ESP-01S Publishing Particulate Matter Sensor
Gebruikersgids

ESP-01S Publishing Particulate Matter Sensor

Publiseer deeltjie-sensordata na Adafruit IO met Maker Pi Pico en ESP-01S
deur kevinjwalters
Hierdie artikel wys hoe om data van drie laekoste-deeltjiesensors na die Adafruit IO IoT-diens te publiseer deur gebruik te maak van die Cytron Maker Pi Pico wat 'n CircuitPython-program bestuur wat die sensors se uitsette oor Wi-Fi stuur met 'n ESP-01S-module wat AT rmware loop.
Die WGO identifiseer PM2.5-deeltjies as een van die grootste omgewingsrisiko's vir gesondheid met 99% van die wêreldbevolking wat op plekke woon waar die WGO-luggehalteriglyne nie in 2019 nagekom is nie. Dit beraam dat 4.2 miljoen voortydige sterftes hierdeur veroorsaak is. in 2016.
Die drie deeltjiesensors wat in hierdie artikel getoon word, is:

• die Plantower PMS5003 wat 'n reeksverbinding gebruik;
• die Sensirion SPS30 wat i2c gebruik;
• die Omron B5W LD0101 met polsuitsette.

Hierdie optiese sensors is soortgelyk aan dié wat in een soort huishoudelike rookalarm voorkom, maar hulle sterf in hul poging om deeltjies van verskillende groottes te tel eerder as om net by 'n drempelkonsentrasie te alarm.
Die rooi laser-gebaseerde PMS5003 is 'n algemeen gebruikte stokperdjie sensor en kan gevind word in die PurpleAir PA-II luggehalte sensor. Die SPS30 is 'n meer onlangse sensor wat dieselfde beginsel gebruik en kan gevind word in die Clarity Node-S lugkwaliteitsensor. Die infrarooi LED-gebaseerde B5W LD0101-sensor het 'n meer primitiewe koppelvlak, maar is nuttig vir sy vermoë om deeltjies groter as 2.5 mikron op te spoor – die ander twee sensors kan dit nie betroubaar meet nie.
Adafruit IO bied 'n gratis vlak met 'n beperkte aantal feeds en dashboards - dit is voldoende vir hierdie projek. Die gratis vlakdata word vir 30 dae behou, maar die data kan maklik afgelaai word.
Die Maker Pi Pico-bord in hierdie artikel is asample Cytron vriendelik aan my gestuur om te evalueer. Die enigste verskil aan die produksieweergawe is die byvoeging van passiewe komponente om die drie knoppies te ontbied.
Die ESP-01S-module sal waarskynlik 'n AT-rmware-opgradering benodig. Dit is 'n relatief komplekse, moeilike proses en kan tydrowend wees. Cytron verkoop die module met die toepaslike AT rmware daarop.
Die Omron B5W LD0101-sensor word ongelukkig deur die vervaardiger gestaak met laaste bestellings in Maart 2022.
Voorrade:

• Cytron Maker Pi Pico – Digi-sleutel | PiHut
• ESP-01S – Cytron se bord kom met toepaslike ATrmware.
• ESP-01 USB-adapter/programmeerder met terugstelknoppie – Cytron.
• Broodbord.
• Vroulike tot manlike jumperdrade, miskien 20 cm (8 duim) minimum lengte.
• Plantower PMS5003 met kabel en broodbordadapter – Adafruit
• of Plantower PMS5003 + Pimoroni-broodbordadapter – Pimoroni + Pimoroni
• Sensirion SPS30 – Digi-sleutel
  • Sparkfun SPS30 JST-ZHR-kabel na 5 manlike penne – Digi-sleutel
  • 2x 2.2k weerstande.
• Omron B5W LD0101 – Mouser
  • Omron-kabel beskryf as 'n harnas (2JCIE-HARNESS-05) – Mouser
  • 5-pen manlike kopstuk (vir die aanpassing van kabel by broodbord).
  • soldeersel – krokodil (krokodil) knipsels kan as 'n alternatief vir soldering werk.
  • 2x 4.7k weerstande.
  • 3x 10k weerstande.
  • 0.1uF kapasitor.
  • Batterykrag vir Omron B5W LD0101:
    • 4AA-batteryhouer vir herlaaibare NiMH-batterye (beter keuse).
    • of 3AA beslaghouer vir alkaliese batterye.
• 'n USB-kragpak kan nuttig wees as jy buite wil hardloop weg van 'n USB-kragbron.

