Draagbare microdeeltjesteller PM1 PM2.5 PM10 - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Tegenwoordig is luchtvervuiling alomtegenwoordig en meer bepaald in onze steden. Grote steden zijn het hele jaar het slachtoffer van vervuilingsniveaus die soms (en vaak zeker) niveaus bereiken die zeer gevaarlijk zijn voor de menselijke gezondheid. Kinderen zijn extreem gevoelig voor de kwaliteit van de lucht die ze inademen. Deze vervuilde lucht leidt onder meer tot allergieproblemen. De lucht is vervuild buiten ons huis, maar ook op het niveau van de belangrijkste tijden, in onze huizen en auto's. Het luchtkwaliteitsniveau is beschikbaar op de volgende site. Deze Chinese site verzamelt alle luchtkwaliteitsmetingen van de sensoren van de hele modus. Het luchtkwaliteitsniveau is geformatteerd volgens een AQI-index, die van land tot land enigszins kan verschillen. In dit document wordt uitgelegd hoe u deze index kunt berekenen. Dit andere document is een begrijpende gids.

Om de kwaliteit van de lucht die we inademen te kennen, waar we ook gaan en in realtime, ben ik begonnen met het maken van een draagbare atmosferische deeltjesteller (die we later CPA zullen noemen)., past in de zak. Het is gemaakt voor:

• Houd in de zak.
• Hebben een grote autonomie van de operatie.
• Wees gemakkelijk te begrijpen
• Kan de metingen op pc opslaan.
• Oplaadbaar te zijn.
• Om er toegang toe te hebben met uw telefoon zonder de aanwezigheid van de lokale netwerken van wifi-communicatie.
• Een luchtzuiveringsapparaat kunnen aansturen als de vervuiling een bepaalde drempel overschrijdt.

Kenmerken

• Maat: 65x57x23mm
• Gemeten deeltjes: PM1, PM2.5 en PM10
• Autonomie: tussen 3 uur en meerdere weken, afhankelijk van de gekozen bedrijfsmodus.
• Lithium-ion batterij 3v7 - 680 mAh
• Micro-USB-interface voor opladen en gegevensoverdracht.
• Geheugen van 2038 metingen (680 per type PMxx)
• Bemonsteringsperiode: continu, 5min, 15min, 30min, 1h
• 3v3-opdrachtuitvoer volgens vervuilingsniveau.
• Veelkleurige LED-interface voor gemakkelijk begrip
• Bedieningsinterface op pc, tablet, telefoon (Android, iOS) via wifi.

Stap 1: De prototypes van Box

Ik begon na te denken over de vorm die ik de doos zou kunnen geven, geïnspireerd door moderne ontwerpen van objecten.

Hier zijn enkele getekende dozen.

Uiteindelijk koos ik de eenvoudigste en de kleinste case: zie de hoofdfoto op deze instructable.

Stap 2: Kaartprototypes

Ik heb in alle 3 prototype kaarten. Maar hier zijn er maar 2 zichtbaar.

De prototypes hebben het mogelijk gemaakt om de 5V en 3v3 voedingen te ontwikkelen. Deze waren moeilijk te ontwikkelen omdat ik de componenten moest vinden om de stroom te krijgen die nodig was om de WiFi-microcontroller (ESP8266 - 12) te starten. Het elektronische oplaadgedeelte van de Lithium-ion batterij was sneller te bedienen. Daarna heb ik meerdere malen de locatie van de verschillende schakelaars en connectoren veranderd voor een goede ergonomie van het apparaat.

Stap 3: De doos

De LED's zijn zichtbaar door transparantie door de behuizing. De luchtinlaten bevinden zich aan de linkerkant van de behuizing. Aan de rechterkant vinden we:

• De selectieknop voor de weergavemodus.
• De aan/uit schakelaar.
• De keuzeschakelaar voor het overbrengen van metingen naar de pc. Hiermee kunt u schakelen tussen een seriële verbinding tussen de ESP8266 en de deeltjessensor of tussen de ESP8266 en de micro-USB-poort. Opgelet, als deze niet goed gepositioneerd is, zal de communicatie tussen de elektronische kaart en de sensor niet meer verzekerd zijn en zal de CAP niet correct kunnen starten.
• De micro-USB-aansluiting voor het opladen van de batterij of seriële protocoloverdracht maatregelen.

