Tragbarer Mikropartikelzähler PM1 PM2.5 PM10 - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Heutzutage ist die Luftverschmutzung allgegenwärtig und insbesondere in unseren Städten. Große Städte sind das ganze Jahr über eine Beute, wobei die Verschmutzungsgrade manchmal (und oft mit Sicherheit) ein für die menschliche Gesundheit sehr gefährliches Niveau erreichen. Kinder reagieren extrem sensibel auf die Qualität der Luft, die sie atmen. Diese verschmutzte Luft führt bei ihnen unter anderem zu Allergieproblemen. Die Luft ist außerhalb unseres Hauses verschmutzt, aber auch in den wichtigsten Zeiten, in unseren Häusern und Autos. Die Luftqualitätsstufe ist auf der folgenden Website verfügbar. Diese chinesische Seite sammelt alle Luftqualitätsmessungen der Sensoren des gesamten Modus. Das Luftqualitätsniveau wird nach einem AQI-Index formatiert, der von Land zu Land leicht variieren kann. In diesem Dokument wird erklärt, wie dieser Index berechnet wird. Dieses andere Dokument ist eine verständliche Anleitung.

Um die Qualität der Luft, die wir atmen, überall und in Echtzeit zu kennen, machte ich mich daran, einen tragbaren atmosphärischen Partikelzähler zu entwickeln (den wir später CPA nennen werden)., passt in die Tasche. Es wurde erstellt für:

• In der Tasche festhalten.
• Haben Sie eine große Autonomie des Betriebs.
• Seien Sie leicht verständlich
• Kann die Messungen auf dem PC speichern.
• Wiederaufladbar sein.
• Um mit Ihrem Telefon darauf zugreifen zu können, ohne dass die lokalen Netzwerke der Wifi-Kommunikation vorhanden sind.
• In der Lage sein, ein Luftreinigungsgerät zu kontrollieren, wenn die Verschmutzung einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.

Eigenschaften

• Größe: 65x57x23mm
• Gemessene Partikel: PM1, PM2.5 und PM10
• Autonomie: je nach gewählter Betriebsart zwischen 3 Stunden und mehreren Wochen.
• Lithium-Ionen-Akku 3v7 - 680 mAh
• Micro-USB-Schnittstelle zum Laden und Datentransfer.
• Speicher von 2038 Messungen (680 pro PMxx-Typ)
• Probenahmezeitraum: kontinuierlich, 5min, 15min, 30min, 1h
• 3v3-Befehlsausgabe je nach Verschmutzungsgrad.
• Mehrfarbige LED-Schnittstelle für einfaches Verständnis
• Steuerschnittstelle auf PC, Tablet, Telefon (Android, iOS) über Wifi.

Schritt 1: Die Prototypen der Box

Ich habe zunächst über die Form nachgedacht, die ich der Schachtel geben könnte, inspiriert von modernen Objektdesigns.

Hier sind einige gezeichnete Kästchen.

Am Ende entschied ich mich für den einfachsten Fall und den kleinsten: Siehe das Hauptfoto auf diesem anweisbaren.

Schritt 2: Kartenprototypen

Ich habe in allen 3 Prototypkarten. Aber hier sind nur 2 sichtbar.

Die Prototypen haben die Entwicklung der 5V- und 3v3-Netzteile ermöglicht. Diese waren schwierig zu entwickeln, da ich die Komponenten finden musste, um die Energie zu erhalten, die zum Starten des WiFi-Mikrocontrollers (ESP8266 - 12) benötigt wird. Der elektronische Ladeteil des Lithium-Ionen-Akkus war schneller zu bedienen. Danach wechselte ich mehrmals die Position der verschiedenen Schalter und Anschlüsse für eine gute Ergonomie des Geräts.

Schritt 3: Die Box

Die LEDs sind durch Transparenz durch das Gehäuse sichtbar. Die Lufteinlässe befinden sich auf der linken Gehäuseseite. Auf der rechten Seite finden wir:

• Die Auswahltaste für den Anzeigemodus.
• Der Ein-/Ausschalter.
• Der Auswahlschalter zum Übertragen von Messwerten auf den PC. Es ermöglicht das Umschalten zwischen einer seriellen Verbindung zwischen dem ESP8266 und dem Partikelsensor oder zwischen dem ESP8266 und dem Micro-USB-Anschluss. Achtung, wenn dieser nicht richtig positioniert ist, ist die Kommunikation zwischen der elektronischen Karte und dem Sensor nicht mehr gewährleistet und der CAP kann nicht richtig starten.
• Die Micro-USB-Buchse zum Aufladen des Akkus oder zur seriellen Protokollübertragung.

