包含智能可穿戴装置和数据服务终端。智能可穿戴装置，实现至少三种不同出行方式的碳排放计算，并记录三种方式的碳排放量，从而获取相应的奖励等级。同时，数据服务终端也可以根据天气情况给出行者合理建议，选择合适出行方式。

作品要求：我们常用的出行方式有汽车、火车、飞机、公交车、地铁、骑行、步行等。除了骑行和步行是零碳排放外，其余的出行方式都会不同程度的排放二氧化碳，这些出行方式的碳排放量具体如下：

序号	名称	排放量
1	汽车	33千克/百公里
2	火车	1千克 /百公里
3	飞机	27.5/百公里
4	公交车	1千克/百公里
5	地铁	0.15千克/百公里
6	骑行、步行	0.0千克/百公里

表1不同方式碳排放量数据表

【设计方案】

碳排放记录仪设计了可穿戴端和服务器端，可穿戴端用于不同出行方式的碳排放的计算，并将数据发送到服务器端，并接收来自服务器端的出行建议；服务器端用于接收来自可穿戴端的碳排放数据，并对数据进行相应的评定，且可以根据天气情况给出出行建议。具体功能如图1所示。

【项目展示】

【功能简介】

本项目作品具备功能如下：

（1）计步计算：可穿戴端具有三种出行方式进度条记程功能，并能将完成的路程按公式正确计算为对应的碳排放量数据。

（2）数据上传：计算后的数据通过SIot物联网平台提交，通过平台查看数据，服务器端可同步显示三种方式的碳排放量。

（3）排放评定：服务器端根据三种不同方式的碳排放，给出相应的评价，同步在可穿戴端对应显示。

（4）出行预测：服务器端根据外接光线和水分传感器数据，给出行者一个合理的出行建议。

【硬件材料】

序号	遥控手柄	数量
1	行空板	2
2	Gravity: 光线传感器(Arduino兼容)	1
3	Gravity: 水分传感器（Water Sensor）	1
4	Gravity: 数字RGB全彩LED模块	1
5	奥松板+螺丝	若干
6	Type-C&Micro二合一USB线	2

表2项目器材清单

【制作过程】

(1)参数配置：本次系统的开发是基于行空板进行的

步骤一：配置行空板

本次作品中我们使用两块行空板分别作为服务器端和可穿戴端，所有数据都是上传到行空板上，并同步到其中一块的SIoT上。因此，我们需要将两块行空板连入WiFi，并记录分配的相关IP地址。

连入WiFi：将行空板通过USB连接线与PC使用，行空板会虚拟为一个RNDIS网卡设备，此时板子IP地址固定为10.1.2.3，在浏览器中输入上述地址，登陆行空板。鼠标点击左侧的“网络设置”连接，进入下图界面，输入WIFI热点的名称及密码，连接无线热点。连接成功后，系统分配给行空板一个IP地址：10.6.86.80如下图3所示。假设此块主板是手腕端，并将其作为SIoT数据上传中心，那么该地址就是后续我们在服务器端配置的物联网上传地址。

注：将行空板连接路由器或手机的热点（注意需要使用2.4G Wi-Fi），然后其他编程设备（电脑、平板、手机）连接同一个热点，如果电脑和行空板都连接了同一个Wi-Fi，但是依然无法连接，可能此Wi-Fi禁止网络中的设备互相访问，则可以尝试更换一个热点测试。

步骤二：开启SIoT服务

行空板中自带SIoT服务，进入系统后，点击“应用开关”连接，进入SIoT开关界面，确认SIoT服务启用，否则采集的数据无法上传，如下图所示行空板已经开启SIoT服务。

图4开启SIoT服务器

（2）编程设置：编程使用的是Mind+图形化编程方式+行空板完成上述任务。

步骤一：环境部署

打开Mind+编程软件进入后，将其切换至“python”模式，如下图5处。

鼠标点击左下角“扩展”按钮，在官方库页面中添加“行空板”和“MQTT-py”库，在pinpong库页面中添加“pinpong初始化”和“WS2812 RGB灯”库，如下图6图7所示。

步骤二：编写程序

▲程序初始化（手腕端和服务端）

从MQTT和二维码解码指令集中拖着指令如下图8所示，手腕端和服务器端程序初始设置大致相同，其中区别在于指令“初始化MQTT”设置如下所示：MQTT平台选择SIoT，SIoT地址为上述行空板子获取的IP地址，SIoT Port端口为1883，用户名为siot，密码为dfrobot。其中服务器端SIoT服务器地址为：10.6.86.80，手腕端SIoT地址为127.0.0.1（10.6.86.80）。MQTT订阅消息分别为“footjl”、“busjl”、“metrojl”对应步行、公交、地铁的碳排放评定，“foot”、“bus”、“metro”对应步行、公交、地铁的碳排放数量。