Stap 4: De sensor

Ik heb twee verschillende sensoren getest. De SDS011 V1.2 PM2.5 Lasersensor van Nova Fitness Co. Ltd. (doc) met de usb seriële interfacesleutel.

De andere sensor (metalen behuizing) is PMS7003M van PLANTOWER (doc).

Dit is degene die ik in mijn geval gebruik. Het is in staat om de concentratie van fijne deeltjes kleiner dan 1 m (PM1) te meten; minder dan 2,5 m (PM2,5) en minder dan 10 m (PM10). Het werkingsprincipe van de PSM7003M-sensor is als volgt: een laser verlicht het stof van de lucht. Een optische sensor vangt het laserlicht op en genereert een elektrisch signaal dat evenredig is met de snelheid en de grootte van het stof in de lucht.

De kenmerken worden weergegeven in de tabel met kenmerken.

Stap 5: Montage

Er is alleen de plaats van de batterij aan de zijkant van de sensor.

Stap 6: Bediening

Het hart van het systeem is de ESP8266 (type ESP-12F). Deze microcontroller is uitgerust met een Wifi zender. De ESP8266 is verkrijgbaar in meerdere varianten. De ESP8266 communiceert via seriële link met de PMS7003-sensor. Het herstelt de deeltjesconcentratiewaarden en het aantal deeltjes. Vervolgens berekent het de kwaliteitsindex AQI, als de regeling van de output in "Automatisch" staat en het vervuilingsniveau in PM2.5 hoger is dan 50 (index van kwaliteit van de lucht AQI PM2.5 > 50), staat de output hoog (3v3). Anders staat hij laag (0v). De ESP8266 is geconfigureerd in Access Point -> AP (Wifi point). Dat wil zeggen, het wordt herkend als een wifi-terminal waarop de telefoon verbinding kan maken. De telefoon moet deze Wifi-terminal selecteren en de code APPSK invoeren (een beetje zoals een WEP-code van een ADSL-box) om toegang te krijgen. Vervolgens voert de telefoon het te bereiken IP-adres in. Hier zal het 192.168.4.1 zijn. Vervolgens wordt de webpagina op de telefoon weergegeven, van waaruit men de box bestuurt en de vervuilingswaarden visualiseert. De APPSK-code die in het programma is geconfigureerd, is "AQI_index". De APPSK-code kan door de programmeur worden gewijzigd omdat deze is opgenomen in het programma dat in de ESP8266 is geladen. Het adres om de geïntegreerde webpagina te laden is: "192.168.4.1".

De ESP8266 meet de accuspanning. Als het onder de grensspanning (3v2 = 0%) is, wordt het apparaat in stand-by gezet. De batterij is 100% wanneer de spanning 4v2 is.

De ESP kan tot 2038 monsters van PM1, PM2.5 en PM10 deeltjesconcentratiewaarden opslaan. Ongeveer 680 monsters per deeltjesgrootte. Deze metingen kunnen worden gedownload door een kabel aan te sluiten die is uitgerust met een USB / seriële converter en de overdracht te starten via de ingebouwde applicatie. De waarden van de overgedragen samples worden als volgt genormaliseerd om geheugenruimte te besparen:

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

Om de juiste concentratiewaarde te vinden, vermenigvuldigt u de waarde met 5 of 6, afhankelijk van het geval.

