instructables ESP-01S Publishing Кіраўніцтва карыстальніка датчыка цвёрдых часціц

Публікацыя даных датчыка цвёрдых часціц у Adafruit IO з Maker Pi Pico і ESP-01S
ад kevinjwalters
У гэтым артыкуле паказана, як апублікаваць даныя з трох недарагіх датчыкаў цвёрдых часціц у сэрвісе Adafruit IO IoT з дапамогай Cytron Maker Pi Pico, які працуе з праграмай CircuitPython, якая перадае выхад датчыкаў праз Wi-Fi з дапамогай модуля ESP-01S, які працуе пад кіраваннем AT rmware.
СААЗ вызначае цвёрдыя часціцы PM2.5 як адну з самых вялікіх экалагічных рызык для здароўя, бо 99% насельніцтва свету пражывае ў месцах, дзе ў 2019 годзе ўзровень якасці паветра не адпавядаў рэкамендацыям СААЗ. Паводле ацэнак, гэта выклікала 4.2 мільёна заўчасных смерцяў у 2016 годзе.
У гэтым артыкуле прадстаўлены тры датчыка цвёрдых часціц:

Plantower PMS5003 з выкарыстаннем паслядоўнага злучэння;
Sensirion SPS30 з дапамогай i2c;
Omron B5W LD0101 з імпульснымі выхадамі.

Гэтыя аптычныя датчыкі падобныя на датчыкі аднаго тыпу бытавых дымавых датчыкаў, але яны гінуць у спробе падлічыць часціцы рознага памеру, а не проста сігналізаваць аб парогавай канцэнтрацыі.
Чырвоны лазерны датчык PMS5003 - гэта датчык, які часта выкарыстоўваецца аматарамі, і яго можна знайсці ў датчыку якасці паветра PurpleAir PA-II. SPS30 - гэта больш свежы датчык, які выкарыстоўвае той жа прынцып, і яго можна знайсці ў датчыку якасці паветра Clarity Node-S. Інфрачырвоны святлодыёдны датчык B5W LD0101 мае больш прымітыўны інтэрфейс, але карысны сваёй здольнасцю выяўляць часціцы памерам больш за 2.5 мікрона - два іншых датчыка не могуць іх надзейна вымераць.
Adafruit IO прапануе бясплатны ўзровень з абмежаванай колькасцю каналаў і прыборных панэляў - гэта дастаткова для гэтага праекта. Даныя бясплатнага ўзроўню захоўваюцца на працягу 30 дзён, але іх можна лёгка загрузіць.
Плата Maker Pi Pico ў гэтым артыкуле выглядае якample Cytron ласкава даслаў мне для ацэнкі. Адзінае адрозненне ад серыйнай версіі - гэта даданне пасіўных кампанентаў для ліквідацыі дрыгву трох кнопак.
Верагодна, што модуль ESP-01S патрабуе абнаўлення AT rmware. Гэта адносна складаны працэс, які можа заняць шмат часу. Cytron прадае модуль з адпаведным AT rmware на ім.
Датчык Omron B5W LD0101, на жаль, спынены вытворцам з апошнімі заказамі ў сакавіку 2022 года.
расходныя матэрыялы:

Cytron Maker Pi Pico – Digi-ключ | ПіХут
ESP-01S – плата Cytron пастаўляецца з адпаведным ATrmware.
ESP-01 USB адаптар/праграматар з кнопкай скіду – Cytron.
Макетная дошка.
Мінімальная даўжыня дроту паміж жанчынамі і мужчынамі, магчыма, 20 см (8 цаляў).

Plantower PMS5003 з кабелем і адаптарам макетнай платы – Adafruit
або адаптар макетнай платы Plantower PMS5003 + Pimoroni – Pimoroni + Pimoroni
Sensirion SPS30 – Digi-ключ
- Кабель Sparkfun SPS30 JST-ZHR да 5 кантактаў - Digi-ключ
- 2 рэзістара 2.2 кОм.
Omron B5W LD0101 – Mouser
- Кабель Omron апісваецца як джгут (2JCIE-HARNESS-05) – Mouser
- 5-кантактны раз'ём (для адаптацыі кабеля да макетнай платы).
- прыпой - заціскі тыпу "кракадзіл" (алігатар) могуць працаваць як альтэрнатыва пайцы.
- 2 рэзістара 4.7 кОм.
- 3 рэзістара 10 кОм.
- Кандэнсатар 0.1 мкФ.
- Харчаванне акумулятара для Omron B5W LD0101:
  - Трымальнік батарэі 4AA для акумулятараў NiMH (лепшы выбар).
  - або трымальнік 3AA для шчолачных батарэек.

Блок сілкавання USB можа спатрэбіцца, калі вы хочаце бегчы на вуліцу далей ад крыніцы сілкавання USB.

