ESP-01S Publishing tahkete osakeste andur
Kasutusjuhend

ESP-01S Publishing tahkete osakeste andur

Tahkete osakeste anduri andmete avaldamine Adafruit IO-s Maker Pi Pico ja ESP-01S-iga
kevinjwaltersi poolt
See artikkel näitab, kuidas avaldada kolme odava tahkete osakeste anduri andmeid teenuses Adafruit IO IoT, kasutades Cytron Maker Pi Picot, mis käitab CircuitPythoni programmi, mis edastab andurite väljundid Wi-Fi kaudu ESP-01S mooduliga, milles töötab AT rmware.
WHO peab PM2.5 tahkeid osakesi üheks suurimaks keskkonnariskiks tervisele, kuna 99% maailma elanikkonnast elab kohtades, kus 2019. aastal ei järgitud WHO õhukvaliteedi suuniste taset. Selle põhjuseks on hinnanguliselt 4.2 miljonit enneaegset surma. aastal 2016.
Selles artiklis näidatud kolm tahkete osakeste andurit on järgmised:

• Plantower PMS5003 kasutades jadaühendust;
• Sensirion SPS30 kasutades i2c;
• impulssväljunditega Omron B5W LD0101.

Need optilised andurid on sarnased ühte tüüpi olmesuitsuandurites leiduvatele anduritele, kuid nende püüdlused loevad erineva suurusega osakesi, mitte ei anna lihtsalt lävikontsentratsiooni korral häiret.
Punane laseril põhinev PMS5003 on tavaliselt kasutatav hobiandur ja selle võib leida PurpleAir PA-II õhukvaliteedi andurist. SPS30 on uuem andur, mis kasutab sama põhimõtet ja selle võib leida Clarity Node-S õhukvaliteediandurist. Infrapuna-LED-põhisel anduril B5W LD0101 on primitiivsem liides, kuid see on kasulik, kuna suudab tuvastada osakesi, mis on suuremad kui 2.5 mikronit – ülejäänud kaks andurit ei suuda neid usaldusväärselt mõõta.
Adafruit IO pakub tasuta tasandit piiratud arvu voogude ja armatuurlaudadega – need on selle projekti jaoks piisavad. Tasuta tasandi andmeid säilitatakse 30 päeva, kuid andmeid saab hõlpsasti alla laadida.
Selles artiklis olev Maker Pi Pico tahvel on naguample Cytron saatis mulle lahkesti hindama. Ainus erinevus tootmisversiooni suhtes on passiivsete komponentide lisamine kolme nupu tõrjumiseks.
ESP-01S moodul vajab tõenäoliselt AT rmware uuendust. See on suhteliselt keeruline protsess, mis võib olla aeganõudev. Cytron müüb moodulit koos vastava AT rmvaraga.
Kahjuks lõpetab tootja Omron B5W LD0101 anduri viimaste tellimustega 2022. aasta märtsis.
Tarned:

• Cytron Maker Pi Pico – Digi-võti | PiHut
• ESP-01S – Cytroni plaadil on kaasas sobiv ATrmvara.
• ESP-01 USB-adapter/programmeerija lähtestusnupuga – Cytron.
• Leivalaud.
• Naasest meessoost hüppaja juhtmed, vähemalt 20 cm (8 tolli).
• Plantower PMS5003 koos kaabli ja leivaplaadi adapteriga – Adafruit
• või Plantower PMS5003 + Pimoroni leivaplaadi adapter – Pimoroni + Pimoroni
• Sensirion SPS30 – Digi-võti
  • Sparkfun SPS30 JST-ZHR kaabel 5 isase kontaktiga – Digi-võti
  • 2x 2.2k takistit.
• Omron B5W LD0101 – hiir
  • Omroni kaablit kirjeldatakse kui juhtmestikku (2JCIE-HARNESS-05) – hiir
  • 5 kontaktiga isane päis (kaabli kohandamiseks leivaplaadiga).
  • jootma – krokodilli (alligaatori) klambrid võiksid töötada alternatiivina jootmisele.
  • 2x 4.7k takistit.
  • 3x 10k takistit.
  • 0.1uF kondensaator.
  • Omron B5W LD0101 aku võimsus:
    • 4AA patareihoidja taaslaetavate NiMH akude jaoks (parem valik).
    • või 3AA taignahoidja leelispatareide jaoks.
• USB-toiteplokk võib olla kasulik, kui soovite USB-toiteallikast eemal väljas joosta.

