Prenosný čítač mikročastíc PM1 PM2,5 PM10: 20 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

V dnešnej dobe je znečistenie ovzdušia všadeprítomné a konkrétnejšie v našich mestách. Veľké mestá sú korisťou po celý rok a úrovne znečistenia niekedy dosahujú (a často sú určité) úrovne veľmi nebezpečné pre ľudské zdravie. Deti sú mimoriadne citlivé na kvalitu vzduchu, ktorý dýchajú. Tento znečistený vzduch k nim okrem iných problémov s alergiou vedie. Ovzdušie je znečistené mimo nášho domova, ale aj na najdôležitejších úrovniach, v našich domovoch a autách. Úroveň kvality ovzdušia je k dispozícii na nasledujúcom mieste. Tento čínsky web zhromažďuje všetky merania kvality vzduchu senzorov celého režimu. Úroveň kvality ovzdušia je formátovaná podľa indexu AQI, ktorý sa môže v jednotlivých krajinách mierne líšiť. Tento dokument vysvetľuje, ako vypočítať tento index. Tento ďalší dokument je zrozumiteľným sprievodcom.

Aby som poznal kvalitu vzduchu, ktorý dýchame, nech sme kdekoľvek a v reálnom čase, pustil som sa do vytvorenia prenosného atmosférického počítadla častíc (ktoré neskôr nazveme CPA)., zmestí sa do vrecka. Bol vytvorený pre:

• Držte vo vrecku.
• Majú veľkú autonómiu prevádzky.
• Buďte ľahko zrozumiteľní
• Merania je možné uložiť do počítača.
• Aby bol dobíjateľný.
• Aby ste k nemu mali prístup pomocou telefónu bez prítomnosti miestnych sietí Wifi komunikácie.
• Byť schopný ovládať zariadenie na čistenie vzduchu, ak znečistenie prekročí určitý prah.

Charakteristika

• Rozmery: 65 x 57 x 23 mm
• Namerané častice: PM1, PM2,5 a PM10
• Autonómia: od 3 hodín do niekoľkých týždňov v závislosti od zvoleného prevádzkového režimu.
• Lítium -iónová batéria 3v7 - 680 mAh
• Micro USB rozhranie pre nabíjanie a prenos dát.
• Pamäť 2038 meraní (680 na typ PMxx)
• Perióda odberu vzoriek: nepretržite, 5 minút, 15 minút, 30 minút, 1 hodinu
• Výstup príkazu 3v3 podľa úrovne znečistenia.
• Viacfarebné rozhranie LED pre ľahké pochopenie
• Ovládacie rozhranie na PC, tablete, telefóne (Android, iOS) cez Wifi.

Krok 1: Prototypy boxu

Začal som premýšľaním o tvare, ktorý by som mohol krabici dať, inšpirovaný modernými návrhmi predmetov.

Tu je niekoľko nakreslených políčok.

Nakoniec som vybral najjednoduchšie a najmenšie puzdro: pozrite si hlavnú fotografiu na tomto návode.

Krok 2: Prototypy karty

Mám vo všetkých 3 prototypových kartách. Tu sú však viditeľné iba 2.

Prototypy umožnili vyvinúť napájacie zdroje 5V a 3v3. Tieto bolo ťažké vyvinúť, pretože som musel nájsť komponenty, aby som získal výkon potrebný na spustenie mikrokontroléra WiFi (ESP8266 - 12). Elektronická nabíjacia časť lítium-iónovej batérie fungovala rýchlejšie. Potom som kvôli dobrej ergonómii zariadenia niekoľkokrát zmenil umiestnenie rôznych spínačov a konektorov.