Крок 1: USB-праграматар для абнаўлення флэшкі на ESP-01S

Модуль ESP-01S наўрад ці будзе пастаўляцца з адпаведным фармпраграмным забеспячэннем AT, калі толькі ён не ад Cytron. Самы просты спосаб абнавіць гэта з дапамогай працоўнага стала Windows або ноўтбука з USB-адаптарам, які дазваляе запісваць у ash і мае кнопку скіду.
На жаль, вельмі распаўсюджаны адаптар без брэнда, які часта апісваюць як нешта накшталт «ESP-01 UART адаптара праграміста», не мае кнопак або перамыкачоў для іх кіравання. На відэа вышэй паказана, як гэта можна хутка паўтарыць
з некалькімі імправізаванымі перамыкачамі, зробленымі з дзвюх правадоў-перамычак паміж мужчынамі і жанчынамі, разрэзаных на дзве часткі і прыпаяных да кантактаў на ніжняй баку платы праграматара. Альтэрнатыўны падыход да гэтага з выкарыстаннем макетнай платы можна ўбачыць у Hackaday:
ESPHome на ESP-01 Працоўны працэс Windows.
https://www.youtube.com/watch?v=wXXXgaePZX8

Крок 2: Абнаўленне прашыўкі на ESP-01S з дапамогай Windows

Тэрмінальная праграма, такая як PuTTY, можа быць выкарыстана з ESP-01 Programmer для праверкі версіі ўсталяванага праграмнага забеспячэння. Праграмнае забеспячэнне прымушае ESP8266 дзейнічаць як мадэм з камандамі, натхнёнымі наборам каманд Hayes. Каманда AT+GMR AT+GMR паказвае версію ўсталяванага праграмнага забеспячэння.
AT+GMR
AT версія: 1.1.0.0 (11 мая 2016 18:09:56)
Версія SDK: 1.5.4 (baaeaebb)
час кампіляцыі: 20 мая 2016 г. 15:08:19
У Cytron ёсць кіраўніцтва, якое апісвае, як прымяніць абнаўленне рым-праграмнага забеспячэння з дапамогай Espressif Flash Download Tool (толькі для Windows) на GitHub: CytronTechnologies/esp-at-binaries. Cytron таксама забяспечвае копію двайковага файла RMW Cytron_ESP-01S_AT_Firmware_V2.2.0.bin.
Пасля паспяховага абнаўлення новая базавая праграма будзе пазначана як версія 2.2.0.0
AT+GMR
Версія AT: 2.2.0.0 (b097cdf – ESP8266 – 17 чэрвеня 2021 г. 12:57:45)
Версія SDK: v3.4-22-g967752e2
час кампіляцыі (6800286): 4 жніўня 2021 г. 17:20:05
Версія Bin: 2.2.0 (Cytron_ESP-01S)
Праграма каманднага радка пад назвай esptool даступная ў якасці альтэрнатывы для праграмавання ESP-8266S на аснове ESP01 і можа выкарыстоўвацца ў Linux або macOS.
Праграмнае забеспячэнне ESP-01S можна праверыць на Maker Pi Pico з дапамогай Cytron's simpletest.py. Гэта кожныя 10 секунд адпраўляе пінг ICMP вядомай службе ў Інтэрнеце і паказвае час зваротнай сувязі (rtt) у мілісекундах. Для гэтага патрэбны secrets.py file з Wi-Fi SSID (імя) і пароль - гэта апісана далей у гэтым артыкуле.
ДОБРАДРЭННАЕ

Крок 3: Падключэнне датчыкаў

Для падлучэння трох датчыкаў і кантролю аб'ёму выкарыстоўвалася макетная плата ўдвая меншага памеруtage ад чатырох акумулятараў NiMH. Фотаздымак высокай раздзяляльнасці змяшчае поўную ўстаноўку вышэй, а наступныя крокі апісваюць, як можна падключыць кожны датчык.
Сітавыя рэйкі на макетнай плаце сілкуюцца ад Pi Pico з

VBUS (5 В) і GND да рэйкі харчавання з левага боку і
3V3 і GND справа.

Рэйкі харчавання пазначаны побач чырвонай лініяй для станоўчай рэйкі і сіняй для адмоўнай (або зазямлення) рэйкі. На поўнапамернай (830 адтулін) макетнай плаце яны могуць мець верхні набор рэек, якія не злучаны з ніжнім наборам рэек.
Батарэі выкарыстоўваюцца толькі для сілкавання Omron B5W LD0101, якому патрэбна стабільная гучнасцьtagд. USB-сілкаванне ад кампутара часта шуміць, што робіць яго непрыдатным.

Крок 4: Падключэнне Plantower PMS5003

Plantower PMS5003 патрабуе сілкавання 5 В, але яго паслядоўны інтэрфейс «у стылі TTL» бяспечны для 3.3 В. Сувязі са ст
PMS5003 праз раздзяляльную плату да Pi Pico:

VCC да 5 В (чырвоны) праз радок 6 да 5 В;

GND да GND (чорны) праз радок 5 да GND;
SET на EN (сіні) праз радок 1 на GP2;
RX да RX (белы) праз шэраг 3 да GP5;
TX да TX (шэры) праз шэраг 4 да GP4;
RESET да RESET (фіялетавы) праз шэраг 2 да GP3;
NC (не падлучаны);
NC.

Пашпарт змяшчае папярэджанне аб металічным корпусе.
Металічны корпус падлучаны да зазямлення, таму будзьце асцярожныя, каб не дапусціць яго замыкання з іншымі часткамі ланцуга, акрамя зазямлення.
Кампанент, як правіла, пастаўляецца з сіняй пластыкавай плёнкай на корпусе, каб абараніць паверхню ад драпін, але на гэта не варта разлічваць на электраізаляцыю.

Крок 5: Падключэнне Sensirion SPS30

Sensirion SPS30 патрабуе харчавання 5 В, але яго інтэрфейс i2c бяспечны для 3.3 В. Адзінымі дадатковымі кампанентамі з'яўляюцца два рэзістара 2.2k, якія выконваюць ролю падцягвання шыны i2c. Злучэнні ад SPS30 да Pi Pico:

VDD (чырвоны) да рэйкі 5V5V;
SDA (белы) да GP0 (шэры) праз радок 11 з рэзістарам 2.2 кОм да рэйкі 3.3 В;
SCL (фіялетавы) да GP1 (фіялетавы) праз радок 10 з рэзістарам 2.2 кОм да рэйкі 3.3 В;

SEL (зялёны) да GND;
GND (чорны) у GND.