1. samm: USB-programmeerija välklambi värskendamiseks ESP-01S-is

Tõenäoliselt ei ole ESP-01S moodulil sobivat AT rmvara, kui see pole Cytronilt. Lihtsaim viis selle värskendamiseks on kasutada Windowsi laua- või sülearvutit USB-adapteriga, mis lubab kirjutada tuha ja millel on lähtestamisnupp.
Kahjuks ei ole väga levinud, kaubamärgita adapteril, mida sageli kirjeldatakse kui "ESP-01 programmeerija adapter UART", nuppe ega lüliteid nende juhtimiseks. Ülaltoodud video näitab, kuidas seda kiiresti tagasi pöörata
mõnede improviseeritud lülititega, mis on valmistatud kahest isas-ema-ühendusjuhtmest, mis on kaheks lõigatud ja joodetud programmeerimisplaadi alumisel küljel olevate kontaktide külge. Alternatiivset lähenemisviisi leivalaua abil saab näha Hackadays:
ESPHome ESP-01 Windowsi töövoos.
https://www.youtube.com/watch?v=wXXXgaePZX8

2. samm: ESP-01S püsivara värskendamine Windowsi abil

Terminaliprogrammi nagu PuTTY saab kasutada koos ESP-01 programmeerijaga rmware versiooni kontrollimiseks. rmvara paneb ESP8266 Hayesi käsukomplektist inspireeritud käskudega natuke nagu modem. Käsk AT+GMR AT+GMR näitab rmware versiooni.
AT+GMR
AT versioon:1.1.0.0 (11. mai 2016 18:09:56)
SDK versioon: 1.5.4 (baaeaebb)
koostamise aeg:20. mai 2016 15:08:19
Cytronil on juhend, mis kirjeldab rmware värskenduse rakendamist Espressif Flashi allalaadimistööriista (ainult Windows) abil GitHubis: CytronTechnologies/esp-at-binaries. Cytron pakub ka rmvara binaarfaili Cytron_ESP-01S_AT_Firmware_V2.2.0.bin koopiat.
Pärast edukat uuendamist teatatakse uue rmware versioonina 2.2.0.0
AT+GMR
AT versioon: 2.2.0.0 (b097cdf – ESP8266 – 17. juuni 2021 12:57:45)
SDK versioon: v3.4-22-g967752e2
koostamise aeg (6800286): 4. august 2021 17:20:05
Kasti versioon: 2.2.0 (Cytron_ESP-01S)
ESP8266-põhise ESP-01S programmeerimiseks on alternatiivina saadaval käsureaprogramm nimega esptool ja seda saab kasutada Linuxis või macOS-is.
ESP-01S rmvara saab testida Maker Pi Picos, kasutades Cytroni simpletest.py. See saadab iga 10 sekundi järel Internetis tuntud teenusele ICMP pingi ja näitab edasi-tagasi aega (rtt) millisekundites. Selleks on vaja faili secrets.py file Wi-Fi SSID (nimi) ja parooliga – seda kirjeldatakse käesolevas artiklis hiljem.
HEADHALB

3. samm: andurite ühendamine

Kolme anduri ühendamiseks ja volüümi jälgimiseks kasutati poole väiksemat leivalaudatage neljast laetavast NiMH akust. Ülaltoodud täielikust seadistusest on lisatud kõrge eraldusvõimega foto ja järgmised sammud kirjeldavad iga anduri ühendamist.
Leivalaua toitesiinid saavad toite Pi Picost koos

• VBUS (5V) ja GND vasakpoolsete toitesiinide külge ja
• 3V3 ja GND paremale poole.

Jõurööpad on tähistatud lähedal asuva punase joonega positiivse rööpa jaoks ja sinisega negatiivse (või maapealse) rööpa jaoks. Täissuuruses (830 auguga) leivalaual võib neil olla ülemine siinide komplekt, mis ei ole ühendatud alumise siinide komplektiga.
Akusid kasutatakse ainult Omron B5W LD0101 toiteks, mis vajab ühtlast voolutugevusttage. Arvuti USB-toide on sageli mürarikas, mistõttu see ei sobi.

4. samm: Plantower PMS5003 ühendamine

Plantower PMS5003 vajab 5 V voolu, kuid selle TTL stiilis liides on 3.3 V ohutu. Ühendused alates
PMS5003 jaotusplaadi kaudu Pi Picole on järgmised:

• VCC kuni 5 V (punane) läbi rea 6 kuni 5 V siini;
• GND kuni GND (must) läbi rea 5 kuni GND;
• SET EN (sinine) rea 1 kaudu GP2-le;
• RX kuni RX (valge) rea 3 kaudu GP5-le;
• TX kuni TX (hall) rea 4 kaudu GP4-le;
• RESET RESET-ile (lilla) 2. rea kaudu GP3-le;
• NC (pole ühendatud);
• NC.

Andmelehel on hoiatus metallkorpuse kohta.
Metallkest on ühendatud GND-ga, nii et olge ettevaatlik, et see ei jääks lühisesse [sic] vooluringi teiste osadega, välja arvatud GND.
Komponent kipub olema varustatud sinise plastmassiga, et kaitsta pinda kriimustuste eest, kuid sellele ei tohiks elektriisolatsiooni puhul loota.

5. samm: Sensirion SPS30 ühendamine

Sensirion SPS30 vajab 5 V toidet, kuid selle i2c liides on 3.3 V ohutu. Ainsad lisakomponendid on kaks 2.2k takistit, mis toimivad i2c siini tõmbevahenditena. Ühendused SPS30 ja Pi Pico vahel on järgmised:

• VDD (punane) kuni 5V5V siinile;
• SDA (valge) GP0-le (hall) rea 11 kaudu 2.2k takistiga 3.3V siinile;
• SCL (lilla) GP1-le (lilla) rea 10 kaudu 2.2k takistiga 3.3V siinile;
• SEL (roheline) kuni GND;
• GND (must) GND-ks.