Krok 3: Krabica

LED diódy sú viditeľné priehľadne cez kryt. Prívody vzduchu sú na ľavej strane skrinky. Na pravej strane nájdeme:

• Tlačidlo výberu režimu zobrazenia.
• Vypínač.
• Prepínač výberu na prenos meraní do počítača. Umožňuje prepínanie medzi sériovým prepojením medzi ESP8266 a snímačom častíc alebo medzi ESP8266 a portom micro USB. Pozor, ak tento nie je správne umiestnený, komunikácia medzi elektronickou kartou a snímačom už nebude zabezpečená a CAP sa nebude môcť správne začať.
• Zásuvka micro USB na nabíjanie batérie alebo opatrenia na prenos sériového protokolu.

Krok 4: Senzor

Testoval som dva rôzne senzory. Laserový senzor SDS011 V1.2 PM2.5 od spoločnosti Nova Fitness Co. Ltd. (doc) s kľúčom sériového rozhrania USB.

Druhý snímač (kovové puzdro) je PMS7003M od spoločnosti PLANTOWER (doc).

Toto je ten, ktorý používam v mojom prípade. Je schopný merať koncentráciu jemných častíc menej ako 1 μm (PM1); menej ako 2,5 μm (PM2,5) a menej ako 10 μm (PM10). Princíp činnosti senzora PSM7003M je nasledujúci: prach vzduchu je osvetlený laserom. Optický senzor zachytáva laserové svetlo a generuje elektrický signál úmerný rýchlosti a veľkosti prachu vo vzduchu.

Jeho charakteristiky sú uvedené v tabuľke charakteristík.

Krok 5: Montáž

Na boku senzora je iba miesto na batériu.

Krok 6: Prevádzka

Srdcom systému je ESP8266 (typ ESP-12F). Tento mikrokontrolér je vybavený vysielačom Wifi. ESP8266 je k dispozícii v niekoľkých variantoch. ESP8266 komunikuje so senzorom PMS7003 prostredníctvom sériovej linky. Obnovuje hodnoty koncentrácie častíc a počet častíc. Potom vypočíta index kvality AQI, ak je režim riadenia výstupu v „automatickom“režime a úroveň znečistenia v PM2,5 je vyššia ako 50 (index kvality vzduchu AQI PM2,5> 50), je výstup nastavený na vysokú hodnotu (3v3). V opačnom prípade je nastavený na nízku hodnotu (0v). ESP8266 je nakonfigurovaný v prístupovom bode -> AP (prístupový bod). To znamená, že je rozpoznaný ako Wifi terminál, ku ktorému sa môže telefón pripojiť. Telefón na prístup k tomuto terminálu Wifi musí vybrať a zadať kód APPSK (trochu ako kód WEP boxu ADSL). Potom telefón zadá adresu IP, na ktorú sa má dostať. Tu to bude 192.168.4.1. Potom sa na telefóne zobrazí webová stránka, z ktorej sa ovláda pole a vizualizujú sa hodnoty znečistenia. Kód APPSK nakonfigurovaný v programe je "AQI_index". Kód APPSK môže programátor upraviť, pretože je obsiahnutý v programe načítanom v ESP8266. Adresa na načítanie integrovanej webovej stránky je: „192.168.4.1“.

ESP8266 meria napätie batérie. Ak je pod limitným napätím (3v2 = 0%), zariadenie sa uvedie do pohotovostného režimu. Batéria je 100% pri napätí 4v2.

ESP môže uložiť až 2038 vzoriek hodnoty koncentrácie častíc PM1, PM2,5 a PM10. Asi 680 vzoriek na veľkosť častíc. Tieto merania je možné stiahnuť pripojením kábla vybaveného USB / sériovým prevodníkom a spustením prenosu prostredníctvom vstavanej aplikácie. Hodnoty prenesených vzoriek sa normalizujú nasledujúcim spôsobom, aby sa ušetrilo miesto v pamäti:

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

Ak chcete nájsť správnu hodnotu koncentrácie, vynásobte hodnotu 5 alebo 6 v závislosti od prípadu.