Раз'ём на провадзе можа спатрэбіцца моцна націснуць, каб правільна ўставіць яго ў SPS30.
SPS30 таксама падтрымлівае паслядоўны інтэрфейс, які Sensirion рэкамендуе ў табліцы дадзеных.
Варта ўлічыць некаторыя меркаванні адносна выкарыстання інтэрфейсу I2C. Першапачаткова I2C быў распрацаваны для злучэння двух мікрасхем на друкаванай плаце. Калі датчык падлучаны да асноўнай друкаванай платы праз кабель, асаблівую ўвагу трэба звярнуць на электрамагнітныя перашкоды і перакрыжаваныя перашкоды. Выкарыстоўвайце як мага больш кароткія (<10 см) і/або добра экранаваныя злучальныя кабелі.
Мы рэкамендуем замест гэтага выкарыстоўваць інтэрфейс UART, калі гэта магчыма: ён больш устойлівы да электрамагнітных перашкод, асабліва з доўгімі злучальнымі кабелямі.
Таксама ёсць папярэджанне аб металічных частках корпуса.
Звярніце ўвагу, што існуе ўнутранае электрычнае злучэнне паміж кантактам GND (5) і металічным экранам. Трымайце гэты металічны экран электрычным, каб пазбегнуць непрадбачаных токаў праз гэтае ўнутранае злучэнне. Калі гэта не варыянт, належнае знешняе выраўноўванне патэнцыялу паміж кантактам GND і любым патэнцыялам, падлучаным да экранавання, з'яўляецца абавязковым. Любы ток праз злучэнне паміж зазямленнем і металічным экранам можа пашкодзіць прадукт і ўяўляе небяспеку для бяспекі праз перагрэў.

Крок 6: Падключэнне Omron B5W LD0101

Кабель Omron не прызначаны для выкарыстання з макетнай платай. Адзін з хуткіх спосабаў пераўтварыць яго ў макетную плату - адрэзаць гняздо, зачысціць правады і прылітаваць іх да пяці кантактных штырькоў. У якасці альтэрнатыўнага падыходу, каб пазбегнуць паяння, можна выкарыстоўваць заціскі тыпу "кракадзіл" (алігатар).
Omron B5W LD0101 патрабуе пастаяннага сілкавання 5 В. Яго два выхады таксама знаходзяцца на ўзроўні 5 В, што несумяшчальна з уваходамі 3.3 В Pi Pico. Наяўнасць рэзістараў на плаце датчыка дазваляе лёгка знізіць гэтае значэнне да бяспечнага, дадаўшы рэзістар 4.7 к зазямлення на кожны выхад. Убудаваныя рэзістары задакументаваны ў табліцы дадзеных, што робіць гэты падыход разумным.
Злучэнні ад B5W LD0101 да Pi Pico:

Vcc (чырвоны) да 5 В (чырвоны) рэйкі праз шэраг 25;
OUT1 (жоўты) да GP10GP10 (жоўты) праз радок 24 з рэзістарам 4.7k да GND;
GND (чорны) да GND (чорны) праз шэраг 23;
Vth (зялёны) да GP26GP26 (зялёны) праз радок 22 з кандэнсатарам 0.1 мкФ да GND;

OUT2 (аранжавы) да GP11 (аранжавы) праз радок 21 з рэзістарам 4.7k да GND.

The GP12 (зялёны) ад Pi Pico падключаецца да радка 17, а рэзістар 10k злучае радок 17 з радком 22.
Табліца дадзеных апісвае патрабаванні да крыніцы харчавання наступным чынам:
Мінімум 4.5 В, звычайна 5.0 В, максімум 5.5 В, пульсацыя гучнасціtagРэкамендуецца дыяпазон 30 мВ або менш. Пераканайцеся, што няма шуму ніжэй за 300 Гц. Кон
rm дапушчальная пульсацыя абtage значэнне з выкарыстаннем фактычнай машыны.
Тры шчолачныя або чатыры акумулятарныя батарэі (NiMH) - гэта самы просты спосаб забяспечыць устойлівую і стабільнуюtage каля 5 В да датчыка. Блок сілкавання USB, хутчэй за ўсё, будзе дрэнным выбарам, таму што абtage, як правіла, ад літыевай батарэі з выкарыстаннем паніжальна-павышальнага пераўтваральніка, што робіць яго шумным.
B5W LD0101 выкарыстоўвае канвекцыю для патоку паветра, і для карэктнай працы яго трэба размясціць вертыкальна. Змена прапановы тtage, верагодна, паўплывае на тэмпературу абагравальніка і звязаны з ім паветраны паток. Таксама павінна паўплываць тэмпература навакольнага асяроддзя.

