Przenośny licznik mikrocząstek PM1 PM2.5 PM10: 20 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

W dzisiejszych czasach zanieczyszczenie powietrza jest wszechobecne, zwłaszcza w naszych miastach. Duże miasta są ofiarami przez cały rok, a poziomy zanieczyszczenia czasami osiągają (a często na pewno) poziomy bardzo niebezpieczne dla ludzkiego zdrowia. Dzieci są niezwykle wrażliwe na jakość powietrza, którym oddychają. To zanieczyszczone powietrze prowadzi do nich, między innymi, do problemów alergicznych. Powietrze jest zanieczyszczone poza naszym domem, ale także na poziomach najważniejszych czasów, w naszych domach i samochodach. Poziom jakości powietrza jest dostępny na poniższej stronie. Ta chińska strona gromadzi wszystkie pomiary jakości powietrza z czujników całego trybu. Poziom jakości powietrza jest formatowany zgodnie ze wskaźnikiem AQI, który może się nieznacznie różnić w zależności od kraju. Ten dokument wyjaśnia, jak obliczyć ten indeks. Ten drugi dokument jest przewodnikiem dla zrozumienia.

Aby poznać jakość powietrza, którym oddychamy, gdziekolwiek się udamy i w czasie rzeczywistym, przystąpiłem do stworzenia przenośnego licznika cząstek atmosferycznych (który później nazwiemy CPA)., mieszczący się w kieszeni. Został stworzony dla:

• Trzymaj w kieszeni.
• Mają dużą autonomię działania.
• Bądź łatwy do zrozumienia
• Może zapisywać pomiary na PC.
• Aby być ładowalnym.
• Aby móc uzyskać do niego dostęp za pomocą telefonu bez obecności lokalnych sieci komunikacji Wifi.
• Być w stanie kontrolować urządzenie do oczyszczania powietrza, jeśli zanieczyszczenie przekracza określony próg.

Charakterystyka

• Rozmiar: 65x57x23mm
• Mierzone cząstki: PM1, PM2,5 i PM10
• Autonomia: od 3 godzin do kilku tygodni w zależności od wybranego trybu pracy.
• Akumulator litowo-jonowy 3v7 - 680 mAh
• Interfejs micro USB do ładowania i przesyłania danych.
• Pamięć 2038 pomiarów (680 na typ PMxx)
• Okres próbkowania: ciągły, 5min, 15min, 30min, 1h
• Wyjście poleceń 3v3 w zależności od poziomu zanieczyszczenia.
• Wielokolorowy interfejs LED dla łatwego zrozumienia
• Interfejs sterowania na PC, tablecie, telefonie (Android, iOS) przez Wifi.

Krok 1: Prototypy Pudełka

Zacząłem od zastanowienia się nad kształtem, jaki mógłbym nadać pudełku, inspirowany nowoczesnymi projektami przedmiotów.

Oto kilka narysowanych pudełek.

W końcu wybrałem najprostszy do wykonania i najmniejszy przypadek: zobacz główne zdjęcie tej instrukcji.

Krok 2: Prototypy kart

Mam we wszystkich 3 karty prototypowe. Ale tylko 2 są tutaj widoczne.

Prototypy umożliwiły opracowanie zasilaczy 5V i 3v3. Były one trudne do opracowania, ponieważ musiałem znaleźć komponenty, aby uzyskać moc potrzebną do uruchomienia mikrokontrolera WiFi (ESP8266 - 12). Elektroniczna część ładująca akumulatora litowo-jonowego działała szybciej. Po kilkukrotnej zmianie lokalizacji różnych przełączników i złączy dla dobrej ergonomii urządzenia.

Krok 3: Pudełko

Diody LED są widoczne przez przezroczystość przez obudowę. Wloty powietrza znajdują się po lewej stronie obudowy. Po prawej stronie znajdziemy:

• Przycisk wyboru trybu wyświetlania.
• Włącznik/wyłącznik.
• Przełącznik wyboru do przesyłania pomiarów do komputera PC. Umożliwia przełączanie pomiędzy łączem szeregowym pomiędzy ESP8266 a czujnikiem cząstek lub pomiędzy ESP8266 a portem micro USB. Uwaga, jeśli ten nie jest dobrze ustawiony, komunikacja między kartą elektroniczną a czujnikiem nie będzie już zapewniona i CAP nie będzie mógł uruchomić się poprawnie.
• Gniazdo micro USB do ładowania baterii lub środków transferu protokołu szeregowego.

