Monitorování kvality ovzduší pomocí fotonu částic: 11 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

V tomto projektu je senzor částic PPD42NJ používán k měření kvality vzduchu (PM 2,5) přítomné ve vzduchu pomocí Particle Photon. Nejenže zobrazuje data na konzole Particle a dweet.io, ale také mění kvalitu vzduchu pomocí RGB LED změnou její barvy.

Krok 1: Součásti

Hardware

• Foton částic ==> 19 $
• Viděný prachový senzor PPD42NJ ==> 7,20 $
• RGB anoda / katoda LED ==> $ 1
• 10k odpor ==> 0,04 $
• Rezistor 3 x 220 Ω ==> 0,06

Software

• Částicový web IDE
• dweet.io

Celková cena se pohybuje kolem 28 $

Krok 2: O PM

Co je úroveň PM

Částice (PM) v atmosférickém vzduchu nebo v jakémkoli jiném plynu nelze vyjádřit v ppmv, objemových procentech nebo molárních procentech. PM je vyjádřeno jako mg/m^3 nebo μg/m^3 vzduchu nebo jiného plynu při stanovené teplotě a tlaku.

Poznámka:- Jedno objemové procento = 10 000 ppmv (objemových dílů na milion), přičemž milion je definován jako 10^6.

Je třeba dbát na to, aby koncentrace vyjádřené jako objemové díly na miliardu (ppbv) rozlišovaly mezi britskou miliardou, která je 10^12, a americkou miliardou, která je 10^9.

Částice jsou součtem všech pevných a kapalných částic suspendovaných ve vzduchu, z nichž mnohé jsou nebezpečné. Tato komplexní směs obsahuje organické i anorganické částice.

Na základě velikosti jsou částice často rozděleny do dvou skupin.

1. Hrubé částice (PM 10-2,5), jako jsou částice nalezené poblíž silnic a prašných průmyslových odvětví, mají průměr od 2,5 do 10 mikrometrů (nebo mikronů). Stávající standard hrubých částic (známý jako PM 10) zahrnuje všechny částice menší než 10 mikronů.

2. „Jemné částice“(nebo PM 2,5) jsou ty, které se nacházejí v kouři a oparu, mají průměr menší než 2,5 mikronů. PM 2,5 je označován jako „primární“, pokud je přímo emitován do vzduchu jako pevné nebo kapalné částice, a nazývá se „sekundární“, pokud je tvořen chemickými reakcemi plynů v atmosféře.

Který z PM2,5 a PM10 je škodlivější?

Menší částice nebo PM2,5 jsou lehčí a jdou hlouběji do plic a dlouhodobě způsobují větší poškození. Také zůstávají déle ve vzduchu a cestují dál. Částice PM10 (velké) mohou zůstat ve vzduchu několik minut nebo hodin, zatímco částice PM2,5 (malé) mohou ve vzduchu zůstat dny nebo týdny.

Poznámka:- Údaje PM2,5 nebo PM10 na online webech jsou reprezentovány jako AQI nebo ug/m3. Pokud je hodnota PM2,5 100, pak pokud je reprezentována jako AQI, bude spadat do kategorie „Uspokojivé“, ale pokud je vyjádřena jako ug/m3, bude spadat do kategorie „Špatná“.

Krok 3: Senzor prachu PPD42NJ

Na základě metody rozptylu světla nepřetržitě detekuje vzdušné částice. Pulzní výkon, který odpovídá koncentraci částic na jednotku objemu částic, lze získat použitím originální detekční metody založené na principu rozptýleného světla podobného čítači částic.

Přední strana

Na přední straně jsou 2 hrnce označené VR1 a VR3, které již byly kalibrovány z výroby. IR detektor je zakrytý pod kovovou plechovkou. Zajímavé je, že po boku je slot označený SL2, který je nevyužitý.

