Použitie peria Pimoroni Enviro+ FeatherWing s perím Adafruit NRF52840 Express: 8 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Pimoroni Enviro+ FeatherWing je doska plná senzorov navrhnutých pre prácu so sériou dosiek Adafruit Feather. Je to užitočné miesto, kde začať pre kohokoľvek, koho zaujíma monitorovanie životného prostredia, znečistenie atmosféry a zhromažďovanie údajov. To obsahuje:

• Bosch BME280 - snímač teploty, tlaku, vlhkosti;
• Lite-On LTR-559-snímač svetla a priblíženia;
• SensorTech MiCS -6814 - oxidujúce plyny, redukčné plyny a snímač amoniaku;
• Analógový mikrofón - meranie znečistenia hlukom;
• Konektor pre snímač častíc Plantower PMS5003 (nie je súčasťou dodávky).

Trojica senzorov oxidu kovu na MiCS-6814 obsahuje menej bežný snímač oxidujúcich plynov. To je užitočné pre jeho citlivosť na oxid dusičitý (NO2), znečisťujúcu látku bežnú v mestách a v blízkosti hlavných ciest.

Pimoroni odporúča buď Adafruit

• Feather M4 Express (120MHz, 192kB ram) alebo
• Feather nRF52840 Express (64 MHz, 256 kB RAM).

Pre túto príručku bol vybraný model nRF52840, pretože podporuje technológiu Bluetooth Low Energy (BLE), ktorá dáva doske potenciál odosielať údaje do iného zariadenia.

Feather a FeatherWing majú nepripojené hlavičky pre mužov. Na stohovanie dosiek sú potrebné ženské hlavičky. Táto príručka ukazuje použitie „stohovacích hlavičiek“, ktoré umožňujú, aby bola doska Feather vložená aj do dosky, ktorá uľahčuje experimentovanie s ďalšími snímačmi. Hlavičky je potrebné spájkovať s doskami, ale je to primerane jednoduché.

Enviro+ FeatherWing má jeden jemný rozdiel v porovnaní so svojim bratrancom, Enviro+ Air Quality for Raspberry Pi. Zdá sa, že verzia FeatherWing je navrhnutá tak, aby pracovala s napätím pod 5 V, čo umožňuje použitie jedinej lítium-polymérovej (LiPo) batérie produkujúcej 3,7 V-4,3 V. Má konvertor DC-DC, ktorý poskytuje 5V pre voliteľný PMS5003, a môže napájať vnútorné ohrievače MiCS-6814 jednotlivo, aby sa vyrovnali s týmito nižšími napätiami.

Hlavný obrázok zobrazuje Enviro+ FeatherWing zobrazujúce údaje PM2,5 a PM10 z PMS5003. V polovici zápasu bol odpálený zápas Swan Vestas, aby sa zapálila sviečka.

Druhý článok sa zaoberá vykresľovaním hladín oxidu uhličitého pomocou Pimoroni Enviro+ FeatherWing a Adafruit SCD-30.

Zásoby:

• Pimoroni Enviro+ FeatherWing - Pimoroni | Adafruit - (ďalšia podobná doska existuje pre Raspberry Pi)
• Adafruit nRF52840 Feather Express - Pimoroni | Adafruit
• Hlavičky na stohovanie peria - Pimoroni | Použiť by sa mohol aj Adafruit - normálne ženské hlavičky alebo zdvojovač/trojnásobok FeatherWing
• Spájka
• Voliteľné: snímač častíc Plantower PMS5003 - Pimoroni | Adafruit

Krok 1: Inovácia bootloadera

Dosku Feather možno pred spájkovaním skontrolovať pripojením k počítaču pomocou USB. Toto je užitočný čas na kontrolu zavádzača - staré verzie môžu v systéme Windows spôsobovať mätúce, ale neškodné chyby.

Dvojitým kliknutím na tlačidlo resetovania pera sa hostiteľskému počítaču zobrazí jednotka s názvom FTHR840BOOT. Na kontrolu verzie je možné otvoriť súbor s názvom INFO_UF2. TXT, nasledujúci príklad ukazuje obsah označujúci verziu 0.2.6:

Zavádzač F2 0.2.6 lib/nrfx (v1.1.0-1-g096e770) lib/tinyusb (legacy-525-ga1c59649) s140 6.1.1

Model: Adafruit Feather nRF52840 Express Board-ID: NRF52-Bluefruit-v0 Bootloader: s140 6.1.1 Dátum: 21. december 2018

Verzie pred 0.2.9 trpia spomínanou chybou. Mierne chaotický proces inovácie je popísaný v dokumente Adafruit Learn: Predstavujeme Adafruit nRF52840 Feather: Update Bootloader a diskutované vo fórach Adafruit: Chyby systému Windows skopírujú CircuitPython UF2 do FTHR840BOOT.