Krok 4: Czujnik

Przetestowałem dwa różne czujniki. Czujnik laserowy SDS011 V1.2 PM2.5 firmy Nova Fitness Co. Ltd. (doc) z kluczem interfejsu szeregowego USB.

Drugi czujnik (obudowa metalowa) to PMS7003M firmy PLANTOWER (doc).

To jest ten, którego używam w moim przypadku. Jest w stanie zmierzyć stężenie drobnych cząstek poniżej 1μm (PM1); mniej niż 2,5 μm (PM2,5) i mniej niż 10 μm (PM10). Zasada działania czujnika PSM7003M jest następująca: laser oświetla kurz w powietrzu. Czujnik optyczny wychwytuje światło lasera i generuje sygnał elektryczny proporcjonalny do szybkości i wielkości pyłu w powietrzu.

Jego charakterystykę przedstawiono w tabeli charakterystyk.

Krok 5: Montaż

Z boku czujnika jest tylko miejsce na baterię.

Krok 6: Operacja

Sercem systemu jest ESP8266 (typ ESP-12F). Ten mikrokontroler jest wyposażony w nadajnik Wifi. ESP8266 jest dostępny w kilku wariantach. ESP8266 komunikuje się z czujnikiem PMS7003 poprzez łącze szeregowe. Odzyskuje wartości stężenia cząstek i liczbę cząstek. Następnie oblicza wskaźnik jakości AQI, jeśli tryb sterowania wyjściem jest w trybie „Automatyczny” a poziom zanieczyszczenia w PM2,5 jest wyższy niż 50 (wskaźnik jakości powietrza AQI PM2,5 > 50), wyjście jest ustawione na wysoki (3v3). W przeciwnym razie jest ustawiony na niski (0v). ESP8266 jest skonfigurowany w Access Point -> AP (punkt Wifi). Oznacza to, że jest rozpoznawany jako terminal Wifi, z którym telefon może się połączyć. Telefon musi wybrać ten terminal Wi-Fi i wprowadzić kod APPSK (trochę jak kod WEP skrzynki ADSL), aby uzyskać do niego dostęp. Następnie telefon wpisuje adres IP do osiągnięcia. Tutaj będzie 192.168.4.1. Następnie na telefonie wyświetla się strona internetowa, z której steruje się skrzynką i wizualizuje wartości zanieczyszczeń. Kod APPSK skonfigurowany w programie to „AQI_index”. Kod APPSK może być modyfikowany przez programistę, ponieważ jest zawarty w programie załadowanym do ESP8266. Adres do załadowania zintegrowanej strony internetowej to: „192.168.4.1”.

ESP8266 mierzy napięcie akumulatora. Jeśli napięcie jest poniżej limitu (3v2 = 0%), urządzenie przechodzi w stan czuwania. Akumulator jest w 100%, gdy napięcie wynosi 4v2.

ESP może przechowywać do 2038 próbek o wartości stężenia cząstek PM1, PM2.5 i PM10. Około 680 próbek na wielkość cząstek. Pomiary te można pobrać podłączając kabel wyposażony w konwerter USB/Serial i uruchamiając transfer poprzez wbudowaną aplikację. Wartości przesyłanych próbek są normalizowane w następujący sposób, aby zaoszczędzić miejsce w pamięci:

• PM1: (μg/cm3) / 5
• PM2,5: (μg/cm3) / 5
• PM10: (μg/cm3) / 6

Aby znaleźć właściwą wartość stężenia, pomnóż wartość przez 5 lub 6 w zależności od przypadku.

Krok 7: Interfejs sieciowy 1/4

Zobacz wideo interfejsu internetowego

Jest to interfejs dostępny po połączeniu CPA z telefonem. Umożliwia wizualizację wartości stężenia mikrocząstek dla PM1, PM2,5 i PM10 w μg/m3. Wskaźnik jakości powietrza to AQI, reprezentowany przez liczbę i dosłowne wyrażenie, zgodnie z tabelą definicji wskaźnika AQI. Jest też wskaźnik baterii.