Krok 7: Webové rozhranie 1/4

Pozrite si video z webového rozhrania

Je to rozhranie dostupné po spojení medzi CPA a telefónom. Umožňuje vizualizovať hodnoty koncentrácie mikročastíc pre PM1, PM2,5 a PM10 v μg / m3. Index kvality ovzdušia je AQI, reprezentovaný číslom a doslovným výrazom, podľa tabuľky definície indexu AQI. Nechýba ani ukazovateľ stavu batérie.

Časť je venovaná automatickému riadeniu výstupu riadenia CPA pod názvom Konfigurácia ventilátora. Za „:“v názve sekcie sa zobrazí aktuálny režim (automatický, štart, stop). Na základni by tento výstup ovládal zariadenie na čistenie vzduchu (ventilátor = ventilátor). Je teda možné zapnúť alebo vypnúť alebo nechať automatický režim s vypnutím, keď vzduch prekročí index AQI 50.

Časť je venovaná meraniu „Konfigurácia merania“. Potom, čo sa zobrazí „:“aktuálny režim (pokračovanie, periodické 5 min., 15 min., 30 min., 1 hod., Zastavenie). Je teda možné vykonávať merania nepretržite (v skutočnosti je perióda vzorkovania blízka 2 sekundám), alebo každých 5, 15, 30 minút, 1 hodinu alebo vzorkovanie zastaviť.

Sekcia „Režim zobrazenia“umožňuje vybrať, ako sa budú informácie (všetky tie, ktoré sú dostupné vo webovom rozhraní) zobrazovať na krabici prostredníctvom viacfarebných diód LED. Za znakom „:“je označený aktuálny režim (zostavený, PM1.0, PM2.5, PM10). Každé stlačenie „Režimu zobrazenia“sa prepne z jedného režimu zobrazenia do druhého v nasledujúcom poradí:

• Skompilovaný
• PM1.0
• PM2,5
• PM10

Krok 8: Webové rozhranie 2/4

Význam farby diódy LED v režime „Compiled“je nasledujúci: Úroveň batérie:

• > 30% = zelená
• > 10% a <30%: oranžová
• <10% = červená

Úroveň pamäte:

• > 30% = zelená
• > 10% a <30%: oranžová
• <10% = červená

Riadiaci výstup:

• Vysoký výkon: zelený
• Nízky výkon: červený
• Režim automatického ovládania: modrý

Krok 9: Webové rozhranie 3/4

Výstup PM1.0, PM2.5 a PM10: Farba LED diódy je zhodná s tabuľkou farieb indexu AQI. Význam farby 10 diód LED v režime „PM1.0, PM2.5, PM10“je nasledujúci:

• Farba diód LED predstavuje úroveň znečistenia ovzdušia, ako je uvedené v tabuľke indexu AQI. Ak sú napríklad diódy LED červené, znamená to, že úroveň znečistenia je zdraviu škodlivá.
• Počet rozsvietených LED diód predstavuje hodnotu indexu AQI pre príslušnú farbu, ako je uvedené v tabuľke indexu AQI. Napríklad, ak je na 10 iba jedna zelená LED, index je 1/10 z maximálneho zeleného indexu, tj 50/10 = 5. Ak 5 zelených LED na 10, hodnota je 50 / 10x5 = 25. Ak 5 svietia fialové LED diódy, hodnota je (300-201) /10x5+201=250,5.
• Pri každom stlačení tlačidla jedna zo 4 diód LED vpravo bliká oranžovo. Udáva, ktorý je zvolený režim zobrazenia:

Krok 10: Webové rozhranie 4/4

Časť „Zostávajúce údaje“uvádza zostávajúci priestor v pamäti na uloženie meraní. Za ":" je uvedené zvyšné %. Stlačením tlačidla „vymazať pamäť“sa pamäť vymaže. Stlačením tlačidla „stiahnuť“sa spustí prenos vzoriek do počítača. Na konci webového rozhrania je zobrazená tabuľka indexu AQI.