Stap 1: USB-programmeerder vir die opdatering van flits op die ESP-01S

Die ESP-01S-module sal waarskynlik nie met toepaslike AT-rmware daarop kom nie, tensy dit van Cytron is. Die maklikste manier om dit op te dateer, is om 'n Windows-rekenaar of skootrekenaar te gebruik met 'n USB-adapter wat die as kan skryf en 'n terugstelknoppie het.
Ongelukkig het 'n baie algemene, geen-handelsmerkadapter wat dikwels beskryf word as iets soos 'n "ESP-01 Programmer Adapter UART" nie knoppies of skakelaars om dit te beheer nie. Die video hierbo wys hoe dit vinnig teruggestel kan word
met 'n paar geïmproviseerde skakelaars wat gemaak is van twee man-tot-vrou-springdrade wat in twee gesny is en op die penne aan die onderkant van die programmeerbord gesoldeer is. 'n Alternatiewe benadering hiervoor met behulp van 'n broodbord kan in Hackaday gesien word:
ESPHome op ESP-01 Windows Workflow.
https://www.youtube.com/watch?v=wXXXgaePZX8

Stap 2: Dateer firmware op ESP-01S op met behulp van Windows

'n Terminale program soos PuTTY kan saam met die ESP-01 Programmeerder gebruik word om die rmware-weergawe na te gaan. Die rmware laat die ESP8266 'n bietjie soos 'n modem optree met opdragte geïnspireer deur die Hayes-opdragstel. Die AT+GMR AT+GMR-opdrag wys die rmware-weergawe.
AT+GMR
AT weergawe:1.1.0.0(11 Mei 2016 18:09:56)
SDK-weergawe:1.5.4(baaeaebb)
saamsteltyd: 20 Mei 2016 15:08:19
Cytron het 'n gids wat beskryf hoe om die rmware-opdatering toe te pas deur gebruik te maak van die Espressif Flash Download Tool (slegs Windows) op GitHub: CytronTechnologies/esp-at-binaries. Cytron verskaf ook 'n kopie van die rmware-binêre, Cytron_ESP- 01S_AT_Firmware_V2.2.0.bin.
Na 'n suksesvolle opgradering sal die nuwe rmware as weergawe 2.2.0.0 gerapporteer word
AT+GMR
AT-weergawe:2.2.0.0(b097cdf – ESP8266 – 17 Junie 2021 12:57:45)
SDK-weergawe: v3.4-22-g967752e2
saamsteltyd (6800286): 4 Aug. 2021 17:20:05
Bin weergawe:2.2.0(Cytron_ESP-01S)
'n Opdragreëlprogram genaamd esptool is beskikbaar as 'n alternatief vir die programmering van die ESP8266-gebaseerde ESP-01S en kan op Linux of macOS gebruik word.
Die rmware op die ESP-01S kan op die Maker Pi Pico getoets word deur Cytron se simpletest.py te gebruik. Dit stuur elke 10 sekondes 'n ICMP-ping na 'n bekende diens op die internet en wys die retoertyd (rtt) in millisekondes. Dit benodig 'n secrets.py file met die Wi-Fi SSID (naam) en wagwoord – dit word later in hierdie artikel beskryf.
DIE GOEDDIE SLEGTE

Stap 3: Koppel die sensors

'n Halfgrootte broodbord is gebruik om die drie sensors te verbind en om die voltage van die vier herlaaibare NiMH-batterye. 'n Hoë resolusiefoto is ingesluit van die volledige opstelling hierbo en die volgende stappe beskryf hoe elke sensor gekoppel kan word.
Die kragrelings op die broodbord word aangedryf vanaf die Pi Pico met

• VBUS (5V) en GND na die kragrelings aan linkerkant en
• 3V3 en GND aan die regterkant.

Die kragrelings is gemerk met 'n nabygeleë rooi lyn vir positiewe spoor en blou vir negatiewe (of grond) spoor. Op 'n volgrootte (830 putjie) broodplank kan hierdie 'n boonste stel relings hê wat nie aan die onderste stel relings gekoppel is nie.
Die batterye word slegs gebruik om die Omron B5W LD0101 aan te dryf wat 'n bestendige voltage. Die USB-krag van 'n rekenaar is dikwels raserig wat dit ongeskik maak.

Stap 4: Koppel die Plantower PMS5003

Die Plantower PMS5003 benodig 5V krag, maar sy reeks "TTL styl" koppelvlak is 3.3V veilig. Die verbindings van die
PMS5003 via uitbreekbord na die Pi Pico is:

• VCC tot 5V (rooi) via ry 6 tot 5V spoor;
• GND na GND (swart) via ry 5 na GND;
• SET na EN (blou) via ry 1 tot GP2;
• RX na RX (wit) via ry 3 tot GP5;
• TX na TX (grys) via ry 4 tot GP4;
• RESET na RESET (pers) via ry 2 na GP3;
• NC (nie gekoppel nie);
• NC.

Die datablad bevat 'n waarskuwing oor die metaalkas.
Metaaldop is aan die GND gekoppel, so wees versigtig dat dit nie kortsluiting [sic] met die ander dele van stroombaan behalwe GND nie.
Die komponent is geneig om te stuur met blou plastiek fllm op die omhulsel om die oppervlak te beskerm teen skrape, maar dit moet nie staatgemaak word vir elektriese isolasie.

Stap 5: Koppel die Sensirion SPS30

Die Sensirion SPS30 benodig 5V-krag, maar sy i2c-koppelvlak is 3.3V-veilig. Die enigste bykomende komponente is twee 2.2k-weerstande om as optrekke vir die i2c-bus op te tree. Die verbindings van die SPS30 na die Pi Pico is:

• VDD (rooi) na 5V5V spoor;
• SDA (wit) na GP0 (grys) via ry 11 met 2.2k weerstand teen 3.3V spoor;
• SCL (pers) na GP1 (pers) via ry 10 met 2.2k weerstand teen 3.3V spoor;
• SEL (groen) na GND;
• GND (swart) na GND.

