instructables Uživatelská příručka ESP-01S Publishing Sensor Particulate Matter

Publikování dat senzoru částic do Adafruit IO pomocí Maker Pi Pico a ESP-01S
od kevinjwalterse
Tento článek ukazuje, jak publikovat data ze tří levných senzorů pevných částic do služby Adafruit IO IoT pomocí Cytron Maker Pi Pico s programem CircuitPython, který přenáší výstupy senzorů přes Wi-Fi s modulem ESP-01S s AT rmware.
WHO identifikuje částice PM2.5 jako jedno z největších environmentálních rizik pro zdraví, protože 99 % světové populace žije v místech, kde v roce 2019 nebyly splněny úrovně směrnic WHO pro kvalitu ovzduší. Odhaduje se, že to způsobilo 4.2 milionu předčasných úmrtí. v roce 2016.
Tři senzory pevných částic uvedené v tomto článku jsou:

Plantower PMS5003 pomocí sériového připojení;
Sensirion SPS30 využívající i2c;
Omron B5W LD0101 s pulzními výstupy.

Tyto optické senzory jsou podobné těm, které se nacházejí v jednom typu domácích kouřových hlásičů, ale ve svém pokusu spočítat částice různých velikostí spíše než jen poplach při prahové koncentraci zaostávají.
Červený laserový PMS5003 je běžně používaný senzor pro fandy a lze jej nalézt v senzoru kvality vzduchu PurpleAir PA-II. SPS30 je novější senzor využívající stejný princip a lze jej nalézt v senzoru kvality vzduchu Clarity Node-S. Infračervený senzor B5W LD0101 na bázi LED má primitivnější rozhraní, ale je užitečný pro svou schopnost detekovat částice větší než 2.5 mikronu – ostatní dva senzory je nedokážou spolehlivě měřit.
Adafruit IO nabízí bezplatnou úroveň s omezeným počtem zdrojů a dashboardů – ty jsou pro tento projekt dostačující. Bezplatná data úrovně jsou uchovávána po dobu 30 dnů, ale data lze snadno stáhnout.
Deska Maker Pi Pico v tomto článku je jakoample Cytron mi laskavě poslal k posouzení. Jediný rozdíl oproti produkční verzi je přidání pasivních součástek pro odskočení tří tlačítek.
Modul ESP-01S bude pravděpodobně potřebovat upgrade AT rmware. Jedná se o poměrně složitý, zdlouhavý proces a může být časově náročný. Cytron prodává modul s příslušným AT rmwarem.
Snímač Omron B5W LD0101 je bohužel výrobcem ukončen s posledními objednávkami v březnu 2022.
Potřeby:

Cytron Maker Pi Pico – Digi-key | PiHut
ESP-01S – Deska Cytronu je dodávána s příslušným ATrmwarem.
ESP-01 USB adaptér/programátor s resetovacím tlačítkem – Cytron.
Breadboard.
Propojovací vodiče typu samice k samci, minimální délka asi 20 cm (8 palců).

Plantower PMS5003 s kabelem a adaptérem na prkénko – Adafruit
nebo Plantower PMS5003 + adaptér na prkénko Pimoroni – Pimoroni + Pimoroni
Sensirion SPS30 – Digi-klíč
- Kabel Sparkfun SPS30 JST-ZHR na 5 kolíků samec – Digi-klíč
- 2x 2.2k rezistory.
Omron B5W LD0101 – myš
- Kabel Omron popsaný jako svazek (2JCIE-HARNESS-05) – Mouser
- 5kolíková zásuvka (pro přizpůsobení kabelu na prkénko).
- pájka – krokodýlí (aligátoří) spony by mohly fungovat jako alternativa k pájení.
- 2x 4.7k rezistory.
- 3x 10k rezistory.
- 0.1uF kondenzátor.
- Napájení baterie pro Omron B5W LD0101:
  - Držák 4AA baterií pro dobíjecí NiMH baterie (lepší volba).
  - nebo držák na 3AA baterie pro alkalické baterie.

Napájecí zdroj USB může být užitečný, pokud chcete běžet mimo zdroj napájení USB.

