ESP-01S Publishing Particulate Matter Sensor
Používateľská príručka

ESP-01S Publishing Particulate Matter Sensor

Zverejňovanie údajov snímača pevných častíc do Adafruit IO pomocou Maker Pi Pico a ESP-01S
od kevinjwaltersa
Tento článok ukazuje, ako publikovať údaje z troch lacných senzorov pevných častíc do služby Adafruit IO IoT pomocou Cytron Maker Pi Pico s programom CircuitPython, ktorý prenáša výstupy senzorov cez Wi-Fi s modulom ESP-01S so systémom AT rmware.
WHO označuje tuhé častice PM2.5 za jedno z najväčších environmentálnych rizík pre zdravie, keďže 99 % svetovej populácie žije na miestach, kde v roku 2019 neboli splnené úrovne smerníc WHO pre kvalitu ovzdušia. Odhaduje sa, že to spôsobilo 4.2 milióna predčasných úmrtí. v roku 2016.
Tri senzory pevných častíc uvedené v tomto článku sú:

• Plantower PMS5003 pomocou sériového pripojenia;
• Sensirion SPS30 využívajúci i2c;
• Omron B5W LD0101 s impulznými výstupmi.

Tieto optické senzory sú podobné tým, ktoré sa nachádzajú v jednom type domáceho dymového hlásiča, ale zaostávajú pri ich snahe počítať častice rôznych veľkostí a nie len alarmovať pri prahovej koncentrácii.
Červený laserový PMS5003 je bežne používaný senzor pre nadšencov a možno ho nájsť v senzore kvality vzduchu PurpleAir PA-II. SPS30 je novší senzor využívajúci rovnaký princíp a možno ho nájsť v senzore kvality vzduchu Clarity Node-S. Infračervený senzor B5W LD0101 na báze LED má primitívnejšie rozhranie, ale je užitočný pre svoju schopnosť detekovať častice väčšie ako 2.5 mikrónu – ostatné dva senzory ich nedokážu spoľahlivo merať.
Adafruit IO ponúka bezplatnú úroveň s obmedzeným počtom informačných kanálov a dashboardov – tie sú pre tento projekt postačujúce. Údaje bezplatnej úrovne sa uchovávajú 30 dní, ale údaje sa dajú ľahko stiahnuť.
Doska Maker Pi Pico v tomto článku je akoample Cytron mi láskavo poslal na vyhodnotenie. Jediný rozdiel oproti produkčnej verzii je pridanie pasívnych komponentov na odskočenie troch tlačidiel.
Modul ESP-01S bude pravdepodobne potrebovať aktualizáciu AT rmware. Ide o pomerne zložitý, zdĺhavý proces a môže byť časovo náročný. Cytron predáva modul s príslušným AT rmvérom.
Výrobca bohužiaľ ukončuje výrobu snímača Omron B5W LD0101 s poslednými objednávkami v marci 2022.
Dodávky:

• Cytron Maker Pi Pico – Digi-key | PiHut
• ESP-01S – doska Cytronu sa dodáva s príslušným ATrmware.
• ESP-01 USB adaptér/programátor s resetovacím tlačidlom – Cytron.
• Breadboard.
• Prepojovacie káble medzi samicami a samcami, minimálna dĺžka môže byť 20 cm (8 palcov).
• Plantower PMS5003 s káblom a adaptérom na doštičku – Adafruit
• alebo Plantower PMS5003 + adaptér na doštičku Pimoroni – Pimoroni + Pimoroni
• Sensirion SPS30 – Digi-kľúč
  • Kábel Sparkfun SPS30 JST-ZHR na 5 kolíkov samec – Digi-kľúč
  • 2x 2.2k rezistory.
• Omron B5W LD0101 – myš
  • Kábel Omron popísaný ako zväzok (2JCIE-HARNESS-05) – Mouser
  • 5-kolíková zásuvka (na prispôsobenie kábla na doštičku).
  • spájkovačka – krokodílie (aligátorové) spony by mohli fungovať ako alternatíva k spájkovaniu.
  • 2x 4.7k rezistory.
  • 3x 10k rezistory.
  • 0.1uF kondenzátor.
  • Napájanie batérie pre Omron B5W LD0101:
    • Držiak 4AA batérií pre dobíjacie NiMH batérie (lepšia voľba).
    • alebo držiak na 3AA batérie pre alkalické batérie.
• Napájací zdroj USB môže byť užitočný, ak chcete bežať mimo zdroja napájania USB.

