ESP-01S Publishing cieto daļiņu sensors
Lietotāja rokasgrāmata

ESP-01S Publishing cieto daļiņu sensors

Cieto daļiņu sensora datu publicēšana Adafruit IO, izmantojot Maker Pi Pico un ESP-01S
autors Kevinjwalters
Šajā rakstā ir parādīts, kā publicēt datus no trim zemu izmaksu cieto daļiņu sensoriem Adafruit IO IoT pakalpojumā, izmantojot programmu Cytron Maker Pi Pico, kurā darbojas programma CircuitPython, kas pārraida sensoru izvadus, izmantojot Wi-Fi, izmantojot ESP-01S moduli, kurā darbojas AT rmware.
PVO norāda, ka PM2.5 cietās daļiņas ir viens no lielākajiem vides apdraudējumiem veselībai, jo 99% pasaules iedzīvotāju dzīvo vietās, kur 2019. gadā netika ievēroti PVO gaisa kvalitātes vadlīniju līmeņi. Tā lēš, ka tas izraisīja 4.2 miljonus priekšlaicīgas nāves gadījumu. 2016. gadā.
Trīs šajā rakstā parādītie cieto daļiņu sensori ir:

• Plantower PMS5003, izmantojot seriālo savienojumu;
• Sensirion SPS30, izmantojot i2c;
• Omron B5W LD0101 ar impulsu izvadēm.

Šie optiskie sensori ir līdzīgi tiem, kas atrodami viena veida mājsaimniecības dūmu detektoros, taču tie izzūd, mēģinot saskaitīt dažāda izmēra daļiņas, nevis tikai trauksmi pie sliekšņa koncentrācijas.
Sarkanais lāzera PMS5003 ir plaši izmantots hobiju sensors, un to var atrast PurpleAir PA-II gaisa kvalitātes sensorā. SPS30 ir jaunāks sensors, kas izmanto tādu pašu principu, un to var atrast gaisa kvalitātes sensorā Clarity Node-S. Infrasarkanajam LED sensoram B5W LD0101 ir primitīvāks interfeiss, taču tas ir noderīgs, jo tas spēj noteikt daļiņas, kas lielākas par 2.5 mikroniem — pārējie divi sensori nevar tās droši izmērīt.
Adafruit IO piedāvā bezmaksas līmeni ar ierobežotu plūsmu un informācijas paneļu skaitu — tas ir pietiekami šim projektam. Bezmaksas līmeņa dati tiek glabāti 30 dienas, taču datus var viegli lejupielādēt.
Maker Pi Pico dēlis šajā rakstā ir kāample Cytron laipni atsūtīja man novērtēt. Vienīgā atšķirība no ražošanas versijas ir pasīvo komponentu pievienošana, lai atspēkotu trīs pogas.
Visticamāk, ESP-01S modulim būs nepieciešams AT rmware jauninājums. Tas ir salīdzinoši sarežģīts, neparasts process un var būt laikietilpīgs. Cytron pārdod moduli ar atbilstošu AT rmware.
Diemžēl ražotājs Omron B5W LD0101 sensora ražošanu pārtrauc ar pēdējiem pasūtījumiem 2022. gada martā.
Izejmateriāli:

• Cytron Maker Pi Pico – Digi-key | PiHut
• ESP-01S – Cytron plate ir aprīkota ar atbilstošu ATrmware.
• ESP-01 USB adapteris/programmētājs ar atiestatīšanas pogu – Cytron.
• Maizes dēlis.
• Sieviešu un vīriešu džemperu vadi, varbūt 20 cm (8 collas) minimālais garums.
• Plantower PMS5003 ar kabeli un maizes dēļa adapteri – Adafruit
• vai Plantower PMS5003 + Pimoroni maizes dēļa adapteris – Pimoroni + Pimoroni
• Sensirion SPS30 – Digi-key
  • Sparkfun SPS30 JST-ZHR kabelis līdz 5 vīrišķajiem kontaktiem – Digi-key
  • 2x 2.2k rezistori.
• Omron B5W LD0101 – pele
  • Omron kabelis, kas aprakstīts kā instalācija (2JCIE-HARNESS-05) – pele
  • 5 kontaktu vīrieša galvene (kabeļa pielāgošanai maizes dēļam).
  • lodēt – krokodila (aligatora) klipši varētu darboties kā alternatīva lodēšanai.
  • 2x 4.7k rezistori.
  • 3x 10k rezistori.
  • 0.1uF kondensators.
  • Akumulatora jauda Omron B5W LD0101:
    • 4AA bateriju turētājs uzlādējamām NiMH baterijām (labāka izvēle).
    • vai 3AA bateriju turētājs sārma baterijām.
• USB barošanas bloks var būt noderīgs, ja vēlaties izskriet ārpus USB strāvas avota.