Sekcja poświęcona automatycznemu sterowaniu wyjściem sterowania CPA pod nazwą Konfiguracja wentylatora. Po znaku ":" tytułu sekcji wyświetlany jest bieżący tryb (Automatyczny, Start, Stop). U podstawy wyjście to steruje urządzeniem do oczyszczania powietrza (wentylator = wentylator). Możliwe jest zatem wymuszenie włączenia lub wyłączenia lub pozostawienie go w trybie automatycznym z podróżą, gdy powietrze przekroczy wskaźnik AQI równy 50.

Sekcja poświęcona jest pomiarowi „Measure config”. Po wskazaniu ":" aktualny tryb (ciąg dalszy, okresowo 5min, 15min, 30min, 1h, stop). Dzięki temu możliwe jest wykonywanie pomiarów w sposób ciągły (w rzeczywistości okres próbkowania jest bliski 2 sekund) lub co 5, 15, 30 min, 1h lub zatrzymanie próbkowania.

Sekcja „Tryb wyświetlania” pozwala wybrać, w jaki sposób informacje (wszystkie dostępne w interfejsie sieciowym) będą wyświetlane na pudełku za pomocą wielokolorowych diod LED. Po znaku „:” wskazuje aktualny tryb (skompilowany, PM1.0, PM2.5, PM10). Każde naciśnięcie przycisku „Tryb wyświetlania” przełącza z jednego trybu wyświetlania na inny w następującej kolejności:

• Skompilowany
• PM1,0
• PM2,5
• PM10

Krok 8: Interfejs sieciowy 2/4

Znaczenie koloru diody LED w trybie „Skompilowany” jest następujące: Poziom naładowania baterii:

• > 30% = zielony
• > 10% i <30%: pomarańczowy
• <10% = czerwony

Poziom pamięci:

• > 30% = zielony
• > 10% i <30%: pomarańczowy
• <10% = czerwony

Wyjście sterujące:

• Wysoka wydajność: zielony
• Niska moc: czerwony
• Tryb automatycznego sterowania: niebieski

Krok 9: Interfejs sieciowy 3/4

Wyjście PM1.0, PM2.5 i PM10: Kolor diody LED odpowiada tabeli kolorów indeksu AQI. Znaczenie koloru 10 diod LED w trybie „PM1.0, PM2.5, PM10” jest następujące:

• Kolor diod LED przedstawia poziom zanieczyszczenia powietrza zgodnie z tabelą wskaźnika AQI. Na przykład, jeśli diody LED są czerwone, oznacza to, że poziom zanieczyszczenia jest szkodliwy dla zdrowia.
• Liczba zapalonych diod LED reprezentuje wartość wskaźnika AQI dla danego koloru, zgodnie z tabelą wskaźnika AQI. Np. jeśli na 10 jest tylko jedna zielona dioda, indeks wynosi 1/10 maksymalnego zielonego indeksu, czyli 50/10 = 5. Jeśli 5 zielonych diod na 10, wartość wynosi 50/10x5 = 25. Jeśli 5 świecą fioletowe diody, wartość (300-201) /10x5+201=250,5.
• Po każdym naciśnięciu przycisku jedna z 4 diod LED po prawej stronie miga na pomarańczowo. Wskazuje, jaki jest wybrany tryb wyświetlania:

Krok 10: Interfejs sieciowy 4/4

Sekcja „Pozostałe dane” wskazuje pozostałą przestrzeń pamięci do zapisywania pomiarów. Po oznaczeniu ":" pozostały %. Naciśnięcie przycisku „wyczyść pamięć” kasuje pamięć. Naciśnięcie przycisku „pobierz” rozpoczyna przesyłanie próbek do komputera. Na końcu interfejsu internetowego wyświetlana jest tabela indeksu AQI.