Juhtme pistik võib vajada tugevat vajutamist, et see korralikult SPS30-sse sisestada.
SPS30 toetab ka jadaliidest, mida Sensirion soovitab andmelehel.
I2C liidese kasutamisel tuleks arvestada mõningaid kaalutlusi. I2C oli algselt mõeldud kahe kiibi ühendamiseks PCB-l. Kui andur on kaabli kaudu ühendatud peamise PCB-ga, tuleb erilist tähelepanu pöörata elektromagnetilistele häiretele ja läbirääkimistele. Kasutage võimalikult lühikesi (< 10 cm) ja/või hästi varjestatud ühenduskaableid.
Soovitame võimalusel kasutada selle asemel UART-liidest: see on elektromagnetiliste häirete suhtes vastupidavam, eriti pikkade ühenduskaablite korral.
Samuti on hoiatus korpuse metallosade kohta.
Pange tähele, et GND-tihvti (5) ja metallvarjestuse vahel on sisemine elektriühendus. Hoidke seda metallist varjestust elektriliselt kaetud, et vältida tahtmatuid voolusid selle sisemise ühenduse kaudu. Kui see pole võimalik, on GND kontakti ja mis tahes varjestusega ühendatud potentsiaali vaheline korralik välispotentsiaali ühtlustamine kohustuslik. Igasugune vool GND ja metallvarjestuse vahel võib toodet kahjustada ja kujutab endast ülekuumenemise tõttu ohtu.

6. samm: Omron B5W LD0101 ühendamine

Omroni kaabel ei ole mõeldud leivalauaga kasutamiseks. Üks kiire viis selle muutmiseks pardalaua kasutamiseks on lõigata ära pistikupesa, eemaldada juhtmed ja jootma need viie kontaktiga isase päise tihvtidega. Krokodilli (alligaatori) klambreid võiks kasutada alternatiivse lähenemisviisina, et vältida jootmist.
Omron B5W LD0101 vajab 5 V püsivat toiteallikat. Selle kaks väljundit on samuti 5 V tasemel, mis ei ühildu Pi Pico 3.3 V sisenditega. Takistite olemasolu anduriplaadil muudab selle ohutu väärtuse langetamise lihtsaks, lisades maandusele 4.7k takisti väljundi kohta. Sisseehitatud takistid on dokumenteeritud andmelehel, mistõttu on see mõistlik lähenemisviis.
Ühendused B5W LD0101 ja Pi Pico vahel on järgmised:

• Vcc (punane) kuni 5 V (punane) siinile rea 25 kaudu;
• OUT1 (kollane) kuni GP10GP10 (kollane) rea 24 kaudu 4.7k takistiga GND-le;
• GND (must) kuni GND (must) rea 23 kaudu;
• Viies (roheline) GP26GP26 (roheline) rea 22 kaudu 0.1uF kondensaatoriga GND-le;
• OUT2 (oranž) kuni GP11 (oranž) rea 21 kaudu 4.7k takistiga GND-le.

The GP12 (roheline) Pi Picost ühendub reaga 17 ja 10k takisti ühendab rea 17 reaga 22.
Andmelehel kirjeldatakse toiteallika nõuet järgmiselt:
Minimaalne 4.5 V, tüüpiline 5.0 V, maksimaalne 5.5 V, pulsatsioon voltagsoovitatav on vahemik 30 mV või vähem. Veenduge, et müra ei oleks alla 300 Hz. Con
rm lubatud pulsatsioon voltage väärtus tegeliku masina abil.
Kolm leelis- või neli taaslaetavat (NiMH) akut on lihtsaim viis stabiilse ja stabiilse voolu tagamiseks.tage umbes 5 V andurile. USB-toiteplokk on tõenäoliselt halb valik, kuna voltage pärineb tavaliselt liitiumakust, mis kasutab buck-boost muundurit, mis muudab selle mürarikkaks.
B5W LD0101 kasutab õhuvooluks konvektsiooni ja õigeks tööks tuleb see püstiasendis asetada. Tarne muutmine voltage mõjutab tõenäoliselt küttekeha temperatuuri ja sellega seotud õhuvoolu. Ka ümbritseval temperatuuril peab olema mõju.

7. samm: aku jälgimine potentsiaalijaguriga

Aku mahttage ületab Pi Pico RP3.3 protsessori sisendite 2040 V taseme. Lihtne potentsiaalijagaja võib seda mahtu vähendadatage olema selles vahemikus. See võimaldab RP2040-l mõõta aku laetust analoogsisendis (GP26 kuni GP28).
Eespool kasutati paari 10k takistit, et poolitada voltage. Tavaliselt kasutatakse raisatud voolu minimeerimiseks suuremaid väärtusi, näiteks 100k. Ühendused on järgmised:

• B5W LD0101 Vcc (punane) hüppaja juhe rida 29 vasakule küljele;
• 10k takisti reas 29 vasaku ja parema külje vahel reas 29;
• Pruun hüppaja juhe Pi Pico GP27-le;
• 10k takisti rea 29 paremalt küljelt lähedalasuvale GND-rööpale.