Крок 7: Маніторынг батарэі з дапамогай дзельніка патэнцыялу

Батарэя абtage перавышае ўзровень 3.3 В на ўваходах працэсара RP2040 Pi Pico. Просты дзельнік патэнцыялу можа паменшыць гэты аб'ёмtage знаходзіцца ў гэтым дыяпазоне. Гэта дазваляе RP2040 вымяраць узровень зарада батарэі на аналагавым уваходзе (GP26 - GP28).
Пара рэзістараў 10k была выкарыстана вышэй, каб паменшыць аб'ём удваяtagд. Для мінімізацыі марнавання току часта выкарыстоўваюцца больш высокія значэнні, напрыклад 100k. Сувязі:

B5W LD0101 Vcc (чырвоны) провад перамычкі да шэрагу 29 злева;

Рэзістар 10k у радку 29 паміж левым і правым бокам у радку 29;
Карычневая перамычка да Pi Pico GP27;
Рэзістар 10k ад правага боку радка 29 да суседняй рэйкі GND.

GP28 на Maker Pi Pico можа выкарыстоўвацца ў якасці аналагавага ўваходу, але паколькі ён таксама падключаны да пікселя RGB, гэта можа нязначна паўплываць на значэнне і можа нават загарэцца або змяніцца, калі ўвод выглядае як пратакол WS2812!

Крок 8: Усталёўка CircuitPython і праграмы публікацыі дадзеных датчыкаў

Калі вы не знаёмыя з CircuitPython, варта спачатку прачытаць кіраўніцтва Сардэчна запрашаем у CircuitPython.

Усталюйце наступныя сем бібліятэк з пакета версіі 7.x з https://circuitpython.org/libraries у каталог lib на дыску CIRCUITPY:
1. adafruit_bus_device
2. adafruit_minimqtt
3. adafruit_io
4. adafruit_espatcontrol
5. adafruit_pm25
6. adafruit_requests.mpy
7. neopixel.mpy
Спампуйце гэтыя дзве дадатковыя бібліятэкі ў каталог lib, націснуўшы спасылку «Захаваць як…» на files у каталогу або на file:
1. adafruit_sps30 ад https://github.com/kevinjwalters/Adafruit_CircuitPython_SPS30
2. b5wld0101.py ад https://github.com/kevinjwalters/CircuitPython_B5WLD0101
Стварыце secrets.py file (гл. прample ніжэй) і запоўніце значэнні.
Спампуйце праграму ў CIRCUITPY, націснуўшы спасылку "Захаваць як..." на pmsensors_adafruitio.py
Перайменуйце або выдаліце любы існуючы code.py file на CIRCUITPY, затым пераназавіце pmsensors_adafruitio.py у code.py Гэта file запускаецца пры запуску або перазагрузцы інтэрпрэтатара CircuitPython.

# У гэтым файле вы захоўваеце сакрэтныя налады, паролі і токены!
# Калі вы змясціце іх у код, вы рызыкуеце зафіксаваць гэтую інфармацыю або падзяліцца ёю
сакрэты = {
«ssid»: «УСТАВІЦЬ-ІМЯ-WIFI-ТУТ»,
«пароль» : «УСТАЎЦЕ-ПАРОЛЬ-WIFI-ТУТ»,
“aio_username”: “INSERT-ADAFRUIT-IO-USERNAME-HERE”,
“aio_key” : “УСТАВІЦЕ-ADAFRUIT-IO-ПРЫЛАГАННЕ-КЛЮЧ-ТУТ”
# http://worldtimeapi.org/timezones
«часавы пояс»: «Амерыка/Нью_Ёрк»,
}
У гэтым праекце выкарыстоўваліся наступныя версіі:
CircuitPython 7.0.0
Пакет бібліятэкі CircuitPython adafruit-circuitpython-bundle-7.x-mpy-20211029.zip- больш раннія версіі з верасня/кастрычніка нельга выкарыстоўваць у якасці adafruit_espatcontrol
бібліятэка была глючная і палова працавала блытана.

Крок 9: Налада Adafruit IO

Adafruit мае шмат даведнікаў па службе Adafruit IO, найбольш актуальныя з іх:
Сардэчна запрашаем у Adafruit IO
Adafruit IO Basics: Каналы
Adafruit IO Basics: прыборныя панэлі
Калі вы азнаёміцеся з каналамі і прыборнымі панэлямі, выканайце наступныя дзеянні.

Стварыце ўліковы запіс Adafruit, калі ў вас яго яшчэ няма.
Стварыце новую групу пад назвай mpp-pm у раздзеле Feeds
Зрабіце дзевяць стужак у гэтай новай групе, націснуўшы кнопку + Новая стужка, назвы:
1. b5wld0101-raw-out1
2. b5wld0101-raw-out2
3. b5wld0101-vcc
4. b5wld0101-vth
5. тэмпература працэсара
6. pms5003-pm10-стандарт
7. pms5003-pm25-стандарт
8. sps30-pm10-стандарт
9. sps30-pm25-стандарт
Зрабіце прыборную панэль для гэтых значэнняў, прапанаваныя блокі:
1. Тры блока лінейнай дыяграмы, па адным для кожнага датчыка з двума лініямі на дыяграму.
2. Тры блокі Gauge для двух абtagэс і тэмпература.

Крок 10: Праверка публікацыі даных

Старонка Monitor у Pro file карысна для праверкі паступлення даных у рэжыме рэальнага часу, праглядаючы даныя ў рэжыме рэальнага часу file падзел. Праграма робіць піксель RGB сінім на 2-3 секунды, калі ён адпраўляе даныя ў Adafruit IO, а потым вяртаецца да зялёнага.
Тэмпература RP2040, здаецца, моцна адрозніваецца паміж рознымі працэсарамі і наўрад ці адпавядае тэмпературы навакольнага асяроддзя.
Калі гэта не працуе, вось некалькі рэчаў, каб праверыць.