Krok 1: USB programátor pro aktualizaci Flash na ESP-01S

Je nepravděpodobné, že modul ESP-01S bude dodáván s vhodným AT rmwarem, pokud není od společnosti Cytron. Nejjednodušší způsob, jak jej aktualizovat, je použít stolní počítač nebo notebook se systémem Windows s adaptérem USB, který umožňuje zápis do popela a má tlačítko reset.
Bohužel velmi běžný adaptér bez značky, často popisovaný jako něco jako „ESP-01 Programmer Adapter UART“, nemá tlačítka ani přepínače k jejich ovládání. Výše uvedené video ukazuje, jak to lze rychle vrátit zpět
s některými improvizovanými spínači vyrobenými ze dvou propojovacích vodičů typu samec-to-female rozříznutých na dva a připájených na kolíky na spodní straně desky programátoru. Alternativní přístup k tomuto pomocí prkénka na krájení lze vidět v Hackaday:
ESPHome na ESP-01 Windows Workflow.
https://www.youtube.com/watch?v=wXXXgaePZX8

Krok 2: Aktualizace firmwaru na ESP-01S pomocí Windows

Terminálový program jako je PuTTY lze použít s programátorem ESP-01 ke kontrole verze rmwaru. Díky rmwaru se ESP8266 chová trochu jako modem s příkazy inspirovanými sadou příkazů Hayes. Příkaz AT+GMR AT+GMR zobrazí verzi rmwaru.
AT+GMR
Verze AT: 1.1.0.0 (11. května 2016 18:09:56)
Verze SDK: 1.5.4 (baaeaebb)
čas sestavení:20. května 2016 15:08:19
Cytron má průvodce, který popisuje, jak použít aktualizaci rmwaru pomocí nástroje Espressif Flash Download Tool (pouze Windows) na GitHubu: CytronTechnologies/esp-at-binaries. Cytron také poskytuje kopii binárního rmwaru Cytron_ESP-01S_AT_Firmware_V2.2.0.bin.
Po úspěšném upgradu bude nový rmware hlášen jako verze 2.2.0.0
AT+GMR
Verze AT: 2.2.0.0(b097cdf – ESP8266 – 17. června 2021 12:57:45)
Verze SDK: v3.4-22-g967752e2
čas kompilace (6800286): 4. srpna 2021 17:20:05
Verze přihrádky: 2.2.0 (Cytron_ESP-01S)
Program příkazového řádku s názvem esptool je k dispozici jako alternativa pro programování ESP-8266S založeného na ESP01 a lze jej použít na Linuxu nebo macOS.
rmware na ESP-01S lze testovat na Maker Pi Pico pomocí Cytron's simpletest.py. Tím se každých 10 sekund odešle ICMP ping známé službě na internetu a zobrazí se doba zpáteční cesty (rtt) v milisekundách. To vyžaduje secrets.py file s Wi-Fi SSID (jméno) a heslo – to je popsáno dále v tomto článku.
DOBRÉŠPATNÝ

Krok 3: Připojení senzorů

K připojení tří snímačů a ke sledování objemu byla použita poloviční prkénkatage ze čtyř dobíjecích baterií NiMH. Výše je zahrnuta fotografie s vysokým rozlišením kompletního nastavení a další kroky popisují, jak lze každý senzor připojit.
Napájecí kolejnice na prkénku jsou napájeny z Pi Pico s

VBUS (5V) a GND k napájecím lištám na levé straně a
3V3 a GND na pravou stranu.

Napájecí kolejnice jsou označeny blízkou červenou čárou pro kladnou kolejnici a modrou pro zápornou (nebo pozemní) kolejnici. Na prkénku plné velikosti (830 otvorů) mohou mít horní sadu kolejniček, které nejsou spojeny se spodní sadou kolejnic.
Baterie se používají pouze k napájení Omron B5W LD0101, který potřebuje stálý objemtagE. Napájení USB z počítače je často hlučné, takže je nevhodné.

Krok 4: Připojení Plantower PMS5003

Plantower PMS5003 vyžaduje 5V napájení, ale jeho sériové rozhraní „TTL style“ je bezpečné pro 3.3V. Spojení z
PMS5003 přes oddělovací desku k Pi Pico jsou:

VCC na 5V (červená) přes řadu 6 na 5V lištu;

GND na GND (černá) přes řadu 5 na GND;
SET na EN (modrá) přes řadu 1 až GP2;
RX na RX (bílá) přes řadu 3 do GP5;
TX na TX (šedá) přes řadu 4 do GP4;
RESET na RESET (fialová) přes řadu 2 do GP3;
NC (nepřipojeno);
NC.

Technický list obsahuje upozornění na kovové pouzdro.
Kovové pouzdro je připojeno k GND, takže dávejte pozor, aby nedošlo ke zkratu [sic] s ostatními částmi obvodu kromě GND.
Součástka má tendenci se dodávat s modrým plastovým fllmem na pouzdře, který chrání povrch před poškrábáním, ale nemělo by se na to spoléhat z hlediska elektrické izolace.