Die koppelstuk op die draad kan 'n stewige druk vereis om dit behoorlik in die SPS30 te plaas.
Die SPS30 ondersteun ook 'n seriële koppelvlak wat Sensirion in die datablad aanbeveel.
Sommige oorwegings moet gemaak word oor die gebruik van die I2C-koppelvlak. I2C is oorspronklik ontwerp om twee skyfies op 'n PCB te verbind. Wanneer die sensor via 'n kabel aan die hoof-PCB gekoppel is, moet veral aandag gegee word aan elektromagnetiese interferensie en oorspraak. Gebruik so kort as moontlik (< 10 cm) en/of goed afgeskermde verbindingskabels.
Ons beveel aan om eerder die UART-koppelvlak te gebruik, waar moontlik: dit is meer robuust teen elektromagnetiese interferensie, veral met lang verbindingskabels.
Daar is ook 'n waarskuwing oor die metaaldele van die kas.
Let daarop dat daar 'n interne elektriese verbinding tussen GND-pen (5) en metaalafskerming is. Hou hierdie metaalafskerming elektries smeer om enige onbedoelde strome deur hierdie interne verbinding te vermy. As dit nie 'n opsie is nie, is behoorlike eksterne potensiaalgelykstelling tussen GND-pen en enige potensiaal wat aan die afskerming gekoppel is, verpligtend. Enige stroom deur die verbinding tussen GND en metaalafskerming kan die produk beskadig en 'n veiligheidsrisiko inhou deur oorverhitting.

Stap 6: Koppel die Omron B5W LD0101

Die Omron-kabel is nie bedoel vir gebruik met 'n broodbord nie. Een vinnige manier om dit na breaboard-gebruik om te skakel, is om die sok af te sny, die drade te stroop en dit aan 'n vyfpenlengte manlike koppenne te soldeer. Krokodil (alligator) knipsels kan as 'n alternatiewe benadering gebruik word om soldering te vermy.
Die Omron B5W LD0101 benodig 'n 5V bestendige kragtoevoer. Sy twee uitsette is ook op 'n 5V-vlak wat onversoenbaar is met die Pi Pico se 3.3V-insette. Die teenwoordigheid van weerstande op die sensorbord maak dit maklik om dit tot 'n veilige waarde te laat val deur 'n 4.7k-weerstand per uitset by grond te voeg. Die aanboord-weerstande word in die datablad gedokumenteer wat dit 'n redelike benadering maak.
Die verbindings van die B5W LD0101 na die Pi Pico is:

• Vcc (rooi) na 5V (rooi) spoor via ry 25;
• OUT1 (geel) na GP10GP10 (geel) via ry 24 met 4.7k weerstand teen GND;
• GND (swart) na GND (swart) via ry 23;
• Vde (groen) na GP26GP26 (groen) via ry 22 met 0.1uF kapasitor na GND;
• OUT2 (oranje) na GP11 (oranje) via ry 21 met 4.7k weerstand teen GND.

Die GP12 (groen) van die Pi Pico verbind met ry 17 en 'n 10k-weerstand verbind ry 17 met ry 22.
Die datablad beskryf die kragtoevoervereiste as:
Minimum 4.5V, tipiese 5.0V, maksimum 5.5V, rimpel voltage reeks 30mV of minder word aanbeveel. Maak seker dat daar geen geraas onder 300Hz is nie. Con
rm die toelaatbare rimpel voltage waarde met behulp van 'n werklike masjien.
Drie alkaliese of vier herlaaibare (NiMH) batterye is die maklikste manier om bestendige, stabiele volume te verskaftage van ongeveer 5V na die sensor. 'n USB-kragpak sal waarskynlik 'n swak keuse wees omdat die voltage is tipies van 'n litiumbattery wat 'n buck-boost-omskakelaar gebruik wat dit raserig maak.
Die B5W LD0101 gebruik konveksie vir sy lugvloei en moet regop geplaas word om reg te werk. 'n Verandering van toevoer voltage sal waarskynlik die temperatuur van die verwarmer en die gepaardgaande lugvloei beïnvloed. Omgewingstemperatuur moet ook 'n effek hê.

Stap 7: Batterymonitering met potensiaalverdeler

Die battery voltage oorskry die 3.3V-vlak van die Pi Pico se RP2040-verwerker se insette. 'n Eenvoudige potensiaalverdeler kan hierdie voltage om binne daardie reeks te wees. Dit laat die RP2040 toe om die batteryvlak te meet op 'n analoog-bekwame (GP26 tot GP28) inset.
'n Paar 10k resistors is hierbo gebruik om die volume te halveertage. Dit is algemeen om hoër waardes soos 100k te sien gebruik om die vermorsde stroom te minimaliseer. Die verbindings is:

• B5W LD0101 Vcc (rooi) springdraad na ry 29 linkerkant;
• 10k-weerstand op ry 29 tussen linker- en regterkant op ry 29;
• Bruin springdraad na Pi Pico GP27;
• 10k-weerstand van regterkant van ry 29 na nabygeleë GND-spoor.