Stap 7: webinterface 1/4"

Bekijk de video van de webinterface

Het is de interface die beschikbaar is na verbinding tussen de CPA en de telefoon. Het maakt het mogelijk om de microdeeltjesconcentratiewaarden voor PM1, PM2.5 en PM10 in μg / m3 te visualiseren. De index van luchtkwaliteit is AQI, weergegeven door een getal en een letterlijke uitdrukking, volgens de definitietabel van de AQI-index. Er is ook de batterijmeter.

Er is een sectie gewijd aan de automatische regeling van de uitgang van de besturing van de CPA, onder de naam Ventilatorconfiguratie. Na de ":" van de sectietitel wordt de huidige modus weergegeven (Automatisch, Start, Stop). Aan de basis zou deze uitgang een luchtzuiveringsapparaat aansturen (ventilator = ventilator). Het is dus mogelijk om geforceerd aan of uit te zetten, of in de automatische modus te laten met een trip wanneer de lucht een AQI-index van 50 overschrijdt.

Een sectie is gewijd aan de "Measure config" meting. Na de ":" wordt de huidige modus weergegeven (vervolg, periodiek 5min, 15min, 30min, 1h, stop). Het is dus mogelijk om continu metingen te doen (in feite is de bemonsteringsperiode bijna 2 seconden), of elke 5, 15, 30 min, 1 uur, of stop met bemonsteren.

In de sectie "Weergavemodus" kunt u kiezen hoe de informatie (alle informatie die beschikbaar is op de webinterface) via veelkleurige LED's op de doos wordt weergegeven. Na de ":" wordt de huidige modus aangegeven (Compiled, PM1.0, PM2.5, PM10). Elke keer dat u op "Weergavemodus" drukt, schakelt u van de ene weergavemodus naar de andere in de volgende volgorde:

• Gecompileerd
• PM1.0
• PM2.5
• PM10

Stap 8: Webinterface 2/4

De betekenis van de LED-kleur in de modus "Gecompileerd" is als volgt: Batterijniveau:

• > 30% = groen
• > 10% en <30%: oranje
• <10% = rood

Geheugenniveau:

• > 30% = groen
• > 10% en <30%: oranje
• <10% = rood

Besturingsuitgang:

• Hoge output: groen
• Lage output: rood
• Automatische bedieningsmodus: blauw

Stap 9: webinterface 3/4"

Uitgang PM1.0, PM2.5 en PM10: De kleur van de LED komt overeen met de kleurentabel van de AQI-index. De betekenis van de kleur van de 10 LED's in de modus "PM1.0, PM2.5, PM10" is als volgt:

• De kleur van de LED's vertegenwoordigt het niveau van luchtvervuiling zoals aangegeven in de tabel van de AQI-index. Als de LED's bijvoorbeeld rood zijn, betekent dit dat de mate van vervuiling slecht is voor de gezondheid.
• Het aantal brandende LED's vertegenwoordigt de waarde van de AQI-index voor de betreffende kleur, zoals aangegeven in de tabel van de AQI-index. Als er bijvoorbeeld slechts één groene LED op 10 staat, is de index 1/10e van de maximale groene index, dwz 50/10 = 5. Als er 5 groene LED's op 10 staan, is de waarde 50 / 10x5 = 25. Als 5 paarse LED's branden, de waarde is (300-201) /10x5+201=250,5.
• Elke keer dat de drukknop wordt ingedrukt, knippert een van de 4 LED's aan de rechterkant oranje. Het geeft aan wat de geselecteerde weergavemodus is:

Stap 10: Webinterface 4/4

Het gedeelte "Resterende gegevens" geeft de resterende geheugenruimte aan voor het opslaan van de metingen. Na de ":" staat het resterende %. Door op de knop "geheugen wissen" te drukken, wordt het geheugen gewist. Door op de "download"-knop te drukken, wordt de overdracht van de monsters naar de pc gestart. Aan het einde van de webinterface wordt de tabel van de AQI-index weergegeven.