Krok 11: Pierwsze kroki

1. Przełącz przełącznik Wł./Wył. do pozycji Wł.
2. Pojawia się tęcza diod LED, aby upewnić się, że wszystkie diody LED działają…. i wtedy jest ładna.
3. Turkusowe diody LED zapalają się jedna po drugiej. Pozwala to na inicjalizację czujnika cząstek.
4. Pojawia się jeden z trybów wyświetlania LED.
5. Na telefonie lub komputerze wybierz sieć Wi-Fi zaczynającą się od „AQI_I3D-”
6. Wpisz kod „AQI_index”
7. Otwórz na przykład Google i wpisz w pasku adresu: 192.168.4.1
8. Wyświetlana jest strona internetowa

Wideo

Krok 12: Transfer danych do komputera

Aby przenieść dane z boxa na komputer należy:

1. Podłącz kabel micro USB / łącze szeregowe (poziom napięcia 5V) do USB PC.
2. Otwórz terminal szeregowy w komputerze i skonfiguruj go w następujący sposób: 9600 BAUDS, 1 bit stopu, parzystość BRAK, 1 bit startu.
3. Przełącz mikroprzełącznik "włącz przesyłanie danych"
4. W interfejsie naciśnij „Pobierz”
5. Na terminalu szeregowym poczekaj na zakończenie przesyłania i skopiuj dane.
6. Przełącz mikroprzełącznik "włącz przesyłanie danych" do pierwotnej pozycji;

Jeśli CAP wydaje się nie działać, możliwe, że przełącznik nie został ponownie umieszczony.

Krok 13: Czuwanie między fazą próbkowania

W trybach próbkowania 5min, 15min, 30min i 1h, CAP automatycznie przechodzi w tryb uśpienia po pobraniu próbki pomiarowej i nie budzi się do 5, 15, 30 lub 60 minut później. Autonomia WPR jest zatem niezwykle zwiększona.

Krok 14: Przywróć tryb fabryczny

W przypadku, gdy CAP ma pewne problemy z działaniem, możliwe jest zresetowanie wszystkich parametrów operacyjnych i niezawodne ponowne uruchomienie CAP. Za to:

1. Wyłącz zatyczkę Pozostań na przycisku Podświetl zatyczkę.
2. Pojawia się tęcza LED
3. Turkusowy pasek LED pojawia się w mniej niż sekundę
4. Wyłącz WPR
5. WPR jest teraz zresetowany.

Krok 15: Program pod Arduino

Jest dostępny tutaj

Do zaprogramowania karty niezbędne jest:

1. Otwórz Arduino na PC
2. Skonfiguruj Arduino dla płyty ESP8266
3. Podłącz kabel UBS Micro USB / szeregowy (3v3) między kartą a komputerem
4. Przełącz przycisk SW3 na „prgm”
5. Pozostań na przycisku „SW1”
6. Włącz urządzenie -> Urządzenie wejdzie w tryb programowania
7. Zwolnienie „SW1”
8. Pod Arduino rozpocznij programowanie
9. Po zakończeniu programowania przełącz „SW3” na „SW3”
10. Wyłącz i uruchom ponownie urządzenie

Krok 16: Schematy elektryczne

Krok 17: PCB

Krok 18: Nazewnictwo

Oto jest

Krok 19: Zrób to sam

Chcesz to zrobić, nie martw się, proponuję kilka zestawów możliwych w zależności od budżetu, który chcesz wyłożyć

Odwiedź moją stronę (dostępna wersja francuska)

Krok 20: I więcej…

Kolejnym krokiem jest skojarzenie urządzenia z jonizatorem. Aby powietrze było zanieczyszczone, urządzenie uruchamia jonizator. Jonizator pozwala jakoś zrzucić drobne cząstki na ziemię. Generuje ujemne elektrony, które łączą się z otaczającym gazem i pyłem, zamieniając ich dodatni ładunek elektryczny w ładunek ujemny. Ponieważ ziemia i większość obiektów mają ładunek dodatni, ujemnie naładowane cząstki są przyciągane przez jonizator i przywierają do nich. W ten sposób powietrze jest oczyszczane. Jonizacja powietrza to także wiele innych korzyści zdrowotnych. Dziś jonizator działa. Ta prezentacja będzie tematem nadchodzącego bloga.