GP28 op die Maker Pi Pico kan as 'n analoog-invoer gebruik word, maar aangesien dit ook aan die RGB-pixel gekoppel is, kan dit 'n klein effek op die waarde hê en selfs kan verlig of verander as die inset soos die WS2812-protokol lyk!

Stap 8: Installeer CircuitPython en Sensor Data Publishing Program

As jy nie vertroud is met CircuitPython nie, is dit die moeite werd om eers die Welkom by CircuitPython-gids te lees.

1. Installeer die volgende sewe biblioteke vanaf die weergawe 7.x-bundel vanaf https://circuitpython.org/libraries in die lib-gids op die CIRCUITPY-skyf:
   1. adafruit_bus_device
   2. adafruit_minimqtt
   3. adafruit_io
   4. adafruit_espatcontrol
   5. adafruit_pm25
   6. adafruit_requests.mpy
   7. neopixel.mpy
2. Laai hierdie twee ekstra biblioteke af na die lib-gids deur te klik Stoor skakel as... op die files binne die gids of op die file:
   1. adafruit_sps30 van https://github.com/kevinjwalters/Adafruit_CircuitPython_SPS30
   2. b5wld0101.py van https://github.com/kevinjwalters/CircuitPython_B5WLD0101
3. Skep die secrets.py file (sien bvample hieronder) en vul die waardes in.
4. Laai die program af na CIRCUITPY deur te klik Stoor skakel as... op pmsensors_adafruitio.py
5. Hernoem of vee enige bestaande code.py uit file op CIRCUITPY hernoem dan die pmsensors_adafruitio.py na code.py This file word uitgevoer wanneer die CircuitPython-tolk begin of herlaai.

# Hierdie lêer is waar jy geheime instellings, wagwoorde en tekens hou!
# As jy dit in die kode plaas, loop jy die risiko om daardie inligting te verbind of dit te deel
geheime = {
"ssid" : "VOEG-WIFI-NAAM-HIER IN",
"wagwoord" : "VOEG-WIFI-WAGWOORD-HIER IN",
“aio_username” : “VOEG-ADAFRUIT-IO-USERNAME-HIER IN”,
“aio_key” : “INSERT-ADAFRUIT-IO-TOEPASSING-SLEUTEL-HIER”
# http://worldtimeapi.org/timezones
"tydsone" : "Amerika/New_York",
}
Die weergawes wat vir hierdie projek gebruik is, was:
CircuitPython 7.0.0
CircuitPython-biblioteekbundel adafruit-circuitpython-bundle-7.x-mpy-20211029.zip- vroeëre weergawes van September/Oktober moet nie as die adafruit_espatcontrol gebruik word nie
biblioteek was karig en half werk op 'n verwarrende manier.

Stap 9: Adafruit IO-opstelling

Adafruit het baie gidse oor hul Adafruit IO-diens, die mees relevante is:
Welkom by Adafruit IO
Adafruit IO Basics: Voere
Adafruit IO Basics: Dashboards
Sodra jy vertroud is met strome en kontroleskerms, volg hierdie stappe.

1. Skep 'n Adafruit-rekening as jy nie reeds een het nie.
2. Maak 'n nuwe groep genaamd mpp-pm onder Feeds
3. Maak nege feeds in hierdie nuwe groep deur op + New Feed knoppie te klik, die name is:
   1. b5wld0101-raw-out1
   2. b5wld0101-raw-out2
   3. b5wld0101-vcc
   4. b5wld0101-vth
   5. cpu-temperatuur
   6. pms5003-pm10-standaard
   7. pms5003-pm25-standaard
   8. sps30-pm10-standaard
   9. sps30-pm25-standaard
4. Maak 'n dashboard vir hierdie waardes, voorgestelde blokke is:
   1. Drie lyngrafiekblokke, een vir elke sensor met twee lyne per grafiek.
   2. Drie maatblokke vir die twee voltages en temperatuur.
      

Stap 10: Verifieer die datapublisering

Die Monitor bladsy onder Pro file is nuttig om te verifieer dat data intyds aankom deur na die Live Data te kyk file afdeling. Die program verander die RGB-pixel blou vir 2-3 sekondes wanneer dit die data na Adafruit IO stuur en keer dan terug na groen.
Die temperatuur van die RP2040 blyk wyd tussen verskillende SVE's te verskil en dit is onwaarskynlik dat dit ooreenstem met die omgewingstemperatuur.
As dit nie werk nie, is hier 'n paar dinge om na te gaan.