Krok 5: Připojení Sensirion SPS30

Sensirion SPS30 vyžaduje 5V napájení, ale jeho rozhraní i2c je bezpečné pro 3.3V. Jedinými dalšími součástmi jsou dva 2.2k rezistory, které fungují jako pull-up pro sběrnici i2c. Připojení z SPS30 k Pi Pico jsou:

VDD (červená) na lištu 5V5V;
SDA (bílá) na GP0 (šedá) přes řadu 11 s odporem 2.2k na lištu 3.3V;
SCL (fialová) na GP1 (fialová) přes řadu 10 s odporem 2.2k na lištu 3.3V;

SEL (zelená) na GND;
GND (černá) na GND.

Konektor na elektrodě může vyžadovat silné zatlačení, aby se správně zasunul do SPS30.
SPS30 také podporuje sériové rozhraní, které Sensirion doporučuje v datovém listu.
Je třeba zvážit použití rozhraní I2C. I2C byl původně navržen pro připojení dvou čipů na PCB. Při připojení snímače k hlavní desce plošných spojů kabelem je třeba věnovat zvláštní pozornost elektromagnetickému rušení a přeslechům. Použijte co nejkratší (< 10 cm) a/nebo dobře stíněné propojovací kabely.
Pokud je to možné, doporučujeme místo toho použít rozhraní UART: je odolnější vůči elektromagnetickému rušení, zejména u dlouhých propojovacích kabelů.
Nechybí ani upozornění na kovové části pouzdra.
Všimněte si, že mezi GND pinem (5) a kovovým stíněním je vnitřní elektrické spojení. Udržujte toto kovové stínění elektricky nabité, aby se zabránilo jakémukoli nechtěnému proudění přes toto vnitřní spojení. Pokud to není možné, je nutné správné externí vyrovnání potenciálu mezi pinem GND a potenciálem připojeným ke stínění. Jakýkoli proud procházející spojením mezi GND a kovovým stíněním může poškodit produkt a představuje bezpečnostní riziko v důsledku přehřátí.

Krok 6: Připojení Omron B5W LD0101

Kabel Omron není určen k použití s prkénkem na krájení. Jedním z rychlých způsobů, jak to převést na použití breaboardu, je odříznout zásuvku, odizolovat vodiče a připájet je na pětikolíkové zástrčkové kolíky. Krokodýlí (aligátoří) spony by mohly být použity jako alternativní přístup, aby se zabránilo pájení.
Omron B5W LD0101 vyžaduje 5V stabilní napájecí zdroj. Jeho dva výstupy jsou také na úrovni 5V, což není kompatibilní s 3.3V vstupy Pi Pico. Přítomnost odporů na desce senzoru usnadňuje snížení této hodnoty na bezpečnou hodnotu přidáním odporu 4.7k k zemi na výstup. Vestavěné odpory jsou zdokumentovány v datovém listu, díky čemuž je to rozumný přístup.
Připojení z B5W LD0101 k Pi Pico jsou:

Vcc (červená) na 5V (červená) kolejnice přes řadu 25;
OUT1 (žlutý) na GP10GP10 (žlutý) přes řadu 24 s odporem 4.7k na GND;
GND (černá) na GND (černá) přes řadu 23;
Vth (zelená) na GP26GP26 (zelená) přes řadu 22 s kondenzátorem 0.1uF na GND;

OUT2 (oranžový) na GP11 (oranžový) přes řadu 21 s odporem 4.7k na GND.

The GP12 (zelená) z Pi Pico se připojuje k řadě 17 a 10k odpor spojuje řadu 17 k řadě 22.
Datový list popisuje požadavek na napájení takto:
Minimálně 4.5 V, typické 5.0 V, maximálně 5.5 V, zvlnění obj.tagDoporučuje se rozsah 30 mV nebo méně. Ujistěte se, že nedochází k šumu pod 300 Hz. Ošidit
rm přípustné zvlnění objtage hodnota pomocí skutečného stroje.
Tři alkalické nebo čtyři dobíjecí (NiMH) baterie jsou nejjednodušší způsob, jak zajistit stabilní, stabilní objemtage kolem 5V na snímač. USB napájecí zdroj bude pravděpodobně špatnou volbou, protože voltage je typicky z lithiové baterie využívající konvertor buck-boost, díky kterému je hlučný.
B5W LD0101 využívá pro proudění vzduchu konvekci a pro správnou funkci musí být umístěn svisle. Změna dodávky objtage pravděpodobně ovlivní teplotu ohřívače a související průtok vzduchu. Vliv musí mít i okolní teplota.