Krok 1: USB programátor na aktualizáciu Flash na ESP-01S

Je nepravdepodobné, že modul ESP-01S bude dodaný s vhodným AT rmware, pokiaľ nepochádza od Cytronu. Najjednoduchší spôsob, ako ho aktualizovať, je použiť stolný počítač alebo prenosný počítač so systémom Windows s adaptérom USB, ktorý umožňuje zápis do popola a má tlačidlo reset.
Bohužiaľ, veľmi bežný adaptér bez značky, ktorý je často označovaný ako „ESP-01 Programmer Adapter UART“, nemá tlačidlá ani prepínače na ich ovládanie. Vyššie uvedené video ukazuje, ako sa to dá rýchlo vrátiť späť
s niektorými improvizovanými prepínačmi vyrobenými z dvoch prepojovacích vodičov typu samec-to-female rozrezaných na dva a prispájkovaných na kolíky na spodnej strane dosky programátora. Alternatívny prístup k tomuto pomocou doštičky na krájanie možno vidieť v Hackaday:
ESPHome na ESP-01 Windows Workflow.
https://www.youtube.com/watch?v=wXXXgaePZX8

Krok 2: Aktualizácia firmvéru na ESP-01S pomocou systému Windows

Terminálový program ako PuTTY možno použiť s programátorom ESP-01 na kontrolu verzie rmvéru. Vďaka rmvéru funguje ESP8266 trochu ako modem s príkazmi inšpirovanými sadou príkazov Hayes. Príkaz AT+GMR AT+GMR zobrazuje verziu rmvéru.
AT+GMR
Verzia AT: 1.1.0.0 (11. mája 2016 18:09:56)
Verzia súpravy SDK: 1.5.4 (baaeaebb)
čas zostavenia:20. máj 2016 15:08:19
Cytron má príručku, ktorá popisuje, ako použiť aktualizáciu rmvéru pomocou nástroja Espressif Flash Download Tool (iba Windows) na GitHub: CytronTechnologies/esp-at-binaries. Cytron poskytuje aj kópiu binárneho rmvéru Cytron_ESP-01S_AT_Firmware_V2.2.0.bin.
Po úspešnej aktualizácii bude nový rmvér hlásený ako verzia 2.2.0.0
AT+GMR
Verzia AT: 2.2.0.0 (b097cdf – ESP8266 – 17. júna 2021 12:57:45)
Verzia súpravy SDK: v3.4-22-g967752e2
čas kompilácie (6800286): 4. august 2021 17:20:05
Verzia zásobníka: 2.2.0 (Cytron_ESP-01S)
Program príkazového riadka s názvom esptool je k dispozícii ako alternatíva na programovanie ESP-8266S založeného na ESP01 a možno ho použiť v systéme Linux alebo macOS.
rmvér na ESP-01S je možné otestovať na Maker Pi Pico pomocou Cytron's simpletest.py. Toto odošle ICMP ping na známu službu na internete každých 10 sekúnd a zobrazí spiatočný čas (rtt) v milisekundách. To si vyžaduje secrets.py file s Wi-Fi SSID (meno) a heslom – to je popísané ďalej v tomto článku.
DOBRÉZLÉ

Krok 3: Pripojenie senzorov

Na pripojenie troch snímačov a na sledovanie objtage zo štyroch nabíjateľných batérií NiMH. Je zahrnutá fotografia s vysokým rozlíšením kompletného nastavenia vyššie a ďalšie kroky popisujú, ako je možné pripojiť každý snímač.
Napájacie koľajnice na doštičke sú napájané z Pi Pico s

• VBUS (5V) a GND do napájacích koľajníc na ľavej strane a
• 3V3 a GND na pravú stranu.

Napájacie koľajnice sú označené blízkou červenou čiarou pre kladnú koľajnicu a modrou pre zápornú (alebo pozemnú) koľajnicu. Na doske plnej veľkosti (830 otvorov) môžu mať hornú sadu koľajníc, ktoré nie sú spojené so spodnou sadou koľajníc.
Batérie sa používajú iba na napájanie Omron B5W LD0101, ktorý potrebuje stály objemtage. USB napájanie z počítača je často hlučné, takže je nevhodné.

Krok 4: Pripojenie Plantower PMS5003

Plantower PMS5003 vyžaduje napájanie 5 V, ale jeho sériové rozhranie v štýle „TTL“ je bezpečné pre 3.3 V. Spoje z
PMS5003 cez odlamovaciu dosku k Pi Pico sú:

• VCC na 5V (červená) cez rad 6 na 5V koľajnicu;
• GND na GND (čierna) cez riadok 5 na GND;
• SET na EN (modrá) cez riadok 1 do GP2;
• RX do RX (biela) cez rad 3 do GP5;
• TX na TX (sivá) cez riadok 4 do GP4;
• RESET na RESET (fialová) cez rad 2 do GP3;
• NC (nepripojené);
• NC.