Maker Pi Pico GP28 saab kasutada analoogsisendina, kuid kuna see on ühendatud ka RGB piksliga, mis võib väärtust oluliselt mõjutada ja võib isegi süttida või muutuda, kui sisend näeb välja nagu WS2812 protokoll!

8. samm: CircuitPythoni ja anduriandmete avaldamisprogrammi installimine

Kui te pole CircuitPythoniga tuttav, tasub kõigepealt lugeda juhendit Tere tulemast CircuitPythonisse.

1. Installige järgmised seitse teeki versiooni 7.x komplektist alates https://circuitpython.org/libraries CIRCUITPY draivi lib kataloogi:
   1. adafruit_bus_device
   2. adafruit_minimqtt
   3. adafruit_io
   4. adafruit_espatcontrol
   5. adafruit_pm25
   6. adafruit_requests.mpy
   7. neopixel.mpy
2. Laadige need kaks täiendavat teeki lib-kataloogi alla, klõpsates nuppu Salvesta link kui… files kataloogis või file:
   1. adafruit_sps30 alates https://github.com/kevinjwalters/Adafruit_CircuitPython_SPS30
   2. b5wld0101.py alates https://github.com/kevinjwalters/CircuitPython_B5WLD0101
3. Looge fail secrets.py file (vt ntample allpool) ja sisestage väärtused.
4. Laadige programm alla CIRCUITPY-sse, klõpsates saidil pmsensors_adafruitio.py käsul Salvesta link kui…
5. Nimetage ümber või kustutage olemasolev code.py file CIRCUITPY-s, seejärel nimetage pmsensors_adafruitio.py ümber koodiks code.py See file käivitatakse siis, kui CircuitPython-tõlk käivitub või uuesti laaditakse.

# See fail on koht, kus hoiate salajased seaded, paroolid ja märgid!
# Kui lisate need koodi, võite selle teabe edastada või seda jagada
saladused = {
"ssid" : "INSERT-WIFI-NAME-HERRE",
"parool" : "INSERT-WIFI-PASSWORD-HERRE",
"aio_username" : "INSERT-ADAFRUIT-IO-USERNAME-HERE",
"aio_key" : "INSERT-ADAFRUIT-IO-APPLICATION-KEY-HERE"
# http://worldtimeapi.org/timezones
"ajavöönd" : "Ameerika/New_York",
}
Selle projekti jaoks kasutatud versioonid olid:
CircuitPython 7.0.0
CircuitPythoni teegi kogum adafruit-circuitpython-bundle-7.x-mpy-20211029.zip- varasemaid septembri/oktoobri versioone ei tohi kasutada kui adafruit_espatcontrol
raamatukogu oli lollakas ja pool töötab segasel moel.

9. samm: Adafruit IO seadistamine

Adafruit pakub oma Adafruit IO teenuse kohta palju juhendeid, millest kõige olulisemad on:
Tere tulemast Adafruit IO-sse
Adafruit IO põhitõed: söödad
Adafruit IO põhitõed: armatuurlauad
Kui olete voogude ja armatuurlaudadega tuttav, järgige neid samme.

1. Looge Adafruiti konto, kui teil seda veel pole.
2. Looge voogude all uus grupp nimega mpp-pm
3. Looge sellesse uude rühma üheksa voogu, klõpsates nupul + Uus voog, mille nimed on järgmised:
   1. b5wld0101-raw-out1
   2. b5wld0101-raw-out2
   3. b5wld0101-vcc
   4. b5wld0101-vth
   5. protsessori temperatuur
   6. pms5003-pm10-standard
   7. pms5003-pm25-standard
   8. sps30-pm10-standard
   9. sps30-pm25-standard
4. Looge nende väärtuste jaoks armatuurlaud, soovitatud plokid on järgmised:
   1. Kolm joondiagrammi plokki, üks iga anduri jaoks, kaks rida diagrammi kohta.
   2. Kolm mõõteplokki kahe voltages ja temperatuur.
      

10. samm: andmete avaldamise kinnitamine

Monitori leht Pro all file on kasulik andmete reaalajas saabumise kontrollimiseks, vaadates reaalajas andmeid file osa. Programm muudab RGB piksli 2-3 sekundiks siniseks, kui saadab andmed Adafruit IO-le, ja naaseb seejärel roheliseks.
RP2040 temperatuur näib olevat erinevate protsessorite vahel väga erinev ja tõenäoliselt ei ühti ümbritseva temperatuuriga.
Kui see ei tööta, siis siin on mõned asjad, mida kontrollida.