• As die RGB-pixel bly vir of as data nie deur Adafruit IO ontvang word nie, kyk dan na die USB-reekskonsole vir uitvoer/foute. Die numeriese uitvoer vir Mu op die reekskonsole sal wys of die sensors werk met nuwe lyne wat elke 2-3 sekondes gedruk word - sien hieronder vir bv.ampdie uitset.
• Die Live Errors-afdeling op die Monitor-bladsy is die moeite werd om te kyk of data gestuur word, maar nie opdaag nie.
• Die ontfoutveranderlike in die program kan van 0 tot 5 gestel word om die volume van ontfoutingsinligting te beheer. Hoër vlakke deaktiveer die tuple-drukwerk vir Mu.
• Die simpletest.py-program is 'n nuttige manier om te bewys dat die Wi-Fi-verbinding gemaak is en verbinding met die internet werk vir ICMP-verkeer.
• Maak seker dat jy 'n onlangse weergawe van die adafruit_espatcontrol-biblioteek gebruik.
• Die Maker Pi Pico se blou LED's op elke GPIO is baie nuttig om 'n onmiddellike visuele oor te kryview van die GPIO-staat. Al die gekoppelde GPIO sal aan wees, met die uitsondering van:
  • GP26 sal af wees omdat die gladgemaakte voltage (ongeveer 500mV) is te laag;
  • GP12 sal dof wees omdat dit 'n ~ 15% dienssiklus PWM sein is;
  • GP5 sal aan wees, maar sal flikker soos data vanaf die PMS5003 gestuur word;
  • GP10 sal af wees, maar sal flikker soos klein deeltjies deur die B5W LD0101 opgespoor word;
  • GP11 sal af wees, maar sal baie af en toe flikker tensy jy in 'n buitengewoon rokerige plek is.

Die uitset wat vir die plotter in Mu bedoel is, sal so in 'n kamer lyk:
(5,8,4.59262,4.87098,3.85349,0.0)
(6,8,4.94409,5.24264,1.86861,0.0)
(6,9,5.1649,5.47553,1.74829,0.0)
(5,9,5.26246,5.57675,3.05601,0.0)
(6,9,5.29442,5.60881,0.940312,0.0)
(6,11,5.37061,5.68804,1.0508,0.0)
Of 'n kamer met skoner lug:
(0,1,1.00923,1.06722,0.0,0.0)
(1,2,0.968609,1.02427,0.726928,0.0)
(1,2,0.965873,1.02137,1.17203,0.0)
(0,1,0.943569,0.997789,1.47817,0.0)
(0,1,0.929474,0.982884,0.0,0.0)
(0,1,0.939308,0.993282,0.0,0.0)
Die ses waardes per reël in volgorde is:

1. PMS5003 PM1.0 en PM2.5 (heelgetalwaardes);
2. SPS30 PM1.0 en PM2.5;
3. B5W LD0101 rou OUT1 en OUT2 tel.
   

Stap 11: Toets die sensors binne met Mu en Adafruit IO

Die video hierbo wys hoe die sensors reageer op 'n vuurhoutjie wat geslaan word om die wierookstok aan te steek. Die PM2.5-piekwaardes van die PMS5003 en SPS30 is onderskeidelik 51 en 21.5605. Die B5W LD0101 het ontbloot optika en word ongelukkig geraak deur die wolfram-halogeenbeligting wat vir hierdie video gebruik word. Daar is 'n verhoogde vlak van deeltjies in die lug vanaf 'n vorige toetslopie.
Onthou om die batterypak te ontkoppel wanneer dit nie gebruik word nie, anders sal die B5W LD0101 se verwarmer die batterye leegmaak.
https://www.youtube.com/watch?v=lg5e6KOiMnA

Stap 12: Deeltjies buite op Guy Fawkes-aand

Guy Fawkes Night word geassosieer met vreugdevure en vuurwerke wat kan bydra tot 'n toename in lugbesoedeling vir 'n aand of twee. Die kaarte hierbo wys die drie sensors wat net ná 7:5 op Vrydag 2021 November XNUMX buite geplaas is. Daar was geen vuurwerke in die onmiddellike omgewing nie, maar hulle kon in die verte gehoor word. Let wel: die vliegskaal verskil tussen die drie kaarte.
Die voerdata wat in Adafruit IO gestoor is, wys die sensors wat die lug opspoor, het reeds 'n effens verhoogde vlak van PM2.5 gehad, gebaseer op die SPS30-nommers:
2021/11/05 7:08:24PM 13.0941
2021/11/05 7:07:56PM 13.5417
2021/11/05 7:07:28PM 3.28779
2021/11/05 7:06:40PM 1.85779
Die piek was ongeveer 46 ug per kubieke meter net voor 11:XNUMX:
2021/11/05 10:55:49PM 46.1837
2021/11/05 10:55:21PM 45.8853
2021/11/05 10:54:53PM 46.0842
2021/11/05 10:54:26PM 44.8476
Daar is kort punte elders in die data wanneer die sensors buite was. Dit kan wees as gevolg van vloei van:

• uitlaat van sentrale gasverhitting,
• mense wat naby rook en/of
• reuke/dampe van kook.

Kontroleer die weer voordat jy blootgestelde elektronika buite sit!

Stap 13: Deeltjies binne-in met kook

Die kaarte hierbo wys hoe die sensors reageer op spek en sampioene wat in 'n nabygeleë kombuis gebraai word met middelmatige ekstraksie. Die sensors was ongeveer 5 m (16 voet) van die kookplaat af. Let wel: die y-skaal wissel tussen die drie kaarte.
Die voerdata wat in Adafruit IO gestoor is, toon die sensors met 'n kort piek PM2.5-vlak van ongeveer 93ug per kubieke meter gebaseer op die SPS30-nommers:
2021/11/07 8:33:52PM 79.6601
2021/11/07 8:33:24PM 87.386
2021/11/07 8:32:58PM 93.3676
2021/11/07 8:32:31PM 86.294
Die besoedelingstowwe sal baie verskil van dié van herwerk. Dit is 'n interessante eksample van die uiteenlopende bronne van deeltjies in die lug wat ons inasem.

