Bærbare mikropartikler tæller PM1 PM2.5 PM10: 20 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

I dag er luftforurening allestedsnærværende og mere specielt i vores byer. Store byer er bytte hele året med forureningsniveauer, der nogle gange når (og ofte for visse) niveauer, der er meget farlige for menneskers sundhed. Børn er ekstremt følsomme over for kvaliteten af den luft, de indånder. Denne forurenede luft fører til dem, blandt andre allergiproblemer. Luften er forurenet uden for vores hjem, men også på niveauer af de vigtigste tider, inde i vores hjem og biler. Luftkvalitetsniveauet er tilgængeligt på følgende sted. Dette kinesiske websted samler alle luftkvalitetsmålinger af sensorerne i hele tilstanden. Luftkvalitetsniveauet er formateret efter et AQI -indeks, som kan variere lidt fra et land til et andet. Dette dokument forklarer, hvordan man beregner dette indeks. Dette andet dokument er en forståelsesguide.

For at kende kvaliteten af den luft, vi indånder, uanset hvor vi går og i realtid, gik jeg i gang med at oprette en bærbar atmosfærisk partikeltæller (som vi senere vil kalde CPA)., der kan passe i lommen. Det blev oprettet til:

• Hold i lommen.
• Har en stor autonomi i driften.
• Vær let at forstå
• Kan gemme målingerne på pc.
• At være genopladelig.
• For at få adgang til den med din telefon uden tilstedeværelse af de lokale netværk af Wifi -kommunikation.
• Kunne styre en luftrensningsanordning, hvis forureningen overstiger en vis tærskel.

Egenskaber

• Størrelse: 65x57x23mm
• Målte partikler: PM1, PM2.5 og PM10
• Autonomi: mellem 3 timer og flere uger afhængigt af den valgte driftstilstand.
• Litium -ion batteri 3v7 - 680 mAh
• Micro USB -interface til opladning og dataoverførsel.
• Hukommelse for 2038 målinger (680 pr. PMxx -type)
• Prøveudtagningsperiode: kontinuerlig, 5min, 15min, 30min, 1t
• 3v3 kommandoutput i henhold til forureningsniveau.
• Flerfarvet LED -interface for let forståelse
• Kontrolgrænseflade på pc, tablet, telefon (Android, iOS) via Wifi.

Trin 1: Prototyperne til Box

Jeg begyndte med at tænke på den form, som jeg kunne give æsken, inspireret af moderne design af objekter.

Her er nogle tegnede kasser.

Til sidst valgte jeg den enkleste sag at lave og den mindste: se hovedfotoet på denne instruerbare.

Trin 2: Kortprototyper

Jeg har i alle 3 prototypekort. Men kun 2 er synlige her.

Prototyperne har gjort det muligt at udvikle 5V og 3v3 strømforsyninger. Disse var svære at udvikle, fordi jeg var nødt til at finde komponenterne for at få den nødvendige strøm til at starte WiFi -mikrokontrolleren (ESP8266 - 12). Den elektroniske opladningsdel af litium-ion-batteriet var hurtigere at betjene. Herefter ændrede jeg flere gange placeringen af de forskellige kontakter og stik for god ergonomi af enheden.

Trin 3: Kassen

Lysdioderne er synlige ved gennemsigtighed gennem huset. Luftindtagene er på venstre side af sagen. På højre side finder vi:

• Knappen til valg af displaytilstand.
• Tænd / sluk -kontakten.
• Valgkontakten til overførsel af målinger til pc'en. Det giver mulighed for at skifte mellem et serielt link mellem ESP8266 og partikelsensoren eller mellem ESP8266 og mikro -USB -porten. Bemærk, hvis denne ikke er godt placeret, vil kommunikationen mellem det elektroniske kort og sensoren ikke længere være sikret, og CAP'en vil ikke kunne starte korrekt.
• Micro USB -stikket til genopladning af batteriet eller serielle protokoloverførselsforanstaltninger.

Trin 4: Sensoren

Jeg testede to forskellige sensorer. SDS011 V1.2 PM2.5 Lasersensor fra Nova Fitness Co. Ltd. (doc) med usb seriel interfacenøgle.

Den anden sensor (metalhus) er PMS7003M fra PLANTOWER (doc).

Det er den, jeg bruger i mit tilfælde. Det er i stand til at måle koncentrationen af fine partikler på mindre end 1μm (PM1); mindre end 2,5μm (PM2,5) og mindre end 10μm (PM10). Funktionsprincippet for PSM7003M -sensoren er som følger: en laser belyser støvet i luften. En optisk sensor fanger laserlyset og genererer et elektrisk signal, der er proportional med hastigheden og størrelsen af støv i luften.

Dens egenskaber er vist i tabellen over karakteristiske.

Trin 5: Montering

Der er bare stedet for batteriet på siden af sensoren.