Schritt 4: Der Sensor

Ich habe zwei verschiedene Sensoren getestet. Der SDS011 V1.2 PM2.5 Lasersensor von Nova Fitness Co. Ltd. (doc) mit dem seriellen USB-Schnittstellenschlüssel.

Der andere Sensor (Metallgehäuse) ist PMS7003M von PLANTOWER (doc).

Dies ist die, die ich in meinem Fall verwende. Es ist in der Lage, die Konzentration feiner Partikel von weniger als 1 μm (PM1) zu messen; weniger als 2,5 μm (PM2,5) und weniger als 10 μm (PM10). Das Funktionsprinzip des PSM7003M-Sensors ist wie folgt: Ein Laser beleuchtet den Staub der Luft. Ein optischer Sensor erfasst das Laserlicht und erzeugt ein elektrisches Signal proportional zur Menge und Größe des Staubs in der Luft.

Seine Merkmale sind in der Merkmalstabelle aufgeführt.

Schritt 5: Montage

Es gibt nur den Platz der Batterie an der Seite des Sensors.

Schritt 6: Betrieb

Herzstück des Systems ist der ESP8266 (Typ ESP-12F). Dieser Mikrocontroller ist mit einem Wifi-Sender ausgestattet. Der ESP8266 ist in mehreren Varianten erhältlich. Der ESP8266 kommuniziert mit dem PMS7003-Sensor über eine serielle Verbindung. Es stellt die Partikelkonzentrationswerte und die Anzahl der Partikel wieder her. Dann berechnet es den Qualitätsindex AQI, wenn der Kontrollmodus der Ausgabe auf "Automatisch" ist und der Verschmutzungsgrad in PM2,5 höher als 50 ist (Qualitätsindex der Luft AQI PM2,5 > 50), wird der Ausgang hoch gesetzt (3v3). Andernfalls wird er niedrig (0 V) eingestellt. Der ESP8266 wird in Access Point -> AP (Wifi Point) konfiguriert. Das heißt, es wird als Wifi-Endgerät erkannt, mit dem sich das Telefon verbinden kann. Das Telefon muss dieses Wifi-Endgerät auswählen und den Code APPSK (ein bisschen wie ein WEP-Code einer ADSL-Box) eingeben, um darauf zuzugreifen. Dann gibt das Telefon die zu erreichende IP-Adresse ein. Hier wird es 192.168.4.1 sein. Dann wird auf dem Telefon die Webseite angezeigt, von der aus man die Box steuert und die Schadstoffwerte visualisiert. Der im Programm konfigurierte APPSK-Code ist "AQI_index". Der APPSK-Code kann vom Programmierer geändert werden, da er in dem im ESP8266 geladenen Programm enthalten ist. Die Adresse zum Laden der eingebundenen Webseite lautet: "192.168.4.1".

Der ESP8266 misst die Batteriespannung. Unterschreitet sie seine Grenzspannung (3v2 = 0%), wird das Gerät in den Standby-Modus versetzt. Die Batterie ist 100%, wenn die Spannung 4v2 beträgt.

Das ESP kann bis zu 2038 Proben der Partikelkonzentrationswerte PM1, PM2,5 und PM10 speichern. Ungefähr 680 Proben pro Partikelgröße. Diese Messungen können heruntergeladen werden, indem ein mit einem USB/Seriell-Konverter ausgestattetes Kabel angeschlossen und die Übertragung über die eingebettete Anwendung gestartet wird. Die Werte der übertragenen Samples werden wie folgt normiert, um Speicherplatz zu sparen:

• PM1: (μg / cm3) / 5
• PM2,5: (μg / cm3) / 5
• PM10: (μg / cm3) / 6

Um den richtigen Konzentrationswert zu finden, multiplizieren Sie den Wert je nach Fall mit 5 oder 6.

Schritt 7: Webinterface 1/4

Sehen Sie sich das Video der Weboberfläche an

Es ist die Schnittstelle, die nach der Verbindung zwischen CPA und Telefon verfügbar ist. Es ermöglicht die Visualisierung der Mikropartikelkonzentrationswerte für PM1, PM2,5 und PM10 in μg / m3. Der Luftqualitätsindex ist AQI, dargestellt durch eine Zahl und einen wörtlichen Ausdruck gemäß der Definitionstabelle des AQI-Index. Es gibt auch die Batterieanzeige.

