Мониторинг качества воздуха с использованием фотонов частиц: 11 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

В этом проекте датчик частиц PPD42NJ используется для измерения качества воздуха (PM 2.5), присутствующего в воздухе, с помощью Particle Photon. Он не только отображает данные на консоли Particle и dweet.io, но также показывает качество воздуха с помощью светодиода RGB, изменяя его цвет.

Шаг 1: Компоненты

Аппаратное обеспечение

• Фотон частиц ==> $ 19
• Датчик пыли Seeed PPD42NJ ==> $ 7,20
• RGB анод / катод LED ==> $ 1
• Резистор 10 кОм ==> 0,04 $
• Резистор 3 x 220 Ом ==> 0,06

Программное обеспечение

• Веб-среда разработки частиц
• dweet.io

Общая стоимость составляет около 28 долларов США.

Шаг 2: О PM

Что такое уровень PM

Твердые частицы (ТЧ) в атмосферном воздухе или в любом другом газе не могут быть выражены в ppmv, объемных процентах или мольных процентах. ТЧ выражается в мг / м3 или мкг / м3 воздуха или другого газа при указанной температуре и давлении.

Примечание: - Один объемный процент = 10 000 ppmv (частей на миллион по объему), миллион определяется как 10 ^ 6.

Следует проявлять осторожность с концентрациями, выраженными в частях на миллиард по объему (ppbv), чтобы различать британский миллиард, равный 10 ^ 12, и миллиард США, равный 10 ^ 9.

Твердые частицы - это сумма всех твердых и жидких частиц, взвешенных в воздухе, многие из которых являются опасными. Эта сложная смесь включает как органические, так и неорганические частицы.

В зависимости от размера твердые частицы часто разделяют на две группы.

1. Крупнозернистые частицы (PM 10-2,5), такие как частицы, обнаруживаемые возле дорог и пыльных промышленных предприятий, имеют диаметр от 2,5 до 10 микрометров (или микрон). Существующий стандарт крупных частиц (известный как PM 10) включает все частицы размером менее 10 микрон.

2. «Мелкие частицы» (или PM 2,5) - это частицы дыма и дымки, имеющие диаметр менее 2,5 микрон. ТЧ 2,5 называется «первичным», если он напрямую выбрасывается в воздух в виде твердых или жидких частиц, и называется «вторичным», если он образуется в результате химических реакций газов в атмосфере.

Что из PM2,5 и PM10 более вредно?

Более мелкие частицы или PM2,5 легче, проникают глубже в легкие и в долгосрочной перспективе наносят больший ущерб. Они также дольше остаются в воздухе и путешествуют дальше. Частицы PM10 (большие) могут оставаться в воздухе в течение минут или часов, в то время как частицы PM2,5 (маленькие) могут оставаться в воздухе в течение нескольких дней или недель.

Примечание. - Данные о PM2,5 или PM10 на онлайн-сайтах представлены как AQI или мкг / м3. Если значение PM2,5 равно 100, то, если оно представлено как AQI, тогда оно попадет в категорию «удовлетворительно», но если оно представлено как мкг / м3, то оно попадет в категорию «неудовлетворительно».

Шаг 3: Датчик пыли PPD42NJ

Основанный на методе светорассеяния, он непрерывно обнаруживает частицы в воздухе. Импульсный выход, соответствующий концентрации на единицу объема частиц, может быть получен с использованием оригинального метода обнаружения, основанного на принципе светорассеяния, аналогичного счетчику частиц.

Лицевая сторона

На передней панели находятся 2 емкости с маркировкой VR1 и VR3, которые уже откалиброваны на заводе. ИК-детектор закрыт металлической банкой. Интересно, что сбоку есть неиспользуемый слот SL2.

Задняя сторона

Схема состоит в основном из пассивных компонентов и операционного усилителя. RH1 - это резистивный нагреватель, который теоретически можно было бы снять для экономии энергии, если бы существовал другой метод циркуляции воздуха.

Пин Описание

Размещение сенсора При выборе места размещения сенсора необходимо учитывать несколько моментов.

• Датчик необходимо размещать в вертикальном положении. Любая другая ориентация не приведет к достижению желаемого воздушного потока.
• Датчик следует хранить в темном месте.
• Необходим мягкий амортизирующий материал для герметизации зазора между датчиком и корпусом.

Закройте зазор фольгой, как показано ниже.