• Kui RGB piksel jääb alles või kui Adafruit IO ei võta andmeid vastu, siis kontrollige USB jadakonsooli väljundi/vigade suhtes. Mu numbriline väljund jadakonsoolil näitab, kas andurid töötavad ja uusi ridu prinditakse iga 2-3 sekundi järel – vt allpool näiteksample väljund.
• Monitori lehe jaotist Live Errors tasub kontrollida, kas andmeid saadetakse, kuid neid ei kuvata.
• Programmi silumismuutuja saab määrata vahemikus 0 kuni 5, et reguleerida silumisinfo mahtu. Kõrgemad tasemed keelavad Mu jaoks korteeži printimise.
• Programm simpletest.py on kasulik viis tõestada, et Wi-Fi-ühendus on loodud ja Interneti-ühendus toimib ICMP-liikluse jaoks.
• Veenduge, et kasutate teegi adafruit_espatcontrol viimast versiooni.
• Maker Pi Pico sinised LED-id igal GPIO-l on väga kasulikud, et saada kohene visuaalview GPIO olekust. Kõik ühendatud GPIO-d on sisse lülitatud, välja arvatud:
  • GP26 on välja lülitatud, sest silutud voltage (umbes 500 mV) on liiga madal;
  • GP12 on hämar, kuna see on ~ 15% töötsükli PWM-signaal;
  • GP5 on sisse lülitatud, kuid vilgub, kui PMS5003-st andmeid saadetakse;
  • GP10 lülitub välja, kuid hakkab vilkuma, kui B5W LD0101 tuvastab väikesed osakesed;
  • GP11 on välja lülitatud, kuid vilgub väga aeg-ajalt, välja arvatud juhul, kui viibite erakordselt suitsuses kohas.

Mu plotterile mõeldud väljund näeb ruumis välja umbes selline:
(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)
Või puhtama õhuga tuba:
(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)
Kuus väärtust rea kohta on järgmised:

1. PMS5003 PM1.0 ja PM2.5 (täisarvulised väärtused);
2. SPS30 PM1.0 ja PM2.5;
3. B5W LD0101 töötlemata OUT1 ja OUT2 loeb.
   

11. samm: Mu ja Adafruit IO-ga sees olevate andurite testimine

Ülaltoodud videol on näha, kuidas andurid reageerivad viirukipulga süütamiseks löödud tikule. PMS2.5 ja SPS5003 PM30 tippväärtused on vastavalt 51 ja 21.5605. Mudelil B5W LD0101 on katmata optika ja selle video jaoks kasutatav volframhalogeenvalgustus mõjutab seda kahjuks. Eelmisest katsesõidust on õhus kõrgenenud osakeste tase.
Ärge unustage akuplokki lahti ühendada, kui seda ei kasutata, vastasel juhul tühjendab B5W LD0101 kütteseade akud.
https://www.youtube.com/watch?v=lg5e6KOiMnA

12. samm: Guy Fawkesi õhtul on tahked osakesed väljas

Guy Fawkesi õhtut seostatakse lõkete ja ilutulestikuga, mis võib üheks või kaheks õhtuks kaasa aidata õhusaaste suurenemisele. Ülaltoodud graafikud näitavad, et kolm andurit paigutati välja reedel, 7. novembril 5 vahetult pärast kella 2021. Vahetus läheduses ei olnud ilutulestikku, kuid neid oli kuulda kaugelt. Märkus: kärbse skaala erineb kolme kaardi vahel.
Adafruit IO-sse salvestatud söödaandmed näitavad, et õhku tuvastavatel anduritel oli SPS2.5 numbrite põhjal juba veidi kõrgem PM30 tase:
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
Tipp oli umbes 46 g kuupmeetri kohta vahetult enne kella 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
Kui andurid olid väljas, on andmetes mujal lühikesi naelu. Need võivad olla tingitud järgmistest teguritest:

• gaasi keskkütte heitgaasid,
• läheduses suitsetavad inimesed ja/või
• toiduvalmistamisel tekkivad lõhnad/aurud.

Enne katmata elektroonika õue panemist kontrollige ilmastikuolusid!

13. samm: tahked osakesed toiduvalmistamise sees

Ülaltoodud graafikud näitavad, kuidas andurid reageerivad peekoni ja seente praadimisele lähedalasuvas köögis keskpärase ekstraktsiooniga. Andurid olid pliidiplaadist umbes 5 m (16 jala) kaugusel. Märkus. y skaala varieerub kolme diagrammi vahel.
Adafruit IO-sse salvestatud söödaandmed näitavad andureid, mille PM2.5 maksimaalne tase on SPS93 numbrite põhjal umbes 30 ug kuupmeetri kohta:
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
Saasteained on väga erinevad ümbertöötlemisel tekkivatest. See on huvitav eksampsissehingatavas õhus leiduvate tahkete osakeste erinevatest allikatest.

14. samm: avalikud tahkete osakeste andurid

Ülaltoodud andmed pärinevad lähedalasuvatelt avalikelt anduritelt.