Stap 14: Openbare Deeltjies-sensors

Die data wat hierbo geteken is, is van nabygeleë publieke sensors.

• Asem Londen
  • Helderheid Beweging Node-S
    • eetlepels
    • ons
    • rl
• OpenAQ
  • PurpleAir PA-II
    • sr
• London Air Quality Network
  • Verwysingsgehalte (Met One BAM 1020 en ander)
    • FS
    • AS
    • TBR

Die tbps- en TBR-sensors is amper saamgeplaas en word saamgeteken om die korrelasie tussen die SPS30-gebaseerde toestel en die verwysing een naby aan te toon. Dit lyk of die SPS30 op die aande van die 5de en 6de November aansienlik onderlees wanneer dit redelik is om aan te neem dat die aandverhoging weens herbewerkings te wyte is. Dit kan wees as gevolg van die verskil in die massa van die deeltjies aangesien die sensors wat vir hierdie artikel gebruik word slegs volume kan opspoor en die digtheid van die deeltjies moet raai om waardes in mikrogram per kubieke meter te produseer.
Die PMS5003 in die PurpleAir PA-II blyk aansienlik te oorlees vir enige verhoogde PM2.5-vlakke gebaseer op hierdie kort tydperk. Dit kan ooreenstem met die resultate wat op die vorige bladsye gewys word, of daar kan ander faktore naby wees wat dit veroorsaak.
Die SPS30 en PMS5003 produseer data vir deeltjies groter as 2.5 mikron, maar die volgende bladsye wys hoekom dit met omsigtigheid hanteer moet word.

Stap 15: Vergelyking van sensors – Deeltjiegrootte

Die grafieke hierbo is van die Laboratorium-evaluering van deeltjiegrootte-selektiwiteit van optiese laekoste-deeltjie-sensors deur die Finse Meteorologiese Instituut. Drie sensors van elke soort is getoets met verskillende deeltjiegroottes wat op die logaritmiese x-as gewys word. Die gekleurde lyne dui die berekende waardes van spesifieke deeltjiegroottebande aan gebaseer op die sensoruitsette, die bandering wys die verspreiding. Die drie SPS30-waardes bo 1 mikron oorvleuel baie, wat dit baie moeilik maak om te onderskei.
Die algemene maatstawwe vir deeltjies is PM2.5 en PM10. Terwyl die nommer in die naam na die maksimum grootte van die deeltjie verwys, is die eenhede in mikrogram per kubieke meter. Die goedkoop sensors kan slegs deeltjie-deursnee (volume) meet en moet 'n paar raaiskote maak oor digtheid om die waarskynlike PM2.5- en PM10-waardes te bereken.
Die PMS5003 gebruik 'n konstante digtheidswaarde, Sensirion beskryf hul digtheidsbenadering vir die SPS30 as:
Die meeste laekoste PM-sensors op die mark aanvaar 'n konstante massadigtheid in kalibrasie en bereken die massakonsentrasie deur die gedetecteerde deeltjietelling met hierdie massadigtheid te vermenigvuldig. Hierdie aanname werk net as die sensor 'n enkele deeltjietipe meet (byvoorbeeld tabakrook), maar in werklikheid vind ons baie verskillende deeltjietipes met baie verskillende optiese eienskappe in die alledaagse lewe, van 'swaar' huisstof tot 'ligte' verbrandingsdeeltjies . Sensirion se eie algoritmes gebruik 'n gevorderde benadering wat 'n behoorlike skatting van die massakonsentrasie moontlik maak, ongeag die deeltjietipe wat gemeet word. Boonop maak so 'n benadering 'n korrekte skatting van die grootte houers moontlik.
Die PM-metrieke sluit al die deeltjies onder die grootteparameter in, dws
PM1 + massa van al die deeltjies tussen 1.0 en 2.5 mikron = PM2.5,
PM2.5 + massa van al die deeltjies tussen 2.5 en 10 mikron = PM10.
Die PMS5003 en SPS30 is nie in staat om die deeltjies in hierdie laboratoriumtoets bo 2-3 mikron op te spoor nie. Dit is moontlik dat hulle ander soorte deeltjies bo hierdie grootte kan opspoor.
Die B5W LD0101 lyk geloofwaardig uit hierdie laboratoriumtoets vir die meting van PM10.