Говоря о выходе датчика Выходной сигнал датчика обычно высокий, но падает пропорционально концентрации ТЧ, следовательно, измеряя то, что они называют низкой интенсивностью импульса (LPO), можно определить концентрацию ТЧ. Это LPO рекомендуется измерять в течение 30 секунд.

Шаг 4: светодиод RGB

Есть два типа светодиодов RGB:

Светодиод с общим анодом

В общем анодном светодиоде RGB три светодиода имеют положительное соединение (анод).

Светодиод с общим катодом

В общем светодиоде RGB с катодом все три светодиода имеют отрицательное соединение (катод).

Выводы светодиодов RGB

Шаг 5: фотон частиц

Photon - популярная плата IOT. На плате установлен микроконтроллер ARM Cortex M3 STM32F205 с частотой 120 МГц, флэш-память 1 МБ, оперативная память 128 Кбайт и 18 контактов ввода-вывода общего назначения со смешанными сигналами (GPIO) с расширенными периферийными устройствами. Модуль имеет встроенный чип Cypress BCM43362 Wi-Fi для подключения к Wi-Fi и однополосный IEEE 802.11b / g / n 2,4 ГГц для Bluetooth. Плата оснащена двумя интерфейсами SPI, одним I2S, одним I2C, одним CAN и одним интерфейсом USB. Следует отметить, что 3V3 - это выходной сигнал с фильтром, используемый для аналоговых датчиков. Этот вывод является выходом встроенного регулятора и внутренне подключен к VDD модуля Wi-Fi. При питании Photon через VIN или порт USB на этом выводе будет выходное напряжение 3,3 В постоянного тока. Этот вывод также можно использовать для непосредственного питания Photon (макс. Входное напряжение 3,3 В постоянного тока). При использовании в качестве выхода максимальная нагрузка на 3V3 составляет 100 мА. Сигналы ШИМ имеют разрешение 8 бит и работают на частоте 500 Гц.

Схема контактов

Пин Описание

Шаг 6: Dweet.io

dweet.io обеспечивает легкий доступ к данным вашего компьютера и датчиков через веб-интерфейс RESTful API, позволяющий быстро создавать приложения или просто обмениваться данными.

1. Зайдите на dweet.io

п

2. Перейдите в раздел dweets и создайте dweet для вещи

3. Вы увидите такую страницу. Введите уникальное название вещи. Это имя будет использоваться в Particle photon.

На этом мы закончили настройку dweet.io.

Шаг 7: веб-среда разработки частиц

Для написания программного кода для любого Photon разработчику необходимо создать учетную запись на веб-сайте Particle и зарегистрировать доску Photon под своей учетной записью. Затем программный код можно записать в Web IDE на веб-сайте Particle и передать зарегистрированному фотону через Интернет. Если выбранная плата Particle, Photon здесь, включена и подключена к облачному сервису Particle, код записывается на выбранную доску по воздуху через Интернет-соединение, и плата начинает работать в соответствии с переданным кодом. Для управления платой через Интернет разработана веб-страница, которая использует Ajax и JQuery для отправки данных на доску с использованием метода HTTP POST. Веб-страница идентифицирует плату по идентификатору устройства и подключается к облачной службе Particle через токен доступа.

Как подключить фотон к Интернету 1. Включите ваше устройство

• Подключите USB-кабель к источнику питания.
• Как только оно будет подключено, светодиодный индикатор RGB на вашем устройстве должен начать мигать синим. Если ваше устройство не мигает синим, нажмите и удерживайте кнопку SETUP. Если ваше устройство вообще не мигает или светодиод горит тускло. оранжевый цвет, возможно, ему не хватает мощности. Попробуйте сменить источник питания или USB-кабель.

2. Подключите свой Photon к Интернету.

Есть два способа использования веб-приложения или мобильного приложения. Использование веб-приложения

• Шаг 1 Зайдите на Particle.io
• Шаг 2 Щелкните по настройке Photon
• Шаг 3 После нажатия на ДАЛЕЕ, вам должен быть представлен файл (photonsetup.html)
• Шаг 4 Откройте файл.
• Шаг 5 После открытия файла подключите ваш компьютер к Photon, подключившись к сети с именем PHOTON.
• Шаг 6 Настройте свои учетные данные Wi-Fi.