1. darbība: USB programmētājs ESP-01S zibatmiņas atjaunināšanai

Maz ticams, ka ESP-01S modulim būs atbilstoša AT rmware, ja vien tas nav no Cytron. Vienkāršākais veids, kā to atjaunināt, ir izmantot Windows galddatoru vai klēpjdatoru ar USB adapteri, kas ļauj ierakstīt pelnus un kuram ir atiestatīšanas poga.
Diemžēl ļoti izplatītam, bez zīmola adapterim, kas bieži tiek dēvēts par kaut ko līdzīgu “ESP-01 programmētāja adapterim UART”, nav pogu vai slēdžu, lai tos vadītu. Iepriekš redzamajā videoklipā parādīts, kā to var ātri novērst
ar dažiem improvizētiem slēdžiem, kas izgatavoti no diviem džemperu vadiem, kas sagriezti divās daļās un pielodēti uz tapām programmētāja plates apakšpusē. Alternatīvu pieeju tam, izmantojot maizes dēli, var redzēt Hackaday:
ESPHome uz ESP-01 Windows darbplūsmas.
https://www.youtube.com/watch?v=wXXXgaePZX8

2. darbība: ESP-01S programmaparatūras atjaunināšana, izmantojot Windows

Termināļa programmu, piemēram, PuTTY, var izmantot kopā ar ESP-01 programmētāju, lai pārbaudītu rmware versiju. Rmprogrammatūra liek ESP8266 darboties mazliet kā modemam ar komandām, ko iedvesmojusi Heisa komandu kopa. Komanda AT+GMR AT+GMR parāda rmware versiju.
AT+GMR
AT versija: 1.1.0.0 (11. gada 2016. maijs, 18:09:56)
SDK versija: 1.5.4 (baaeaebb)
sastādīšanas laiks: 20. gada 2016. maijs 15:08:19
Cytron ir ceļvedis, kurā aprakstīts, kā lietot rmware atjauninājumu, izmantojot Espressif Flash lejupielādes rīku (tikai Windows) vietnē GitHub: CytronTechnologies/esp-at-binaries. Cytron nodrošina arī rmware binārās versijas Cytron_ESP-01S_AT_Firmware_V2.2.0.bin kopiju.
Pēc veiksmīgas jaunināšanas par jauno rmware tiks ziņots kā versija 2.2.0.0
AT+GMR
AT versija: 2.2.0.0 (b097cdf — ESP8266 — 17. gada 2021. jūnijs, 12:57:45)
SDK versija: v3.4-22-g967752e2
kompilēšanas laiks (6800286): 4. gada 2021. augusts, 17:20:05
Bin versija: 2.2.0 (Cytron_ESP-01S)
Komandrindas programma esptool ir pieejama kā alternatīva ESP8266 bāzes ESP-01S programmēšanai, un to var izmantot operētājsistēmā Linux vai macOS.
ESP-01S rmware var pārbaudīt Maker Pi Pico, izmantojot Cytron simpletest.py. Tas ik pēc 10 sekundēm nosūta ICMP ping uz labi zināmu pakalpojumu internetā un parāda turp un atpakaļ laiku (rtt) milisekundēs. Tam nepieciešams noslēpums.py file ar Wi-Fi SSID (nosaukumu) un paroli — tas ir aprakstīts vēlāk šajā rakstā.
LABAISSLIKTAIS

3. darbība: sensoru pievienošana

Trīs sensoru savienošanai un tilpuma uzraudzībai tika izmantots uz pusi mazāks maizes dēlistage no četrām atkārtoti uzlādējamām NiMH baterijām. Ir iekļauts augstas izšķirtspējas fotoattēls ar visu iepriekš minēto iestatījumu, un turpmākajās darbībās ir aprakstīts, kā var pievienot katru sensoru.
Maizes paneļa barošanas sliedes tiek darbinātas no Pi Pico ar

• VBUS (5V) un GND uz barošanas sliedēm kreisajā pusē un
• 3V3 un GND uz labo pusi.

Jaudas sliedes ir marķētas ar blakus esošo sarkano līniju pozitīvajam sliedei un zilu negatīvo (vai zemes) sliedi. Uz pilna izmēra (830 caurumu) maizes dēļa var būt augšējais sliežu komplekts, kas nav savienots ar apakšējo sliežu komplektu.
Baterijas tiek izmantotas tikai Omron B5W LD0101 barošanai, kam nepieciešams vienmērīgs tilpumstage. USB strāva no datora bieži ir trokšņaina, tādēļ tā nav piemērota.

4. darbība: Plantower PMS5003 pievienošana

Plantower PMS5003 nepieciešama 5 V jauda, ​​bet tā seriālā “TTL stila” saskarne ir droša 3.3 V. Savienojumi no
PMS5003, izmantojot sadales paneli uz Pi Pico, ir:

• VCC uz 5V (sarkans) caur 6. rindu līdz 5V sliedei;
• GND uz GND (melns) caur rindu 5 uz GND;
• SET uz EN (zils), izmantojot 1. rindu uz GP2;
• RX uz RX (balts) caur 3. rindu uz GP5;
• TX uz TX (pelēks) caur 4. rindu uz GP4;
• RESET uz RESET (violeta), izmantojot 2. rindu uz GP3;
• NC (nav pievienots);
• NC.

Datu lapā ir iekļauts brīdinājums par metāla korpusu.
Metāla apvalks ir pievienots GND, tāpēc uzmanieties, lai tas nesavienotos [sic] ar citām ķēdes daļām, izņemot GND.
Komponents parasti tiek piegādāts ar zilu plastmasas apvalku, lai aizsargātu virsmu no skrāpējumiem, taču uz to nevajadzētu paļauties attiecībā uz elektrisko izolāciju.