Technický list obsahuje upozornenie na kovové puzdro.
Kovové puzdro je pripojené k GND, takže dávajte pozor, aby nedošlo k skratu [sic] s ostatnými časťami obvodu okrem GND.
Komponent sa zvyčajne dodáva s modrým plastovým fllmom na puzdre na ochranu povrchu pred poškriabaním, ale na elektrickú izoláciu by ste sa nemali spoliehať.

Krok 5: Pripojenie Sensirion SPS30

Sensirion SPS30 vyžaduje napájanie 5 V, ale jeho rozhranie i2c je bezpečné na 3.3 V. Jedinými dodatočnými komponentmi sú dva 2.2k odpory, ktoré fungujú ako pull-up pre zbernicu i2c. Pripojenia z SPS30 k Pi Pico sú:

• VDD (červená) na koľajnicu 5V5V;
• SDA (biela) na GP0 (sivá) cez rad 11 s odporom 2.2k na koľajnicu 3.3V;
• SCL (fialová) na GP1 (fialová) cez rad 10 s odporom 2.2k na koľajnicu 3.3V;
• SEL (zelená) na GND;
• GND (čierna) na GND.

Konektor na elektróde môže vyžadovať silné zatlačenie, aby sa správne vložil do SPS30.
SPS30 tiež podporuje sériové rozhranie, ktoré Sensirion odporúča v údajovom liste.
Je potrebné zvážiť použitie rozhrania I2C. I2C bol pôvodne navrhnutý na pripojenie dvoch čipov na PCB. Keď je snímač pripojený k hlavnej doske pomocou kábla, je potrebné venovať osobitnú pozornosť elektromagnetickému rušeniu a presluchom. Používajte čo najkratšie (< 10 cm) a/alebo dobre tienené prepojovacie káble.
Vždy, keď je to možné, odporúčame namiesto toho použiť rozhranie UART: je odolnejšie voči elektromagnetickému rušeniu, najmä pri dlhých spojovacích kábloch.
Nechýba ani upozornenie na kovové časti puzdra.
Všimnite si, že medzi GND kolíkom (5) a kovovým tienením je vnútorné elektrické spojenie. Udržujte toto kovové tienenie elektricky nabité, aby ste zabránili akýmkoľvek neúmyselným prúdom cez toto vnútorné spojenie. Ak to nie je možné, je nevyhnutné správne externé vyrovnanie potenciálu medzi kolíkom GND a akýmkoľvek potenciálom pripojeným k tieneniu. Akýkoľvek prúd cez spojenie medzi GND a kovovým tienením môže poškodiť produkt a predstavuje bezpečnostné riziko prehriatím.

Krok 6: Pripojenie Omron B5W LD0101

Kábel Omron nie je určený na použitie s doskou. Jedným rýchlym spôsobom, ako ho premeniť na použitie prerušovacej dosky, je odrezať zásuvku, odizolovať vodiče a prispájkovať ich na päťkolíkové kolíky zásuviek. Krokodílie (aligátorové) spony by sa mohli použiť ako alternatívny prístup, aby sa zabránilo spájkovaniu.
Omron B5W LD0101 vyžaduje 5V stabilné napájanie. Jeho dva výstupy sú tiež na úrovni 5V, čo nie je kompatibilné s 3.3V vstupmi Pi Pico. Prítomnosť odporov na doske snímača uľahčuje zníženie na bezpečnú hodnotu pridaním 4.7k odporu k zemi na výstup. Palubné odpory sú zdokumentované v údajovom liste, vďaka čomu je to rozumný prístup.
Pripojenia z B5W LD0101 k Pi Pico sú:

• Vcc (červená) na 5V (červená) koľajnica cez rad 25;
• OUT1 (žltý) na GP10GP10 (žltý) cez rad 24 s odporom 4.7k na GND;
• GND (čierna) na GND (čierna) cez riadok 23;
• Vth (zelená) na GP26GP26 (zelená) cez rad 22 s kondenzátorom 0.1uF na GND;
• OUT2 (oranžový) na GP11 (oranžový) cez rad 21 s odporom 4.7k na GND.

The GP12 (zelená) z Pi Pico sa pripája k radu 17 a 10k rezistor spája rad 17 s radom 22.
Technický list popisuje požiadavky na napájanie ako:
Minimálne 4.5 V, typické 5.0 V, maximálne 5.5 V, zvlnenie obj.tagOdporúča sa rozsah 30 mV alebo menej. Uistite sa, že nie je šum pod 300 Hz. Con
rm prípustné zvlnenie objtage hodnota pomocou skutočného stroja.
Tri alkalické alebo štyri nabíjateľné (NiMH) batérie sú najjednoduchším spôsobom, ako zabezpečiť stabilný, stabilný objemtage okolo 5V na snímač. USB napájací zdroj bude pravdepodobne zlou voľbou, pretože objtage je zvyčajne z lítiovej batérie s použitím konvertoru buck-boost, ktorý spôsobuje, že je hlučný.
B5W LD0101 využíva na prúdenie vzduchu konvekciu a pre správne fungovanie musí byť umiestnený zvisle. Zmena dodávky objtage pravdepodobne ovplyvní teplotu ohrievača a súvisiaci prietok vzduchu. Vplyv musí mať aj teplota okolia.

