Φορητός μετρητής μικροσωματιδίων PM1 PM2.5 PM10: 20 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

Σήμερα, η ατμοσφαιρική ρύπανση είναι πανταχού παρούσα και πιο συγκεκριμένα στις πόλεις μας. Οι μεγάλες πόλεις είναι θύματα όλο το χρόνο με τα επίπεδα ρύπανσης να φτάνουν μερικές φορές (και συχνά για ορισμένα) επίπεδα πολύ επικίνδυνα για την ανθρώπινη υγεία. Τα παιδιά είναι εξαιρετικά ευαίσθητα στην ποιότητα του αέρα που αναπνέουν. Αυτός ο μολυσμένος αέρας οδηγεί σε αυτά, μεταξύ άλλων αλλεργικών προβλημάτων. Ο αέρας είναι μολυσμένος έξω από το σπίτι μας, αλλά και σε επίπεδα των πιο σημαντικών εποχών, μέσα στα σπίτια και τα αυτοκίνητά μας. Το επίπεδο ποιότητας του αέρα είναι διαθέσιμο στην ακόλουθη τοποθεσία. Αυτός ο κινέζικος ιστότοπος συγκεντρώνει όλες τις μετρήσεις ποιότητας αέρα των αισθητήρων ολόκληρης της λειτουργίας. Το επίπεδο ποιότητας του αέρα διαμορφώνεται σύμφωνα με έναν δείκτη AQI, ο οποίος μπορεί να διαφέρει ελαφρώς από τη μια χώρα στην άλλη. Αυτό το έγγραφο εξηγεί τον τρόπο υπολογισμού αυτού του δείκτη. Αυτό το άλλο έγγραφο είναι ένας οδηγός κατανόησης.

Προκειμένου να γνωρίζουμε την ποιότητα του αέρα που αναπνέουμε, όπου κι αν πάμε και σε πραγματικό χρόνο, ξεκίνησα τη δημιουργία ενός φορητού μετρητή ατμοσφαιρικών σωματιδίων (τον οποίο θα ονομάσουμε CPA αργότερα)., ικανό να χωρέσει στην τσέπη. Δημιουργήθηκε για:

• Κρατήστε στην τσέπη.
• Έχετε μεγάλη αυτονομία λειτουργίας.
• Γίνετε εύκολα κατανοητοί
• Μπορεί να αποθηκεύσει τις μετρήσεις στον υπολογιστή.
• Να είναι επαναφορτιζόμενη.
• Για να έχετε πρόσβαση σε αυτό με το τηλέφωνό σας χωρίς την παρουσία των τοπικών δικτύων επικοινωνίας Wifi.
• Να είναι σε θέση να ελέγχει μια συσκευή καθαρισμού αέρα εάν η ρύπανση υπερβεί ένα ορισμένο όριο.

Χαρακτηριστικά

• Διαστάσεις: 65x57x23mm
• Μετρημένα σωματίδια: PM1, PM2.5 και PM10
• Αυτονομία: μεταξύ 3 ωρών και αρκετών εβδομάδων, ανάλογα με τον επιλεγμένο τρόπο λειτουργίας.
• Μπαταρία ιόντων λιθίου 3v7 - 680 mAh
• Διασύνδεση Micro USB για φόρτιση και μεταφορά δεδομένων.
• Μνήμη 2038 μετρήσεων (680 ανά τύπο PMxx)
• Περίοδος δειγματοληψίας: συνεχής, 5 λεπτά, 15 λεπτά, 30 λεπτά, 1 ώρα
• Έξοδος εντολών 3v3 ανάλογα με το επίπεδο ρύπανσης.
• Πολύχρωμη διεπαφή LED για ευκολία κατανόησης
• Διεπαφή ελέγχου σε υπολογιστή, tablet, τηλέφωνο (Android, iOS) μέσω Wifi.

Βήμα 1: Τα πρωτότυπα του κουτιού

Ξεκίνησα σκεπτόμενος το σχήμα που θα μπορούσα να δώσω στο κουτί, εμπνευσμένο από μοντέρνα σχέδια αντικειμένων.

Εδώ είναι μερικά συρμένα κουτιά.

Στο τέλος, επέλεξα την πιο απλή θήκη για να φτιάξω και τη μικρότερη: δείτε την κεντρική φωτογραφία σε αυτό το διδακτικό.

Βήμα 2: Πρωτότυπα καρτών

Έχω και στις 3 πρωτότυπες κάρτες. Αλλά μόνο 2 είναι ορατά εδώ.