5. darbība: Sensirion SPS30 pievienošana

Sensirion SPS30 nepieciešama 5 V jauda, ​​bet tā i2c interfeiss ir 3.3 V drošs. Vienīgās papildu sastāvdaļas ir divi 2.2 k rezistori, kas darbojas kā i2c kopnes pievilkšanas elementi. Savienojumi no SPS30 uz Pi Pico ir:

• VDD (sarkans) līdz 5V5V sliedei;
• SDA (balts) uz GP0 (pelēks) caur 11. rindu ar 2.2k rezistoru uz 3.3V sliedi;
• SCL (violeta) uz GP1 (violeta) caur 10. rindu ar 2.2k rezistoru uz 3.3V sliedi;
• SEL (zaļš) uz GND;
• GND (melns) uz GND.

Lai to pareizi ievietotu SPS30, var būt nepieciešams stingri piespiest vadu savienotāju.
SPS30 atbalsta arī seriālo interfeisu, ko Sensirion iesaka datu lapā.
Ir jāņem vērā daži apsvērumi par I2C saskarnes izmantošanu. I2C sākotnēji tika izstrādāts, lai savienotu divas mikroshēmas uz PCB. Ja sensors ir savienots ar galveno PCB, izmantojot kabeli, īpaša uzmanība jāpievērš elektromagnētiskajiem traucējumiem un šķērsrunai. Izmantojiet pēc iespējas īsākus (< 10 cm) un/vai labi ekranētus savienojuma kabeļus.
Mēs iesakām izmantot UART interfeisu, kad vien iespējams: tas ir izturīgāks pret elektromagnētiskajiem traucējumiem, īpaši ar gariem savienojuma kabeļiem.
Tāpat ir brīdinājums par korpusa metāla daļām.
Ņemiet vērā, ka starp GND tapu (5) un metāla ekranējumu ir iekšējs elektriskais savienojums. Glabājiet šo metāla ekranējumu elektriski pārklātu, lai izvairītos no neparedzētas strāvas caur šo iekšējo savienojumu. Ja tas nav iespējams, pareiza ārējā potenciāla izlīdzināšana starp GND tapu un jebkuru potenciālu, kas savienots ar ekranējumu, ir obligāta. Jebkura strāva savienojumā starp GND un metāla ekranējumu var sabojāt izstrādājumu un radīt drošības risku pārkaršanas dēļ.

6. darbība. Omron B5W LD0101 pievienošana

Omron kabelis nav paredzēts lietošanai ar maizes dēli. Viens ātrs veids, kā to pārveidot par dēli, ir nogriezt kontaktligzdu, noņemt vadus un pielodēt tos pie piecu kontaktu garuma galvenes tapām. Krokodilu (aligatoru) klipus var izmantot kā alternatīvu pieeju, lai izvairītos no lodēšanas.
Omron B5W LD0101 ir nepieciešams 5 V vienmērīgs barošanas avots. Tās divas izejas ir arī 5 V līmenī, kas nav saderīgas ar Pi Pico 3.3 V ieejām. Rezistoru klātbūtne sensora panelī ļauj viegli pazemināt to līdz drošai vērtībai, pievienojot zemei ​​4.7 k rezistoru katrai izejai. Iebūvētie rezistori ir dokumentēti datu lapā, kas padara to par saprātīgu pieeju.
Savienojumi no B5W LD0101 uz Pi Pico ir:

• Vcc (sarkans) līdz 5 V (sarkans) sliedei caur 25. rindu;
• OUT1 (dzeltens) uz GP10GP10 (dzeltens) caur 24. rindu ar 4.7k rezistoru uz GND;
• GND (melns) uz GND (melns) caur 23. rindu;
• Piektais (zaļš) uz GP26GP26 (zaļš) caur 22. rindu ar 0.1 uF kondensatoru uz GND;
• OUT2 (oranžs) uz GP11 (oranžs) caur 21. rindu ar 4.7k rezistoru uz GND.

The GP12 (zaļš) no Pi Pico savieno ar 17. rindu un 10k rezistors savieno 17. rindu ar 22. rindu.
Datu lapā ir aprakstīta barošanas avota prasība šādi:
Minimums 4.5 V, tipisks 5.0 V, maksimālais 5.5 V, pulsācijas tilpumstagIeteicamais diapazons ir 30 mV vai mazāks. Pārliecinieties, vai nav trokšņa zem 300 Hz. Con
rm pieļaujamā viļņošanās voltage vērtība, izmantojot faktisko mašīnu.
Trīs sārma vai četras atkārtoti uzlādējamas (NiMH) baterijas ir vienkāršākais veids, kā nodrošināt vienmērīgu, stabilu skaļumutage no aptuveni 5 V sensoram. USB barošanas bloks, visticamāk, būs slikta izvēle, jo sējtage parasti ir no litija akumulatora, izmantojot buck-boost pārveidotāju, kas padara to trokšņainu.
B5W LD0101 gaisa plūsmai izmanto konvekciju, un tas ir jānovieto vertikāli, lai tas darbotos pareizi. Piegādes maiņa sējtage var ietekmēt sildītāja temperatūru un ar to saistīto gaisa plūsmu. Ietekmei ir jābūt arī apkārtējās vides temperatūrai.