Krok 2: Spájkovanie hlavičiek

Enviro+ FeatherWing potrebuje pripevnené svoje mužské hlavičky a Feather potrebuje nasadené stohovacie ženské hlavičky.

Bežnou technikou umiestnenia kolíkov do správnej polohy pri spájkovaní je ich vloženie do breadboardu. Pri tomto FeatherWing je potrebná určitá opatrnosť, pretože konektor picoblade na spodnej strane je vyšší ako plastové rozpery na záhlaví. Mohlo by to spôsobiť neúmyselné spájkovanie dosky pod uhlom. Na obrázku vyššie je uvedený uhol. To sa dá ľahko vyriešiť rovnomerným zdvihnutím hlavičiek o 2-3 mm (0,1 palca) z dosky na chlieb.

Stohujúce ženské hlavičky musia byť kolmé na dosku. To sa dá dosiahnuť umiestnením na rovný povrch a zaistením pevného prilepenia dosky Feather k nim. Obrázok vyššie ukazuje tlak vyvíjaný ceruzkou s nevystreleným zariadením pomocných rúk, ktoré na ceruzku váži. Niektoré náhradné hlavičky poskytujú ďalšiu pomoc pri udržiavaní medzier.

Dátový list MiCS-6814 uvádza:

Senzor sa musí znova spájkovať v neutrálnej atmosfére bez pár spájkovacieho tavidla. Senzor nesmie byť vystavený vysokým koncentráciám organických rozpúšťadiel, silikónových pár alebo cigaretového dymu, aby nedošlo k otrave citlivej vrstvy.

Malý kúsok maskovacej pásky pokrývajúcej snímač plynu je múdrym opatrením počas spájkovania a čistenia tavidla. V tejto fáze je možné nechať aj ochranu obrazovky, aby sa vyrovnalo s nevyhnutnými drobnými postrekmi tavidla spájkovaním žehličkou. Mikrofónu by tiež prospela ochrana maskovacou páskou počas akéhokoľvek čistenia taviva.

Dlhé rady špendlíkov je možné ľahko ohnúť pri vyberaní z dosky na pečenie alebo z inej zásuvky. Dávajte pozor, aby ste na jednom konci nevyklopili dosku.

Adafruit má sprievodcu spájkovaním stohovacích hlavičiek, Pimoroni všeobecným sprievodcom spájkovaním, ktorý obsahuje hlavičky, a na YouTube je pekné video, ktoré ukazuje, ako spájkovať hlavičky na dosku podobného štýlu, GurgleApps: Raspberry Pi Pico Upgrade Number1 - Snazzy Header Pins!

Krok 3: Príklad inštalácie CircuitPython a kombinovaného plotra

Ak nie ste oboznámení s CircuitPython, stojí za to si najskôr prečítať sprievodcu Welcome to CircuitPython.

Nasledujúce inštalačné kroky vychádzajú z balíka pimoroni / EnviroPlus-FeatherWing README a príručky Začíname s neskoršou knižnicou, ktorá vyhovuje CircuitPython 6.x.

1. Nainštalujte si najnovšiu verziu CircuitPython (6.0.0 v decembri 2020) z https://circuitpython.org/ - tento proces je popísaný v CircuitPython pre Feather nRF52840.
2. Inštaláciu overte pripojením k sériovej konzole cez USB. Verzia sa zobrazí vo výzve REPL. Verziu je možné skontrolovať aj kontrolou súboru boot_out.txt na jednotke CIRCUITPY.

3. Nainštalujte tieto knižnice zo zväzku z https://circuitpython.org/libraries do adresára lib na CIRCUITPY:

   1. adafruit_bus_device
   2. adafruit_bme280 (nie adafruit_bmp280)
   3. adafruit_st7735r (nie adafruit_st7735)
   4. adafruit_display_text

4. Nainštalujte tieto knižnice zo súboru EnviroPlus-FeatherWing-1.0.zip z GiHub: pimoroni/EnviroPlus-FeatherWing: verzia 1.0 do adresára lib na CIRCUITPY:

   1. i2cdevice (nemožno zamieňať s knižnicou i2c_device spoločnosti Adafruit)
   2. pimoroni_envirowing
   3. pimoroni_ltr559
   4. pimoroni_physical_feather_pins
   5. pimoroni_pms5003
   6. Neinštalujte pimoroni_circuitpython_adapter odtiaľto
5. Nainštalujte najnovšiu knižnicu adaptérov Pimoroni CircuitPython stiahnutím súboru _init_.py do novovytvoreného adresára lib/pimoroni_circuitpython_adapter v CIRCUITPY.
6. Stiahnite si kombinovaný príklad ukážkového programu do CIRCUITPY kliknutím na Uložiť odkaz ako … na plotters_combined.py
7. Premenujte alebo odstráňte existujúci súbor code.py na CIRCUITPY a potom premenujte plotters_combined.py na code.py. Tento súbor sa spustí, keď sa spustí alebo znova zavedie interpret CircuitPython.