Τα πρωτότυπα επέτρεψαν την ανάπτυξη των τροφοδοτικών 5V και 3v3. Αυτά ήταν δύσκολο να αναπτυχθούν επειδή έπρεπε να βρω τα εξαρτήματα για να αποκτήσω την ισχύ που απαιτείται για την εκκίνηση του μικροελεγκτή WiFi (ESP8266 - 12). Το τμήμα ηλεκτρονικής φόρτισης της μπαταρίας ιόντων λιθίου ήταν ταχύτερο στη λειτουργία. Μετά, άλλαξα αρκετές φορές τη θέση των διαφόρων διακοπτών και συνδέσεων για καλή εργονομία της συσκευής.

Βήμα 3: Το κουτί

Οι λυχνίες LED είναι ορατές μέσω της διαφάνειας μέσω του περιβλήματος. Οι εισαγωγές αέρα βρίσκονται στην αριστερή πλευρά της θήκης. Στη δεξιά πλευρά βρίσκουμε:

• Το κουμπί επιλογής της λειτουργίας εμφάνισης.
• Ο διακόπτης on / off.
• Ο διακόπτης επιλογής για τη μεταφορά μετρήσεων στον υπολογιστή. Επιτρέπει την εναλλαγή μεταξύ σειριακής σύνδεσης μεταξύ του ESP8266 και του αισθητήρα σωματιδίων ή μεταξύ του ESP8266 και της θύρας micro USB. Προσοχή, εάν αυτή δεν είναι καλά τοποθετημένη, η επικοινωνία μεταξύ της ηλεκτρονικής κάρτας και του αισθητήρα δεν θα είναι πλέον εξασφαλισμένη και η CAP δεν θα μπορεί να ξεκινήσει σωστά.
• Η υποδοχή micro USB για επαναφόρτιση της μπαταρίας ή μέτρα μεταφοράς σειριακού πρωτοκόλλου.

Βήμα 4: Ο αισθητήρας

Δοκίμασα δύο διαφορετικούς αισθητήρες. Ο αισθητήρας λέιζερ SDS011 V1.2 PM2.5 της Nova Fitness Co. Ltd. (doc) με το σειριακό κλειδί διεπαφής usb.

Ο άλλος αισθητήρας (μεταλλική θήκη) είναι PMS7003M από την PLANTOWER (έγγρ.).

Αυτό είναι που χρησιμοποιώ στην περίπτωσή μου. Είναι σε θέση να μετρήσει τη συγκέντρωση λεπτών σωματιδίων μικρότερη από 1μm (PM1). λιγότερο από 2,5μm (PM2.5) και λιγότερο από 10μm (PM10). Η αρχή λειτουργίας του αισθητήρα PSM7003M έχει ως εξής: ένα λέιζερ φωτίζει τη σκόνη του αέρα. Ένας οπτικός αισθητήρας συλλαμβάνει το φως του λέιζερ και παράγει ένα ηλεκτρικό σήμα ανάλογο με την ταχύτητα και το μέγεθος της σκόνης στον αέρα.

Τα χαρακτηριστικά του φαίνονται στον πίνακα χαρακτηριστικών.

Βήμα 5: Τοποθέτηση

Υπάρχει μόνο η θέση της μπαταρίας στο πλάι του αισθητήρα.

Βήμα 6: Λειτουργία

Η καρδιά του συστήματος είναι το ESP8266 (τύπος ESP-12F). Αυτός ο μικροελεγκτής είναι εξοπλισμένος με πομπό Wifi. Το ESP8266 διατίθεται σε διάφορες παραλλαγές. Το ESP8266 επικοινωνεί με τον αισθητήρα PMS7003 μέσω σειριακής σύνδεσης. Ανακτά τις τιμές συγκέντρωσης σωματιδίων και τον αριθμό των σωματιδίων. Στη συνέχεια, υπολογίζει τον δείκτη ποιότητας AQI, Εάν ο τρόπος ελέγχου της εξόδου είναι σε "Αυτόματο" και το επίπεδο ρύπανσης στα PM2.5 είναι υψηλότερο από 50 (δείκτης ποιότητας του αέρα AQI PM2.5> 50), η έξοδος είναι υψηλή (3v3). Διαφορετικά, είναι χαμηλή (0v). Το ESP8266 έχει διαμορφωθεί στο Access Point -> AP (Wifi point). Δηλαδή, αναγνωρίζεται ως τερματικό Wifi στο οποίο μπορεί να συνδεθεί το τηλέφωνο. Το τηλέφωνο πρέπει να επιλέξει αυτό το τερματικό Wifi και να εισαγάγει τον κωδικό APPSK (λίγο σαν έναν κωδικό WEP ενός κουτιού ADSL) για πρόσβαση σε αυτόν. Στη συνέχεια, το τηλέφωνο εισάγει τη διεύθυνση IP για να φτάσει. Εδώ θα είναι 192.168.4.1. Στη συνέχεια, η ιστοσελίδα εμφανίζεται στο τηλέφωνο, από την οποία κάποιος ελέγχει το πλαίσιο και απεικονίζει τις τιμές ρύπανσης. Ο κωδικός APPSK που έχει διαμορφωθεί στο πρόγραμμα είναι "AQI_index". Ο κωδικός APPSK μπορεί να τροποποιηθεί από τον προγραμματιστή επειδή περιέχεται στο πρόγραμμα που έχει φορτωθεί στο ESP8266. Η διεύθυνση για τη φόρτωση της ενσωματωμένης ιστοσελίδας είναι: "192.168.4.1".