7. darbība: akumulatora uzraudzība ar potenciāla dalītāju

Akumulatora tilptage pārsniedz Pi Pico RP3.3 procesora ieeju 2040 V līmeni. Vienkāršs potenciāla dalītājs var samazināt šo tilpumutage atrasties šajā diapazonā. Tas ļauj RP2040 izmērīt akumulatora uzlādes līmeni ar analogo (GP26 līdz GP28) ieeju.
Iepriekš tika izmantots pāris 10k rezistoru, lai uz pusi samazinātu tilpumutage. Parasti tiek izmantotas lielākas vērtības, piemēram, 100k, lai samazinātu izšķērdēto strāvu. Savienojumi ir:

• B5W LD0101 Vcc (sarkans) džempera vads 29. rindai kreisajā pusē;
• 10k rezistors 29. rindā starp kreiso un labo pusi 29. rindā;
• Brūna džempera vads uz Pi Pico GP27;
• 10k rezistors no 29. rindas labās puses līdz tuvējai GND sliedei.

Maker Pi Pico GP28 var izmantot kā analogo ieeju, taču, tā kā tas ir savienots arī ar RGB pikseļu, kam var būt liela ietekme uz vērtību, un tas var pat izgaismoties vai mainīties, ja ieeja izskatās pēc WS2812 protokola!

8. darbība: CircuitPython un sensoru datu publicēšanas programmas instalēšana

Ja neesat pazīstams ar CircuitPython, vispirms ir vērts izlasīt ceļvedi Welcome to CircuitPython.

1. Instalējiet tālāk norādītās septiņas bibliotēkas no 7.x versijas komplekta no https://circuitpython.org/libraries CIRCUITPY diska lib direktorijā:
   1. adafruit_bus_device
   2. adafruit_minimqtt
   3. adafruit_io
   4. adafruit_espatcontrol
   5. adafruit_pm25
   6. adafruit_requests.mpy
   7. neopikselis.mpy
2. Lejupielādējiet šīs divas papildu bibliotēkas lib direktorijā, noklikšķinot uz Saglabāt saiti kā… uz files direktorijā vai uz file:
   1. adafruit_sps30 no https://github.com/kevinjwalters/Adafruit_CircuitPython_SPS30
   2. b5wld0101.py no https://github.com/kevinjwalters/CircuitPython_B5WLD0101
3. Izveidojiet Secrets.py file (skat. piemample zemāk) un ievadiet vērtības.
4. Lejupielādējiet programmu CIRCUITPY, noklikšķinot uz Saglabāt saiti kā… vietnē pmsensors_adafruitio.py
5. Pārdēvējiet vai dzēsiet jebkuru esošo code.py file CIRCUITPY, pēc tam pārdēvējiet pmsensors_adafruitio.py par code.py. file tiek palaists, kad CircuitPython tulks tiek startēts vai atkārtoti ielādēts.

# Šajā failā jūs glabājat slepenos iestatījumus, paroles un marķierus!
# Ja ievietojat tos kodā, jūs riskējat izmantot šo informāciju vai kopīgot to
noslēpumi = {
“ssid” : “INSERT-WIFI-NAME-HERE”,
"parole": "IEVIETOJIET-WIFI-PAROLI-ŠEIT",
“aio_username”: “INSERT-ADAFRUIT-IO-USERNAME-HERE”,
“aio_key” : “INSERT-ADAFRUIT-IO-APPLICATION-KEY-HERE”
# http://worldtimeapi.org/timezones
“timezone” : “Amerika/Ņujorka”,
}
Šim projektam tika izmantotas šādas versijas:
CircuitPython 7.0.0
CircuitPython bibliotēkas komplekts adafruit-circuitpython-bundle-7.x-mpy-20211029.zip- iepriekšējās versijas no septembra/oktobra nedrīkst izmantot kā adafruit_espatcontrol
bibliotēka bija buggy un puse darbojas mulsinoši.

9. darbība: Adafruit IO iestatīšana

Uzņēmumam Adafruit ir daudz ceļvežu par savu Adafruit IO pakalpojumu, no kuriem visatbilstošākie ir:
Laipni lūdzam Adafruit IO
Adafruit IO pamati: plūsmas
Adafruit IO pamati: informācijas paneļi
Kad esat iepazinies ar plūsmām un informācijas paneļiem, veiciet šīs darbības.

1. Izveidojiet Adafruit kontu, ja jums tāda vēl nav.
2. Izveidojiet jaunu grupu ar nosaukumu mpp-pm sadaļā Plūsmas
3. Izveidojiet deviņas plūsmas šajā jaunajā grupā, noklikšķinot uz pogas + Jauna plūsma. Nosaukumi ir šādi:
   1. b5wld0101-raw-out1
   2. b5wld0101-raw-out2
   3. b5wld0101-vcc
   4. b5wld0101-vth
   5. CPU temperatūra
   6. pms5003-pm10-standarta
   7. pms5003-pm25-standarta
   8. sps30-pm10-standarta
   9. sps30-pm25-standarta
4. Izveidojiet informācijas paneli šīm vērtībām, ieteiktie bloki ir:
   1. Trīs līniju diagrammas bloki, viens katram sensoram ar divām līnijām diagrammā.
   2. Trīs gabarītu bloki diviem tilptages un temperatūra.
      

10. darbība: pārbaudiet datu publicēšanu

Monitora lapa sadaļā Pro file ir noderīga, lai pārbaudītu, vai dati tiek saņemti reāllaikā, aplūkojot tiešraides datus file sadaļā. Programma uz 2–3 sekundēm pārvērš RGB pikseļu zilu, kad tā nosūta datus uz Adafruit IO, un pēc tam atgriežas zaļā krāsā.
Šķiet, ka RP2040 temperatūra dažādos procesoros ievērojami atšķiras, un, visticamāk, tā neatbilst apkārtējās vides temperatūrai.
Ja tas nedarbojas, šeit ir dažas lietas, kas jāpārbauda.

