Портативный счетчик микрочастиц PM1 PM2,5 PM10: 20 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

В настоящее время загрязнение воздуха повсеместно, особенно в наших городах. Крупные города являются жертвами круглый год, причем уровни загрязнения иногда достигают (а часто и до определенного предела) уровня, очень опасного для здоровья человека. Дети чрезвычайно чувствительны к качеству воздуха, которым они дышат. Загрязненный воздух приводит к ним, помимо других проблем, связанных с аллергией. Воздух загрязнен за пределами нашего дома, но также в самые важные моменты времени в наших домах и автомобилях. Уровень качества воздуха доступен на следующем сайте. На этом китайском сайте собраны все измерения качества воздуха от датчиков всего режима. Уровень качества воздуха отформатирован в соответствии с индексом AQI, который может незначительно отличаться от страны к стране. В этом документе объясняется, как рассчитать этот индекс. Этот другой документ представляет собой руководство для понимания.

Чтобы знать качество воздуха, которым мы дышим, где бы мы ни находились и в режиме реального времени, я приступил к созданию портативного счетчика атмосферных частиц (который мы позже назовем CPA)., может поместиться в кармане. Он был создан для:

• Держи в кармане.
• Имеют отличную автономность работы.
• Легко понять
• Можно сохранить измерения на ПК.
• Быть перезаряжаемым.
• Чтобы иметь возможность получить к нему доступ со своего телефона без наличия в локальных сетях Wi-Fi связи.
• Уметь управлять устройством очистки воздуха, если уровень загрязнения превышает определенный порог.

Характеристики

• Размер: 65x57x23 мм
• Измеряемые частицы: PM1, PM2,5 и PM10
• Автономность: от 3 часов до нескольких недель в зависимости от выбранного режима работы.
• Литий-ионный аккумулятор 3в7 - 680 мАч
• Интерфейс Micro USB для зарядки и передачи данных.
• Память на 2038 измерений (680 на тип PMxx)
• Период выборки: непрерывно, 5мин, 15мин, 30мин, 1ч
• Вывод команды 3v3 в зависимости от уровня загрязнения.
• Разноцветный светодиодный интерфейс для простоты понимания
• Интерфейс управления на ПК, планшете, телефоне (Android, iOS) через Wi-Fi.

Шаг 1: прототипы коробки

Я начал с размышлений о форме, которую я мог бы придать коробке, вдохновившись современным дизайном предметов.

Вот несколько нарисованных ящиков.

В конце концов, я выбрал самый простой в изготовлении корпус и самый маленький: см. Главное фото в этой инструкции.

Шаг 2: прототипы карт

Всего у меня есть 3 прототипа карт. Но здесь видно только 2.

Прототипы позволили разработать блоки питания 5V и 3v3. Их было сложно разработать, потому что мне нужно было найти компоненты для получения питания, необходимого для запуска микроконтроллера WiFi (ESP8266 - 12). Электронная зарядная часть литий-ионного аккумулятора работала быстрее, после чего я несколько раз менял расположение различных переключателей и разъемов для хорошей эргономики устройства.

Шаг 3: Коробка

Светодиоды видны сквозь прозрачность корпуса. Воздухозаборники находятся на левой стороне корпуса. С правой стороны находим:

• Кнопка выбора режима отображения.
• Переключатель включения / выключения.
• Переключатель выбора для передачи измерений на ПК. Он позволяет переключаться между последовательным каналом между ESP8266 и датчиком частиц или между ESP8266 и портом micro USB. Внимание, если он расположен неправильно, связь между электронной картой и датчиком больше не будет гарантирована, и CAP не сможет правильно запуститься.
• Разъем micro USB для подзарядки аккумулятора или передачи данных по последовательному протоколу.

Шаг 4: датчик

Я тестировал два разных датчика. Лазерный датчик SDS011 V1.2 PM2.5 от Nova Fitness Co. Ltd. (doc) с ключом последовательного интерфейса USB.

Другой датчик (металлический корпус) - PMS7003M от PLANTOWER (док).

Это тот, который я использую в своем случае. Он способен измерять концентрацию мелких частиц размером менее 1 мкм (PM1); менее 2,5 мкм (PM2,5) и менее 10 мкм (PM10). Принцип действия датчика PSM7003M заключается в следующем: лазер освещает пыль в воздухе. Оптический датчик улавливает лазерный свет и генерирует электрический сигнал, пропорциональный количеству и размеру пыли в воздухе.

Его характеристики показаны в таблице характеристик.

Шаг 5: Монтаж

Сбоку от сенсора как раз место батарейки.