Калі піксель RGB застаецца ці даныя не прымаюцца Adafruit IO, праверце паслядоўную кансоль USB на наяўнасць вываду/памылак. Лікавы вывад для Mu на паслядоўнай кансолі будзе паказваць, ці працуюць датчыкі з новымі радкамі, якія друкуюцца кожныя 2-3 секунды - глядзіце ніжэй для прыкладуample выхад.
У раздзеле "Памылкі ў рэжыме рэальнага часу" на старонцы манітора варта праверыць, калі даныя адпраўляюцца, але не адлюстроўваюцца.

Зменная адладкі ў праграме можа быць усталявана ад 0 да 5, каб кантраляваць аб'ём адладкавай інфармацыі. Больш высокія ўзроўні адключаюць друк картэжа для Mu.
Праграма simpletest.py з'яўляецца карысным спосабам пацвердзіць, што злучэнне Wi-Fi зроблена і падключэнне да Інтэрнэту працуе для трафіку ICMP.
Пераканайцеся, што вы выкарыстоўваеце апошнюю версію бібліятэкі adafruit_espatcontrol.

Сінія святлодыёды Maker Pi Pico на кожным GPIO вельмі карысныя для атрымання імгненнага візуальнага аглядуview стану GPIO. Усе падлучаныя GPIO будуць уключаны, за выключэннем:
- GP26 будзе выключаны, таму што згладжаны voltage (каля 500 мВ) занадта нізкі;
- GP12 будзе цьмяным, таму што гэта ~ 15% ПВМ-сігналу;
- GP5 будзе ўключаны, але будзе міргаць, калі даныя адпраўляюцца з PMS5003;
- GP10 будзе выключаны, але будзе міргаць, калі B5W LD0101 выяўляе дробныя часціцы;
- GP11 будзе выключаны, але час ад часу будзе міргаць, калі вы не знаходзіцеся ў вельмі задымленым месцы.

Выхад, прызначаны для плотара ў Mu, у пакоі будзе выглядаць прыкладна так:
(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)
Або пакой з больш чыстым паветрам:
(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)
Шэсць значэнняў у радку па парадку:

PMS5003 PM1.0 і PM2.5 (цэлыя значэнні);
SPS30 PM1.0 і PM2.5;
B5W LD0101 неапрацаваныя лічбы OUT1 і OUT2.

Крок 11: Тэставанне ўнутраных датчыкаў з дапамогай Mu і Adafruit IO

На відэа вышэй паказана, як датчыкі рэагуюць на запалку, каб запаліць араматычную палачку. Пікавыя значэнні PM2.5 для PMS5003 і SPS30 складаюць 51 і 21.5605 адпаведна. B5W LD0101 мае непрыкрытую оптыку і, на жаль, на яе ўплывае вальфрамавае галагеннае асвятленне, якое выкарыстоўваецца для гэтага відэа. У паветры назіраецца павышаны ўзровень часціц падчас папярэдняга выпрабавання.
Не забывайце адключаць батарэю, калі яна не выкарыстоўваецца, інакш абагравальнік B5W LD0101 разрадзіць батарэі.
https://www.youtube.com/watch?v=lg5e6KOiMnA

Крок 12: Цвёрдыя часціцы на вуліцы ў ноч Гая Фокса

Ноч Гая Фокса асацыюецца з вогнішчамі і феерверкамі, якія могуць спрыяць павелічэнню забруджвання паветра на вечар ці два. На дыяграмах вышэй паказана, што тры датчыкі былі размешчаны на вуліцы адразу пасля 7:5 у пятніцу, 2021 лістапада XNUMX г. Феерверкаў у непасрэднай блізкасці не было, але іх было чуваць здалёк. Заўвага: шкала мухі адрозніваецца паміж трыма дыяграмамі.
Даныя стужкі, якія захоўваюцца ў Adafruit IO, паказваюць, што датчыкі, якія выяўляюць паветра, ужо мелі крыху павышаны ўзровень PM2.5 на аснове лічбаў SPS30:
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
Пік быў каля 46 мкг на кубічны метр незадоўга да 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
У іншых месцах даных назіраюцца кароткія скокі, калі датчыкі знаходзіліся звонку. Гэта можа быць звязана з:

выхлап ад газавага цэнтральнага ацяплення,
людзі, якія паляць побач і/або
пахі/дым ад прыгатавання ежы.

Праверце надвор'е, перш чым выносіць адкрытыя электронікі на вуліцу!

Крок 13: Цвёрдыя часціцы ўнутр падчас гатавання

Прыведзеныя вышэй дыяграмы паказваюць, як датчыкі рэагуюць на бекон і грыбы, якія смажацца на суседняй кухні з пасрэднай экстракцыяй. Датчыкі знаходзіліся прыкладна ў 5 м (16 футаў) ад пліты. Заўвага: шкала y вар'іруецца паміж трыма дыяграмамі.
Даныя стужкі, якія захоўваюцца ў Adafruit IO, паказваюць датчыкі з кароткім пікавым узроўнем PM2.5 каля 93 мкг на кубічны метр на аснове лічбаў SPS30:
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
Забруджвальныя рэчывы будуць моцна адрознівацца ад тых, што ўзніклі пры перапрацоўцы. Гэта цікавы былыampле з розных крыніц цвёрдых часціц у паветры, якім мы дыхаем.

Крок 14: Грамадскія датчыкі цвёрдых часціц

Даныя, прыведзеныя на графіцы вышэй, атрыманы ад грамадскіх датчыкаў, якія знаходзяцца паблізу.