• Ja RGB pikselis saglabājas vai ja Adafruit IO nesaņem datus, pārbaudiet, vai USB seriālajā konsolē nav izvades/kļūdu. Mu ciparu izvade seriālajā konsolē parādīs, vai sensori darbojas, jaunas līnijas tiek drukātas ik pēc 2-3 sekundēm – skatīt tālāk, piemēram,ample izvade.
• Pārrauga lapas sadaļu Tiešraides kļūdas ir vērts pārbaudīt, vai dati tiek sūtīti, bet netiek rādīti.
• Atkļūdošanas mainīgo programmā var iestatīt no 0 līdz 5, lai kontrolētu atkļūdošanas informācijas apjomu. Augstāki līmeņi atspējo kores drukāšanu Mu.
• Programma simpletest.py ir noderīgs veids, kā pierādīt, ka ir izveidots Wi-Fi savienojums un savienojums ar internetu darbojas ICMP trafikā.
• Pārliecinieties, vai izmantojat jaunāko adafruit_espatcontrol bibliotēkas versiju.
• Maker Pi Pico zilās gaismas diodes katrā GPIO ir ļoti noderīgas, lai iegūtu tūlītēju vizuālo izskatuview no GPIO stāvokļa. Visi pievienotie GPIO būs ieslēgti, izņemot:
  • GP26 būs izslēgts, jo nogludināts voltage (apmēram 500 mV) ir pārāk zems;
  • GP12 būs blāvs, jo tas ir ~ 15% noslodzes cikla PWM signāls;
  • GP5 būs ieslēgts, bet mirgos, kad dati tiks nosūtīti no PMS5003;
  • GP10 būs izslēgts, bet mirgos, jo B5W LD0101 noteiks mazas daļiņas;
  • GP11 būs izslēgts, taču mirgo ļoti reizēm, ja vien neatrodaties īpaši dūmakā vietā.

Mu ploterim paredzētā izvade telpā izskatīsies apmēram šādi:
(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)
Vai telpa ar tīrāku gaisu:
(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)
Sešas vērtības katrā rindā ir šādas:

1. PMS5003 PM1.0 un PM2.5 (veselas vērtības);
2. SPS30 PM1.0 un PM2.5;
3. B5W LD0101 neapstrādāts OUT1 un OUT2 skaits.
   

11. darbība: pārbaudiet sensorus iekšpusē ar Mu un Adafruit IO

Augšējā videoklipā redzams, kā sensori reaģē uz sērkociņa sišanu, lai aizdedzinātu vīraka kociņu. PM2.5 maksimālās vērtības no PMS5003 un SPS30 ir attiecīgi 51 un 21.5605. Kamerai B5W LD0101 ir atklāta optika, un to diemžēl ietekmē šim videoklipam izmantotais volframa halogēna apgaismojums. Iepriekšējā testa braucienā gaisā ir paaugstināts daļiņu līmenis.
Neaizmirstiet atvienot akumulatoru, kad to neizmantojat, pretējā gadījumā B5W LD0101 sildītājs izlādēs baterijas.
https://www.youtube.com/watch?v=lg5e6KOiMnA

12. darbība. Daļiņas ārā Gaja Foksa vakarā

Gaja Foksa nakts ir saistīta ar ugunskuriem un uguņošanu, kas var veicināt gaisa piesārņojuma palielināšanos uz vienu vai diviem vakariem. Iepriekš redzamajās diagrammās ir redzams, ka trīs sensori tika novietoti ārpusē tikai pēc pulksten 7:5 piektdien, 2021. gada XNUMX. novembrī. Tiešā tuvumā nebija uguņošanas, taču tos varēja dzirdēt tālumā. Piezīme: mušu skala atšķiras starp trim kartēm.
Adafruit IO saglabātie plūsmas dati liecina, ka sensoriem, kas nosaka gaisu, jau bija nedaudz paaugstināts PM2.5 līmenis, pamatojoties uz SPS30 skaitļiem:
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
Maksimālais daudzums bija aptuveni 46 g uz kubikmetru tieši pirms pulksten 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
Citviet datos ir īsas tapas, kad sensori atradās ārpusē. To cēlonis var būt:

• izplūdes gāzes no centrālās apkures,
• tuvumā esošie smēķētāji un/vai
• smaržo/izgarojumus no ēdiena gatavošanas.

Pārbaudiet laikapstākļus pirms atklātās elektronikas novietošanas ārā!

13. darbība: gatavošanas laikā ir cietās daļiņas

Iepriekš esošās diagrammas parāda, kā sensori reaģē uz bekonu un sēņu cepšanu tuvējā virtuvē ar viduvēju ekstrakciju. Sensori atradās aptuveni 5 m (16 pēdu) attālumā no plīts. Piezīme: y skala atšķiras starp trim diagrammām.
Adafruit IO saglabātie barošanas dati parāda sensorus ar īsu maksimālo PM2.5 līmeni aptuveni 93 ug uz kubikmetru, pamatojoties uz SPS30 skaitļiem:
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
Piesārņojošās vielas ļoti atšķirsies no pārstrādātajām vielām. Šis ir interesants bijušaisampdaudzveidīgo daļiņu avotu gaisā, ko elpojam.