Το ESP8266 μετρά την τάση της μπαταρίας. Εάν είναι κάτω από την οριακή τάση (3v2 = 0%), η συσκευή τίθεται σε κατάσταση αναμονής. Η μπαταρία είναι 100% όταν η τάση είναι 4v2.

Το ESP μπορεί να αποθηκεύσει έως 2038 δείγματα τιμής συγκέντρωσης σωματιδίων PM1, PM2.5 και PM10. Περίπου 680 δείγματα ανά μέγεθος σωματιδίων. Μπορείτε να κατεβάσετε αυτές τις μετρήσεις συνδέοντας ένα καλώδιο εξοπλισμένο με μετατροπέα USB / Serial και ξεκινώντας τη μεταφορά μέσω της ενσωματωμένης εφαρμογής. Οι τιμές των μεταφερόμενων δειγμάτων κανονικοποιούνται ως εξής για εξοικονόμηση χώρου μνήμης:

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

Για να βρείτε τη σωστή τιμή συγκέντρωσης, στη συνέχεια πολλαπλασιάστε την τιμή με 5 ή 6 ανάλογα με την περίπτωση.

Βήμα 7: Διασύνδεση Ιστού 1/4

Δείτε το βίντεο της διεπαφής ιστού

Είναι η διασύνδεση διαθέσιμη μετά τη σύνδεση μεταξύ του CPA και του τηλεφώνου. Επιτρέπει την απεικόνιση των τιμών συγκέντρωσης μικροσωματιδίων για PM1, PM2.5 και PM10, σε μg / m3. Ο δείκτης ποιότητας του αέρα είναι AQI, που αντιπροσωπεύεται από έναν αριθμό και μια κυριολεκτική έκφραση, σύμφωνα με τον πίνακα ορισμού του δείκτη AQI. Υπάρχει επίσης μετρητής μπαταρίας.

Μια ενότητα είναι αφιερωμένη στον αυτόματο έλεγχο της εξόδου ελέγχου του CPA, με το όνομα Διαμόρφωση ανεμιστήρα. Μετά το ":" του τίτλου της ενότητας, εμφανίζεται η τρέχουσα λειτουργία (Αυτόματη, Έναρξη, Διακοπή). Στη βάση, αυτή η έξοδος θα ελέγχει μια συσκευή καθαρισμού αέρα (ανεμιστήρας = ανεμιστήρας). Είναι επομένως δυνατό να ενεργοποιήσετε ή να απενεργοποιήσετε ή να το αφήσετε σε αυτόματη λειτουργία με ένα ταξίδι όταν ο αέρας υπερβεί το δείκτη AQI των 50.

Μια ενότητα είναι αφιερωμένη στη μέτρηση "Μέτρηση διαμόρφωσης". Μετά το ":" υποδεικνύεται η τρέχουσα λειτουργία (συνέχεια, περιοδική 5 λεπτά, 15 λεπτά, 30 λεπτά, 1 ώρα, διακοπή). Είναι συνεπώς δυνατή η συνεχής λήψη μετρήσεων (στην πραγματικότητα η περίοδος δειγματοληψίας είναι κοντά στα 2 δευτερόλεπτα), ή κάθε 5, 15, 30 λεπτά, 1 ώρα ή η διακοπή της δειγματοληψίας.