Ein Abschnitt ist der automatischen Steuerung des Steuerungsausgangs des CPA unter dem Namen Fan Configuration gewidmet. Nach dem ":" des Abschnittstitels wird der aktuelle Modus angezeigt (Automatik, Start, Stopp). An der Basis würde dieser Ausgang ein Luftreinigungsgerät (Fan = Fan) ansteuern. Es ist somit möglich, das Ein- und Ausschalten zu erzwingen oder es bei einer Fahrt im Automatikmodus zu belassen, wenn die Luft einen AQI-Index von 50 überschreitet.

Ein Abschnitt ist der Messung "Measure config" gewidmet. Nach dem ":" wird der aktuelle Modus angezeigt (Fortsetzung, periodisch 5min, 15min, 30min, 1h, Stopp). Auf diese Weise ist es möglich, kontinuierlich Messungen durchzuführen (tatsächlich beträgt die Probenahmedauer etwa 2 Sekunden), oder alle 5, 15, 30 Minuten, 1 Stunde oder die Probenahme zu stoppen.

Im Abschnitt "Anzeigemodus" kann ausgewählt werden, wie die Informationen (alle auf der Weboberfläche verfügbaren) über mehrfarbige LEDs auf der Box angezeigt werden. Nach dem ":" wird der aktuelle Modus angezeigt (Compiled, PM1.0, PM2.5, PM10). Jedes Drücken von "Display Mode" wechselt in der folgenden Reihenfolge von einem Anzeigemodus zum anderen:

• Zusammengestellt
• PM1.0
• PM2.5
• PM10

Schritt 8: Webinterface 2/4

Die Bedeutung der LED-Farbe im Modus „Kompiliert“ist wie folgt: Akkustand:

• > 30% = grün
• > 10% und <30%: orange
• <10% = rot

Speicherebene:

• > 30% = grün
• > 10% und <30%: orange
• <10% = rot

Steuerausgang:

• Hohe Leistung: grün
• Niedrige Leistung: rot
• Automatischer Steuermodus: blau

Schritt 9: Webinterface 3/4

Ausgang PM1.0, PM2.5 und PM10: Die Farbe der LED entspricht der Farbtabelle des AQI-Index. Die Farbe der 10 LEDs im Modus „PM1.0, PM2.5, PM10“hat folgende Bedeutung:

• Die Farbe der LEDs stellt den Grad der Luftverschmutzung dar, wie in der Tabelle des AQI-Index angegeben. Wenn die LEDs beispielsweise rot leuchten, bedeutet dies, dass der Verschmutzungsgrad gesundheitsschädlich ist.
• Die Anzahl der leuchtenden LEDs stellt den Wert des AQI-Index für die betreffende Farbe dar, wie in der Tabelle des AQI-Index angegeben. Wenn beispielsweise nur eine grüne LED auf 10 vorhanden ist, beträgt der Index 1 / 10 des maximalen grünen Index, dh 50/10 = 5. Wenn 5 grüne LEDs auf 10 sind, beträgt der Wert 50 / 10x5 = 25. Wenn 5 lila LEDs leuchten, der Wert ist (300-201) /10x5+201=250.5.
• Bei jedem Tastendruck blinkt eine der 4 LEDs rechts orange. Es zeigt an, welcher Anzeigemodus ausgewählt ist:

Schritt 10: Webinterface 4/4

Der Abschnitt "Restdaten" zeigt den verbleibenden Speicherplatz zum Speichern der Messungen an. Nach dem ":" werden die restlichen % angezeigt. Durch Drücken der Taste „Speicher löschen“wird der Speicher gelöscht. Durch Drücken der Schaltfläche „Download“wird die Übertragung der Proben auf den PC gestartet. Am Ende der Weboberfläche wird die Tabelle des AQI-Index angezeigt.