Krok 7: Monitorovanie batérie pomocou rozdeľovača potenciálu

Batéria objtage presahuje úroveň 3.3 V vstupov procesora Pi Pico RP2040. Jednoduchý delič potenciálu môže tento objtage byť v tomto rozsahu. To umožňuje RP2040 merať úroveň batérie na analógovom vstupe (GP26 až GP28).
Vyššie bola použitá dvojica 10k rezistorov na zníženie objtage. Bežne sa používajú vyššie hodnoty, napríklad 100k, aby sa minimalizoval zbytočný prúd. Spojenia sú:

• B5W LD0101 Vcc (červený) prepojovací kábel na ľavú stranu radu 29;
• 10k rezistor v rade 29 medzi ľavou a pravou stranou v rade 29;
• Hnedý prepojovací kábel k Pi Pico GP27;
• 10k rezistor z pravej strany radu 29 k blízkej GND koľajnici.

GP28 na Maker Pi Pico môže byť použitý ako analógový vstup, ale keďže je pripojený aj k RGB pixelu, ktorý môže mať nepatrný vplyv na hodnotu a môže sa dokonca rozsvietiť alebo zmeniť, ak vstup vyzerá ako protokol WS2812!

Krok 8: Inštalácia CircuitPython a programu na publikovanie údajov senzorov

Ak nie ste oboznámení s CircuitPython, potom sa oplatí prečítať si najskôr sprievodcu Vitajte v CircuitPythone.

1. Nainštalujte nasledujúcich sedem knižníc z balíka verzie 7.x https://circuitpython.org/libraries do adresára lib na jednotke CIRCUITPY:
   1. adafruit_bus_device
   2. adafruit_minimqtt
   3. adafruit_io
   4. adafruit_espatcontrol
   5. adafruit_pm25
   6. adafruit_requests.mpy
   7. neopixel.mpy
2. Stiahnite si tieto dve extra knižnice do adresára lib kliknutím na Uložiť odkaz ako... na files vnútri adresára alebo na file:
   1. adafruit_sps30 od https://github.com/kevinjwalters/Adafruit_CircuitPython_SPS30
   2. b5wld0101.py z https://github.com/kevinjwalters/CircuitPython_B5WLD0101
3. Vytvorte súbor secrets.py file (pozri naprample nižšie) a vyplňte hodnoty.
4. Stiahnite si program na CIRCUITPY kliknutím na Uložiť odkaz ako… na pmsensors_adafruitio.py
5. Premenujte alebo odstráňte akýkoľvek existujúci code.py file na CIRCUITPY potom premenujte pmsensors_adafruitio.py na code.py Toto file sa spustí, keď sa interpret CircuitPython spustí alebo znova načíta.

# V tomto súbore uchovávate tajné nastavenia, heslá a tokeny!
# Ak ich vložíte do kódu, riskujete spáchanie týchto informácií alebo ich zdieľanie
tajomstvá = {
„ssid“ : „INSERT-WIFI-NAME-HERE“,
„heslo“ : „VLOŽTE- WIFI-HESLO-TU“,
“aio_username” : “INSERT-ADAFRUIT-IO-USERNAME-HERE”,
„aio_key“ : „VLOŽTE-KLÚČ-KĽÚČ APLIKÁCIE-ADAFRUIT-IO-TU“
# http://worldtimeapi.org/timezones
"časové pásmo" : "Amerika/New_York",
}
Verzie použité pre tento projekt boli:
CircuitPython 7.0.0
Balík knižnice CircuitPython adafruit-circuitpython-bundle-7.x-mpy-20211029.zip- staršie verzie zo septembra/októbra sa nesmú používať ako adafruit_espatcontrol
knižnica bola zabugovaná a polovica funguje mätúcim spôsobom.

Krok 9: Nastavenie Adafruit IO

Adafruit má veľa sprievodcov o svojej službe Adafruit IO, z ktorých najrelevantnejšie sú:
Vitajte v Adafruit IO
Základy Adafruit IO: Feeds
Základy Adafruit IO: Dashboardy
Keď sa zoznámite s informačnými kanálmi a informačnými panelmi, postupujte podľa týchto krokov.