Stap 16: Vergelyking van sensors – Ontwerp

Die Omron-verwarmer ('n 100 ohm +/- 2% weerstand!) kan gesien word as die sensor onderstebo gedraai word. Die ontwerp word in detail bespreek in Omron: Ontwikkeling van luggehaltesensor vir lugsuiweraar. Die gebruik van konveksie lyk kru, maar dit kan 'n hoër betroubaarheidsoplossing wees in vergelyking met 'n meganiese komponent soos 'n waaier wat 'n nagleeftyd het en 'n leeftyd wat verminder kan word deur in 'n stowwerige omgewing te werk. Die SPS30-waaier blyk ontwerp te wees om maklik vervangbaar te wees sonder om die kas oop te maak. Ander Plantower-modelle het dieselfde ontwerpkenmerk.
Al drie die sensors sal geneig wees tot die gevolge van hoë relatiewe humiditeit wat ongelukkig die PM-waardes verkeerdelik verhoog.
Die gesertifiseerde, verwysingsgehalte-sensors (VK se DEFRA-lys) wat deeltjies monitor, gebruik nie 'n optiese benadering vir meting nie. Die Met One BAM 1020 werk deur

1. die deeltjies groter as die groottelimiet uit die lug te skei en weg te gooiample,
2. verhitting van die lug om die relatiewe humiditeit te beheer/verminder,
3. deponeer die deeltjies op 'n nuwe gedeelte van 'n aaneenlopende band en
4. meet dan die verswakking van 'n betastralingsbron deur die opgehoopte deeltjies op die band om 'n goeie skatting van die totale massa van die deeltjies te bereken.

Nog 'n algemene tegniek is die Tapered Element Oscillating Microbalance (TEOM) wat deeltjies op 'n vervangbare liter op die vrye punt van 'n tapse buis neerslaan wat aan die ander kant vasgemaak is. Die akkurate meting van die ossillasiefrekwensie van die natuurlik-resonante buis laat die bykomende klein massa van die deeltjies toe om uit die minuskule variasie in frekwensie bereken te word. Hierdie benadering is geskik vir die skep van hoër koers PM waardes.

Stap 17: Gaan verder

Sodra jy jou sensors opgestel het en data na Adafruit IO publiseer, is hier 'n paar ander idees om te verken:

• Toets elke kamer in jou huis met verloop van tyd en let op die aktiwiteit en ventilasie. Toets jou huis wanneer jy kook. Toets 'n braai.
• Gebruik die drie knoppies op die Maker Pi Pico. Hierdie is gekoppel aan GP20, GP21 en GP22 wat doelbewus ongebruik gelaat is om vir knoppiegebruik toe te laat.
• As jy naby 'n openbare luggehalte-moniteringsstasie woon, vergelyk jou data daarmee.
• Voeg 'n skerm by vir bygewoonde gebruik wat sensorwaardes wys. Die SSD1306 is klein, 'n ordelike en maklik om by te voeg/gebruik in CircuitPython. Sien Instruksies: Grondvogwaarneming
• Met die Maker Pi Pico vir 'n eksample van die gebruik daarvan.
• Ondersoek die MQTT-biblioteek om te sien of al die sensordata in een bondel gestuur kan word. Dit behoort meer doeltreffend te wees.
• Integreer op een of ander manier met die selfstandige IKEA Vindriktning-lugkwaliteitsensor.
  • Soren Beye se MQTT-verbinding vir die Ikea VINDRIKTNING wys hoe om 'n ESP8266 by die sensor te voeg en identifiseer die deeltjies (stof) sensor as "Cubic PM1006-agtige".
  • 'n Gevorderde projek sou wees om die hoof-PCB te vervang met 'n ESP32-S2-gebaseerde bord met ekstra digitale omgewingsensors om 'n Wi-Fi-geaktiveerde, CircuitPython-gebaseerde toestel te skep.
  • Hierdie toestel word bespreek op Home Assistant Forum: IKEA Vindriktning Air Quality Sensor.
  • LaskaKit produseer 'n ESP32-gebaseerde vervangings-PCB vir die sensor sodat dit maklik met ESPHome gebruik kan word.
• Bestudeer die uitwerking van die variasie van die aanbod voltage binne die toegelate reekse vir die sensors. Dit kan die waaierspoed of die temperatuur van die verwarmer verander wat die resultate beïnvloed.
• Bou 'n weer- en wildbestande omhulsel met noukeurige ontwerp vir luginlaat, -uitlaat en lugvloei verby sensors. 'n Sambreel wat aan 'n reling vasgeplak is, is gebruik om die oop, ontblote elektronika te beskerm vir die insameling van data oor die naweek vir hierdie artikel.

Verwante projekte:

• Costas Vav: Draagbare luggehaltesensor
• Pimoroni: 'n Buiteluggehaltestasie met Enviro+ en Luftdaten
• Instruksies: Gebruik die Pimoroni Enviro+ FeatherWing met die Adafruit Feather NRF52840 Express – die
• Enviro+ FeatherWing bevat 'n aansluiting vir die PMS5003. Die SPS30 kan met i2c-pennetjies gebruik word en daar is omtrent genoeg penne om die B5W LD0101 ook te gebruik.
• Die nRF52840 ondersteun nie Wi-Fi nie, so dit kan nie op sy eie gebruik word om data oor die internet te publiseer nie.
• Adafruit Leer: Luggehaltesensor 3D-gedrukte omhulsel. – gebruik die Adafruit Feather M4 met ESP32-gebaseerde Airlift FeatherWing en PMS5003.
• Adafruit Learn: Quickstart IoT – Raspberry Pi Pico RP2040 met WiFi – gebruik 'n ESP32-gebaseerde Adafruit AirLift-uitbreekbord.
• GitHub: CytronTechnologies/MAKER-PI-PICO Example Kode/CircuitPython/IoT – bvample kode vir Adafruit IO, Blynk en Thinkspeak.
• Cytron: Lugmonitering met behulp van selfoon – gebruik 'n ESP8266-gebaseerde Arduino-skild om data vanaf 'n
• Honeywell HPM32322550 deeltjiesensor na Blynk, geen (slim)foon nodig nie.