Zadní strana

Obvod se skládá převážně z pasivních a operačního zesilovače. RH1 je odporový ohřívač, který by teoreticky mohl být odstraněn za účelem úspory energie, pokud by existoval jiný způsob cirkulace vzduchu.

Popis kolíku

Umístění senzoru Při rozhodování o umístění senzoru je třeba dbát na několik bodů.

• Senzor musí být umístěn ve svislé orientaci. Jakákoli jiná orientace by nedosáhla požadovaného proudění vzduchu.
• Senzor by měl být udržován ve tmě.
• K utěsnění mezery mezi snímačem a pouzdrem je nutný měkký tlumicí materiál.

Mezeru utěsněte fóliovým papírem, jak je znázorněno níže

Když mluvíme o výstupu senzoru Výstup senzoru je obvykle vysoký, ale klesá úměrně koncentraci PM, a proto měřením toho, čemu říkají Low Pulse Occupancy (LPO), lze určit koncentraci PM. Tento LPO se doporučuje měřit po dobu 30 sekund.

Krok 4: RGB LED

Existují dva druhy RGB LED:

Společná anoda LED

U společné LED diody RGB s anodou sdílejí tři LED diody kladné spojení (anoda).

Společná katodová LED

U společné katodové RGB LED sdílejí všechny tři LED záporné spojení (katoda).

RGB LED piny

Krok 5: Foton částic

Photon je oblíbená deska IOT. Deska obsahuje mikrokontrolér STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 a má 1 MB flash paměti, 128 Kb RAM a 18 pinů pro univerzální vstupy (GPIO) se smíšeným signálem s pokročilými periferiemi. Modul má integrovaný Wi-Fi čip Cypress BCM43362 pro připojení Wi-Fi a jednopásmový 2,4 GHz IEEE 802.11b/g/n pro Bluetooth. Deska je vybavena 2 SPI, jedním I2S, jedním I2C, jedním CAN a jedním USB rozhraním. Je třeba poznamenat, že 3V3 je filtrovaný výstup používaný pro analogová čidla. Tento pin je výstupem palubního regulátoru a je interně připojen k VDD modulu Wi-Fi. Při napájení fotonu přes VIN nebo USB port bude z tohoto pinu vycházet napětí 3,3 V DC. Tento pin lze také použít k napájení fotonu přímo (max. Vstup 3,3 V DC). Při použití jako výstup je maximální zátěž na 3V3 100mA. Signály PWM mají rozlišení 8 bitů a běží na frekvenci 500 Hz.

Pin Diagram

Popis kolíku

Krok 6: Dweet.io

dweet.io umožňuje snadný přístup k datům vašeho stroje a senzorů prostřednictvím webového rozhraní RESTful API, což vám umožní rychle vytvářet aplikace nebo jednoduše sdílet data.

1. Přejděte na dweet.io

n

2. Přejděte do sekce tweety a vytvořte dweet pro věc

3. Uvidíte tuto stránku. Zadejte jedinečný název věci. Tento název bude použit v částicovém fotonu.

Nyní jsme s nastavením dweet.io hotovi

Krok 7: IDE částicového webu

Aby mohl vývojář napsat kód programu pro jakýkoli Photon, musí si vytvořit účet na webu Particle a zaregistrovat desku Photon se svým uživatelským účtem. Programový kód pak může být zapsán na Web IDE na webových stránkách Particle a přenesen do registrovaného fotonu přes internet. Pokud je vybraná deska částic, zde Photon, zapnuta a připojena ke cloudové službě částice, kód je vypálen na vybranou desku bezdrátově prostřednictvím internetového připojení a deska začne fungovat podle přeneseného kódu. Pro ovládání desky přes internet je navržena webová stránka, která pomocí Ajaxu a JQuery odesílá data na desku pomocí metody HTTP POST. Webová stránka identifikuje desku pomocí ID zařízení a připojuje se ke cloudové službě Particle prostřednictvím přístupového tokenu.