14. darbība: publiskie cieto daļiņu sensori

Iepriekš attēlotie dati ir no tuvumā esošajiem publiskajiem sensoriem.

• Elpojiet Londonu
  • Skaidrības kustības mezgls-S
    • tbps
    • oss
    • rl
• OpenAQ
  • PurpleAir PA-II
    • sr
• Londonas gaisa kvalitātes tīkls
  • Atsauces kvalitāte (Met One BAM 1020 un citi)
    • FS
    • AS
    • TBR

Tbps un TBR sensori atrodas gandrīz līdzās un ir attēloti kopā, lai parādītu korelāciju starp SPS30 balstīto ierīci un tuvumā esošo atsauces ierīci. Šķiet, ka SPS30 5. un 6. novembra vakaros ir ievērojami mazāk lasāms, kad ir saprātīgi pieņemt, ka vakara pieaugums ir saistīts ar pārstrādi. Tas varētu būt saistīts ar daļiņu masas atšķirību, jo šim rakstam izmantotie sensori var noteikt tikai tilpumu un tiem ir jāuzmin daļiņu blīvums, lai iegūtu vērtības mikrogramos uz kubikmetru.
Šķiet, ka PurpleAir PA-II PMS5003 ievērojami pārlasa jebkuru paaugstinātu PM2.5 līmeni, pamatojoties uz šo īso periodu. Tas var atbilst rezultātiem, kas parādīti iepriekšējās lapās, vai arī tuvumā var būt citi faktori, kas to izraisa.
SPS30 un PMS5003 nodrošina datus par daļiņām, kas lielākas par 2.5 mikroniem, taču nākamajās lappusēs ir parādīts, kāpēc pret to jāizturas piesardzīgi.

15. darbība. Sensoru salīdzinājums — daļiņu izmērs

Iepriekš minētie grafiki ir no Somijas Meteoroloģijas institūta veiktā optisko zemo izmaksu makrodaļiņu sensoru daļiņu izmēra selektivitātes laboratorijas novērtējuma. Tika pārbaudīti trīs katra veida sensori ar dažādiem daļiņu izmēriem, kas parādīti uz logaritmiskās x ass. Krāsainās līnijas norāda konkrētu daļiņu izmēru joslu aprēķinātās vērtības, pamatojoties uz sensora izvadiem, joslas parāda sadalījumu. Trīs SPS30 vērtības, kas pārsniedz 1 mikronu, lielā mērā pārklājas, tāpēc tās ir ļoti grūti atšķirt.
Parastie makrodaļiņu rādītāji ir PM2.5 un PM10. Lai gan cipars nosaukumā norāda uz daļiņas maksimālo izmēru, vienības ir mikrogramos uz kubikmetru. Lētie sensori var izmērīt tikai daļiņu diametru (tilpumu), un tiem ir jāveic daži minējumi par blīvumu, lai aprēķinātu iespējamās PM2.5 un PM10 vērtības.
PMS5003 izmanto nemainīgu blīvuma vērtību, Sensirion apraksta savu blīvuma pieeju SPS30 šādi:
Lielākā daļa tirgū pieejamo zemo izmaksu PM sensoru kalibrēšanas laikā pieņem nemainīgu masas blīvumu un aprēķina masas koncentrāciju, reizinot noteikto daļiņu skaitu ar šo masas blīvumu. Šis pieņēmums darbojas tikai tad, ja sensors mēra viena veida daļiņas (piemēram, tabakas dūmus), taču patiesībā mēs ikdienā atrodam daudz dažādu daļiņu veidu ar dažādām optiskām īpašībām, sākot no “smagajiem” mājas putekļiem līdz “vieglām” degšanas daļiņām. . Sensirion patentētie algoritmi izmanto progresīvu pieeju, kas ļauj pareizi novērtēt masas koncentrāciju neatkarīgi no izmērītā daļiņu veida. Turklāt šāda pieeja ļauj pareizi novērtēt tvertņu izmēru.
PM metrika ietver visas daļiņas, kas ir zem izmēra parametra, ti
PM1 + visu daļiņu masa no 1.0 līdz 2.5 mikroniem = PM2.5,
PM2.5 + visu daļiņu masa no 2.5 līdz 10 mikroniem = PM10.
PMS5003 un SPS30 šajā laboratorijas testā nespēj noteikt daļiņas, kas lielākas par 2-3 mikroniem. Iespējams, tie var atklāt cita veida daļiņas, kas pārsniedz šo izmēru.
B5W LD0101 izskatās ticams no šī laboratorijas testa PM10 mērīšanai.

16. darbība. Sensoru salīdzināšana – dizains

Omron sildītāju (100 omu +/- 2% rezistors!) var redzēt, ja sensors ir apgriezts otrādi. Dizains ir detalizēti apspriests Omron: Gaisa kvalitātes sensora izstrāde gaisa attīrītājam. Konvekcijas izmantošana šķiet neapstrādāta, taču tas var būt uzticamāks risinājums salīdzinājumā ar mehānisku komponentu, piemēram, ventilatoru, kam ir īss kalpošanas laiks un kalpošanas laiks, ko var samazināt, darbojoties putekļainā vidē. Šķiet, ka SPS30 ventilators ir izveidots tā, lai to būtu viegli nomainīt, neatverot korpusu. Citiem Plantower modeļiem ir tāda pati dizaina iezīme.
Visi trīs sensori būs pakļauti augsta relatīvā mitruma ietekmei, kas diemžēl kļūdaini palielina PM vērtības.
Sertificētajos standarta kvalitātes sensoros (Apvienotās Karalistes DEFRA saraksts), kas uzrauga daļiņas, mērījumiem netiek izmantota optiskā pieeja. Met One BAM 1020 strādā ar

1. daļiņu, kas lielākas par izmēra ierobežojumu, atdalīšana un izmešana no gaisa sample,
2. gaisa sildīšana, lai kontrolētu/samazinātu relatīvo mitrumu,
3. nogulsnējot daļiņas uz jaunas nepārtrauktas brous lentes sadaļas un
4. pēc tam mēra beta starojuma avota vājināšanos ar lentē uzkrātajām daļiņām, lai pareizi aprēķinātu daļiņu kopējo masu.