Примечание. Если вы неправильно введете свои учетные данные, Photon будет мигать темно-синим или зеленым цветом. Вам нужно повторить процесс снова (обновив страницу или щелкнув часть процесса повтора)

Шаг 7 Переименуйте ваше устройство. Вы также увидите подтверждение, было ли устройство заявлено или нет

б. С помощью смартфона

Откройте приложение на своем телефоне. Войдите или зарегистрируйте учетную запись в Particle, если у вас ее нет

После входа в систему нажмите значок плюса и выберите устройство, которое хотите добавить. Затем следуйте инструкциям на экране, чтобы подключить устройство к Wi-Fi. Если ваш Photon подключается впервые, он будет мигать фиолетовым в течение нескольких минут во время загрузки обновлений. Для завершения обновления может потребоваться 6-12 минут, в зависимости от вашего интернет-соединения, при этом Photon перезагружается несколько раз в процессе. Не перезагружайте и не отключайте Photon в это время

После того, как вы подключили свое устройство, оно узнало эту сеть. Ваше устройство может хранить до пяти сетей. Чтобы добавить новую сеть после первоначальной настройки, вы должны снова перевести устройство в режим прослушивания и действовать, как указано выше. Если вам кажется, что на вашем устройстве слишком много сетей, вы можете стереть память устройства обо всех обнаруженных сетях Wi-Fi. Вы можете сделать это, продолжая удерживать кнопку настройки в течение 10 секунд, пока светодиод RGB не начнет быстро мигать синим, показывая, что все профили были удалены.

Режимы

• Циан, ваш Фотон подключен к Интернету.
• Пурпурный, в настоящее время загружается приложение или обновляется прошивка. Это состояние запускается обновлением прошивки или миганием кода из Web IDE или Desktop IDE. Вы можете увидеть этот режим, когда впервые подключаете свой Photon к облаку.
• Зеленый, он пытается подключиться к Интернету.
• Белый - модуль Wi-Fi выключен.

Web IDEParticle Build - это интегрированная среда разработки или IDE, которая означает, что вы можете разрабатывать программное обеспечение в удобном в использовании приложении, которое запускается в вашем веб-браузере.

• Чтобы открыть сборку, войдите в свою учетную запись частиц и затем щелкните Web IDE, как показано на рисунке.

  

• После того, как вы нажмете, вы увидите такую консоль.

  

• Чтобы создать новое приложение для создания, нажмите «Создать новое приложение».

  

• Проверить программу. Нажмите "Подтвердить".

  

• Чтобы загрузить код, нажмите на flash, но перед этим выберите устройство. Если у вас более одного устройства, вы должны убедиться, что вы выбрали, какое из ваших устройств для прошивки кода. Щелкните значок «Устройства» в нижнем левом углу панели навигации, затем, когда вы наведете курсор на имя устройства, слева появится звездочка. Щелкните по нему, чтобы установить устройство, которое вы хотели обновить (оно не будет отображаться, если у вас только одно устройство). После того, как вы выбрали устройство, связанная с ним звездочка станет желтой. (Если у вас только одно устройство, нет необходимости выбирать его, вы можете продолжить.

Шаг 8: Подключения

Фотон частиц ==> Датчик PPD42NJ (расположен в вертикальном направлении)

GND ==> Контакт1 (GND)

D6 ==> Pin2 (выход)

Vin ==> Pin3 (5 В)

GND ==> резистор 10k ==> Pin5 (вход)

Фотон частиц ==> RGB светодиод

D1 ==> R

D2 ==> G

D3 ==> B

GND ==> Общий катод (-)

Шаг 9: программа

Шаг 10: Результат

Шаг 11: Как сделать печатную плату в Eagle

Что такое печатная плата

PCB - это печатная плата, которая электрически соединяет набор электронных компонентов с помощью медных дорожек на непроводящей плате. В печатной плате все компоненты соединены без проводов, все компоненты соединены внутри, что снизит сложность общей схемы.

Типы печатных плат

1. односторонняя печатная плата

2. двусторонняя печатная плата

3. Многослойная печатная плата

Здесь я говорю только об односторонней печатной плате.

Односторонняя печатная плата

Однослойная печатная плата также известна как односторонняя печатная плата. Этот тип печатных плат является простым и наиболее часто используемым, поскольку эти печатные платы просты в проектировании и производстве. Одна сторона этой печатной платы покрыта слоем любого проводящего материала. Медь используется в качестве проводящего материала, потому что она имеет очень хорошие проводящие характеристики. Для защиты печатной платы от окисления используется слой паяльной маски, за которым следует шелкография для маркировки всех компонентов на печатной плате. В этом типе печатной платы только одна сторона печатной платы используется для подключения различных типов компонентов.

