Přenosný čítač mikročástic PM1 PM2,5 PM10: 20 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

V dnešní době je znečištění ovzduší všudypřítomné a zejména v našich městech. Velká města jsou kořistí po celý rok a úrovně znečištění někdy dosahují (a často jsou jisté) úrovně velmi nebezpečné pro lidské zdraví. Děti jsou extrémně citlivé na kvalitu vzduchu, který dýchají. Tento znečištěný vzduch k nim kromě jiných problémů s alergiemi vede. Ovzduší je znečištěno mimo náš domov, ale také na úrovních toho nejdůležitějšího, uvnitř našich domovů a aut. Úroveň kvality ovzduší je k dispozici na následujícím místě. Tento čínský web shromažďuje všechna měření kvality vzduchu ze senzorů celého režimu. Úroveň kvality ovzduší je formátována podle indexu AQI, který se může v jednotlivých zemích mírně lišit. Tento dokument vysvětluje, jak vypočítat tento index. Tento další dokument je příručkou pro porozumění.

Abych poznal kvalitu vzduchu, který dýcháme, ať už jdeme kamkoli a v reálném čase, pustil jsem se do vytvoření přenosného atmosférického čítače částic (kterému budeme později říkat CPA)., schopný vejít se do kapsy. Byl vytvořen pro:

• Držte v kapse.
• Mají velkou autonomii provozu.
• Buďte snadno pochopitelní
• Měření lze uložit na PC.
• Chcete -li být dobíjecí.
• Abyste k němu měli přístup pomocí telefonu, aniž byste museli používat místní sítě Wifi komunikace.
• Umět ovládat zařízení na čištění vzduchu, pokud znečištění překročí určitou prahovou hodnotu.

Charakteristika

• Rozměry: 65 x 57 x 23 mm
• Měřené částice: PM1, PM2,5 a PM10
• Autonomie: od 3 hodin do několika týdnů v závislosti na zvoleném provozním režimu.
• Lithium -iontová baterie 3v7 - 680 mAh
• Rozhraní micro USB pro nabíjení a přenos dat.
• Paměť 2038 měření (680 na typ PMxx)
• Perioda vzorkování: kontinuální, 5min, 15min, 30min, 1h
• Výstup příkazu 3v3 podle úrovně znečištění.
• Vícebarevné LED rozhraní pro snadné pochopení
• Ovládací rozhraní na PC, tabletu, telefonu (Android, iOS) přes Wifi.

Krok 1: Prototypy krabice

Začal jsem přemýšlením o tvaru, který bych mohl krabici dát, inspirovaný moderním designem předmětů.

Zde je několik nakreslených políček.

Nakonec jsem vybral nejjednodušší pouzdro a nejmenší: viz hlavní fotografii na tomto pokynu.

Krok 2: Prototypy karet

Mám ve všech 3 prototypových kartách. Ale jsou zde vidět pouze 2.

Prototypy umožnily vyvinout napájecí zdroje 5V a 3v3. Bylo obtížné je vyvinout, protože jsem musel najít komponenty, abych získal potřebný výkon pro spuštění WiFi mikrokontroléru (ESP8266 - 12). Elektronická nabíjecí část lithium-iontové baterie fungovala rychleji. Poté jsem několikrát změnil umístění různých spínačů a konektorů, aby byla zajištěna dobrá ergonomie zařízení.

Krok 3: Krabice

LED diody jsou průhledné skrz pouzdro. Vstupy vzduchu jsou na levé straně skříně. Na pravé straně najdeme:

• Tlačítko pro výběr režimu zobrazení.
• Vypínač.
• Přepínač výběru pro přenos měření do PC. Umožňuje přepínání mezi sériovým propojením mezi ESP8266 a snímačem částic nebo mezi ESP8266 a portem micro USB. Pozor, pokud tento není dobře umístěn, komunikace mezi elektronickou kartou a senzorem již nebude zajištěna a CAP nebude moci správně začít.
• Zásuvka micro USB pro dobíjení baterie nebo opatření pro přenos sériového protokolu.

Krok 4: Senzor

Testoval jsem dva různé senzory. Laserový senzor SDS011 V1.2 PM2.5 od společnosti Nova Fitness Co. Ltd. (doc) s klíčem USB sériového rozhraní.

Druhý senzor (kovové pouzdro) je PMS7003M od společnosti PLANTOWER (doc).

To je ten, který používám v mém případě. Je schopen měřit koncentraci jemných částic menší než 1μm (PM1); méně než 2,5 μm (PM2,5) a méně než 10 μm (PM10). Princip činnosti senzoru PSM7003M je následující: prach ze vzduchu osvětluje laser. Optický senzor zachycuje laserové světlo a generuje elektrický signál úměrný rychlosti a velikosti prachu ve vzduchu.

Jeho vlastnosti jsou uvedeny v tabulce charakteristik.