Jak připojit foton k internetu 1. Napájejte své zařízení

• Zapojte kabel USB do zdroje napájení.
• Jakmile je zařízení zapojeno, LED dioda RGB na vašem zařízení by měla začít blikat modře. Pokud vaše zařízení nebliká modře, podržte tlačítko SETUP. Pokud vaše zařízení nebliká vůbec nebo LED dioda svítí matně oranžová barva, nemusí mít dostatečný výkon. Zkuste změnit zdroj napájení nebo kabel USB.

2. Připojte svůj Photon k internetu

Existují dva způsoby, jak používat webovou aplikaci nebo mobilní aplikaci. Pomocí webové aplikace

• Krok 1 Přejděte na particle.io
• Krok 2 Klikněte na nastavení fotonu
• Krok 3 Po kliknutí na DALŠÍ by vám měl být předložen soubor (photonsetup.html)
• Krok 4 Otevřete soubor.
• Krok 5 Po otevření souboru připojte počítač k fotonu připojením k síti s názvem PHOTON.
• Krok 6 Konfigurujte své přihlašovací údaje k Wi-Fi.

Poznámka: Pokud zadáte nesprávné údaje, foton bude blikat tmavě modře nebo zeleně. Proces musíte projít znovu (obnovením stránky nebo kliknutím na část procesu opakovat)

Krok 7 Přejmenujte své zařízení. Zobrazí se také potvrzení, zda bylo zařízení nárokováno nebo ne

b. Pomocí smartphonu

Otevřete aplikaci v telefonu. Přihlaste se nebo si zaregistrujte účet u Particle, pokud ho nemáte

Po přihlášení stiskněte ikonu plus a vyberte zařízení, které chcete přidat. Poté připojte zařízení k Wi-Fi podle pokynů na obrazovce. Pokud se jedná o první připojení fotonu, bude při stahování aktualizací několik minut blikat purpurově. Dokončení aktualizací může v závislosti na vašem internetovém připojení trvat 6–12 minut, přičemž se foton během tohoto procesu několikrát restartuje. Během této doby nerestartujte ani neodpojujte svůj Photon

Jakmile se vaše zařízení připojí, naučí se tuto síť. Vaše zařízení může uložit až pět sítí. Chcete -li po počátečním nastavení přidat novou síť, přepněte zařízení znovu do režimu poslechu a postupujte podle výše uvedeného postupu. Pokud máte pocit, že je ve vašem zařízení příliš mnoho sítí, můžete vymazat paměť zařízení ze všech naučených sítí Wi-Fi. Můžete to udělat tak, že podržíte tlačítko nastavení po dobu 10 sekund, dokud LED dioda RGB rychle nezačne blikat modře, což signalizuje, že byly odstraněny všechny profily.

Režimy

• Azurová, tvůj foton je připojen k internetu.
• Magenta, aktuálně načítá aplikaci nebo aktualizuje svůj firmware. Tento stav je vyvolán aktualizací firmwaru nebo blikáním kódu z Web IDE nebo Desktop IDE. Tento režim se vám může zobrazit při prvním připojení fotonu ke cloudu.
• Zelený, pokouší se připojit k internetu.
• Bílá, modul Wi-Fi je vypnutý.

Web IDEParticle Build je integrované vývojové prostředí nebo IDE, což znamená, že můžete vyvíjet software ve snadno použitelné aplikaci, která se právě spouští ve vašem webovém prohlížeči.

• Chcete -li otevřít sestavení, přihlaste se ke svému částicovému účtu a poté klikněte na Web IDE, jak je znázorněno na obrázku.

  

• Jakmile kliknete, uvidíte konzolu takto.

  

• Chcete -li vytvořit novou aplikaci pro vytváření, klikněte na vytvořit novou aplikaci.

  

• K ověření programu. Klikněte na ověřit.