Различные части печатной платы 1. Слои

Верхний и нижний слой: в верхнем слое печатной платы используются все SMD-компоненты. Обычно этот слой красного цвета. В нижнем слое печатной платы все компоненты припаяны через отверстие, а вывод компонентов известен как нижний слой печатной платы. В этом DIP компоненты используются и слой синий.

Медные дорожки Обычно это токопроводящий путь между компонентами в цепях для электрического контакта, или дорожка - это токопроводящий путь, который используется для соединения двух точек на печатной плате. Например, соединение 2 контактных площадок или соединение контактной площадки и переходного отверстия или между переходными отверстиями. Дорожки могут иметь разную ширину в зависимости от протекающих по ним токов.

Мы используем медь, потому что она обладает высокой проводимостью. Это означает, что он может легко передавать сигналы, не теряя при этом электричество. В наиболее распространенной конфигурации унцию меди можно превратить в 35 микрометров толщиной около 1,4 тысячных дюйма, которые могут покрыть весь квадратный фут подложки печатной платы.

Контактная площадка - это небольшая поверхность из меди на печатной плате, которая позволяет припаять компонент к плате или, мы можем сказать, точки на печатной плате, где припаяны клеммы компонентов.

Есть 2 типа подушечек; сквозное отверстие и SMD (поверхностный монтаж).

• Контактные площадки предназначены для ввода контактов компонентов, поэтому их можно припаять с той стороны, с которой компонент был вставлен.
• Контактные площадки SMD предназначены для устройств поверхностного монтажа или, другими словами, для пайки компонента на той же поверхности, где он был размещен.

Формы колодок

1. Круговой
2. Овал
3. Квадрат

Паяльная маска Для установки электрических компонентов на печатные платы требуется процесс сборки. Этот процесс можно выполнить вручную или с помощью специального оборудования. Процесс сборки требует использования припоя для размещения компонентов на плате. Чтобы избежать или предотвратить случайное замыкание припоем двух дорожек из разных цепей, производители печатных плат наносят лак, называемый паяльной маской, на обе поверхности платы. Самый распространенный цвет паяльной маски, используемой в печатных платах, - зеленый. Этот изолирующий слой используется для предотвращения случайного контакта контактных площадок с другим проводящим материалом на печатной плате.

Шелкография Шелкография (наложение) - это процесс, при котором производитель печатает информацию на паяльной маске, способствующую упрощению процессов сборки, проверки и отладки. Обычно шелкография печатается для обозначения контрольных точек, а также положения, ориентации и справки электронных компонентов, которые являются частью схемы. Шелкография может быть нанесена на обе поверхности доски.

ViaA via - это металлическое отверстие, которое позволяет току проходить через плату. Он используется в многослойной печатной плате для подключения к большему количеству слоев.

Типы переходных отверстий

Сквозные переходные отверстия или переходные отверстия полного стека

Когда межсоединение должно быть выполнено из компонента, который расположен на верхнем слое печатной платы, с другим, расположенным в нижнем слое. Для проведения тока от верхнего слоя к нижнему слою для каждой дорожки используется переходное отверстие.

Зеленый ==> Верхняя и нижняя паяльные маски

Красный ==> Верхний слой (проводящий)

Фиолетовый ==> Второй слой. В этом случае этот слой используется как плоскость мощности (например, Vcc или Gnd).

Желтый ==> Третий слой. В этом случае этот слой используется как плоскость мощности (например, Vcc или Gnd).

Синий ==> Нижний слой (проводящий)

2. Используются глухие переходные глухие переходные отверстия, что позволяет выполнять соединение внешнего слоя с внутренним слоем с минимальной высотой переходного отверстия. Слепое переходное отверстие начинается на внешнем слое и заканчивается на внутреннем слое, поэтому оно имеет префикс «слепой». В многослойных системах с большим количеством интегральных схем используются плоскости питания (Vcc или GND), чтобы избежать чрезмерной прокладки шин питания.

Чтобы узнать, закрыто ли какое-либо переходное отверстие, вы можете приложить печатную плату к источнику света и посмотреть, видите ли вы свет, исходящий от источника через переходное отверстие. Если вы видите свет, то переходное отверстие является сквозным, в противном случае переходное отверстие является глухим.

Такие переходные отверстия очень полезно использовать в конструкции печатных плат, когда у вас не слишком много места для размещения компонентов и разводки. Вы можете разместить компоненты с обеих сторон и максимально увеличить пространство. Если бы переходные отверстия были сквозными, а не глухими, переходные отверстия с обеих сторон использовали бы дополнительное пространство.