Verzie použité v tejto príručke boli:

• CircuitPython 6.0.0
• Balík knižnice CircuitPython adafruit-circuitpython-bundle-6.x-mpy-20201208.zip
• Knižnica EnviroPlus-FeatherWing, verzia 1.0
• Knižnica pimoroni_circuitpython_adapter 9. decembra 2020 f062036

Krok 4: Kombinovaný plotter

Kombinovaný ploter má štyri obrazovky:

1. Zvuk a svetlo.
2. PM2,5 a PM10.
3. Teplota, tlak a vlhkosť.
4. OX, ČERVENÝ a NH3.

Obrazovka tuhých častíc (PM) sa zobrazí iba vtedy, ak je pripojený Plantower PMS5003. Program na začiatku skontroluje jeho prítomnosť a vytlačí túto informačnú správu, ak nie je pripojený:

PMS5003 Časový limit čítania: Nepodarilo sa prečítať začiatok bajtu rámca

Pravdepodobne nemáte pripojený pms5003, ktorý pokračuje bez zaznamenávania častíc

Interval vykresľovania je v hornej časti programu nastavený na 540 sekúnd. Toto je možné nastaviť na ovládanie rýchlosti vykresľovania.

Krok 5: Kolíky Enviro+ FeatherWing

Zariadenie Enviro+ FeatherWing používa veľké množstvo kolíkov peria. Používajú sa nasledujúce, názvy v zátvorkách sú z Pimoroniho schémy pomenovania:

• A0 (pin5) - snímač plynu amoniaku MiCS6814
• A1 (pin6) - snímač redukčného plynu MiCS8614
• A2 (pin7) - snímač oxidačného plynu MiCS6814
• A3 (pin8) - analógový mikrofón
• A4 (pin9) - MiCS6814 povoliť
• D5 (pin19) - príkaz obrazovky zbernice SPI
• D6 (pin20) - výber čipu obrazovky zbernice SPI
• D9 (pin21) - podsvietenie (PWM)
• D10 (pin22) - PMS5003 povoliť
• D11 (pin23) - reset PMS5003
• D12 (pin24) - prerušenie LTR -559 (nie je podporované v knižnici CircuitPython)
• SCK (pin11) - hodiny zbernice SPI
• MO (pin12) - SPI bus master out slave in
• MI (pin13) - SPI bus master in slave out
• RX (pin14) - prenos PMS5003 (príjem od Feathera)
• TX (pin15) - príjem PMS5003 (prenos z Feather)
• SCL (pin18) - hodiny I2C
• SDA (kolík 17) - údaje I2C

A5, D2/DFU a D13 tak zostávajú voľne použiteľné.

Krok 6: Spotreba energie

Spotreba energie je v rámci špecifikácie USB, aj keď je pripojená a nabíja sa batéria LiPo. Použitie je relevantnejšie pri plánovaní prechodu na napájanie z batérie. Niektoré veľmi približné merania prúdu sú:

• 100mA voľnobeh, podsvietenie vypnuté;
• 100mA plotter beží, podsvietenie nízke;
• Plotr 120mA beží, podsvietenie vysoké.

Datasheet k Plantower PMS5003 uvádza, že prúd je menší ako 100mA, to by bolo doplnkom k vyššie uvedeným číslam. Použitie prevodníka DC-DC na Enviro+ FeatherWing môže toto číslo mierne zvýšiť.

Doska Feather nRF52840 Express má NeoPixel (RGB LED), ale úrovne jasu pre jej predvolené použitie ako indikátor stavu programu len málo prispievajú k spotrebe. Samotná doska Feather je sama o sebe pod 10 mA, FeatherWing je doska hladová po moci.

Krok 7: Pridanie senzora špeciálnej hmoty Plantower PMS5003

Met One Instruments BAM 1020 je bežný prístroj na meranie častíc v mestách na celom svete. Existuje celý rad dostupnejších zariadení a Enviro+ FeatherWing je dodávaný s konektorom pre snímač častíc Plantower PMS5003.

Kód knižnice Pimoroni pre tento senzor sa v súčasnosti javí ako krehký. Jednoduché a rýchle vylepšenie je zachytenie výnimiek v programe. Program plotters_combined.py je možné vylepšiť pridaním tohto odkazu na začiatok:

importovať pimoroni_pms5003

A nahradenie tohto riadku v hlavnej slučke while

# čítajte

pms_reading = pms5003.read ()

s:

# čítajte

skúste: pms_reading = pms5003.read () okrem pimoroni_pms5003. ChecksumMismatchError: print ("chyba kontrolného súčtu")

Krok 8: Choďte ďalej

Keď spustíte Enviro+ FeatherWing, existuje niekoľko oblastí, ktoré môžete preskúmať.