Krok 5: Montáž

Na boku senzoru je jen místo baterie.

Krok 6: Provoz

Srdcem systému je ESP8266 (typ ESP-12F). Tento mikrokontrolér je vybaven vysílačem Wifi. ESP8266 je k dispozici v několika variantách. ESP8266 komunikuje se senzorem PMS7003 prostřednictvím sériové linky. Obnovuje hodnoty koncentrace částic a počet částic. Poté vypočítá index kvality AQI, Pokud je režim ovládání výstupu v „Automatickém“režimu a úroveň znečištění v PM2,5 je vyšší než 50 (index kvality vzduchu AQI PM2,5> 50), výstup je nastaven na vysokou hodnotu (3v3). Jinak je nastaven na nízkou hodnotu (0v). ESP8266 je nakonfigurován v přístupovém bodu -> AP (přístupový bod). To znamená, že je rozpoznán jako Wifi terminál, ke kterému se může telefon připojit. Aby k němu mohl telefon přistupovat, musí vybrat tento Wifi terminál a zadat kód APPSK (trochu jako WEP kód ADSL boxu). Poté telefon zadá IP adresu, na kterou se má dostat. Tady to bude 192.168.4.1. Poté se na telefonu zobrazí webová stránka, ze které se ovládá pole a vizualizují se hodnoty znečištění. Kód APPSK nakonfigurovaný v programu je "AQI_index". Kód APPSK může programátor upravit, protože je obsažen v programu načteném v ESP8266. Adresa pro načtení integrované webové stránky je: „192.168.4.1“.

ESP8266 měří napětí baterie. Pokud je pod limitním napětím (3v2 = 0%), zařízení se uvede do pohotovostního režimu. Baterie je 100%, když je napětí 4v2.

ESP může uložit až 2038 vzorků hodnoty koncentrace částic PM1, PM2,5 a PM10. Asi 680 vzorků na velikost částic. Tato měření lze stáhnout připojením kabelu vybaveného převodníkem USB / Serial a spuštěním přenosu prostřednictvím integrované aplikace. Hodnoty přenesených vzorků se normalizují následujícím způsobem, aby se ušetřilo místo v paměti:

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

Chcete -li najít správnou hodnotu koncentrace, vynásobte hodnotu 5 nebo 6 podle případu.

Krok 7: Webové rozhraní 1/4

Podívejte se na video z webového rozhraní

Je to rozhraní dostupné po připojení mezi CPA a telefonem. Umožňuje zobrazit hodnoty koncentrace mikročástic pro PM1, PM2,5 a PM10 v μg / m3. Index kvality ovzduší je AQI, reprezentovaný číslem a doslovným výrazem, podle definiční tabulky indexu AQI. Nechybí ani ukazatel baterie.

Část je věnována automatickému řízení výstupu řízení CPA pod názvem Konfigurace ventilátoru. Za „:“v názvu sekce se zobrazí aktuální režim (Automatický, Start, Stop). Na základně by tento výstup ovládal zařízení na čištění vzduchu (ventilátor = ventilátor). Je tedy možné vynutit zapnutí nebo vypnutí, nebo jej nechat v automatickém režimu s vypnutím, když vzduch překročí index AQI 50.

Část je věnována měření „Konfigurace měření“. Poté, co se zobrazí „:“, aktuální režim (pokračování, periodické 5min, 15min, 30min, 1h, zastavení). Je tedy možné provádět měření nepřetržitě (ve skutečnosti se doba vzorkování blíží 2 sekundám), nebo každých 5, 15, 30 minut, 1 hodinu nebo vzorkování zastavit.

Sekce „Režim zobrazení“umožňuje zvolit, jak se budou informace (všechny dostupné ve webovém rozhraní) zobrazovat na krabici prostřednictvím vícebarevných LED diod. Za ":" je indikován aktuální režim (Compiled, PM1.0, PM2.5, PM10). Každé stisknutí „Režim zobrazení“přepne z jednoho režimu zobrazení do druhého v následujícím pořadí:

• Sestaven
• PM1.0
• PM2,5
• PM10

Krok 8: Webové rozhraní 2/4

Význam barvy LED v režimu „Compiled“je následující: Úroveň baterie:

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

Úroveň paměti:

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

Řídicí výstup:

• Vysoký výkon: zelený
• Nízký výkon: červená
• Režim automatického ovládání: modrý

Krok 9: Webové rozhraní 3/4

Výstup PM1.0, PM2.5 a PM10: Barva LED je taková, jaká odpovídá tabulce barev indexu AQI. Význam barvy 10 LED v režimu „PM1.0, PM2.5, PM10“je následující:

• Barva LED diod představuje úroveň znečištění ovzduší, jak je uvedeno v tabulce indexu AQI. Pokud jsou například diody LED červené, znamená to, že úroveň znečištění je zdraví škodlivá.
• Počet rozsvícených LED diod představuje hodnotu indexu AQI pro danou barvu, jak je uvedeno v tabulce indexu AQI. Pokud je například na 10 pouze jedna zelená LED, je index 1/10 maximálního zeleného indexu, tj. 50/10 = 5. Pokud 5 zelených LED na 10, je hodnota 50 / 10x5 = 25. Pokud 5 svítí fialové LED diody, hodnota je (300-201) /10x5+201=250.5.
• Při každém stisknutí tlačítka jedna ze 4 LED diod vpravo bliká oranžově. Udává, který je zvolený režim zobrazení:

Krok 10: Webové rozhraní 4/4

Sekce „Data Remaining“ukazuje zbývající paměťový prostor pro uložení měření. Za ":" je uvedeno zbývající %. Stisknutím tlačítka „vymazat paměť“se paměť vymaže. Stisknutím tlačítka „Stáhnout“zahájíte přenos vzorků do počítače. Na konci webového rozhraní se zobrazí tabulka indexu AQI.

Krok 11: Začínáme

1. Přepněte přepínač Zapnuto / Vypnuto do polohy Zapnuto.
2. Zdá se, že duha LED diod zajišťuje, že všechny LED diody fungují…. a pak je to hezké.
3. Tyrkysové LED diody se rozsvítí jedna za druhou. To umožňuje inicializaci času senzoru částic.
4. Zobrazí se jeden z režimů LED displeje.
5. Na telefonu nebo počítači vyberte síť Wifi začínající na „AQI_I3D-“
6. Zadejte kód „AQI_index“
7. Otevřete například Google a do adresního řádku zadejte: 192.168.4.1
8. Zobrazí se webová stránka

Video

Krok 12: Přenos dat do počítače

K přenosu dat z krabice do počítače musíte:

1. Připojte kabel USB / sériový kabel (úroveň napětí 5 V) k počítači USB.
2. Otevřete na počítači sériový terminál a nakonfigurujte jej takto: 9600 BAUDS, 1 stop bit, parita NONE, 1 start bit.
3. Přepněte mikrospínač „povolit nahrávání dat“
4. Na rozhraní stiskněte „Stáhnout“
5. Na sériovém terminálu počkejte na konec přenosu a zkopírujte data.
6. Přepněte mikrospínač „povolit nahrávání dat“do původní polohy

Pokud CAP nefunguje, je možné, že přepínač není vrácen na místo.

Krok 13: Pohotovostní režim mezi fází vzorkování

V režimech vzorkování 5min, 15min, 30min a 1h CAP automaticky přejde do režimu spánku po odebrání měřeného vzorku a neprobudí se o 5, 15, 30 nebo 60 minut později. Autonomie SZP se tak extrémně zvyšuje.

Krok 14: Obnovte tovární režim

V případě, že má CAP nějaké provozní problémy, je možné resetovat všechny provozní parametry a spolehlivě restartovat CAP. Pro to:

1. Vypněte CAP Zůstaňte na tlačítku Zapněte CAP.
2. Objeví se duha LED
3. Tyrkysový LED pás se objeví za méně než sekundu
4. Vypněte SZP
5. SZP je nyní resetována.

Krok 15: Program pod Arduinem

Je k dispozici zde

K programování karty je nutné:

1. Otevřete Arduino na PC
2. Nakonfigurujte Arduino pro desku ESP8266
3. Připojte microUSB / sériový kabel UBS (3v3) mezi kartu a počítač
4. Přepněte tlačítko SW3 na „prgm“
5. Zůstaňte na tlačítku „SW1“
6. Zapněte zařízení -> Zařízení přejde do režimu programování
7. Vydání „SW1“
8. Pod Arduino začněte programovat
9. Po ukončení programování přepněte „SW3“na „SW3“
10. Vypněte a restartujte zařízení

Krok 16: Elektrická schémata

Krok 17: PCB

Krok 18: Názvosloví

Tady to je

Krok 19: Udělejte to sami

Chcete to udělat, nebojte se, navrhuji několik možných sad v závislosti na rozpočtu, který chcete dát

Navštivte můj web (k dispozici je francouzská verze)

Krok 20: A další…

Dalším krokem je přiřadit zařízení k ionizátoru. Aby byl vzduch znečištěn, zařízení spustí ionizátor. Ionizátor umožňuje nějakým způsobem upustit jemné částice na zem. Generuje záporné elektrony, které se spojují s okolním plynem a prachem, a mění jejich kladný elektrický náboj na záporný. Protože země a většina předmětů mají kladný náboj, jsou záporně nabité částice ionizátoru přitahovány a ulpívají na nich. Vzduch se tak vyčistí. Ionizace vzduchu je také spoustou dalších zdravotních výhod. Dnes ionizátor funguje. Tato prezentace bude předmětem nadcházejícího blogu.