Дыхай Лонданам
- Выразнасць руху Node-S
  - Тбіт/с
  - ас
  - rl
OpenAQ
- PurpleAir PA-II
  - sr
Лонданская сетка якасці паветра
- Эталонная якасць (Met One BAM 1020 і іншыя)
  - FS
  - AS
  - ТБР

Датчыкі tbps і TBR размешчаны амаль побач і адлюстроўваюцца разам, каб паказаць карэляцыю паміж прыладай на аснове SPS30 і эталоннай прыладай паблізу. Здаецца, SPS30 прыкметна недачытае ўвечары 5 і 6 лістапада, калі разумна выказаць здагадку, што вячэрняе павелічэнне звязана з перапрацоўкай. Гэта магло быць звязана з розніцай у масе часціц, паколькі датчыкі, якія выкарыстоўваюцца для гэтага артыкула, могуць вызначаць толькі аб'ём і павінны адгадаць шчыльнасць часціц, каб атрымаць значэнні ў мікраграмах на кубічны метр.
PMS5003 у PurpleAir PA-II, здаецца, значна завышае паказанні для любых павышаных узроўняў PM2.5 на падставе гэтага кароткага перыяду. Гэта можа супадаць з вынікамі, паказанымі на папярэдніх старонках, або могуць быць іншыя фактары, якія выклікаюць гэта.
SPS30 і PMS5003 ствараюць даныя для часціц памерам больш за 2.5 мікрон, але на наступных старонках паказана, чаму да гэтага трэба ставіцца асцярожна.

Крок 15: Параўнанне датчыкаў - Памер часціц

Прыведзеныя вышэй графікі ўзяты з лабараторнай ацэнкі селектыўнасці часціц па памеры аптычных недарагіх датчыкаў цвёрдых часціц, праведзенай Фінскім метэаралагічным інстытутам. Тры датчыка кожнага віду былі пратэставаны з рознымі памерамі часціц, паказанымі на лагарыфмічнай восі х. Каляровыя лініі паказваюць разлічаныя значэнні пэўных дыяпазонаў памераў часціц на аснове вынікаў датчыкаў, паласы паказваюць размеркаванне. Тры значэння SPS30 вышэй за 1 мікрон моцна перакрываюцца, што робіць іх вельмі цяжка адрозніць.
Агульнымі паказчыкамі для цвёрдых часціц з'яўляюцца PM2.5 і PM10. У той час як лік у назве адносіцца да максімальнага памеру часціцы, адзінкі ў мікраграмах на кубічны метр. Недарагія датчыкі могуць вымяраць толькі дыяметр часціц (аб'ём) і павінны зрабіць некаторыя здагадкі аб шчыльнасці, каб вылічыць верагодныя значэнні PM2.5 і PM10.
PMS5003 выкарыстоўвае пастаяннае значэнне шчыльнасці, Sensirion апісвае свой падыход да шчыльнасці для SPS30 як:
Большасць недарагіх датчыкаў PM на рынку мяркуе пастаянную шчыльнасць масы пры каліброўцы і вылічвае канцэнтрацыю масы шляхам множання колькасці выяўленых часціц на гэтую шчыльнасць масы. Гэта здагадка працуе, толькі калі датчык вымярае часціцы аднаго тыпу (напрыклад, тытунёвы дым), але на самой справе ў паўсядзённым жыцці мы знаходзім шмат розных тыпаў часціц з рознымі аптычнымі ўласцівасцямі, ад «цяжкага» хатняга пылу да «лёгкіх» часціц гарэння . Запатэнтаваныя алгарытмы Sensirion выкарыстоўваюць удасканалены падыход, які дазваляе правільна ацэньваць канцэнтрацыю масы, незалежна ад тыпу часціц, якія вымяраюцца. Акрамя таго, такі падыход дазваляе правільна ацаніць памер бункераў.
Метрыка PM ахоплівае ўсе часціцы ніжэй параметру памеру, г.зн
PM1 + маса ўсіх часціц памерам ад 1.0 да 2.5 мікрон = PM2.5,
PM2.5 + маса ўсіх часціц памерам ад 2.5 да 10 мікрон = PM10.
PMS5003 і SPS30 не могуць выявіць у гэтым лабараторным тэсце часціцы памерам больш за 2-3 мікрон. Магчыма, яны могуць выявіць іншыя тыпы часціц вышэй гэтага памеру.
B5W LD0101 выглядае надзейным з гэтага лабараторнага тэсту для вымярэння PM10.

Крок 16: Параўнанне датчыкаў - дызайн

Награвальнік Omron (рэзістар 100 Ом +/- 2%!) можна ўбачыць, калі перавярнуць датчык дагары нагамі. Дызайн падрабязна разглядаецца ў Omron: Распрацоўка датчыка якасці паветра для ачышчальніка паветра. Выкарыстанне канвекцыі здаецца грубым, але гэта можа быць больш надзейнае рашэнне ў параўнанні з механічным кампанентам, такім як вентылятар, які мае канечны тэрмін службы і які можа быць скарочаны пры працы ў пыльным асяроддзі. Здаецца, што вентылятар SPS30 прызначаны для лёгкай замены без адкрыцця корпуса. Іншыя мадэлі Plantower маюць тую ж асаблівасць канструкцыі.
Усе тры датчыка будуць схільныя ўздзеянню высокай адноснай вільготнасці, якая, на жаль, памылкова павялічвае значэнні PM.
Сертыфікаваныя датчыкі эталоннай якасці (спіс DEFRA Вялікабрытаніі), якія кантралююць цвёрдыя часціцы, не выкарыстоўваюць аптычны падыход для вымярэння. Met One BAM 1020 працуе па

аддзяленне і выдаленне з паветра часціц, памер якіх перавышае лімітampле,
награванне паветра для кантролю/зніжэння адноснай вільготнасці,
нанясенне часціц на новы ўчастак бесперапыннай румяной стужкі і
затым вымярэнне аслаблення крыніцы бэта-выпраменьвання назапашанымі часціцамі на стужцы, каб вылічыць добрую ацэнку агульнай масы часціц.