Krok 7: Monitorování baterie pomocí rozdělovače potenciálu

Baterie objtage přesahuje úroveň 3.3 V vstupů procesoru Pi Pico RP2040. Jednoduchý dělič potenciálu může tento objem snížittage být v tomto rozsahu. To umožňuje RP2040 měřit úroveň baterie na analogovém vstupu (GP26 až GP28).
Výše byla použita dvojice 10k rezistorů pro poloviční objemtagE. Je běžné vidět vyšší hodnoty používané jako 100k, aby se minimalizoval plýtvaný proud. Spoje jsou:

B5W LD0101 Vcc (červený) propojovací kabel k řadě 29 levá strana;

10k rezistor na řadě 29 mezi levou a pravou stranou na řadě 29;
Hnědý propojovací kabel k Pi Pico GP27;
10k rezistor z pravé strany řady 29 k blízké GND liště.

GP28 na Maker Pi Pico lze použít jako analogový vstup, ale protože je také připojen k pixelu RGB, který může mít na hodnotu nepatrný vliv a může se dokonce rozsvítit nebo změnit, pokud vstup vypadá jako protokol WS2812!

Krok 8: Instalace CircuitPython a programu Sensor Data Publishing

Pokud nejste obeznámeni s CircuitPython, pak stojí za to si nejprve přečíst průvodce Vítejte v CircuitPythonu.

Nainstalujte následujících sedm knihoven z balíčku verze 7.x https://circuitpython.org/libraries do adresáře lib na jednotce CIRCUITPY:
1. adafruit_bus_device
2. adafruit_minimqtt
3. adafruit_io
4. adafruit_espatcontrol
5. adafruit_pm25
6. adafruit_requests.mpy
7. neopixel.mpy
Stáhněte si tyto dvě další knihovny do adresáře lib kliknutím na Uložit odkaz jako... na files uvnitř adresáře nebo na file:
1. adafruit_sps30 od https://github.com/kevinjwalters/Adafruit_CircuitPython_SPS30
2. b5wld0101.py od https://github.com/kevinjwalters/CircuitPython_B5WLD0101
Vytvořte soubor secrets.py file (viz napřample níže) a vyplňte hodnoty.
Stáhněte si program na CIRCUITPY kliknutím na Uložit odkaz jako… na pmsensors_adafruitio.py
Přejmenujte nebo odstraňte jakýkoli existující code.py file na CIRCUITPY pak přejmenujte pmsensors_adafruitio.py na code.py Toto file se spustí, když se interpret CircuitPython spustí nebo znovu načte.

# V tomto souboru uchováváte tajná nastavení, hesla a tokeny!
# Pokud je vložíte do kódu, riskujete spáchání těchto informací nebo jejich sdílení
tajemství = {
"ssid" : "INSERT-WIFI-NAME-HERE",
"heslo" : "ZDE VLOŽTE-WIFI-HESLO",
“aio_username” : “INSERT-ADAFRUIT-IO-USERNAME-HERE”,
“aio_key” : “VLOŽTE-ADFRUIT-IO-APPLICATION-KEY-HERE”
# http://worldtimeapi.org/timezones
"časové pásmo" : "Amerika/New_York",
}
Verze použité pro tento projekt byly:
CircuitPython 7.0.0
Balíček knihovny CircuitPython adafruit-circuitpython-bundle-7.x-mpy-20211029.zip- starší verze ze září/října se nesmí používat jako adafruit_espatcontrol
knihovna byla zabugovaná a napůl fungovala matoucím způsobem.

Krok 9: Nastavení Adafruit IO

Adafruit má mnoho průvodců o své službě Adafruit IO, z nichž nejdůležitější jsou:
Vítejte v Adafruit IO
Základy Adafruit IO: Zdroje
Základy Adafruit IO: Řídicí panely
Jakmile se seznámíte se zdroji a řídicími panely, postupujte podle těchto kroků.

Vytvořte si účet Adafruit, pokud jej ještě nemáte.
Vytvořte novou skupinu s názvem mpp-pm v části Zdroje
Vytvořte devět zdrojů v této nové skupině kliknutím na tlačítko + Nový zdroj, názvy jsou:
1. b5wld0101-raw-out1
2. b5wld0101-raw-out2
3. b5wld0101-vcc
4. b5wld0101-vth
5. teplota procesoru
6. pms5003-pm10-standard
7. pms5003-pm25-standard
8. sps30-pm10-standard
9. sps30-pm25-standard
Vytvořte řídicí panel pro tyto hodnoty, doporučené bloky jsou:
1. Tři bloky čárového grafu, jeden pro každý senzor se dvěma čarami na graf.
2. Tři měřidla pro dva objtages a teplotu.

Krok 10: Ověření publikování dat

Stránka Monitor v části Pro file je užitečné ověřit, zda data přicházejí v reálném čase, a to pohledem na Live Data file sekce. Když program odešle data do Adafruit IO, zbarví RGB pixel na 2-3 sekundy do modra a poté se vrátí do zelené.
Zdá se, že teplota z RP2040 se mezi různými CPU značně liší a je nepravděpodobné, že by odpovídala okolní teplotě.
Pokud to nefunguje, je zde několik věcí ke kontrole.