  

• Chcete -li nahrát kód, klikněte na flash, ale než to uděláte, vyberte zařízení. Pokud máte více než jedno zařízení, musíte se ujistit, že jste vybrali, na které z vašich zařízení se má kód flashovat. Klikněte na ikonu „Zařízení“v levé dolní části navigačního podokna a poté, co najedete myší na název zařízení, se vlevo zobrazí hvězda. Kliknutím na něj nastavíte zařízení, které jste chtěli aktualizovat (nebude zobrazeno, pokud máte pouze jedno zařízení). Jakmile vyberete zařízení, hvězda s ním spojená zežloutne. (Pokud máte pouze jedno zařízení, není třeba jej vybírat, můžete pokračovat.

Krok 8: Připojení

Foton částic ==> Snímač PPD42NJ (umístěn ve svislém směru)

GND ==> Pin1 (GND)

D6 ==> Pin2 (výstup)

Vin ==> Pin3 (5V)

GND ==> 10k odpor ==> Pin5 (vstup)

Foton částic ==> RGB LED

D1 ==> R.

D2 ==> G

D3 ==> B

GND ==> Společná katoda (-)

Krok 9: Program

Krok 10: Výsledek

Krok 11: Jak vyrobit PCB v Eagle

Co je PCB

PCB je deska s tištěnými obvody, která elektricky spojuje sadu elektronických součástek pomocí měděných drah na nevodivé desce. V desce plošných spojů jsou všechny součásti připojeny bez vodičů, všechny součásti jsou připojeny interně, takže se sníží složitost celkového návrhu obvodu.

Druhy DPS

1. Jednostranný plošný spoj

2. Oboustranný plošný spoj

3. Vícevrstvý PCB

V tomto případě mluvím pouze o jednostranném PCB

Jednostranná DPS

Jednovrstvý PCB je také známý jako jednostranný PCB. Tento typ DPS je jednoduchý a nejpoužívanější DPS, protože tyto DPS se snadno navrhují a vyrábějí. Jedna strana této DPS je potažena vrstvou jakéhokoli vodivého materiálu. Měď se používá jako vodivý materiál, protože má velmi dobré vodivé vlastnosti. Vrstva pájecí masky se používá k ochraně PCB proti oxidaci, následovaná sítotiskem pro vyznačení všech komponent na PCB. V tomto typu DPS se pro připojení různých typů součástek používá pouze jedna strana DPS.

Různé části PCB1. Vrstvy

Horní a spodní vrstva: V horní vrstvě desky plošných spojů jsou použity všechny komponenty SMD. Obecně je tato vrstva červeně zbarvená. Ve spodní vrstvě DPS jsou všechny součástky pájeny otvorem a přívod součástek je znám jako spodní vrstva DPS. V tomto jsou použity komponenty DIP a vrstva je modrá.

Měděné dráhy Je to obecně vodivá cesta mezi součástmi v obvodech pro elektrický kontakt nebo dráha je vodivá dráha, která se používá k propojení 2 bodů na desce plošných spojů. Například spojení 2 podložek nebo spojení podložek a průchodek nebo mezi průchodkami. Dráhy mohou mít různé šířky v závislosti na proudech, které jimi protékají.

Měď používáme, protože je vysoce vodivá. To znamená, že může snadno přenášet signály bez ztráty elektřiny po cestě. V nejběžnější konfiguraci lze unci mědi přeměnit na 35 mikrometrů o tloušťce asi 1,4 tisíciny palce, což může pokrýt celou čtvereční stopu substrátu PCB.

Pads Pad je malý měděný povrch v desce s plošnými spoji, který umožňuje pájení součásti na desku nebo můžeme říci body na desce plošných spojů, kde jsou pájeny svorky součástek.

Existují 2 typy podložek; přes otvor a SMD (povrchová montáž).

• Podložky s otvorem jsou určeny k zavedení kolíků součástí, takže je lze pájet z opačné strany, než ze které byla součást vložena.
• Podložky SMD jsou určeny pro zařízení pro povrchovou montáž nebo jinými slovy pro pájení součásti na stejný povrch, kde byla umístěna.