1. Vytvorte si účet Adafruit, ak ho ešte nemáte.
2. Vytvorte novú skupinu s názvom mpp-pm v časti Informačné kanály
3. V tejto novej skupine vytvorte deväť informačných kanálov kliknutím na tlačidlo + Nový kanál, názvy sú:
   1. b5wld0101-raw-out1
   2. b5wld0101-raw-out2
   3. b5wld0101-vcc
   4. b5wld0101-vth
   5. teplota procesora
   6. pms5003-pm10-štandard
   7. pms5003-pm25-štandard
   8. sps30-pm10-štandard
   9. sps30-pm25-štandard
4. Vytvorte dashboard pre tieto hodnoty, navrhované bloky sú:
   1. Tri bloky čiarového grafu, jeden pre každý senzor s dvoma čiarami na graf.
   2. Tri bloky meradla pre dva objtages a teplotu.
      

Krok 10: Overenie zverejnenia údajov

Stránka Monitor v časti Pro file je užitočné overiť, či údaje prichádzajú v reálnom čase, a to pohľadom na živé údaje file oddiele. Keď program odošle dáta do Adafruit IO, zmení RGB pixel na 2-3 sekundy na modro a potom sa vráti na zelenú.
Zdá sa, že teplota z RP2040 sa medzi rôznymi CPU značne líši a je nepravdepodobné, že by sa zhodovala s okolitou teplotou.
Ak to nefunguje, je potrebné skontrolovať niekoľko vecí.

• Ak RGB pixel zostane alebo ak Adafruit IO neprijíma údaje, skontrolujte výstup/chyby na sériovej konzole USB. Číselný výstup pre Mu na sériovej konzole ukáže, či senzory pracujú s novými riadkami, ktoré sa tlačia každé 2-3 sekundy – pozri napr.ample výstup.
• V časti Chyby v reálnom čase na stránke Monitor sa oplatí skontrolovať, či sa údaje odosielajú, ale nezobrazujú sa.
• Ladiacu premennú v programe je možné nastaviť od 0 do 5 na ovládanie objemu ladiacich informácií. Vyššie úrovne deaktivujú tlač ničiek pre Mu.
• Program simpletest.py je užitočný spôsob, ako dokázať, že je vytvorené pripojenie Wi-Fi a pripojenie k internetu funguje pre prenos ICMP.
• Uistite sa, že používate najnovšiu verziu knižnice adafruit_espatcontrol.
• Modré LED diódy Maker Pi Pico na každom GPIO sú veľmi užitočné na získanie okamžitého zobrazeniaview štátu GPIO. Všetky pripojené GPIO budú zapnuté s výnimkou:
  • GP26 bude vypnutý, pretože vyhladený objtage (okolo 500 mV) je príliš nízke;
  • GP12 bude matný, pretože je to ~ 15% pracovný cyklus PWM signálu;
  • GP5 bude zapnutý, ale bude blikať pri odosielaní údajov z PMS5003;
  • GP10 bude vypnutý, ale bude blikať, keď B5W LD0101 deteguje malé častice;
  • GP11 bude vypnutý, ale bude blikať veľmi príležitostne, pokiaľ nie ste na mimoriadne zadymenom mieste.

Výstup určený pre ploter v Mu bude vyzerať v miestnosti asi 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)
Alebo miestnosť s čistejším vzduchom:
(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)
Šesť hodnôt na riadok v poradí je:

1. PMS5003 PM1.0 a PM2.5 (celočíselné hodnoty);
2. SPS30 PM1.0 a PM2.5;
3. B5W LD0101 nespracovaný počet OUT1 a OUT2.
   

Krok 11: Testovanie snímačov vo vnútri s Mu a Adafruit IO

Vyššie uvedené video ukazuje, ako senzory reagujú na zapálenie zápalky, aby sa zapálila vonná tyčinka. Maximálne hodnoty PM2.5 z PMS5003 a SPS30 sú 51 a 21.5605. B5W LD0101 má odkrytú optiku a je, žiaľ, ovplyvnený volfrámovým halogénovým osvetlením použitým v tomto videu. Vo vzduchu je zvýšená hladina častíc z predchádzajúceho testovania.
Nezabudnite odpojiť batériu, keď sa nepoužíva, inak ohrievač B5W LD0101 vybije batérie.
https://www.youtube.com/watch?v=lg5e6KOiMnA

Krok 12: Častice vonku na Guy Fawkes Night

Noc Guya Fawkesa je spojená s vatrami a ohňostrojmi, ktoré môžu na jeden alebo dva večery prispieť k zvýšeniu znečistenia ovzdušia. Vyššie uvedené grafy ukazujú, že tri senzory boli umiestnené vonku tesne po 7:5 v piatok 2021. novembra XNUMX. V bezprostrednej blízkosti neboli žiadne ohňostroje, ale bolo ich počuť v diaľke. Poznámka: mierka letu sa medzi tromi mapami líši.
Údaje o krmive uložené v Adafruit IO ukazujú, že senzory detegujúce vzduch už mali mierne zvýšenú hladinu PM2.5 na základe 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 bol okolo 46 ug na meter kubický tesne pred 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
Inde v údajoch sú krátke špičky, keď boli senzory vonku. Môžu to byť spôsobené prúdmi z:

• výfuk z plynového ústredného kúrenia,
• ľudia fajčiaci v blízkosti a/alebo
• pachy/výpary z varenia.