Schritt 11: Erste Schritte

1. Schalten Sie den Ein-/Ausschalter in die Position Ein.
2. Ein Regenbogen von LEDs erscheint, um sicherzustellen, dass alle LEDs funktionieren …. und dann ist es hübsch.
3. Die türkisfarbenen LEDs leuchten nacheinander auf. Dies gibt dem Partikelsensor Zeit, sich zu initialisieren.
4. Einer der LED-Anzeigemodi wird angezeigt.
5. Wählen Sie auf dem Telefon oder PC das WLAN-Netzwerk aus, das mit "AQI_I3D-" beginnt.
6. Geben Sie den Code "AQI_index" ein
7. Öffnen Sie zum Beispiel Google und geben Sie in die Adressleiste ein: 192.168.4.1
8. Die Webseite wird angezeigt

Das Video

Schritt 12: Datenübertragung zum PC

Um die Daten von der Box auf den PC zu übertragen, müssen Sie:

1. Schließen Sie ein Micro-USB-Kabel / eine serielle Verbindung (5V-Spannungspegel) an den USB-PC an.
2. Öffnen Sie am PC ein serielles Terminal und konfigurieren Sie es wie folgt: 9600 BAUDS, 1 Stoppbit, Parität NONE, 1 Startbit.
3. Schalten Sie den Mikroschalter "Daten-Upload aktivieren"
4. Drücken Sie auf der Benutzeroberfläche auf "Download"
5. Warten Sie am seriellen Terminal das Ende der Übertragung ab und kopieren Sie die Daten.
6. Schalten Sie den Mikroschalter "Daten-Upload aktivieren" in die ursprüngliche Position

Wenn die CAP nicht funktioniert, ist es möglich, dass der Schalter nicht wieder eingesetzt wird.

Schritt 13: Standby zwischen Abtastphase

In den Probenahmemodi 5 Minuten, 15 Minuten, 30 Minuten und 1 Stunde geht der CAP nach der Entnahme der Messprobe automatisch in den Ruhezustand und wacht erst 5, 15, 30 oder 60 Minuten später auf. Die Autonomie der GAP wird dadurch extrem erhöht.

Schritt 14: Zurücksetzen auf den Werksmodus

Falls der CAP einige Betriebsprobleme hat, ist es möglich, alle Betriebsparameter zurückzusetzen und den CAP zuverlässig neu zu starten. Dafür:

1. Schalten Sie die CAP aus Bleiben Sie auf dem Druckknopf Zünden Sie die CAP an.
2. Der Regenbogen aus LED erscheint
3. In weniger als einer Sekunde erscheint ein türkisfarbener LED-Streifen
4. Schalten Sie die CAP aus
5. Die CAP ist jetzt zurückgesetzt.

Schritt 15: Das Programm unter Arduino

Gibt es hier

Um die Karte zu programmieren ist es notwendig:

1. Öffne Arduino auf dem PC
2. Arduino für das ESP8266-Board konfigurieren
3. Verbinden Sie das UBS Micro USB / Serial Cable (3v3) zwischen der Karte und dem PC
4. Schalten Sie die SW3-Taste auf "prgm" um
5. Bleiben Sie auf der Taste "SW1"
6. Gerät einschalten -> Das Gerät geht in den Programmiermodus
7. "SW1" freigeben
8. Starten Sie unter Arduino die Programmierung
9. Nach Beendigung der Programmierung "SW3" auf "SW3" umschalten
10. Fahren Sie das Gerät herunter und starten Sie es neu

Schritt 16: Elektrische Schaltpläne

Schritt 17: PCB

Schritt 18: Nomenklatur

Hier ist es

Schritt 19: Mach es selbst

Sie möchten es tun, keine Sorge, ich schlage mehrere Kits vor, je nach Budget, das Sie einsetzen möchten

Besuchen Sie meine Website (französische Version verfügbar)

Schritt 20: Und mehr …

Der nächste Schritt besteht darin, das Gerät mit einem Ionisator zu verbinden. Damit die Luft verschmutzt wird, startet das Gerät den Ionisator. Ein Ionisator ermöglicht es, die feinen Partikel irgendwie auf den Boden zu tropfen. Es erzeugt negative Elektronen, die sich mit umgebendem Gas und Staub verbinden und ihre positive elektrische Ladung in eine negative Ladung umwandeln. Da der Boden und die meisten Objekte positiv geladen sind, werden die negativ geladenen Teilchen vom Ionisator angezogen und haften an ihnen. Die Luft wird so gereinigt. Die Ionisierung der Luft hat auch viele andere gesundheitliche Vorteile. Heute funktioniert der Ionisator. Diese Präsentation wird Gegenstand eines kommenden Blogs sein.