Intermediêre sensors, duurder maar met beter vermoë om groter deeltjiegroottes op te spoor:

• Piera Systems IPS-7100
• Alphasense OPC-N3 en OPC-R2

Verdere leeswerk:

• Sensors
  • Finse Meteorologiese Instituut: Laboratorium-evaluering van deeltjiegrootte-selektiwiteit van optiese laekoste-deeltjiesensors (Mei 2020)
  • Gough Lui: Review, Teardown: Plantower PMS5003 Laser Particulate Monitor Sensor sluit 'n vergelyking met Sensirion SPS30 in.
  • Karl Koerner: Hoe om 'n PMS 5003-lugsensor oop te maak en skoon te maak
  • Met One Instruments, Inc., BAM-1020 EPA TSA-opleidingsvideo (YouTube) – wys wat binne is en hoe dit werk.
  • CITRIS Navorsingsuitruil: Sean Wihera (Clarity Movement) praatjie (YouTube) – praatjie insluitend besonderhede oor die Node-S sensor wat die Sensirion SPS30 gebruik.
• Wetgewing en organisasies betrokke by luggehalte
  • Die Regulasies vir Luggehaltestandaarde 2010 (VK)
  • Riglyne vir lugbesoedeling van die Wêreldgesondheidsorganisasie (WGO).
  • Britse longstigting – luggehalte (PM2.5 en NO2)
• Navorsing
  • Imperial College London: Die binne-buitelugbesoedelingskontinuum (YouTube)
  • Laerskoolkinders versamel luggehaltedata met rugsakke in Londen in 2019:
    • Dyson: Volg besoedeling op die skoolloopbaan. Breathe London (YouTube)
    • King's College London: Environmental Research Group: The Breathe London Wearables Study
  • Atmosfeerjoernaal: binnenshuise lugbesoedeling van residensiële stowe: ondersoek die oorstroming van deeltjies in huise tydens werklike wêreldgebruik
• Nuus en Blogs
  • The Economist: Middernaglug – Pole se steenkoolrooi huisverhitting skep wydverspreide besoedeling (Januarie 2021)
  • Amerikaanse NPR: Skuiling binne jou dalk nie teen die gevare van wilde rook beskerm nie?
  • Reuters: Die partytjie is verby: Diwali verlaat Delhi terwyl hy in gevaarlik ongesonde lug hyg
  • Pimoroni Blog: Die mees besoedelde nag van die jaar (in die Verenigde Koninkryk)
  • Helderheidsbeweging: Wilde Vuurrook, Openbare Gesondheid en Omgewingsgeregtigheid: Beter
  • Besluitneming met lugmonitering (YouTube) – aanbieding en bespreking oor luggehalte van die westelike VSA, veral rondom 2020 wildebrandrook.
  • Voog: Vuil lug raak 97% van Britse huise, toon data
• Partikelmonitering en datapakhuis
  • Nederland Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (Nasionale Instituut vir Openbare Gesondheid en die Omgewing): Vuurwerkeksperiment (Vuurwerkeksperiment) 2018-2019
  • Google: Straat vir straat: Hoe ons luggehalte in Europa karteer – straat view motors versamel deeltjies en besoedelende gasdata.London Air Quality Network
  • Breathe London - 'n netwerk om die London Air Quality Network aan te vul met "'n ordelike, maklik-om-te-installeer en instandhouding van luggehalte-sensors vir enigiemand", wat tans die Clarity Movement Node-S gebruik.
  • Amerikaanse ambassade in Beijing monitering van deeltjies (Twitter)
  • World Air Quality Index – versamel data van baie verskillende bronne met kaart views en historiese data.
  • Sensor.Community (voorheen bekend as Luftdaten) – “maak die wêreld 'n beter plek deur gemeenskapsgedrewe, oop omgewingsdata”.
• Sagteware biblioteke
  • Sagtewarefoute in 'n deeltjie-sensorbiblioteek – die adafruit_pm25 ly aan ten minste een van die kwessies wat beskryf word, wat die hantering van uitsonderings rondom lees() vir reeks (UART) noodsaak.
• Kursusse
  • HarvardX: Particulate matter-lugbesoedeling (YouTube) – vyf minute video van die kort kursus EdX: Energy Within Environmental Constraints

Veiligheidskritiese opsporing en alarms word die beste oorgelaat aan kommersiële toestelle van betroubare verskaffers.
https://www.youtube.com/watch?v=A5R8osNXGyo
Publiseer deeltjiesensordata na Adafruit IO met Maker Pi Pico en ESP-01S:

Dokumente / Hulpbronne

instructables ESP-01S Publishing Particulate Matter Sensor [pdf] Gebruikersgids ESP-01S Publishing Particulate Matter Sensor, ESP-01S, Publishing Particulate Matter Sensor, Particulate Matter Sensor, Materie Sensor

Verwysings

• Gebruikershandleiding