Pred umiestnením exponovanej elektroniky von skontrolujte počasie!

Krok 13: Častice vo vnútri s varením

Vyššie uvedené grafy ukazujú, ako senzory reagujú na slaninu a huby vyprážané v neďalekej kuchyni s priemernou extrakciou. Senzory boli asi 5 m (16 stôp) od varnej dosky. Poznámka: mierka y sa medzi týmito tromi grafmi líši.
Údaje o krmive uložené v Adafruit IO ukazujú senzory s krátkou špičkovou úrovňou PM2.5 okolo 93 ug na meter kubický na základe 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
Znečisťujúce látky budú veľmi odlišné od tých z prerábok. Toto je zaujímavý example z rôznych zdrojov pevných častíc vo vzduchu, ktorý dýchame.

Krok 14: Senzory verejných častíc

Údaje na grafe vyššie pochádzajú z neďalekých verejných senzorov.

• Nadýchnite sa Londýna
  • Clarity Movement Node-S
    • tb/s
    • oss
    • rl
• OpenAQ
  • PurpleAir PA-II
    • sr
• London Air Quality Network
  • Referenčná kvalita (Met One BAM 1020 a ďalšie)
    • FS
    • AS
    • TBR

Senzory tbps a TBR sú takmer umiestnené spolu a sú spoločne zobrazené v grafe, aby sa zobrazila korelácia medzi zariadením založeným na SPS30 a referenčným zariadením v blízkosti. Zdá sa, že SPS30 večer 5. a 6. novembra, keď je rozumné predpokladať, že večerné zvýšenie je spôsobené prepracovaním, je výrazne podhodnotené. Môže to byť spôsobené rozdielom v hmotnosti častíc, pretože senzory použité pre tento článok dokážu detegovať iba objem a potrebujú odhadnúť hustotu častíc, aby vytvorili hodnoty v mikrogramoch na meter kubický.
Zdá sa, že PMS5003 v PurpleAir PA-II sa na základe tohto krátkeho obdobia výrazne prečíta pri akýchkoľvek zvýšených hladinách PM2.5. To sa môže zhodovať s výsledkami zobrazenými na predchádzajúcich stránkach alebo to môžu spôsobiť iné faktory.
SPS30 a PMS5003 vytvárajú údaje pre častice väčšie ako 2.5 mikrónu, ale nasledujúce strany ukazujú, prečo by sa s tým malo zaobchádzať opatrne.

Krok 15: Porovnanie senzorov – veľkosť častíc

Vyššie uvedené grafy sú z Laboratórneho hodnotenia selektivity veľkosti častíc optických nízkonákladových snímačov pevných častíc Fínskym meteorologickým inštitútom. Testovali sa tri senzory každého druhu s rôznymi veľkosťami častíc zobrazenými na logaritmickej osi x. Farebné čiary označujú vypočítané hodnoty špecifických pásiem veľkosti častíc na základe výstupov senzora, pásy zobrazujú distribúciu. Tri hodnoty SPS30 nad 1 mikrón sa silne prekrývajú, takže je veľmi ťažké ich rozlíšiť.
Bežné metriky pre častice sú PM2.5 a PM10. Zatiaľ čo číslo v názve odkazuje na maximálnu veľkosť častíc, jednotky sú v mikrogramoch na meter kubický. Lacné senzory môžu merať iba priemer častíc (objem) a musia urobiť nejaké odhady o hustote, aby vypočítali pravdepodobné hodnoty PM2.5 a PM10.
PMS5003 používa konštantnú hodnotu hustoty, Sensirion opisuje svoj prístup k hustote pre SPS30 ako:
Väčšina lacných PM senzorov na trhu predpokladá pri kalibrácii konštantnú hmotnostnú hustotu a vypočítava hmotnostnú koncentráciu vynásobením zisteného počtu častíc touto hmotnostnou hustotou. Tento predpoklad funguje iba vtedy, ak snímač meria jeden typ častíc (napríklad tabakový dym), ale v skutočnosti v každodennom živote nájdeme mnoho rôznych typov častíc s mnohými rôznymi optickými vlastnosťami, od „ťažkého“ domáceho prachu po „ľahké“ častice spaľovania. . Proprietárne algoritmy spoločnosti Sensirion využívajú pokročilý prístup, ktorý umožňuje správny odhad hmotnostnej koncentrácie bez ohľadu na meraný typ častíc. Okrem toho takýto prístup umožňuje správny odhad veľkostí zásobníkov.
Metriky PM zahŕňajú všetky častice pod parametrom veľkosti, tj
PM1 + hmotnosť všetkých častíc medzi 1.0 a 2.5 mikrónu = PM2.5,
PM2.5 + hmotnosť všetkých častíc medzi 2.5 a 10 mikrónov = PM10.
PMS5003 a SPS30 nie sú schopné detekovať častice v tomto laboratórnom teste nad 2-3 mikróny. Je možné, že môžu detekovať iné typy častíc nad touto veľkosťou.
B5W LD0101 vyzerá z tohto laboratórneho testu na meranie PM10 dôveryhodne.