Яшчэ адна распаўсюджаная тэхніка - гэта вагальны мікрабаланс з канічным элементам (TEOM), які асаджвае часціцы на зменным фільтры на вольным канцы канічнай трубкі, замацаванай на другім канцы. Дакладнае вымярэнне частоты ваганняў натуральнай рэзананснай трубкі дазваляе вылічыць дадатковую маленечкую масу часціц з нязначнай змены частаты. Гэты падыход падыходзіць для стварэння больш высокіх значэнняў PM.

Крок 17: Ісці далей

Пасля таго як вы наладзілі датчыкі і публікуеце даныя ў Adafruit IO, вось некалькі іншых ідэй для вывучэння:

Праверце кожны пакой у вашым доме з часам, адзначаючы актыўнасць і вентыляцыю. Праверце свой дом, калі гатуеце. Выпрабуйце шашлык.

Выкарыстоўвайце тры кнопкі на Maker Pi Pico. Яны падключаны да GP20, GP21 і GP22, якія наўмысна не выкарыстоўваліся, каб можна было выкарыстоўваць кнопкі.
Калі вы жывяце побач з грамадскай станцыяй маніторынгу якасці паветра, параўнайце з ёй свае даныя.
Дадайце дысплей для абслугоўванага выкарыстання, які паказвае значэнні датчыкаў. SSD1306 невялікі, яго можна заказаць і лёгка дадаваць/выкарыстоўваць у CircuitPython. Глядзіце інструкцыі: Датчык вільготнасці глебы

З Maker Pi Pico для эксampле яго выкарыстання.
Даследуйце бібліятэку MQTT, каб даведацца, ці можна адправіць усе даныя датчыка адным пакетам. Гэта павінна быць больш эфектыўным.
Нейкім чынам інтэгравацца з аўтаномным датчыкам якасці паветра IKEA Vindriktning.
- Падключэнне MQTT Сорэна Бея для Ikea VINDRIKTNING паказвае, як дадаць ESP8266 да датчыка, і ідэнтыфікуе датчык цвёрдых часціц (пылу) як «падобны на Cubic PM1006».
- Прасунуты праект заключаўся б у замене асноўнай друкаванай платы на плату на аснове ESP32-S2 з дадатковымі лічбавымі датчыкамі навакольнага асяроддзя для стварэння прылады з падтрымкай Wi-Fi і CircuitPython.
- Гэта прылада абмяркоўваецца на форуме Home Assistant: Датчык якасці паветра IKEA Vindriktning.
- Кампанія LaskaKit вырабляе зменную друкаваную плату на аснове ESP32 для датчыка, каб лёгка выкарыстоўваць яго з ESPHome.
Вывучэнне эфектаў змены аб'ёму прапановыtage у межах дазволеных для датчыкаў дыяпазонаў. Гэта можа змяніць хуткасць вентылятара або тэмпературу абагравальніка, што паўплывае на вынікі.
Пабудуйце корпус, абаронены ад надвор'я і дзікай прыроды, з прадуманай канструкцыяй для ўваходу, выхаду і патоку паветра праз датчыкі. Парасон, прыклеены да парэнчаў, быў выкарыстаны для абароны адкрытай, адкрытай электронікі для збору даных у выходныя для гэтага артыкула.

Звязаныя праекты:

Costas Vav: Партатыўны датчык якасці паветра
Pimoroni: станцыя якасці паветра на адкрытым паветры з Enviro+ і Luftdaten
Інструкцыі: выкарыстанне Pimoroni Enviro+ FeatherWing з Adafruit Feather NRF52840 Express –
Enviro+ FeatherWing уключае раз'ём для PMS5003. SPS30 можа выкарыстоўвацца са штыфтамі i2c, а штыфтоў дастаткова і для B5W LD0101.

nRF52840 не падтрымлівае Wi-Fi, таму яго нельга выкарыстоўваць самастойна для публікацыі дадзеных праз Інтэрнэт.
Adafruit Learn: 3D-друкаваны корпус датчыка якасці паветра. – выкарыстоўвае Adafruit Feather M4 з Airlift FeatherWing на аснове ESP32 і PMS5003.
Adafruit Learn: Quickstart IoT – Raspberry Pi Pico RP2040 з Wi-Fi – выкарыстоўвае раздзяляльную плату Adafruit AirLift на базе ESP32.

GitHub: CytronTechnologies/MAKER-PI-PICO Example Code/CircuitPython/IoT – напрampкод для Adafruit IO, Blynk і Thinkspeak.
Cytron: Маніторынг паветра з дапамогай мабільнага тэлефона - выкарыстоўвае экран Arduino на базе ESP8266 для адпраўкі даных з
Датчык цвёрдых часціц Honeywell HPM32322550 для Blynk, (смарт) тэлефон не патрабуецца.