Pokud RGB pixel zůstává nebo pokud Adafruit IO nepřijímá data, zkontrolujte sériovou konzolu USB, zda neobsahuje výstup/chyby. Číselný výstup pro Mu na sériové konzoli ukáže, zda senzory pracují s novými řádky, které se tisknou každé 2-3 sekundy – viz například nížeample výstup.
V části Live Errors na stránce Monitor stojí za to zkontrolovat, zda se data odesílají, ale nezobrazují se.

Proměnnou ladění v programu lze nastavit od 0 do 5 pro řízení objemu ladicích informací. Vyšší úrovně deaktivují tisk n-tic pro Mu.
Program simpletest.py je užitečný způsob, jak prokázat, že je navázáno připojení Wi-Fi a že připojení k internetu funguje pro provoz ICMP.
Ujistěte se, že používáte nejnovější verzi knihovny adafruit_espatcontrol.

Modré LED diody Maker Pi Pico na každém GPIO jsou velmi užitečné pro okamžité zobrazeníview stavu GPIO. Všechny připojené GPIO budou zapnuté s výjimkou:
- GP26 bude vypnutý, protože vyhlazený objtage (kolem 500 mV) je příliš nízké;
- GP12 bude slabý, protože je to ~ 15% pracovní cyklus PWM signálu;
- GP5 bude zapnutý, ale bude blikat, když budou data odesílána z PMS5003;
- GP10 bude vypnutý, ale bude blikat, když B5W LD0101 detekuje malé částice;
- GP11 bude vypnutý, ale bude blikat velmi příležitostně, pokud nejste ve výjimečně zakouřeném místě.

Výstup určený pro plotr v Mu bude v místnosti vypadat nějak takto:
(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)
Nebo místnost s čistším vzduchem:
(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)
Těchto šest hodnot na řádek v pořadí je:

PMS5003 PM1.0 a PM2.5 (celočíselné hodnoty);
SPS30 PM1.0 a PM2.5;
B5W LD0101 nezpracovaný počet OUT1 a OUT2.

Krok 11: Testování senzorů uvnitř s Mu a Adafruit IO

Výše uvedené video ukazuje, jak senzory reagují na úder zápalkou, aby se zapálila vonná tyčinka. Špičkové hodnoty PM2.5 z PMS5003 a SPS30 jsou 51 a 21.5605, v tomto pořadí. B5W LD0101 má nekrytou optiku a je bohužel ovlivněn wolframovým halogenovým osvětlením použitým pro toto video. Ve vzduchu je zvýšená hladina částic z předchozího zkušebního provozu.
Nezapomeňte odpojit baterii, když ji nepoužíváte, jinak ohřívač B5W LD0101 vybije baterie.
https://www.youtube.com/watch?v=lg5e6KOiMnA

Krok 12: Částice venku na Guy Fawkes Night

Guy Fawkes Night je spojena s ohněm a ohňostrojem, které mohou přispět ke zvýšení znečištění ovzduší na jeden nebo dva večery. Výše uvedené grafy ukazují, že tři senzory byly umístěny venku těsně po 7:5 v pátek 2021. listopadu XNUMX. V bezprostřední blízkosti nebyly žádné ohňostroje, ale byly slyšet v dálce. Poznámka: měřítko letu se mezi třemi tabulkami liší.
Údaje o krmivu uložené v Adafruit IO ukazují, že senzory detekující vzduch již měly mírně zvýšenou hladinu PM2.5 na základě čísel 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
Vrchol byl kolem 46 ug na metr krychlový těsně před 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
Když byly senzory venku, jinde v datech jsou krátké špičky. Mohou to být způsobeny závany z:

výfuk z plynového ústředního topení,
lidé kouří v blízkosti a/nebo
pachy/výpary z vaření.

Před umístěním vystavené elektroniky ven zkontrolujte počasí!

Krok 13: Částice uvnitř s vařením

Výše uvedené grafy ukazují, jak senzory reagují na slaninu a houby smažené v nedaleké kuchyni s průměrnou extrakcí. Senzory byly asi 5 m (16 stop) od varné desky. Poznámka: měřítko y se mezi těmito třemi grafy liší.
Údaje o zdroji uložené v Adafruit IO ukazují senzory s krátkou špičkovou úrovní PM2.5 kolem 93 ug na metr krychlový na základě čísel 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
Znečišťující látky se budou velmi lišit od škodlivin z přepracování. Tohle je zajímavý example z různých zdrojů částic ve vzduchu, který dýcháme.