Krok 16: Porovnanie snímačov – návrh

Ohrievač Omron (rezistor 100 ohm +/- 2 %!) môžete vidieť, ak je snímač otočený hore nohami. Dizajn je podrobne diskutovaný v Omron: Vývoj snímača kvality vzduchu pre čističku vzduchu. Použitie konvekcie sa zdá byť hrubé, ale môže to byť riešenie s vyššou spoľahlivosťou v porovnaní s mechanickým komponentom, ako je ventilátor, ktorý má malú životnosť a životnosť, ktorú možno skrátiť prevádzkou v prašnom prostredí. Zdá sa, že ventilátor SPS30 je navrhnutý tak, aby sa dal ľahko vymeniť bez otvárania skrinky. Ostatné modely Plantower majú rovnaký dizajnový prvok.
Všetky tri senzory budú náchylné na účinky vysokej relatívnej vlhkosti, ktorá bohužiaľ omylom zvyšuje hodnoty PM.
Certifikované snímače referenčnej kvality (zoznam DEFRA zo Spojeného kráľovstva), ktoré monitorujú častice, nepoužívajú na meranie optický prístup. Met One BAM 1020 funguje

1. oddeľovanie a vyhadzovanie častíc väčších ako je limit veľkosti zo vzduchu sample,
2. ohrev vzduchu na reguláciu/zníženie relatívnej vlhkosti,
3. ukladanie častíc na nový úsek kontinuálnej brousovej pásky a
4. potom meranie útlmu zdroja beta žiarenia nahromadenými časticami na páske, aby sa vypočítal dobrý odhad celkovej hmotnosti častíc.

Ďalšou bežnou technikou je oscilačná mikrováha s kužeľovými prvkami (TEOM), ktorá ukladá častice na vymeniteľný filter na voľnom konci kužeľovej trubice, ktorá je na druhom konci zrezaná. Presné meranie frekvencie oscilácií prirodzene rezonančnej trubice umožňuje vypočítať dodatočnú malú hmotnosť častíc z nepatrných zmien frekvencie. Tento prístup je vhodný na vytváranie vyšších hodnôt PM.

Krok 17: Ideme ďalej

Po nastavení senzorov a zverejnení údajov do Adafruit IO je tu niekoľko ďalších nápadov na preskúmanie:

• Otestujte každú miestnosť vo svojom dome v priebehu času a všímajte si aktivitu a vetranie. Otestujte svoj domov pri varení. Otestujte grilovačku.
• Použite tri tlačidlá na Maker Pi Pico. Tie sú pripojené k GP20, GP21 a GP22, ktoré boli zámerne ponechané nepoužívané, aby bolo možné použiť tlačidlo.
• Ak žijete v blízkosti verejnej monitorovacej stanice kvality ovzdušia, porovnajte svoje údaje s ňou.
• Pridajte displej pre obsluhu, ktorý zobrazuje hodnoty senzorov. SSD1306 je malý, skladný a ľahko sa pridáva/používa v CircuitPythone. Pozrite si pokyny: Snímanie pôdnej vlhkosti
• Napríklad s Maker Pi Picoample jeho použitia.
• Preskúmajte knižnicu MQTT a zistite, či je možné všetky údaje snímača odoslať v jednej dávke. Toto by malo byť efektívnejšie.
• Integrujte sa nejakým spôsobom so samostatným snímačom kvality vzduchu IKEA Vindriktning.
  • Konektivita Soren Beye MQTT pre Ikea VINDRIKTNING ukazuje, ako pridať ESP8266 k senzoru a identifikuje senzor pevných častíc (prach) ako „kubický PM1006-like“.
  • Pokročilým projektom by bolo nahradenie hlavnej dosky plošných spojov doskou založenou na ESP32-S2 s dodatočnými digitálnymi senzormi prostredia, aby sa vytvorilo zariadenie založené na obvode CircuitPython s podporou Wi-Fi.
  • O tomto zariadení sa diskutuje na fóre domáceho asistenta: IKEA Vindriktning Air Quality Sensor.
  • LaskaKit vyrába náhradnú dosku plošných spojov na báze ESP32 pre senzor, ktorá umožňuje jednoduché použitie s ESPHome.
• Študujte účinky zmeny objemu ponukytage v rámci povolených rozsahov pre snímače. To môže zmeniť rýchlosť ventilátora alebo teplotu ohrievača, čo ovplyvní výsledky.
• Postavte si kryt odolný voči poveternostným vplyvom a divokej zveri so starostlivým dizajnom pre vstup, výstup a prúdenie vzduchu okolo senzorov. Dáždnik prilepený na zábradlie bol použitý na ochranu otvorenej, odkrytej elektroniky na zber údajov cez víkend pre tento článok.