• Hingake Londonit
  • Selguse liikumise sõlm-S
    • tbps
    • oss
    • rl
• OpenAQ
  • PurpleAir PA-II
    • sr
• Londoni õhukvaliteedi võrgustik
  • Võrdluskvaliteet (Met One BAM 1020 ja teised)
    • FS
    • AS
    • TBR

Tbps ja TBR-andurid asuvad peaaegu samaaegselt ja on koos graafikuga, et näidata korrelatsiooni SPS30-põhise seadme ja läheduses oleva võrdlusseadme vahel. SPS30 näib olevat 5. ja 6. novembri õhtuti märkimisväärselt alaloetav, kui on mõistlik eeldada, et õhtune tõus on tingitud ümbertöötlemisest. See võib olla tingitud osakeste massi erinevusest, kuna selle artikli jaoks kasutatavad andurid suudavad tuvastada ainult mahtu ja neil on vaja ära arvata osakeste tihedus, et saada väärtusi mikrogrammides kuupmeetri kohta.
PurpleAir PA-II PMS5003 näib selle lühikese perioodi põhjal märkimisväärselt üle lugevat mis tahes kõrgenenud PM2.5 taset. See võib ühtida eelmistel lehtedel näidatud tulemustega või läheduses võivad seda põhjustada muud tegurid.
SPS30 ja PMS5003 toodavad andmeid osakeste kohta, mis on suuremad kui 2.5 mikronit, kuid järgmistel lehekülgedel on näidatud, miks tuleks seda ettevaatusega käsitleda.

15. samm: andurite võrdlus – osakeste suurus

Ülaltoodud graafikud pärinevad Soome Meteoroloogia Instituudi poolt optiliste odavate tahkete osakeste andurite osakeste suuruse selektiivsuse laboratoorsest hinnangust. Testiti kolme igat tüüpi andurit logaritmilisel x-teljel näidatud erinevate osakeste suurusega. Värvilised jooned tähistavad konkreetsete osakeste suuruse ribade arvutatud väärtusi anduri väljundite põhjal, ribad näitavad jaotust. Kolm SPS30 väärtust üle 1 mikroni kattuvad tugevalt, mistõttu on neid väga raske eristada.
Tavalised tahkete osakeste mõõdikud on PM2.5 ja PM10. Kuigi nimes olev arv viitab osakese maksimaalsele suurusele, on ühikud mikrogrammides kuupmeetri kohta. Odavad andurid suudavad mõõta ainult osakeste läbimõõtu (mahtu) ja peavad tõenäoliste PM2.5 ja PM10 väärtuste arvutamiseks tihedust arvama.
PMS5003 kasutab konstantset tiheduse väärtust, Sensirion kirjeldab oma SPS30 tiheduse lähenemisviisi järgmiselt:
Enamik turul olevaid odavaid tahkete osakeste andureid eeldab kalibreerimisel konstantset massitihedust ja arvutab massikontsentratsiooni, korrutades tuvastatud osakeste arvu selle massitihedusega. See eeldus töötab ainult siis, kui andur mõõdab ühte tüüpi osakesi (näiteks tubakasuitsu), kuid tegelikkuses leiame igapäevaelus palju erinevaid osakeste tüüpe, millel on erinevad optilised omadused, alates "raskest" majatolmust kuni "kergete" põlemisosakesteni. . Sensirioni patenteeritud algoritmid kasutavad täiustatud lähenemisviisi, mis võimaldab massikontsentratsiooni õigesti hinnata, olenemata mõõdetud osakeste tüübist. Lisaks võimaldab selline lähenemisviis prügikastide suurust õigesti hinnata.
PM mõõdikud hõlmavad kõiki osakesi, mis jäävad suuruse parameetri alla, st
PM1 + kõigi osakeste mass vahemikus 1.0–2.5 mikronit = PM2.5,
PM2.5 + kõigi osakeste mass vahemikus 2.5–10 mikronit = PM10.
PMS5003 ja SPS30 ei suuda selles laboratoorses testis tuvastada osakesi, mille suurus on suurem kui 2–3 mikronit. Võimalik, et nad tuvastavad teist tüüpi osakesi, mis on sellest suurusest suuremad.
B5W LD0101 näib selle PM10 mõõtmise laboratoorse testi põhjal usaldusväärne.

16. samm: andurite võrdlus – disain

Omroni küttekeha (100 oomi +/- 2% takisti!) on näha, kui andur on tagurpidi keeratud. Disaini käsitletakse üksikasjalikult artiklis Omron: Õhupuhasti õhukvaliteedianduri väljatöötamine. Konvektsiooni kasutamine tundub toores, kuid see võib olla suurema töökindlusega lahendus võrreldes mehaanilise komponendiga nagu ventilaator, mille eluiga on lühike ja kasutusiga, mida võib tolmuses keskkonnas töötades lühendada. SPS30 ventilaator näib olevat konstrueeritud nii, et seda oleks lihtne vahetada ilma korpust avamata. Teistel Plantower mudelitel on sama disainifunktsioon.
Kõik kolm andurit on altid kõrge suhtelise õhuniiskuse mõjudele, mis kahjuks suurendab ekslikult PM väärtusi.
Sertifitseeritud võrdluskvaliteediga andurid (Ühendkuningriigi DEFRA nimekiri), mis jälgivad tahkeid osakesi, ei kasuta mõõtmiseks optilist lähenemisviisi. Met One BAM 1020 töötab

1. suuruspiirangust suuremate osakeste eraldamine ja eemaldamine õhust sample,
2. õhu soojendamine suhtelise õhuniiskuse reguleerimiseks/vähendamiseks,
3. osakeste ladestamine pideva brouslindi uuele lõigule ja
4. seejärel mõõdetakse beeta-kiirgusallika sumbumist lindile kogunenud osakeste poolt, et arvutada osakeste kogumassi hea hinnang.