Trin 6: Betjening

Hjertet i systemet er ESP8266 (type ESP-12F). Denne mikrokontroller er udstyret med en Wifi -sender. ESP8266 fås i flere varianter. ESP8266 kommunikerer med PMS7003 -sensoren via et serielt link. Det genopretter partikelkoncentrationsværdierne og antallet af partikler. Derefter beregner det indekset for kvalitets -AQI, hvis kontrolmåden for output er i "Automatisk", og forureningsniveauet i PM2.5 er højere end 50 (indeks for luftkvalitet AQI PM2.5> 50), output er sat højt (3v3). Ellers er den indstillet lav (0v). ESP8266 er konfigureret i Access Point -> AP (Wifi point). Det vil sige, at den er anerkendt som en Wifi -terminal, som telefonen kan oprette forbindelse til. Telefonen skal vælge denne Wifi -terminal og indtaste koden APPSK (lidt som en WEP -kode i en ADSL -boks) for at få adgang til den. Derefter indtaster telefonen IP -adressen for at nå. Her vil det være 192.168.4.1. Derefter vises websiden på telefonen, hvorfra man styrer boksen og visualiserer forureningsværdierne. APPSK -koden, der er konfigureret i programmet, er "AQI_index". APPSK -koden kan ændres af programmereren, fordi den er indeholdt i programmet, der er indlæst i ESP8266. Adressen til indlæsning af den integrerede webside er: "192.168.4.1".

ESP8266 måler batterispændingen. Hvis den er under grænsespændingen (3v2 = 0%), sættes enheden i standby. Batteriet er 100%, når spændingen er 4v2.

ESP kan gemme op til 2038 prøver af PM1, PM2.5 og PM10 partikelkoncentrationsværdi. Cirka 680 prøver pr. Partikelstørrelse. Disse målinger kan downloades ved at tilslutte et kabel udstyret med en USB / seriel konverter og starte overførslen via den integrerede applikation. Værdierne for de overførte prøver normaliseres som følger for at spare hukommelsesplads:

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

For at finde den rigtige koncentrationsværdi multipliceres værdien med 5 eller 6 afhængigt af sagen.

Trin 7: Webgrænseflade 1/4

Se videoen af webgrænsefladen

Det er den tilgængelige grænseflade efter forbindelse mellem CPA og telefonen. Det gør det muligt at visualisere mikropartikelkoncentrationsværdierne for PM1, PM2.5 og PM10 i μg / m3. Luftkvalitetsindekset er AQI, repræsenteret ved et tal og et bogstaveligt udtryk, ifølge definitionstabellen for AQI -indekset. Der er også batterimåleren.

Et afsnit er dedikeret til automatisk styring af output fra kontrol af CPA, under navnet Fan Configuration. Efter ":" i sektionstitlen vises den aktuelle tilstand (Automatisk, Start, Stop). Ved basen ville denne udgang styre en luftrensningsanordning (blæser = ventilator). Det er således muligt at tvinge til eller fra eller efterlade det i automatisk tilstand med en tur, når luften overstiger et AQI -indeks på 50.

Et afsnit er dedikeret til måling af "Measure config". Efter ":" er angivet den aktuelle tilstand (fortsat, periodisk 5min, 15min, 30min, 1t, stop). Det er således muligt at foretage målinger kontinuerligt (faktisk er prøveudtagningsperioden tæt på 2 sekunder) eller hver 5, 15, 30 minutter, 1 time eller stoppe prøvetagningen.

Afsnittet "Displaytilstand" gør det muligt at vælge, hvordan oplysningerne (alle tilgængelige på webgrænsefladen) skal vises på boksen via flerfarvede lysdioder. Efter ":" er angivet den aktuelle tilstand (Kompileret, PM1.0, PM2.5, PM10). Hvert tryk på "Display Mode" skifter fra en displaytilstand til en anden i følgende rækkefølge:

• Udarbejdet
• PM1.0
• PM2,5
• PM10

Trin 8: Webgrænseflade 2/4

Betydningen af LED -farven i tilstanden "Kompileret" er som følger: Batteriniveau:

• > 30% = grøn
• > 10% og <30%: orange
• <10% = rød

Hukommelsesniveau:

• > 30% = grøn
• > 10% og <30%: orange
• <10% = rød

Kontroludgang:

• Høj effekt: grøn
• Lav ydelse: rød
• Automatisk kontroltilstand: blå

Trin 9: Webgrænseflade 3/4

Output PM1.0, PM2.5 og PM10: Farven på LED'en er den, der svarer til farvetabellen i AQI -indekset. Betydningen af farven på de 10 lysdioder i tilstanden "PM1.0, PM2.5, PM10" er som følger:

• Farven på lysdioderne repræsenterer niveauet af luftforurening som angivet i tabellen i AQI -indekset. For eksempel, hvis lysdioderne er røde, betyder det, at forureningsniveauet er dårligt for helbredet.
• Antallet af lysdioder, der er tændt, repræsenterer værdien af AQI -indekset for den pågældende farve, som angivet i tabellen over AQI -indekset. For eksempel, hvis der kun er en grøn lysdiode på 10, er indekset 1/10 af det maksimale grønne indeks, dvs. 50/10 = 5. Hvis 5 grønne lysdioder lyser 10, er værdien 50 / 10x5 = 25. Hvis 5 lilla lysdioder lyser, værdien er (300-201) /10x5+201=250.5.
• Hver gang der trykkes på trykknappen, blinker en af de 4 lysdioder til højre orange. Det angiver, hvilken er den valgte visningstilstand:

Trin 10: Webgrænseflade 4/4

Afsnittet "Resterende data" angiver den resterende hukommelsesplads til lagring af målingerne. Efter ":" angives de resterende %. Ved at trykke på knappen "ryd hukommelse" slettes hukommelsen. Ved at trykke på knappen "download" starter overførslen af prøverne til pc'en. I slutningen af webgrænsefladen vises tabellen over AQI -indekset.

Trin 11: Kom godt i gang

1. Sæt tænd / sluk -kontakten til positionen Tændt.
2. En regnbue af lysdioder ser ud til at sikre, at alle lysdioder fungerer … og så er den smuk.
3. De turkise LED'er lyser efter hinanden. Dette tillader partikelsensors tid at initialisere.
4. En af LED -displaytilstandene vises.
5. På telefonen eller pc'en skal du vælge Wifi-netværket, der starter med "AQI_I3D-"
6. Indtast koden "AQI_index"
7. Åbn f.eks. Google, og indtast adresselinjen: 192.168.4.1
8. Websiden vises

Videoen

Trin 12: Overførsel af data til pc'en

For at overføre data fra boksen til pc'en skal du:

1. Tilslut et mikro -USB -kabel / serielt link (5v spændingsniveau) til USB -pc.
2. Åbn en seriel terminal på pc'en og konfigurer den som følger: 9600 BAUDS, 1 stopbit, paritet INGEN, 1 startbit.
3. Skift mikrokontakten "aktiver dataoverførsel"
4. Tryk på "Download" i grænsefladen
5. På den serielle terminal skal du vente på slutningen af overførslen og kopiere dataene.
6. Skift mikrokontakten "aktiver dataoverførsel" til den oprindelige position

Hvis CAP ikke ser ud til at virke, er det muligt, at kontakten ikke sættes på plads igen.

Trin 13: Standby mellem prøveudtagningsfasen

I prøveudtagningstilstandene 5 min, 15 min, 30 min og 1 time går SOF automatisk i dvale efter at have taget sin måleprøve og vågner først 5, 15, 30 eller 60 minutter senere. Den fælles landbrugspolitiks autonomi øges således ekstremt.

Trin 14: Nulstil til fabriksmodus

I tilfælde hvor CAP har nogle driftsproblemer, er det muligt at nulstille alle driftsparametre og genstarte CAP pålideligt. For det:

1. Sluk for hætten Bliv på trykknappen Tænd hætten.
2. LED -regnbuen vises
3. En turkis LED -strimmel vises på mindre end et sekund
4. Sluk for hætten
5. CAP'en er nu nulstillet.

Trin 15: Programmet under Arduino

Findes her

For at programmere kortet er det nødvendigt:

1. Åbn Arduino på pc'en
2. Konfigurer Arduino til ESP8266 -kortet
3. Tilslut UBS Micro USB / Serial Cable (3v3) mellem kortet og pc'en
4. Skift SW3 -knappen til "prgm"
5. Bliv på knappen "SW1"
6. Tænd for enheden -> Enheden går i programmeringstilstand
7. Udgivelse af "SW1"
8. Under Arduino skal du starte programmeringen
9. Efter programmeringen er der skiftet "SW3" til "SW3"
10. Sluk og genstart enheden

Trin 16: Elektriske diagrammer

Trin 17: PCB

Trin 18: Nomenklatur

Her er det

Trin 19: Gør det selv

Du vil gøre det, ingen bekymringer, jeg foreslår flere mulige kits afhængigt af det budget, du vil lægge

Besøg mit websted (fransk version tilgængelig)

Trin 20: Og mere …

Det næste trin er at knytte enheden til en ionisator. Så at luften er forurenet, starter enheden ionisatoren, en ionisator tillader på en eller anden måde at tabe de fine partikler på jorden. Det genererer negative elektroner, der forbinder med omgivende gas og støv, og gør deres positive elektriske ladning til en negativ ladning. Da jorden og de fleste objekter har en positiv ladning, tiltrækkes de negativt ladede partikler af ionisatoren og klæber til dem. Luften renses således op. Ioniseringen af luften er også en masse andre sundhedsmæssige fordele. I dag fungerer ionisatoren. Denne præsentation vil blive genstand for en kommende blog.