▲服务器端程序：

界面部分程序：如下图9所示，主要包含三部分构成，分别实现显示屏中绿色表格，4个按钮及相关文字的实现。表格及文字提示用于相关提示，4个按钮分别用于发送碳排放等级评定及出行建议。具体程序如下图所示。

主程序部分：主程序部分在屏幕上显示实时采集的环境光和是否下雨的数据。

数据接收部分：实现了接收手腕段三种方式发送的碳排放量数据（步行，公交、地铁）。下图中只截取出了步行方式的程序，当服务器端接收到手腕端发送来的出行碳排量数据，RGBLED对应亮绿色的灯光，同时屏幕显示出相应碳排放量值。下图11中为步行方式接收到的碳排放量值程序。缺少的公交和地铁方式代码这里不再赘述。

数据发送部分：服务器端接收到手腕段发送来的数据后，需要对不同出行方式给于评定。我们在程序中定义三种方式：零碳出行（步行）、低碳出行（地铁）、高碳出行（公交汽车）。下图12为步行方式等级评定的程序，其它方式程序与之类似。

▲手腕段

变量定义部分：手腕端程序定义了四个变量：目标、flag、实际步数、完成比例。其中目标为用户手动设定的距离，flag为三种不同的记步方式，实际步数为目前已经行走的步数，完成比例为实际步数除以目标所得的值。

背景、目标设定及进度条部分：该部分程序代码包含了背景、两个按钮及进度条。实现了用户使用“+”“-”按钮，设定目标路程，进度条则实现了在记步过程中的同步实时更新。

按钮及提示部分：该部分中包含6个按钮和2个提示文本。六个按钮分两类：一类是三种出行方式的选择按钮，点击该按钮后即可进入不同的记步方式及碳排放计算公式；第二类为数据发送方式按钮，点击不同按钮即可发送三种不同出行方式的碳排放量数据。

增减目标部分：实现对出行目标的设定，每次变化单位数值为100。

出行方式选择部分：当点击相应的出行方式后，对相关变量参数进行赋值，并将进度条和进度条外框进行初始化。下图17为步行方式的处理程序，公交、地铁方式代码与之类似。

碳排放数据发送部分：实现对碳排放数据的计算及发送，此处只列举了“地铁”方式产生的碳排放量数据，其它部分与之类似。

数据接收及显示部分：当手腕端接收到来自于服务器端的出行建议及排放等级评定。

主程序部分：主程序部分包含三段，分别为步行、地铁、公交三种方式的选择，三种出行方式数据处理及进度条的变换。如图20，这里只列举出步行方式程序段，地铁公交方式与其相似。

【电路连线】

服务器端P21连接光线传感器，P22口连接RGBLED，P24口连接雨水传感器。

【烧录程序】

使用USB线连接电脑USB口，等待行空板开机完成后点击10.1.2.3（无线连接时也可输入板子的IP地址连接），连接成功后，Mind+的终端即相当于行空板的终端，点击运行，Mind+会将Python代码发送到行空板上运行。

服务器端和手腕端分别烧录完程序后，若将手腕端开设SIoT服务记录数据的话，则应先开启手腕程序，否则先运行服务器端程序会提示报错：没有找到对应的网络。

【制作结构】

（1）服务器端设计为一个盒体结构，使用了LaserMaker中的“一键造物”功能。整体结构设计如下图所示，其中①处为行空板固定托板，其余部分为服务器盒体结构件。

（2）安装结构：取出除顶板及托板以外的结构件组装无盖盒体，如下图25所示.取出固定托板，将行空板用螺丝固定在托板上。取出顶板将上步中的托板固定在顶板上，同时使用铜柱螺母等分别固定光线传感器、水滴传感器和RGBLED。将上步中装好的顶板与盒体结构组合。

【测试运行】

行空板分别上电，先开启手腕端程序（手腕端作为SIoT服务器），再开启服务器端程序。

（1）手腕端程序开启后进入下图30界面，设置目标路程，设置好目标路程后选择出行方式，若服务器端发送相关出行方式的提醒，用户可参考出行方式提醒进行选择。

（3）晃动手腕端行空板，进度条会同步更新，当完成设定目标路程后，会对应计算出碳排放量。例如这里的出行方式选择的是地铁碳排放量(15)和等级（Rank:B），如下图31所示。当完成设定目标后可将碳排放量值发送到服务器端，服务器端接收后显示如下。同时外置的RGBLED亮蓝色灯。

（4）服务器端启动后，如下图33所示，除了根据获取的光线和是否下雨数据，给出出行建议外，还可以对出行碳排放量做出相应评定（零碳出行、低碳出行、高碳出行）。

当接收到手腕端发送来的碳排放量数据后，服务器端外置的RGBLED会同步亮不同的颜色。

（5）SIoT物联数据记录：登陆SIOT物联网数据平台可查看相关数据记录。

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