Tvary podložek

1. Oběžník
2. Ovál
3. Náměstí

Soldermask K montáži elektrických komponent na desky plošných spojů je nutný proces montáže. Tento proces lze provést ručně nebo pomocí specializovaných strojů. Proces montáže vyžaduje použití pájky k umístění součástí na desku. Aby se zabránilo nebo aby pájka omylem nezkratovala dvě stopy z různých sítí, používají výrobci desek plošných spojů na oba povrchy desky lak zvaný soldermask. Nejběžnější barvou prodlužovací masky používané na deskách plošných spojů je zelená. Tato izolační vrstva slouží k zabránění náhodného kontaktu podložek s jiným vodivým materiálem na DPS.

Silkscreen Silk-screening (Overlay) je proces, při kterém výrobce tiskne informace o ochranné masce vedoucí k usnadnění procesů montáže, ověřování a ladění. Silkscreen je obecně vytištěn pro indikaci testovacích bodů a také polohy, orientace a reference elektronických součástek, které jsou součástí obvodu. Sítotisk lze vytisknout na oba povrchy desky.

ViaA via je pokovený otvor, který umožňuje průchod proudu deskou. Používá se ve vícevrstvé desce plošných spojů pro připojení k více vrstvám.

Typy Via

Vias s průchozím otvorem nebo Full Stack Vias

Když musí být provedeno propojení ze součásti, která je umístěna na horní vrstvě desky s plošnými spoji, s jinou, která je umístěna ve spodní vrstvě. Pro vedení proudu z horní vrstvy do spodní vrstvy se pro každou stopu používá průchodka.

Zelená ==> Horní a dolní prodávané masky

Červená ==> Horní vrstva (vodivá)

Fialová ==> Druhá vrstva. V tomto případě se tato vrstva používá jako výkonová rovina (tj. Vcc nebo Gnd)

Žlutá ==> Třetí vrstva. V tomto případě se tato vrstva používá jako výkonová rovina (tj. Vcc nebo Gnd)

Modrá ==> Spodní vrstva (vodivá)

2. Používají se slepé průchodky, které umožňují připojení z vnější vrstvy na vnitřní vrstvu s minimální průchozí výškou. Blind via začíná na vnější vrstvě a končí na vnitřní vrstvě, proto má předponu „blind“. U návrhů vícevrstvých systémů, kde je mnoho integrovaných obvodů, se používají výkonové roviny (Vcc nebo GND), aby se zabránilo nadměrnému směrování napájecích kolejnic.

Chcete -li zjistit, zda je určitý průchod slepý, můžete položit desku plošných spojů proti zdroji světla a zjistit, zda vidíte světlo přicházející ze zdroje skrz průchodku. Pokud vidíte světlo, pak je průchozí otvor, jinak je průchozí slepý.

Je velmi užitečné použít tyto druhy průchodek v desce s plošnými spoji, když nemáte příliš mnoho místa pro umístění komponent a směrování. Můžete umístit komponenty na obě strany a maximalizovat prostor. Pokud by byly průchodky místo slepé průchozí, bylo by na obou stranách průchodek využito více místa.

3. Pohřbené Vie Tyto průchody jsou podobné slepým, s tím rozdílem, že začínají a končí na vnitřní vrstvě.

ERCAPo vytvoření schematického a anotačního obvodu je nutné zkontrolovat, zda obvod nemá nějaké elektrické chyby, jako například, pokud nejsou správně připojeny sítě, vstup není připojen ke vstupnímu pinu, Vcc a GND zkratovány kdekoli v obvodu, popř. jakýkoli elektrický typ kolíku není vybrán správně atd. Toto jsou všechny typy elektrických chyb. Pokud jsme ve schématu udělali nějakou takovou chybu a pokud neprovádíme žádnou ERC, pak po dokončení DPS nemůžeme z obvodu získat požadovaný výsledek.