Η ενότητα "Λειτουργία εμφάνισης" επιτρέπει την επιλογή του τρόπου με τον οποίο οι πληροφορίες (όλες οι διαθέσιμες στη διεπαφή ιστού) θα εμφανίζονται στο πλαίσιο μέσω πολύχρωμων LED. Μετά το ":" υποδεικνύεται η τρέχουσα λειτουργία (Compiled, PM1.0, PM2.5, PM10). Κάθε πάτημα της "Λειτουργίας εμφάνισης" αλλάζει από τη μία λειτουργία εμφάνισης στην άλλη με την ακόλουθη σειρά:

• Συντάχθηκε
• PM1.0
• PM2.5
• PM10

Βήμα 8: Διασύνδεση Ιστού 2/4

Η έννοια του χρώματος LED στη λειτουργία "Compiled" έχει ως εξής: Επίπεδο μπαταρίας:

• > 30% = πράσινο
• > 10% και <30%: πορτοκαλί
• <10% = κόκκινο

Επίπεδο μνήμης:

• > 30% = πράσινο
• > 10% και <30%: πορτοκαλί
• <10% = κόκκινο

Έξοδος ελέγχου:

• Υψηλή απόδοση: πράσινο
• Χαμηλή απόδοση: κόκκινο
• Λειτουργία αυτόματου ελέγχου: μπλε

Βήμα 9: Διασύνδεση Ιστού 3/4

Έξοδος PM1.0, PM2.5 και PM10: Το χρώμα της λυχνίας LED είναι αυτό που αντιστοιχεί στον πίνακα χρωμάτων του ευρετηρίου AQI. Η έννοια του χρώματος των 10 LED στη λειτουργία "PM1.0, PM2.5, PM10" έχει ως εξής:

• Το χρώμα των LED αντιπροσωπεύει το επίπεδο ατμοσφαιρικής ρύπανσης όπως υποδεικνύεται στον πίνακα του δείκτη AQI. Για παράδειγμα, εάν τα LED είναι κόκκινα, σημαίνει ότι το επίπεδο ρύπανσης είναι κακό για την υγεία.
• Ο αριθμός των αναμμένων λυχνιών LED αντιπροσωπεύει την τιμή του δείκτη AQI για το εν λόγω χρώμα, όπως υποδεικνύεται στον πίνακα του ευρετηρίου AQI. Για παράδειγμα, εάν υπάρχει μόνο μία πράσινη λυχνία LED στο 10, ο δείκτης είναι το 1/10 του μέγιστου πράσινου δείκτη, δηλαδή 50/10 = 5. Εάν 5 πράσινες λυχνίες LED στις 10, η τιμή είναι 50 / 10x5 = 25. Εάν 5 Οι μωβ LED ανάβουν, η τιμή είναι (300-201) /10x5+201=250.5.
• Κάθε φορά που πατάτε το κουμπί, μία από τις 4 λυχνίες LED στα δεξιά αναβοσβήνει με πορτοκαλί χρώμα. Υποδεικνύει ποια είναι η επιλεγμένη λειτουργία εμφάνισης:

Βήμα 10: Διασύνδεση Ιστού 4/4

Η ενότητα "Απομένουν δεδομένα" υποδεικνύει τον υπόλοιπο χώρο μνήμης για αποθήκευση των μετρήσεων. Μετά το ":" υποδεικνύεται το υπόλοιπο %. Πατώντας το κουμπί "εκκαθάριση μνήμης" διαγράφεται η μνήμη. Πατώντας το κουμπί "λήψη" ξεκινά η μεταφορά των δειγμάτων στον υπολογιστή. Στο τέλος της διεπαφής ιστού, εμφανίζεται ο πίνακας του ευρετηρίου AQI.

Βήμα 11: Ξεκινώντας

1. Ενεργοποιήστε το διακόπτη On / Off στη θέση On.
2. Εμφανίζεται ένα ουράνιο τόξο LED για να βεβαιωθείτε ότι όλα τα LED λειτουργούν…. και μετά είναι όμορφο.
3. Τα τιρκουάζ LED ανάβουν το ένα μετά το άλλο. Αυτό επιτρέπει την εκκίνηση του χρόνου του αισθητήρα σωματιδίων.
4. Εμφανίζεται μία από τις λειτουργίες οθόνης LED.
5. Στο τηλέφωνο ή τον υπολογιστή, επιλέξτε το δίκτυο Wifi ξεκινώντας με "AQI_I3D-"
6. Εισαγάγετε τον κωδικό "AQI_index"
7. Ανοίξτε για παράδειγμα το Google και πληκτρολογήστε στη γραμμή διευθύνσεων: 192.168.4.1
8. Εμφανίζεται η ιστοσελίδα

Το βίντεο

Βήμα 12: Μεταφορά δεδομένων στον υπολογιστή

Για να μεταφέρετε τα δεδομένα από το κουτί στον υπολογιστή, πρέπει:

1. Συνδέστε ένα καλώδιο micro USB / σειριακή σύνδεση (επίπεδο τάσης 5v) σε υπολογιστή USB.
2. Ανοίξτε ένα σειριακό τερματικό στον υπολογιστή και διαμορφώστε το ως εξής: 9600 BAUDS, 1 bit διακοπής, ισοτιμία NONE, 1 bit έναρξης.
3. Εναλλαγή του μικροδιακόπτη "ενεργοποίηση μεταφόρτωσης δεδομένων"
4. Στη διεπαφή, πατήστε "Λήψη"
5. Στο σειριακό τερματικό, περιμένετε το τέλος της μεταφοράς και αντιγράψτε τα δεδομένα.
6. Αλλάξτε τον μικροδιακόπτη "ενεργοποίηση μεταφόρτωσης δεδομένων" στην αρχική θέση

Εάν το CAP φαίνεται να μην λειτουργεί, είναι πιθανό ο διακόπτης να μην επανατοποθετηθεί στη θέση του.

Βήμα 13: Αναμονή μεταξύ της φάσης δειγματοληψίας

Στις λειτουργίες δειγματοληψίας 5 λεπτών, 15 λεπτών, 30 λεπτών και 1 ώρας, το CAP αποκοιμείται αυτόματα μετά τη λήψη του δείγματος μέτρησης και δεν ξυπνάει μέχρι 5, 15, 30 ή 60 λεπτά αργότερα. Η αυτονομία της ΚΓΠ αυξάνεται επομένως εξαιρετικά.

Βήμα 14: Επαναφορά στη λειτουργία εργοστασίου

Στην περίπτωση που η CAP έχει κάποια προβλήματα λειτουργίας, είναι δυνατή η επαναφορά όλων των παραμέτρων λειτουργίας και η επανεκκίνηση της CAP αξιόπιστα. Γι'αυτό:

1. Απενεργοποιήστε το CAP Μείνετε στο κουμπί Ανάψτε το CAP.
2. Εμφανίζεται το ουράνιο τόξο του LED
3. Μια τιρκουάζ λωρίδα LED εμφανίζεται σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο
4. Απενεργοποιήστε την ΚΑΠ
5. Το CAP έχει πλέον επαναφερθεί.

Βήμα 15: Το πρόγραμμα υπό το Arduino

Διατίθεται εδώ

Για τον προγραμματισμό της κάρτας είναι απαραίτητο:

1. Ανοίξτε το Arduino στον υπολογιστή
2. Διαμορφώστε το Arduino για τον πίνακα ESP8266
3. Συνδέστε το UBS Micro USB / Serial Cable (3v3) μεταξύ της κάρτας και του υπολογιστή
4. Εναλλαγή του κουμπιού SW3 στο "prgm"
5. Μείνετε στο κουμπί "SW1"
6. Ενεργοποιήστε τη συσκευή -> Η συσκευή εισέρχεται στη λειτουργία προγραμματισμού
7. Κυκλοφορία του "SW1"
8. Στο Arduino, ξεκινήστε τον προγραμματισμό
9. Μετά το τέλος του προγραμματισμού, αλλάξτε "SW3" σε "SW3"
10. Κλείστε και επανεκκινήστε τη συσκευή

Βήμα 16: Ηλεκτρικά διαγράμματα

Βήμα 17: PCB

Βήμα 18: Ονοματολογία

Εδώ είναι

Βήμα 19: Κάντο μόνος σου

Θέλετε να το κάνετε, μην ανησυχείτε, προτείνω αρκετά κιτ ανάλογα με τον προϋπολογισμό που θέλετε να βάλετε

Επισκεφθείτε τον ιστότοπό μου (διαθέσιμη γαλλική έκδοση)

Βήμα 20: Και άλλα…

Το επόμενο βήμα είναι να συσχετίσετε τη συσκευή με έναν ιονιστή. Για να μολυνθεί ο αέρας, η συσκευή ξεκινά τον ιονιστή, ο ιονιστής επιτρέπει με κάποιο τρόπο να ρίξει τα λεπτά σωματίδια στο έδαφος. Παράγει αρνητικά ηλεκτρόνια που συνδέονται με το περιβάλλον αέριο και τη σκόνη, μετατρέποντας το θετικό ηλεκτρικό φορτίο τους σε αρνητικό φορτίο. Καθώς το έδαφος και τα περισσότερα αντικείμενα έχουν θετικό φορτίο, τα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια από τον ιονιστή έλκονται και κολλάνε πάνω τους. Έτσι καθαρίζεται ο αέρας. Ο ιονισμός του αέρα είναι επίσης πολλά άλλα οφέλη για την υγεία. Σήμερα, ο ιονιστής λειτουργεί. Αυτή η παρουσίαση θα αποτελέσει το αντικείμενο ενός επερχόμενου ιστολογίου.