Stap 11: Aan de slag

1. Zet de Aan/Uit-schakelaar in de Aan-stand.
2. Een regenboog van LED's verschijnt om ervoor te zorgen dat alle LED's werken …. en dan is het mooi.
3. De turquoise LED's lichten na elkaar op. Hierdoor kan de deeltjessensor de tijd krijgen om te initialiseren.
4. Een van de LED-weergavemodi verschijnt.
5. Kies op de telefoon of pc het wifi-netwerk dat begint met "AQI_I3D-"
6. Voer de code "AQI_index" in
7. Open bijvoorbeeld Google en typ in de adresbalk: 192.168.4.1
8. De webpagina wordt weergegeven

De video

Stap 12: Gegevensoverdracht naar de pc

Om de gegevens van de box naar de pc over te brengen, moet u:

1. Sluit een micro-USB-kabel / seriële verbinding (5v spanningsniveau) aan op de USB-pc.
2. Open een seriële terminal op de pc en configureer deze als volgt: 9600 BAUDS, 1 stopbit, pariteit GEEN, 1 startbit.
3. Zet de microschakelaar op "gegevens uploaden inschakelen"
4. Druk in de interface op "Download"
5. Wacht op de seriële terminal tot het einde van de overdracht en kopieer de gegevens.
6. Zet de microschakelaar "gegevens uploaden inschakelen" in de oorspronkelijke positie

Als de CAP niet blijkt te werken, is het mogelijk dat de schakelaar niet terug op zijn plaats wordt gezet.

Stap 13: Stand-by tussen bemonsteringsfase

In de bemonsteringsmodi van 5 min, 15 min, 30 min en 1 uur gaat de CAP automatisch in slaap nadat het meetmonster is genomen en wordt pas 5, 15, 30 of 60 minuten later wakker. De autonomie van het GLB wordt zo enorm vergroot.

Stap 14: Reset naar fabrieksmodus

In het geval dat de CAP enkele bedieningsproblemen heeft, is het mogelijk om alle bedieningsparameters te resetten en de CAP betrouwbaar opnieuw te starten. Daarom:

1. Zet de CAP uit Blijf op de drukknop Verlicht de CAP.
2. De regenboog van LED verschijnt
3. Een turquoise LED-strip verschijnt in minder dan een seconde
4. Zet de CAP uit
5. Het GLB is nu gereset.

Stap 15: Het programma onder Arduino

Is hier beschikbaar

Om de kaart te programmeren is het nodig:

1. Arduino openen op de pc
2. Arduino configureren voor het ESP8266-bord
3. Sluit de UBS Micro USB / seriële kabel (3v3) aan tussen de kaart en de pc
4. Zet de SW3-knop op "prgm"
5. Blijf op de "SW1"-knop
6. Schakel het apparaat in -> Het apparaat gaat naar de programmeermodus
7. "SW1" vrijgeven
8. Start onder Arduino met programmeren
9. Schakel na het beëindigen van de programmering "SW3" naar "SW3"
10. Sluit het apparaat af en start het opnieuw op

Stap 16: Elektrische schema's

Stap 17: PCB

Stap 18: Nomenclatuur

Hier is het

Stap 19: Doe het zelf

U wilt het doen, geen zorgen, ik stel verschillende kits voor, afhankelijk van het budget dat u wilt inzetten

Bezoek mijn website (Franse versie beschikbaar)

Stap 20: En meer…

De volgende stap is om het apparaat te koppelen aan een ionisator. Zodat de lucht vervuild is, start het apparaat de ionisator, een ionisator laat op de een of andere manier de fijne deeltjes op de grond vallen. Het genereert negatieve elektronen die associëren met omringend gas en stof, waardoor hun positieve elektrische lading in een negatieve lading verandert. Omdat de grond en de meeste objecten een positieve lading hebben, worden de negatief geladen deeltjes door de ionisator aangetrokken en blijven ze eraan plakken. Zo wordt de lucht gezuiverd. De ionisatie van de lucht heeft ook een heleboel andere gezondheidsvoordelen. Tegenwoordig werkt de ionisator. Deze presentatie zal het onderwerp zijn van een volgende blog.