Krok 11: Začíname

1. Prepnite vypínač On / Off do polohy On.
2. Zdá sa, že dúha LED diód zaisťuje, že všetky LED diódy fungujú … a potom je to pekne.
3. Tyrkysové LED diódy sa rozsvietia jedna za druhou. To umožňuje inicializáciu času senzora častíc.
4. Zobrazí sa jeden z režimov LED displeja.
5. V telefóne alebo počítači vyberte sieť Wifi začínajúcu na „AQI_I3D-“
6. Zadajte kód „AQI_index“
7. Otvorte napríklad Google a do panela s adresou zadajte: 192.168.4.1
8. Zobrazí sa webová stránka

Video

Krok 12: Prenos údajov do počítača

Na prenos údajov z krabice do počítača musíte:

1. Pripojte kábel micro USB / sériové prepojenie (úroveň napätia 5 V) k počítaču USB.
2. Otvorte na počítači sériový terminál a nakonfigurujte ho nasledovne: 9600 BAUDS, 1 stop bit, parita NONE, 1 štartovací bit.
3. Prepnite mikrospínač „povoliť nahrávanie údajov“
4. Na rozhraní kliknite na „Stiahnuť“
5. Na sériovom termináli počkajte na ukončenie prenosu a skopírujte údaje.
6. Prepnite mikrospínač „povoliť nahrávanie údajov“do pôvodnej polohy

Ak CAP nefunguje, je možné, že spínač nie je vrátený na miesto.

Krok 13: Pohotovostný režim medzi vzorkovacou fázou

V režimoch vzorkovania 5 minút, 15 minút, 30 minút a 1 hodinu CAP automaticky prejde do režimu spánku po odobratí vzorky merania a prebudí sa až o 5, 15, 30 alebo 60 minút neskôr. Autonómia SPP sa tak extrémne zvýši.

Krok 14: Obnovte továrenské nastavenia

V prípade, že má CAP nejaké prevádzkové problémy, je možné resetovať všetky prevádzkové parametre a spoľahlivo reštartovať CAP. Pre to:

1. Vypnite CAP Zostaňte na tlačidle Zapnite CAP.
2. Zobrazí sa dúha LED
3. Tyrkysový LED pás sa objaví za menej ako sekundu
4. Vypnite CAP
5. SPP sa teraz resetuje.

Krok 15: Program pod Arduino

Je k dispozícii tu

Na naprogramovanie karty je potrebné:

1. Otvorte Arduino na počítači
2. Nakonfigurujte Arduino pre dosku ESP8266
3. Pripojte microUSB / sériový kábel UBS (3v3) medzi kartu a počítač
4. Prepnite tlačidlo SW3 na „prgm“
5. Zostaňte na tlačidle „SW1“
6. Zapnite zariadenie -> Zariadenie prejde do režimu programovania
7. Uvoľnenie „SW1“
8. Pod Arduino začnite programovať
9. Po skončení programovania prepnite „SW3“na „SW3“
10. Vypnite a reštartujte zariadenie

Krok 16: Elektrické schémy

Krok 17: DPS

Krok 18: Nomenklatúra

Tu to je

Krok 19: Urobte to sami

Chcete to urobiť, bez obáv, navrhujem niekoľko možných súprav v závislosti od rozpočtu, ktorý chcete vložiť

Navštívte môj web (k dispozícii je francúzska verzia)

Krok 20: A ďalšie…

Ďalším krokom je priradenie zariadenia k ionizátoru. Aby bol vzduch znečistený, zariadenie spustí ionizátor. Ionizátor nejakým spôsobom umožňuje spadnúť jemné častice na zem. Generuje záporné elektróny, ktoré sa spájajú s okolitým plynom a prachom, a mení ich kladný elektrický náboj na záporný náboj. Pretože zem a väčšina predmetov má kladný náboj, negatívne nabité častice ionizátorom sú priťahované a priľnú k nim. Vzduch sa tak vyčistí. Ionizácia vzduchu je tiež veľa ďalších zdravotných výhod. Dnes ionizátor funguje. Táto prezentácia bude predmetom pripravovaného blogu.