Veel üks levinud tehnika on koonilise elemendi võnkuv mikrobilanss (TEOM), mis ladestab osakesed vahetatavale filtrile koonilise toru vabas otsas, mis on teisest otsast kinnitatud. Looduslikult resonantse toru võnkesageduse täpne mõõtmine võimaldab osakeste täiendava väikese massi arvutada sageduse väikese kõikumise põhjal. See lähenemisviis sobib kõrgema kiirusega PM väärtuste loomiseks.

17. samm: edasiminek

Kui olete andurid seadistanud ja andmeid Adafruit IO-s avaldanud, on siin mõned muud ideed, mida uurida.

• Katsetage aja jooksul iga oma kodu tuba, pannes tähele aktiivsust ja ventilatsiooni. Testige oma kodu toiduvalmistamise ajal. Testige grilli.
• Kasutage Maker Pi Pico kolme nuppu. Need on ühendatud GP20, GP21 ja GP22-ga, mis jäeti tahtlikult kasutamata, et võimaldada nuppude kasutamist.
• Kui elate avaliku õhukvaliteedi seirejaama lähedal, võrrelge oma andmeid sellega.
• Lisage kohalviibimise jaoks ekraan, mis näitab andurite väärtusi. SSD1306 on väike, tellitav ja seda on CircuitPythonis lihtne lisada/kasutada. Vaadake juhiseid: mulla niiskuse tuvastamine
• Maker Pi Picoga endise jaoksampselle kasutamisest.
• Uurige MQTT teeki, et näha, kas kõiki anduriandmeid saab saata ühe partiina. See peaks olema tõhusam.
• Integreerige mingil viisil eraldiseisva IKEA Vindriktningi õhukvaliteedi anduriga.
  • Soren Beye MQTT-ühenduvus Ikea VINDRIKTNING-i jaoks näitab, kuidas andurile ESP8266 lisada, ja identifitseerib tahkete osakeste (tolmu) anduri kui "Cubic PM1006-like".
  • Täiustatud projekt oleks asendada peamine PCB ESP32-S2-põhise plaadiga koos täiendavate digitaalsete keskkonnaanduritega, et luua Wi-Fi-toega CircuitPython-põhine seade.
  • Seda seadet arutatakse koduabilise foorumis: IKEA Vindriktning Air Quality Sensor.
  • LaskaKit toodab andurile ESP32-põhise asendus-PCB-d, mis võimaldab seda hõlpsasti ESPHome'iga kasutada.
• Uurige pakkumise mahu muutmise mõjutage andurite lubatud vahemikes. See võib muuta ventilaatori kiirust või küttekeha temperatuuri, mis mõjutab tulemusi.
• Ehitage ilmastiku- ja metsloomakindel korpus, mille õhu sisse- ja väljalaskeava ning anduritest mööda voolavad õhuvoolud on hoolikalt kavandatud. Selle artikli jaoks nädalavahetusel andmete kogumiseks kasutati avatud, katmata elektroonika kaitsmiseks piirde külge kinnitatud vihmavarju.

Seotud projektid:

• Costas Vav: kaasaskantav õhukvaliteedi andur
• Pimoroni: välisõhu kvaliteedi jaam koos Enviro+ ja Luftdateniga
• Juhised: Pimoroni Enviro+ FeatherWingi kasutamine koos Adafruit Feather NRF52840 Expressiga –
• Enviro+ FeatherWing sisaldab pistikut PMS5003 jaoks. SPS30 saab kasutada i2c tihvtidega ja ka B5W LD0101 kasutamiseks on neid peaaegu piisavalt.
• nRF52840 ei toeta Wi-Fi-d, seega ei saa seda eraldi kasutada andmete avaldamiseks Internetis.
• Adafruit Learn: õhukvaliteedi andur 3D prinditud korpus . – kasutab Adafruit Feather M4 koos ESP32-põhise Airlift FeatherWingi ja PMS5003-ga.
• Adafruit Learn: Quickstart IoT – Raspberry Pi Pico RP2040 koos WiFi-ga – kasutab ESP32-põhist Adafruit AirLifti vahekaarti.
• GitHub: CytronTechnologies/MAKER-PI-PICO Example Code/CircuitPython/IoT – ntample kood Adafruit IO, Blynki ja Thinkspeaki jaoks.
• Cytron: õhu jälgimine mobiiltelefoni abil – kasutab ESP8266-põhist Arduino kilpi andmete saatmiseks
• Honeywell HPM32322550 tahkete osakeste andur Blynkile, (nuti)telefoni pole vaja.