Прамежкавыя датчыкі, больш дарагія, але з лепшай здольнасцю выяўляць часціцы большага памеру:

Piera Systems IPS-7100
Alphasense OPC-N3 і OPC-R2

Дадатковая літаратура:

Датчыкі
- Фінскі метэаралагічны інстытут: лабараторная ацэнка селектыўнасці памеру часціц аптычных недарагіх датчыкаў цвёрдых часціц (май 2020 г.)
- Гоф Луі: Review, Разборка: Лазерны датчык цвёрдых часціц Plantower PMS5003 уключае параўнанне з Sensirion SPS30.
- Карл Кернер: Як адкрыць і ачысціць датчык паветра PMS 5003
- Met One Instruments, Inc., BAM-1020 EPA TSA Training Video (YouTube) – паказвае, што ўнутры і як гэта працуе.
- Даследчы абмен CITRIS: выступ Шона Віхеры (Clarity Movement) (YouTube) – выступ, уключаючы падрабязную інфармацыю аб датчыку Node-S, які выкарыстоўвае Sensirion SPS30.
Заканадаўства і арганізацыі, звязаныя з якасцю паветра
- Правілы стандартаў якасці паветра 2010 (Вялікабрытанія)
- Рэкамендацыі Сусветнай арганізацыі аховы здароўя (СААЗ) па забруджванні паветра
- Брытанскі фонд лёгкіх - Якасць паветра (PM2.5 і NO2)
Даследаванні
- Імперскі каледж Лондана: кантынуум забруджвання паветра ў памяшканні і на вуліцы (YouTube)
- Дзеці пачатковай школы збіраюць даныя аб якасці паветра з дапамогай заплечнікаў у Лондане ў 2019 годзе:
  - Дайсан: адсочванне забруджвання на школьнай хадзе. Дыхай Лондан (YouTube)
  - Каралеўскі каледж Лондана: Даследчая група па навакольным асяроддзі: даследаванне носных прылад Breathe London
- Часопіс Atmosphere: Забруджванне паветра ў памяшканнях печамі ў жылых памяшканнях: вывучэнне патоку цвёрдых часціц у дамах падчас рэальнага выкарыстання
Навіны і блогі
- The Economist: паўночнае неба – вугальна-чырвонае ацяпленне дамоў у Польшчы стварае шырокае забруджванне (студзень 2021 г.)
- NPR ЗША: сховішча ўнутры можа не абараніць вас ад небяспекі дзікага дыму?
- Reuters: Вечарына скончылася: Дзіва пакідае Дэлі, хрыпячы ў небяспечна нездаровым паветры
- Блог Pimoroni: самая забруджаная ноч у годзе (у Вялікабрытаніі)
- Рух яснасці: дым ад дзікага пажару, грамадскае здароўе і экалагічная справядлівасць: лепш
- Прыняцце рашэнняў з дапамогай маніторынгу паветра (YouTube) – прэзентацыя і абмеркаванне якасці паветра на захадзе ЗША, асабліва вакол дыму ад дзікіх пажараў у 2020 г.
- Guardian: Бруднае паветра закранае 97% дамоў Вялікабрытаніі, паказваюць дадзеныя

Маніторынг часціц і захоўванне даных
- Нідэрланды Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (Нацыянальны інстытут грамадскага здароўя і навакольнага асяроддзя): Vuurwerkexperiment (Эксперымент феерверкаў) 2018-2019
- Google: Вуліца за вуліцай: як мы складаем карту якасці паветра ў Еўропе – вуліца view аўтамабілі збіраюць даныя аб цвёрдых часціцах і забруджвальных газах. Лонданская сетка якасці паветра
- Breathe London - сетка, якая дапаўняе Лонданскую сетку якасці паветра "датчыкамі якасці паветра, якія можна заказваць, простымі ва ўсталёўцы і абслугоўванні для ўсіх", у цяперашні час выкарыстоўвае Clarity Movement Node-S.
- Амбасада ЗША ў Пекіне Маніторынг цвёрдых часціц (Twitter)
- Сусветны індэкс якасці паветра - збірае даныя з мноства розных крыніц з картай viewы і гістарычныя даныя.
- Sensor.Community (раней вядомая як Luftdaten) - "рабіць свет лепшым праз адкрытыя экалагічныя дадзеныя, якія кіруюцца супольнасцю".

Бібліятэкі праграмнага забеспячэння
- Памылкі праграмнага забеспячэння ў бібліятэцы датчыкаў цвёрдых часціц – adafruit_pm25 пакутуе як мінімум ад адной з апісаных праблем, што патрабуе апрацоўкі выключэнняў вакол read() для паслядоўнага (UART).
Курсы
- HarvardX: Забруджванне паветра цвёрдымі часціцамі (YouTube) – пяціхвіліннае відэа з кароткага курса EdX: Energy Within Environmental Constraints

Крытычна важнае для бяспекі выяўленне і сігналізацыю лепш пакінуць камерцыйным прыборам ад аўтарытэтных пастаўшчыкоў.
https://www.youtube.com/watch?v=A5R8osNXGyo
Публікацыя даных датчыка цвёрдых часціц у Adafruit IO з дапамогай Maker Pi Pico і ESP-01S:

Дакументы / Рэсурсы

інструкцыі ESP-01S Publishing датчык цвёрдых часціц [pdfКіраўніцтва карыстальніка
ESP-01S Publishing датчык цвёрдых часціц, ESP-01S, Publishing датчык цвёрдых часціц, датчык цвёрдых часціц, датчык матэрыялу

Спасылкі

Кіраўніцтва карыстальніка

ESP-01S Publishing датчык цвёрдых часціц