Krok 14: Senzory veřejných částic

Údaje na grafu výše pocházejí z blízkých veřejných senzorů.

Dýchejte Londýn
- Clarity Movement Node-S
  - tb/s
  - oss
  - rl
OpenAQ
- PurpleAir PA-II
  - sr
Londýnská síť kvality ovzduší
- Referenční kvalita (Met One BAM 1020 a další)
  - FS
  - AS
  - TBR

Senzory tbps a TBR jsou téměř umístěny na stejné úrovni a jsou společně vyneseny do grafu, který ukazuje korelaci mezi zařízením na bázi SPS30 a referenčním zařízením v blízkosti. Zdá se, že SPS30 večer 5. a 6. listopadu, kdy je rozumné předpokládat, že večerní nárůst je způsoben přepracováním, je výrazně podhodnocen. To by mohlo být způsobeno rozdílem v hmotnosti částic, protože senzory použité pro tento článek mohou detekovat pouze objem a potřebují odhadnout hustotu částic, aby vytvořily hodnoty v mikrogramech na metr krychlový.
Zdá se, že PMS5003 v PurpleAir PA-II se na základě tohoto krátkého období významně přečte pro jakékoli zvýšené hladiny PM2.5. To se může shodovat s výsledky zobrazenými na předchozích stránkách nebo to mohou způsobit jiné faktory v okolí.
SPS30 a PMS5003 produkují data pro částice větší než 2.5 mikronu, ale následující stránky ukazují, proč by se s nimi mělo zacházet opatrně.

Krok 15: Porovnání senzorů – velikost částic

Výše uvedené grafy jsou z Laboratorního vyhodnocení selektivity velikosti částic optických nízkonákladových senzorů pevných částic Finským meteorologickým institutem. Tři senzory každého druhu byly testovány s různými velikostmi částic zobrazenými na logaritmické ose x. Barevné čáry označují vypočítané hodnoty konkrétních pásem velikosti částic na základě výstupů senzoru, pásy ukazují rozložení. Tři hodnoty SPS30 nad 1 mikron se silně překrývají, takže je velmi obtížné je rozlišit.
Společné metriky pro částice jsou PM2.5 a PM10. Zatímco číslo v názvu odkazuje na maximální velikost částic, jednotky jsou v mikrogramech na metr krychlový. Levné senzory mohou měřit pouze průměr částic (objem) a musí provést určité odhady o hustotě, aby mohly vypočítat pravděpodobné hodnoty PM2.5 a PM10.
PMS5003 používá konstantní hodnotu hustoty, Sensirion popisuje svůj přístup k hustotě pro SPS30 jako:
Většina levných PM senzorů na trhu předpokládá při kalibraci konstantní hmotnostní hustotu a vypočítá hmotnostní koncentraci vynásobením detekovaného počtu částic touto hmotnostní hustotou. Tento předpoklad funguje pouze v případě, že senzor měří jeden typ částic (například tabákový kouř), ale ve skutečnosti v každodenním životě najdeme mnoho různých typů částic s mnoha různými optickými vlastnostmi, od „těžkého“ domácího prachu po „lehké“ částice spalování. . Proprietární algoritmy Sensirion používají pokročilý přístup, který umožňuje správný odhad koncentrace hmoty bez ohledu na měřený typ částic. Navíc takový přístup umožňuje správný odhad velikostí přihrádek.
Metriky PM zahrnují všechny částice pod parametrem velikosti, tzn
PM1 + hmotnost všech částic mezi 1.0 a 2.5 mikrony = PM2.5,
PM2.5 + hmotnost všech částic mezi 2.5 a 10 mikrony = PM10.
PMS5003 a SPS30 nejsou schopny detekovat částice v tomto laboratorním testu nad 2-3 mikrony. Je možné, že mohou detekovat jiné typy částic nad touto velikostí.
B5W LD0101 vypadá z tohoto laboratorního testu na měření PM10 důvěryhodně.

Krok 16: Porovnání senzorů – návrh

Ohřívač Omron (rezistor 100 ohmů +/- 2 %!) lze vidět, pokud je senzor otočený vzhůru nohama. Návrh je podrobně popsán v Omron: Vývoj senzoru kvality vzduchu pro čističku vzduchu. Použití konvekce se zdá být hrubé, ale může to být řešení s vyšší spolehlivostí ve srovnání s mechanickou součástí, jako je ventilátor, který má krátkou životnost a životnost, kterou lze zkrátit provozem v prašném prostředí. Zdá se, že ventilátor SPS30 je navržen tak, aby byl snadno vyměnitelný bez otevírání skříně. Ostatní modely Plantower mají stejný designový prvek.
Všechny tři senzory budou náchylné na účinky vysoké relativní vlhkosti, která bohužel chybně zvyšuje hodnoty PM.
Certifikované senzory referenční kvality (britský seznam DEFRA), které monitorují částice, nepoužívají k měření optický přístup. Met One BAM 1020 funguje

oddělování a vyhazování částic větších než je velikostní limit ze vzduchu sample,
ohřev vzduchu pro regulaci/snížení relativní vlhkosti,
ukládání částic na nový úsek kontinuální brousové pásky a
pak měření útlumu zdroje beta záření nahromaděnými částicemi na pásce pro výpočet dobrého odhadu celkové hmotnosti částic.