Detail ERC

Kontrola pravidel návrhu Podrobnosti DRC

Jak vyrobit PCB v Eagle

Vytvořte schematický diagram

1. Chcete -li vytvořit schéma, přejděte na Soubor ==> nové ==> Schéma Zobrazí se stránka, jako je tato

Protože neexistují žádné částice částic, musíme přidat knihovny zařízení částic.

částice lib

Poté jej po stažení přesuňte do složky C: / Users \….. / Documents / EAGLE / libraries

V aplikaci Eagle open Schematics přejděte na Library ==> otevřete správce knihoven

uvidíte takovou stránku, přejděte na možnost Dostupné a přejděte do knihovny particledevices.lbr

Po otevření klikněte na použití

Nyní můžeme vidět částicová zařízení.

Dalším krokem je vytvoření schématu, pro které použijeme přidat součást, jak je znázorněno na obrázku

Když kliknete na přidat část, zobrazí se vám taková stránka

Potřebné komponenty jsou částicový foton, záhlaví, odpory, GND, Vcc. Hledejte součásti v přidávání dílů

• Pro odpor existují dva typy USA a EU. Zde používám evropský
• Pro záhlaví vyhledávání záhlaví uvidíte spoustu hlaviček, které si vyberete podle svých.
• Pro pozemní vyhledávání gnd
• Pro vyhledávání VCC vcc
• Vyhledejte částicový foton

Jakmile jsou vybrány komponenty, dalším krokem je spojit je dohromady, abyste mohli použít linku nebo sítě nebo obojí.

Připojte se k němu, jak ukazuje obrázek níže

Dalším krokem je zadání jména a hodnoty.

Pro zadávání jmen vyberte název a poté klikněte na komponentu, které chcete pojmenovat.

Pro zadávání hodnot vyberte hodnotu a poté klikněte na komponentu, které chceme pojmenovat.

Poté zkontrolujte ERC

Jakmile je zkontrolováno, jsme hotovi se schématem. Dalším krokem je přepnutí na desky ze schémat

Když přejdete na desky, uvidíte všechny součásti na levé straně desky, takže ji musíte přesunout na desku plošných spojů. Klikněte na skupinu, vyberte všechny součásti a přesuňte ji pomocí nástroje pro přesun.

Poté sestavte všechny součásti podle svého pohodlí. Pro spojování součástí použijte route airwire, ujistěte se, že použijete spodní vrstvu, mřížka bude v mm a šířka airwire trasy 0,4064

Po spojení všech součástí Pomocí zrcadlového nástroje vygenerujte obrázek hodnot a jmen.

Pro použití zrcadlení nejprve vyberte nástroj zrcadlení a poté hodnoty, názvy. Dále uložte desku s libovolným názvem, zkontrolujte DRC a zkontrolujte chyby. Pokud nedojde k chybě, můžeme pokračovat.

Chcete -li zobrazit náhled desky, přejděte do výroby.

Nyní jsme s deskovou částí hotovi.

Dalším krokem je tisk ckt na lesklý papír. Po kliknutí na tisk se zobrazí stránka, jak je uvedeno níže.

Vyberte možnost černá, pokud používáte více vrstev, musíte také vybrat zrcadlo

Vyberte faktor měřítka 1,042. Poté jej uložte do formátu pdf nebo vytiskněte

Po vytištění ckt: 1. Odstraňte oxidační vrstvu brusným papírem (400) lehkou rukou.

2. Vyčistěte jej isopropanolem nebo propan-2-olem, nebo pokud chcete, můžete použít také ředidlo.

3. Umístěte vytištěné ckt na list FR4 pomocí papírové pásky.

4. Zahřejte ho pomocí nahřívací žehličky (5-10 minut), aby se ckt vytisklo na list FR4. Desku namočte na 2–3 minuty do vody. Poté odstraňte pásku a papír.

5. Umístěte jej na 10 minut do roztoku chloridu železitého, abyste odstranili přístupovou měď, poté jej omyjte vodou.

6. Odstraňte vrstvu brusným papírem (400) nebo acetonem.