• Pridanie externého snímača teploty. Teplotný snímač v BME280 je vystavený vnútornému ohrevu a ohrevu z okolitých komponentov a je určený na kalibráciu ostatných senzorov BME280. Hodnotu je možné spracovať tak, aby poskytla približnú mieru teploty okolitého vzduchu, ale existuje veľa cenovo dostupných a vynikajúcich externých možností.
• Kalibrácia senzorov. Tlak je ľahký pomocou pozorovaní počasia alebo krátkodobých predpovedí (tieto budú 0 m nm), ostatné sú náročné.
• Korekcia výstupu PMS5003 na relatívnu vlhkosť. Vzorec je uvedený na strane 8 dokumentu PDF o EPA: PurpleAir PM2.5 U. S. Korekcia a výkon počas udalostí dymu 4/2020
• Pridanie kódu na vysielanie údajov zo senzorov cez Bluetooth Low Energy do iných zariadení.
• Skúmame, ako minimalizovať spotrebu energie. Niektoré zo senzorov majú aktivačné vedenia, ktoré môžu senzorom vypnúť alebo ich prepnúť do režimu nízkej spotreby. V prípade senzorov s dobou zahrievania nemusí byť pravidelné vzorkovanie praktické.
• Nákup, prispôsobenie alebo výroba puzdra vhodného na montáž vonku s starostlivo navrhnutým vnútorným prúdením vzduchu a vhodnými opatreniami pre priame slnečné svetlo. Plynový senzor SensorTech MiCS-6814 funguje najlepšie s konštantným, nízkym prietokom vzduchu.
• Skúmanie toho, ako poveternostné podmienky ovplyvňujú znečistenie na úrovni zeme. Tip: inverzie sú významné.
• Konverzia na batériovú alebo solárnu energiu z batérie. Solárna energia je náročnejšia ako jednoduché pridanie fotovoltaického solárneho panelu, pozrite si časť Poznámky k návrhu v dokumente Adafruit Learn: USB, DC & Solar Lipoly Charger.
• Pridanie ďalších senzorov na meranie bežných znečisťujúcich látok, ako je ozón (O3) a oxid siričitý (SO2) alebo skleníkové plyny, ako je oxid uhličitý (CO2). Niekoľko senzorov meria „eCO2“a nie je vhodných na meranie atmosférického CO2. Spoločnosť Adafruit teraz predáva hodnotný senzor CO2 Sensirion SCD-30 NDIR CO2 na doske s konektormi STEMMA QT i2c.
• Ak chcete preskúmať odosielanie údajov cez internet pomocou Wi-Fi, doska FeatherS2 s mikrokontrolérom ESP32-S2 sa zdá byť kompatibilná s Enviro+ FeatherWing. Analógovo-digitálne prevodníky ESP32-S2 (ADC) majú problematické obmedzenie, ktoré bráni správnemu meraniu plynových senzorov. Ďalšie informácie nájdete na fórach Adafruit: Porovnanie ADC s perím vrátane 2,6 V obmedzeného ESP32-S2.

Súvisiace projekty:

• Adafruit Learn: Porovnanie a experimentovanie so snímačmi horľavých plynov
• Adafruit Learn: Snímač teploty TMP36

Ďalšie čítanie:

• Pokyny Svetovej zdravotníckej organizácie (WHO) k znečisteniu ovzdušia
• British Lung Foundation - kvalita ovzdušia (PM2,5 a NO2)
• Breathe London-sieť, ktorá dopĺňa londýnsku sieť kvality vzduchu o „cenovo dostupné, ľahko inštalovateľné a udržiavateľné snímače kvality ovzdušia pre kohokoľvek“, v súčasnosti používa Clarity Node-S.
• Svetový index kvality ovzdušia - zbiera údaje z mnohých rôznych zdrojov pomocou zobrazení máp a historických údajov.
• Atmosférický časopis: Znečistenie ovzdušia v interiéri z obytných kachlí: skúmanie zaplavovania tuhých znečisťujúcich látok do domácností počas používania v reálnom svete - používa sa verzia dosky Enviro+ vo verzii Raspberry Pi.
• Legislatíva: Predpisy o normách kvality ovzdušia 2010 (Spojené kráľovstvo)
• Blog Pimoroni: Najznečistenejšia noc roka (vo Veľkej Británii)
• The Economist: Polnočná obloha - Poľské vykurovanie domácich uhoľných domov spôsobuje rozsiahle znečistenie (január 2021)
• Správy BBC: Hluk z dopravy zhoršuje schopnosti spevavých vtákov (hlukové znečistenie)
• Chyby softvéru v knižnici senzorov pevných častíc - pohľad na starostlivosť potrebnú na robustnú analýzu sériového protokolu PMS5003.