Další běžnou technikou je Tapered Element Oscillating Microbalance (TEOM), která ukládá částice na vyměnitelný filtr na volném konci zkosené trubice, která je na druhém konci oříznuta. Přesné měření frekvence kmitů přirozeně rezonující trubice umožňuje vypočítat další nepatrnou hmotnost částic z nepatrných změn frekvence. Tento přístup je vhodný pro vytváření hodnot PM s vyšší rychlostí.

Krok 17: Jít dále

Jakmile nastavíte senzory a publikujete data do Adafruit IO, zde je několik dalších nápadů, které můžete prozkoumat:

Otestujte každou místnost ve svém domě v průběhu času a všímejte si aktivity a ventilace. Otestujte svůj domov, když vaříte. Otestujte grilování.

Použijte tři tlačítka na Maker Pi Pico. Ty jsou připojeny k GP20, GP21 a GP22, které byly záměrně ponechány nevyužité, aby bylo možné použít tlačítka.
Pokud žijete v blízkosti veřejné monitorovací stanice kvality ovzduší, porovnejte svá data s ní.
Přidejte displej pro obsluhu, který zobrazuje hodnoty senzorů. SSD1306 je malý, skladný a snadno se přidává/používá v CircuitPythonu. Viz Instrukce: Snímání půdní vlhkosti

S Maker Pi Pico na example jeho použití.
Prozkoumejte knihovnu MQTT a zjistěte, zda lze všechna data senzoru odeslat v jedné dávce. To by mělo být efektivnější.
Nějakým způsobem se integrujte se samostatným snímačem kvality vzduchu IKEA Vindriktning.
- Konektivita Soren Beye MQTT pro Ikea VINDRIKTNING ukazuje, jak přidat ESP8266 k senzoru, a identifikuje senzor částic (prach) jako „kubický PM1006-like“.
- Pokročilým projektem by bylo nahrazení hlavní desky plošných spojů deskou založenou na ESP32-S2 s dalšími digitálními senzory prostředí, aby se vytvořilo zařízení založené na technologii CircuitPython s podporou Wi-Fi.
- Toto zařízení je diskutováno na fóru Home Assistant Forum: IKEA Vindriktning Air Quality Sensor.
- LaskaKit vyrábí náhradní PCB na bázi ESP32 pro senzor, aby bylo možné jej snadno používat s ESPHome.
Prostudujte si účinky změny objemu nabídkytage v rámci povolených rozsahů pro snímače. To může změnit rychlost ventilátoru nebo teplotu ohřívače, což ovlivní výsledky.
Postavte kryt odolný proti povětrnostním vlivům a zvěři s pečlivým designem pro vstup, výstup a proudění vzduchu kolem senzorů. Deštník přilepený k zábradlí byl použit k ochraně otevřené, odkryté elektroniky pro víkendový sběr dat pro tento článek.

Související projekty:

Costas Vav: Přenosný senzor kvality vzduchu
Pimoroni: Venkovní stanice kvality vzduchu s Enviro+ a Luftdaten
Pokyny: Použití Pimoroni Enviro+ FeatherWing s Adafruit Feather NRF52840 Express –
Enviro+ FeatherWing obsahuje konektor pro PMS5003. SPS30 lze použít s kolíky i2c a je zde jen dost kolíků pro použití i B5W LD0101.

nRF52840 nepodporuje Wi-Fi, takže jej nelze použít samostatně k publikování dat přes internet.
Adafruit Learn: Snímač kvality vzduchu 3D tištěný kryt . – používá Adafruit Feather M4 s Airlift FeatherWing na bázi ESP32 a PMS5003.
Adafruit Learn: Rychlý start IoT – Raspberry Pi Pico RP2040 s WiFi – využívá odlamovací desku Adafruit AirLift na bázi ESP32.

GitHub: CytronTechnologies/MAKER-PI-PICO Example Kód/CircuitPython/IoT – napřampkód pro Adafruit IO, Blynk a Thinkspeak.
Cytron: Air Monitoring Using Mobile Phone – používá Arduino štít založený na ESP8266 k odesílání dat z
Snímač pevných částic Honeywell HPM32322550 pro Blynk, není potřeba žádný (chytrý) telefon.