Vēl viens izplatīts paņēmiens ir konusveida elementu oscilējošais mikrobalanss (TEOM), kas nogulsnē daļiņas uz maināma filtra, kas atrodas konusveida caurules brīvajā galā, kas ir piestiprināta otrā galā. Precīzs dabiskās rezonanses caurules svārstību frekvences mērījums ļauj aprēķināt daļiņu papildu masu no nelielām frekvences izmaiņām. Šī pieeja ir piemērota augstāka ātruma PM vērtību izveidei.

17. darbība: tālāk

Kad esat iestatījis savus sensorus un publicējis datus Adafruit IO, šeit ir dažas citas idejas, ko izpētīt.

• Laika gaitā pārbaudiet katru istabu savā mājā, atzīmējot aktivitāti un ventilāciju. Gatavojot ēdienu, pārbaudiet savu māju. Izmēģiniet bārbekjū.
• Izmantojiet trīs Maker Pi Pico pogas. Tie ir savienoti ar GP20, GP21 un GP22, kas ar nolūku tika atstāti neizmantoti, lai varētu izmantot pogas.
• Ja dzīvojat publiskas gaisa kvalitātes monitoringa stacijas tuvumā, salīdziniet savus datus ar to.
• Pievienojiet displeju apmeklētai lietošanai, parādot sensoru vērtības. SSD1306 ir mazs, pasūtāms un viegli pievienojams/lietojams programmā CircuitPython. Skatiet norādījumus: augsnes mitruma noteikšana
• Ar Maker Pi Pico bijušajamamptās izmantošanu.
• Izpētiet MQTT bibliotēku, lai redzētu, vai visus sensora datus var nosūtīt vienā partijā. Tam vajadzētu būt efektīvākam.
• Kaut kādā veidā integrējieties ar atsevišķu IKEA Vindriktning gaisa kvalitātes sensoru.
  • Soren Beye MQTT savienojamība Ikea VINDRIKTNING parāda, kā sensoram pievienot ESP8266, un identificē daļiņu (putekļu) sensoru kā “kubiskā PM1006 līdzīgu”.
  • Uzlabots projekts būtu aizstāt galveno PCB ar ESP32-S2 balstītu plati ar papildu digitāliem vides sensoriem, lai izveidotu Wi-Fi iespējotu, uz CircuitPython balstītu ierīci.
  • Šī ierīce tiek apspriesta mājas palīga forumā: IKEA Vindriktning gaisa kvalitātes sensors.
  • LaskaKit ražo uz ESP32 balstītu sensora rezerves PCB, lai to varētu viegli izmantot kopā ar ESPHome.
• Izpētiet piegādes apjoma mainīšanas ietekmitage sensoriem atļautajos diapazonos. Tas var mainīt ventilatora ātrumu vai sildītāja temperatūru, kas ietekmēs rezultātus.
• Izveidojiet laikapstākļiem un savvaļas dzīvniekiem drošu korpusu ar rūpīgu dizainu gaisa ieplūdei, izplūdei un gaisa plūsmai garām sensoriem. Lietussargs, kas piestiprināts pie margām, tika izmantots, lai aizsargātu atvērto, atklāto elektroniku datu vākšanai nedēļas nogalē šim rakstam.

Saistītie projekti:

• Costas Vav: pārnēsājams gaisa kvalitātes sensors
• Pimoroni: āra gaisa kvalitātes stacija ar Enviro+ un Luftdaten
• Pamācība: Pimoroni Enviro+ FeatherWing izmantošana ar Adafruit Feather NRF52840 Express —
• Enviro+ FeatherWing ietver savienotāju PMS5003. SPS30 var izmantot ar i2c tapām, un ir gandrīz pietiekami daudz tapu, lai izmantotu arī B5W LD0101.
• nRF52840 neatbalsta Wi-Fi, tāpēc to nevar izmantot atsevišķi, lai publicētu datus internetā.
• Adafruit Uzziniet: gaisa kvalitātes sensora 3D drukāts korpuss. - izmanto Adafruit Feather M4 ar ESP32 balstītu Airlift FeatherWing un PMS5003.
• Adafruit Learn: Quickstart IoT — Raspberry Pi Pico RP2040 ar WiFi — izmanto uz ESP32 balstītu Adafruit AirLift pārtraukuma paneli.
• GitHub: CytronTechnologies/MAKER-PI-PICO Example Code/CircuitPython/IoT – piemample kods Adafruit IO, Blynk un Thinkspeak.
• Cytron: gaisa novērošana, izmantojot mobilo tālruni – izmanto ESP8266 balstītu Arduino vairogu, lai nosūtītu datus no
• Honeywell HPM32322550 cieto daļiņu sensors uz Blynk, nav nepieciešams (vied)tālrunis.