3. Скрытые переходные отверстия Эти переходные отверстия похожи на глухие, с той разницей, что они начинаются и заканчиваются на внутреннем слое.

ERC После создания схемы и аннотации схемы необходимо проверить, есть ли в схеме какие-либо электрические ошибки, такие как, если цепи не подключены должным образом, вход не подключен к входному контакту, Vcc и GND закорочены где-либо в цепи или какой-либо тип электрического контакта неправильно выбран и т. д. Все это типы электрических ошибок. Если мы допустили такую ошибку в схеме, и если мы не выполняем никаких ERC, то после завершения печатной платы мы не сможем получить желаемый результат от схемы.

Подробная информация о ERC

Проверка правил проектирования DRC Detail

Как сделать печатную плату в Eagle

Сделайте принципиальную схему

1. Чтобы создать схему, перейдите в File ==> new ==> Schematic. Вы увидите такую страницу.

Поскольку нет частей Particle, мы должны добавить библиотеки устройств Particle.

библиотека частиц

Далее после загрузки переместите его в папку C: / Users \….. / Documents / EAGLE / libraries.

В Eagle open Schematics перейдите в Library ==> open library manager.

вы увидите такую страницу, перейдите к опции «Доступно» и перейдите к библиотеке Particledevices.lbr

После открытия нажмите на использование

Теперь мы можем увидеть устройства с частицами.

Следующим шагом является создание схемы, для которой мы используем добавляемую деталь, как показано на рисунке.

Когда вы нажмете на добавление части, вы увидите такую страницу

Компоненты, которые нам нужны, - это фотон частиц, заголовки, резисторы, GND, Vcc. Искать компоненты в добавлении деталей

• Резисторы бывают двух типов: США и ЕС. Здесь я использую европейский
• Для заголовка поиска вы увидите множество заголовков, выбираемых в соответствии с вашими.
• Для наземного поиска gnd
• Для поиска VCC vcc
• Для поиска частиц Photon это

После того, как компоненты выбраны, следующим шагом будет их объединение, для чего вы можете использовать линии, цепи или и то, и другое.

Присоединяйтесь к нему, как показано на изображении ниже.

Следующий шаг - дать имя и ценность.

Для присвоения имен выберите имя, а затем щелкните компонент, которому вы хотите дать имя.

Для задания значений выберите значение, а затем щелкните компонент, которому мы хотим дать имя.

После этого проверьте ERC

После проверки мы закончили со схемой. Следующим шагом будет переключение на платы из схем.

Когда вы переключитесь на платы, вы увидите все компоненты с левой стороны платы, поэтому вам нужно переместить их на плату PCB. Для этого щелкните группу, выберите все компоненты и используйте инструмент перемещения, чтобы переместить ее.

После этого соберите все компоненты так, как вам удобно. Для соединения компонентов используйте route airwire, убедитесь, что вы будете использовать нижний слой, сетка будет в мм, а ширина маршрута airwire 0,4064

После объединения всех компонентов Используйте инструмент «Зеркало» для создания изображения значений и имен.

Для использования зеркала сначала выберите инструмент зеркала, а затем значения, имена. Затем сохраните плату с любым именем, отметьте DRC, чтобы проверить ошибки. Если ошибок нет, мы можем продолжить.

Чтобы увидеть превью платы, перейдите на производство.

Теперь мы закончили с платой.

Следующий шаг - распечатать СКТ на глянцевой бумаге. Для этого нажмите на печать, вы увидите страницу, как показано ниже.

Выберите опцию черного цвета в, если вы используете несколько слоев, вам также необходимо выбрать зеркало

Выберите масштабный коэффициент 1.042. После этого сохраните его в pdf или распечатайте

После печати ckt: 1. Легкой рукой удалите слой окисления наждачной бумагой (400).

2. Очистите его изопропанолом или пропан-2-олом, или, если хотите, можете также использовать разбавитель.

3. Поместите распечатанный документ на лист FR4 с помощью бумажной ленты.

4. Нагрейте его нагревательным утюгом (5-10 минут), чтобы ckt печатал на листе FR4. Погрузите доску в воду на 2-3 минуты. После этого удалите ленту и бумагу.

5. Поместите его в раствор хлорида железа на 10 минут, чтобы удалить доступную медь, затем промойте водой.

6. Удалите слой наждачной бумагой (400) или ацетоном.