Mezilehlé senzory, dražší, ale s lepší schopností detekovat větší velikosti částic:

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

Další čtení:

Senzory
- Finský meteorologický ústav: Laboratorní hodnocení selektivity velikosti částic optických nízkonákladových senzorů pevných částic (květen 2020)
- Gough Lui: Review, Teardown: Plantower PMS5003 Laserový monitorovací senzor částic obsahuje srovnání s Sensirion SPS30.
- Karl Koerner: Jak otevřít a vyčistit vzduchový senzor PMS 5003
- Met One Instruments, Inc., BAM-1020 EPA TSA školicí video (YouTube) – ukazuje, co je uvnitř a jak to funguje.
- CITRIS Research Exchange: Talk Sean Wihera (Clarity Movement) (YouTube) – přednáška včetně podrobností o senzoru Node-S, který používá Sensirion SPS30.
Legislativa a organizace zabývající se kvalitou ovzduší
- The Air Quality Standards Regulations 2010 (UK)
- Směrnice Světové zdravotnické organizace (WHO) o znečištění ovzduší
- British Lung Foundation – Kvalita ovzduší (PM2.5 a NO2)
Výzkum
- Imperial College London: The Indoor-Outdoor Air-Polluum Continuum (YouTube)
- Děti ze základních škol shromažďující údaje o kvalitě ovzduší pomocí batohů v Londýně v roce 2019:
  - Dyson: Sledování znečištění ve škole. Breathe London (YouTube)
  - King's College London: Environmental Research Group: The Breathe London Wearables Study
- Atmosphere Journal: Vnitřní znečištění vzduchu z obytných kamen: Zkoumání zaplavení pevných částic do domácností během používání v reálném světě
Novinky a blogy
- The Economist: Půlnoční obloha – polské vytápění domácností uhlím způsobuje rozsáhlé znečištění (leden 2021)
- US NPR: Úkryt uvnitř vás nemusí chránit před nebezpečím divokého kouře?
- Reuters: Večírek je u konce: Diwali opouští Dillí sípající v nebezpečně nezdravém vzduchu
- Pimoroni Blog: Nejznečištěnější noc roku (ve Velké Británii)
- Hnutí Clarity: Divoký požární kouř, veřejné zdraví a environmentální spravedlnost: lepší
- Decision Making with Air Monitoring (YouTube) – prezentace a diskuse o kvalitě ovzduší v západních USA, zejména kolem roku 2020 divoký kouř z požárů.
- Guardian: Znečištěný vzduch postihuje 97 % britských domácností, ukazují data

Monitoring částic a datové sklady
- Nizozemsko Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (Národní institut pro veřejné zdraví a životní prostředí): Vuurwerkexperiment (Experiment s ohňostrojem) 2018–2019
- Google: Ulice po ulici: Jak mapujeme kvalitu ovzduší v Evropě – ulice view automobily shromažďují údaje o pevných částic a znečišťujících plynech. Londýnská síť kvality vzduchu
- Breathe London – síť, která doplňuje London Air Quality Network o „slušné, snadno instalovatelné a udržovatelné senzory kvality vzduchu pro každého“, v současné době používá Clarity Movement Node-S.
- Velvyslanectví USA v Pekingu monitorování pevných částic (Twitter)
- Světový index kvality ovzduší – shromažďuje data z mnoha různých zdrojů s mapou views a historická data.
- Sensor.Community (dříve známý jako Luftdaten) – „dělání světa lepším místem prostřednictvím komunitních, otevřených environmentálních dat“.

Softwarové knihovny
- Softwarové chyby v knihovně snímačů částic – adafruit_pm25 trpí alespoň jedním z popsaných problémů, které vyžadují zpracování výjimek kolem read() pro sériový (UART).
Kurzy
- HarvardX: Znečištění ovzduší částicemi (YouTube) – pětiminutové video z krátkého kurzu EdX: Energy Within Environmental Constraints

Detekce a alarmy kritické z hlediska bezpečnosti je nejlepší přenechat komerčním zařízením od renomovaných dodavatelů.
https://www.youtube.com/watch?v=A5R8osNXGyo
Publikování dat ze senzoru částic do Adafruit IO pomocí Maker Pi Pico a ESP-01S:

Dokumenty / zdroje

instructables ESP-01S Publishing Particulate Matter Sensor [pdfUživatelská příručka
ESP-01S Publishing Particulate Matter Sensor, ESP-01S, Publishing Particulate Matter Sensor, Particulate Matter Sensor, Matter Sensor

Reference

Uživatelská příručka

ESP-01S Publishing Particulate Matter Sensor