Starpposma sensori, dārgāki, bet ar labāku spēju noteikt lielākus daļiņu izmērus:

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

Papildu lasīšana:

• Sensori
  • Somijas Meteoroloģijas institūts: lētu optisko makrodaļiņu sensoru daļiņu izmēra selektivitātes laboratorijas novērtējums (2020. gada maijs)
  • Gough Lui: Review, Nojaukšana: Plantower PMS5003 lāzera daļiņu monitora sensors ietver salīdzinājumu ar Sensirion SPS30.
  • Kārlis Kērners: Kā atvērt un notīrīt PMS 5003 gaisa sensoru
  • Met One Instruments, Inc., BAM-1020 EPA TSA apmācības video (YouTube) — parāda, kas ir iekšā un kā tas darbojas.
  • CITRIS pētījumu apmaiņa: Šona Vihera (Clarity Movement) saruna (YouTube) — saruna, tostarp informācija par Node-S sensoru, kas izmanto Sensirion SPS30.
• Tiesību akti un organizācijas, kas saistītas ar gaisa kvalitāti
  • 2010. gada gaisa kvalitātes standartu noteikumi (Apvienotā Karaliste)
  • Pasaules Veselības organizācijas (PVO) Gaisa piesārņojuma vadlīnijas
  • Britu plaušu fonds — gaisa kvalitāte (PM2.5 un NO2)
• Pētījumi
  • Londonas Imperiālā koledža: iekštelpu un āra gaisa piesārņojuma kontinuums (YouTube)
  • Sākumskolas bērni, kas vāc datus par gaisa kvalitāti, izmantojot mugursomas Londonā 2019. gadā:
    • Daisons: piesārņojuma izsekošana skolas gaitās. Elpojiet Londonu (YouTube)
    • Londonas King's College: Vides pētījumu grupa: The Breathe London Wearables Study
  • Atmosfēras žurnāls: Iekštelpu gaisa piesārņojums no dzīvojamām krāsnīm: cieto daļiņu plūdu noteikšana mājās reālās lietošanas laikā
• Ziņas un emuāri
  • The Economist: Midnight sky — Polijas ogļu māju apkure rada plašu piesārņojumu (2021. gada janvāris)
  • ASV NPR: pajumte iekšpusē var nepasargāt jūs no savvaļas dūmu briesmām?
  • Reuters: ballīte beigusies: Divali pamet Deli sēkdams bīstami neveselīgā gaisā
  • Pimoroni emuārs: Gada piesārņotākā nakts (Apvienotajā Karalistē)
  • Skaidrības kustība: savvaļas uguns dūmi, sabiedrības veselība un vides taisnīgums: labāk
  • Lēmumu pieņemšana ar gaisa monitoringu (YouTube) — prezentācija un diskusija par gaisa kvalitāti ASV rietumos, īpaši ap 2020. gada meža ugunsgrēku dūmiem.
  • Guardian: Netīrs gaiss ietekmē 97% Apvienotās Karalistes māju, liecina dati
• Daļiņu monitorings un datu uzglabāšana
  • Nīderlande Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (Valsts sabiedrības veselības un vides institūts): Vuurwerkexperiment (uguņošanas eksperiments) 2018.–2019.
  • Google: Iela pēc ielas: kā mēs kartējam gaisa kvalitāti Eiropā – iela view automašīnas savāc datus par cietajām daļiņām un piesārņojošām gāzēm.Londonas gaisa kvalitātes tīkls
  • Breathe London — tīkls, kas papildina Londonas gaisa kvalitātes tīklu ar “pasūtāmiem, viegli uzstādāmiem un apkopjamiem gaisa kvalitātes sensoriem ikvienam”, kas pašlaik izmanto Clarity Movement Node-S.
  • ASV vēstniecība Pekinā cieto daļiņu monitorings (Twitter)
  • Pasaules gaisa kvalitātes indekss – ar karti apkopo datus no daudziem dažādiem avotiem views un vēsturiskos datus.
  • Sensor.Community (agrāk pazīstama kā Luftdaten) — "padarot pasauli par labāku, izmantojot kopienas virzītus, atvērtus vides datus".
• Programmatūras bibliotēkas
  • Programmatūras kļūdas daļiņu sensora bibliotēkā — adafruit_pm25 cieš no vismaz vienas no aprakstītajām problēmām, tādēļ ir nepieciešama izņēmumu apstrāde ap read() sērijveida (UART) gadījumā.
• Kursi
  • HarvardX: Cieto daļiņu gaisa piesārņojums (YouTube) — piecu minūšu video no īsā kursa EdX: Energy Within Environmental Constraints

Drošības kritisko noteikšanu un trauksmes signālus vislabāk uzticēt komerciālām ierīcēm no cienījamiem piegādātājiem.
https://www.youtube.com/watch?v=A5R8osNXGyo
Cieto daļiņu sensora datu publicēšana Adafruit IO, izmantojot Maker Pi Pico un ESP-01S:

Dokumenti / Resursi

instructables ESP-01S Publishing cieto daļiņu sensors [pdfLietotāja rokasgrāmata ESP-01S Publishing cieto daļiņu sensors, ESP-01S, Publishing cieto daļiņu sensors, makrodaļiņu sensors, vielu sensors

Atsauces

• Lietotāja rokasgrāmata