Vaheandurid, kallimad, kuid parema võimega tuvastada suuremaid osakesi:

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

Lisalugemine:

• Andurid
  • Soome Meteoroloogia Instituut: Odavate optiliste tahkete osakeste andurite osakeste suuruse selektiivsuse laboratoorne hindamine (mai 2020)
  • Gough Lui: Review, Teardown: Plantower PMS5003 laserosakeste monitori andur sisaldab võrdlust Sensirion SPS30-ga.
  • Karl Koerner: PMS 5003 õhuanduri avamine ja puhastamine
  • Met One Instruments, Inc., BAM-1020 EPA TSA koolitusvideo (YouTube) – näitab, mis sees on ja kuidas see töötab.
  • CITRISe teadusvahetus: Sean Wihera (Clarity Movement) kõne (YouTube) – jutt, sealhulgas Sensirion SPS30 kasutava Node-S anduri üksikasjad.
• Õhukvaliteediga seotud õigusaktid ja organisatsioonid
  • Õhukvaliteedi standardite määrused 2010 (Ühendkuningriik)
  • Maailma Terviseorganisatsiooni (WHO) õhusaaste juhised
  • Briti kopsufond – õhukvaliteet (PM2.5 ja NO2)
• Uurimine
  • Londoni Imperial College: sise- ja välisõhusaaste kontiinum (YouTube)
  • Algkoolilapsed, kes koguvad 2019. aastal Londonis seljakottide abil õhukvaliteedi andmeid:
    • Dyson: Reostuse jälgimine koolisõidul. Breathe London (YouTube)
    • Londoni King's College: Keskkonnauuringute rühm: The Breathe London Wearables Study
  • Atmosphere Journal: Elamute ahjudest tulenev siseõhu saaste: tahkete osakeste üleujutuse uurimine kodudesse reaalse kasutamise ajal
• Uudised ja blogid
  • The Economist: Midnight sky – Poola söeküte põhjustab laialdast reostust (jaanuar 2021)
  • USA NPR: sees olev varjupaik ei pruugi teid kaitsta metsiku suitsuohtude eest?
  • Reuters: pidu on läbi: Diwali lahkub Delhist ohtlikult ebatervislikus õhus vilistades
  • Pimoroni ajaveeb: aasta kõige saastatum öö (Ühendkuningriigis)
  • Selgusliikumine: metsik tulekahju suits, rahvatervis ja keskkonnaõigus: parem
  • Otsuste tegemine õhuseirega (YouTube) – esitlus ja arutelu USA lääneosa õhukvaliteedi kohta, eriti 2020. aasta metsiku tulekahju suitsu kohta.
  • Guardian: määrdunud õhk mõjutab 97% Ühendkuningriigi kodudest, näitavad andmed
• Tahkete osakeste seire ja andmeladu
  • Holland Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (riiklik rahvatervise ja keskkonnainstituut): Vuurwerkexperiment (ilutulestikukatse) 2018–2019
  • Google: tänav tänava kaupa: kuidas me Euroopa õhukvaliteeti kaardistame – tänav view autod koguvad tahkete osakeste ja saasteainete andmeid.London Air Quality Network
  • Breathe London – võrgustik, mis täiendab Londoni õhukvaliteedi võrgustikku "kõigile tellitavate, hõlpsasti paigaldatavate ja hooldatavate õhukvaliteedi anduritega", mis kasutab praegu Clarity Movement Node-S-i.
  • USA saatkond Pekingis tahkete osakeste seire (Twitter)
  • Maailma õhukvaliteedi indeks – kogub kaardiga andmeid paljudest erinevatest allikatest views ja ajaloolised andmed.
  • Sensor.Community (varem tuntud kui Luftdaten) – "maailma muutmine paremaks kohaks kogukonna juhitud avatud keskkonnaandmete kaudu".
• Tarkvara raamatukogud
  • Tarkvaravead tahkete ainete anduri teegis – adafruit_pm25 kannatab vähemalt ühe kirjeldatud probleemi tõttu, mis nõuab erandite käsitlemist serial (UART) read() ümber.
• Kursused
  • HarvardX: tahkete osakeste õhusaaste (YouTube) – viieminutiline video lühikursusest EdX: Energy Within Environmental Constraints

Ohutuskriitilise tuvastamise ja alarmid on kõige parem jätta usaldusväärsete tarnijate kaubanduslikele seadmetele.
https://www.youtube.com/watch?v=A5R8osNXGyo
Tahkete osakeste anduri andmete avaldamine Adafruit IO-s Maker Pi Pico ja ESP-01S-iga:

Dokumendid / Ressursid

instructables ESP-01S Publishing tahkete osakeste andur [pdfKasutusjuhend ESP-01S Publishing tahkete osakeste andur, ESP-01S, Publishing tahkete osakeste andur, tahkete osakeste andur, aine andur

Viited

• Kasutusjuhend