Шаг 6: Эксплуатация

Сердце системы - ESP8266 (тип ESP-12F). Этот микроконтроллер оснащен передатчиком Wi-Fi. ESP8266 доступен в нескольких вариантах. ESP8266 связывается с датчиком PMS7003 через последовательный канал. Он восстанавливает значения концентрации частиц и количество частиц. Затем он рассчитывает индекс качества AQI, если режим управления выходом установлен на «Автоматический» и уровень загрязнения PM2,5 выше 50 (индекс качества воздуха AQI PM2,5> 50), на выходе установлен высокий уровень (3v3). В противном случае устанавливается низкий уровень (0 В). ESP8266 настраивается в Access Point -> AP (точка Wi-Fi). То есть он распознается как Wifi-терминал, к которому телефон может подключиться. Телефон должен выбрать этот Wi-Fi-терминал и ввести код APPSK (немного похожий на код WEP для ADSL-бокса), чтобы получить к нему доступ. Затем телефон вводит IP-адрес для связи. Здесь это будет 192.168.4.1. Затем на телефоне отображается веб-страница, с которой можно управлять полем и визуализировать значения загрязнения. В программе настроен код APPSK «AQI_index». Код APPSK может быть изменен программистом, поскольку он содержится в программе, загруженной в ESP8266. Адрес для загрузки интегрированной веб-страницы: «192.168.4.1».

ESP8266 измеряет напряжение аккумулятора. Если оно ниже предельного напряжения (3v2 = 0%), устройство переходит в режим ожидания. Батарея 100% при напряжении 4в2.

ESP может хранить до 2038 проб значений концентрации частиц PM1, PM2,5 и PM10. Около 680 образцов на размер частиц. Эти измерения можно загрузить, подключив кабель, оснащенный преобразователем USB / Serial, и запустив передачу через встроенное приложение. Значения переданных семплов нормализованы следующим образом для экономии места в памяти:

• PM1: (мкг / см3) / 5
• PM2,5: (мкг / см3) / 5
• PM10: (мкг / см3) / 6

Чтобы найти правильное значение концентрации, умножьте это значение на 5 или 6 в зависимости от случая.

Шаг 7. Веб-интерфейс 1/4

Смотрите видео веб-интерфейса

Это интерфейс, доступный после соединения между CPA и телефоном. Это позволяет визуализировать значения концентрации микрочастиц для PM1, PM2,5 и PM10 в мкг / м3. Индекс качества воздуха - это AQI, представленный числом и буквальным выражением в соответствии с таблицей определения индекса AQI. Также есть датчик заряда батареи.

Раздел посвящен автоматическому управлению выходом управления CPA под названием Fan Configuration. После «:» в заголовке раздела отображается текущий режим (Автоматический, Старт, Стоп). В основном этот выход будет управлять устройством очистки воздуха (вентилятор = вентилятор). Таким образом, можно принудительно включить или выключить или оставить его в автоматическом режиме с отключением, когда воздух превышает индекс AQI, равный 50.

Раздел посвящен измерению «Конфигурация измерения». После «:» указывается текущий режим (продолжение, периодическое 5мин, 15мин, 30мин, 1ч, остановка). Таким образом, можно проводить измерения непрерывно (фактически период выборки близок к 2 секундам) или каждые 5, 15, 30 минут, 1 час или останавливать выборку.

Раздел «Режим отображения» позволяет выбрать способ отображения информации (всех доступных в веб-интерфейсе) на поле с помощью разноцветных светодиодов. После «:» указывается текущий режим (Compiled, PM1.0, PM2.5, PM10). Каждое нажатие кнопки «Display Mode» переключает один режим отображения на другой в следующем порядке:

• Скомпилировано
• PM1.0
• PM2,5
• PM10

Шаг 8: Веб-интерфейс 2/4

Значение цвета светодиода в режиме «Скомпилировано» следующее: Уровень заряда батареи:

• > 30% = зеленый
• > 10% и <30%: оранжевый
• <10% = красный

Уровень памяти:

• > 30% = зеленый
• > 10% и <30%: оранжевый
• <10% = красный

Управляющий выход:

• Высокая мощность: зеленый
• Низкая мощность: красный
• Режим автоматического управления: синий

Шаг 9: Веб-интерфейс 3/4

Выходные PM1.0, PM2.5 и PM10: цвет светодиода соответствует цветовой таблице индекса AQI. Значение цвета 10 светодиодов в режиме «PM1.0, PM2.5, PM10» следующее:

• Цвет светодиодов отображает уровень загрязнения воздуха, как указано в таблице индекса AQI. Например, если светодиоды горят красным, это означает, что уровень загрязнения вреден для здоровья.
• Количество горящих светодиодов представляет значение индекса AQI для рассматриваемого цвета, как указано в таблице индекса AQI. Например, если на 10 горит только один зеленый светодиод, индекс составляет 1/10 от максимального зеленого индекса, то есть 50/10 = 5. Если 5 зеленых светодиодов включены 10, значение будет 50 / 10x5 = 25. Если 5 горят пурпурные светодиоды, значение (300-201) /10x5+201=250,5.
• При каждом нажатии кнопки один из 4 светодиодов справа мигает оранжевым. Он указывает, какой режим отображения выбран:

Шаг 10: веб-интерфейс 4/4

В разделе «Оставшиеся данные» указывается оставшийся объем памяти для сохранения измерений. После ":" указывается оставшийся%. Нажатие кнопки «очистить память» стирает память. Нажатие кнопки «загрузить» запускает передачу образцов на ПК. В конце веб-интерфейса отображается таблица индекса AQI.

Шаг 11: начало работы

1. Установите переключатель Вкл. / Выкл. В положение Вкл.
2. Появляется радуга светодиодов, чтобы убедиться, что все светодиоды работают…. и тогда это красиво.
3. Бирюзовые светодиоды загораются один за другим. Это дает время для инициализации датчика частиц.
4. Появится один из режимов светодиодной индикации.
5. На телефоне или ПК выберите сеть Wi-Fi, начинающуюся с "AQI_I3D-"
6. Введите код "AQI_index"
7. Откройте, например, Google и введите в адресной строке: 192.168.4.1
8. Отображается веб-страница

Видео

Шаг 12: Передача данных на ПК

Для передачи данных с бокса на ПК необходимо:

1. Подключите кабель micro USB / последовательную связь (уровень напряжения 5 В) к USB-компьютеру.
2. Откройте последовательный терминал на ПК и настройте его следующим образом: 9600 BAUDS, 1 стоповый бит, четность NONE, 1 стартовый бит.
3. Переключите микровыключатель «разрешить загрузку данных»
4. В интерфейсе нажмите «Скачать».
5. На последовательном терминале дождитесь окончания передачи и скопируйте данные.
6. Переведите микровыключатель «разрешить загрузку данных» в исходное положение.

Если кажется, что CAP не работает, возможно, переключатель не установлен на место.

Шаг 13: Ожидание между фазами отбора проб

В режимах выборки 5 минут, 15 минут, 30 минут и 1 час CAP автоматически переходит в спящий режим после взятия образца измерения и не выходит из спящего режима до 5, 15, 30 или 60 минут спустя. Таким образом, автономность CAP значительно увеличивается.

Шаг 14: сброс в заводской режим

В случае, если CAP имеет какие-либо проблемы в работе, можно сбросить все рабочие параметры и надежно перезапустить CAP. Для этого:

1. Выключите колпачок. Оставайтесь на кнопке. Зажгите колпачок.
2. Появляется радуга светодиода
3. Бирюзовая светодиодная лента появляется менее чем за секунду
4. Выключите КРЫШКУ
5. Теперь CAP сброшен.

Шаг 15: Программа под Arduino

Доступно здесь

Для программирования карты необходимо:

1. Откройте Arduino на ПК
2. Настройте Arduino для платы ESP8266
3. Подключите UBS Micro USB / последовательный кабель (3v3) между картой и ПК.
4. Переведите кнопку SW3 в положение "prgm"
5. Оставайтесь на кнопке "SW1"
6. Включите устройство -> Устройство переходит в режим программирования.
7. Освобождение "SW1"
8. Под Arduino начните программировать
9. По окончании программирования переключите «SW3» на «SW3».
10. Выключите и перезапустите устройство

Шаг 16: электрические схемы

Шаг 17: печатная плата

Шаг 18: Номенклатура

Вот

Шаг 19: сделай сам

Вы хотите это сделать, не беспокойтесь, я предлагаю несколько возможных комплектов в зависимости от бюджета, который вы хотите поставить.

Посетите мой сайт (доступна французская версия)

Шаг 20: И многое другое…

Следующим шагом будет привязка устройства к ионизатору. Чтобы воздух был загрязнен, устройство запускает ионизатор, Ионизатор позволяет каким-то образом сбрасывать мелкие частицы на землю. Он генерирует отрицательные электроны, которые связываются с окружающим газом и пылью, превращая их положительный электрический заряд в отрицательный. Поскольку земля и большинство объектов имеют положительный заряд, отрицательно заряженные частицы ионизатором притягиваются и прилипают к ним. Таким образом воздух очищается. Ионизация воздуха также приносит много пользы для здоровья. Сегодня ионизатор работает. Эта презентация будет предметом следующего блога.