Súvisiace projekty:

• Costas Vav: Prenosný snímač kvality vzduchu
• Pimoroni: Vonkajšia stanica kvality vzduchu s Enviro+ a Luftdaten
• Pokyny: Používanie Pimoroni Enviro+ FeatherWing s Adafruit Feather NRF52840 Express –
• Enviro+ FeatherWing obsahuje konektor pre PMS5003. SPS30 je možné použiť s kolíkmi i2c a kolíkov je takmer dosť na použitie aj s B5W LD0101.
• nRF52840 nepodporuje Wi-Fi, takže ho nemožno použiť samostatne na publikovanie údajov cez internet.
• Adafruit Learn: Snímač kvality vzduchu 3D tlačený kryt . – používa Adafruit Feather M4 s Airlift FeatherWing na báze ESP32 a PMS5003.
• Adafruit Learn: Rýchly štart IoT – Raspberry Pi Pico RP2040 s WiFi – používa vylamovaciu dosku Adafruit AirLift založenú na ESP32.
• GitHub: CytronTechnologies/MAKER-PI-PICO Example Kód/CircuitPython/IoT – naprampkód pre Adafruit IO, Blynk a Thinkspeak.
• Cytron: Monitorovanie vzduchu pomocou mobilného telefónu – používa štít Arduino založený na ESP8266 na odosielanie údajov z
• Snímač pevných častíc Honeywell HPM32322550 pre Blynk, nie je potrebný žiadny (inteligentný) telefón.

Stredné senzory, drahšie, ale s lepšou schopnosťou detekovať väčšie veľkosti častíc:

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

Ďalšie čítanie:

• Senzory
  • Fínsky meteorologický ústav: Laboratórne hodnotenie selektivity veľkosti častíc optických nízkonákladových senzorov pevných častíc (máj 2020)
  • Gough Lui: Review, Teardown: Plantower PMS5003 Laserový monitorovací senzor častíc obsahuje porovnanie so Sensirion SPS30.
  • Karl Koerner: Ako otvoriť a vyčistiť vzduchový senzor PMS 5003
  • Met One Instruments, Inc., BAM-1020 EPA TSA školiace video (YouTube) – ukazuje, čo je vo vnútri a ako to funguje.
  • CITRIS Research Exchange: Talk Sean Wihera (Clarity Movement) (YouTube) – prednáška vrátane podrobností o senzore Node-S, ktorý používa Sensirion SPS30.
• Legislatíva a organizácie zaoberajúce sa kvalitou ovzdušia
  • The Air Quality Standards Regulations 2010 (Spojené kráľovstvo)
  • Smernice Svetovej zdravotníckej organizácie (WHO) o znečistení ovzdušia
  • British Lung Foundation – Kvalita vzduchu (PM2.5 a NO2)
• Výskum
  • Imperial College London: The Indoor-Outdoor Air-Polluum Continuum (YouTube)
  • Deti základných škôl zbierajúce údaje o kvalite ovzdušia pomocou batohov v Londýne v roku 2019:
    • Dyson: Sledovanie znečistenia v škole. Breathe London (YouTube)
    • King's College London: Environmental Research Group: The Breathe London Wearables Study
  • Atmosphere Journal: Znečistenie vzduchu v interiéri z obytných pecí: Skúmanie zaplavovania domácností časticami počas používania v reálnom svete
• Správy a blogy
  • The Economist: Polnočná obloha – poľské uhoľné vykurovanie domácností spôsobuje rozsiahle znečistenie (január 2021)
  • US NPR: Úkryt vo vnútri vás nemusí chrániť pred nebezpečenstvom divokého dymu?
  • Reuters: Večierok sa skončil: Diwali opúšťa Dillí dýchajúce v nebezpečne nezdravom vzduchu
  • Pimoroni Blog: Najviac znečistená noc roka (v Spojenom kráľovstve)
  • Hnutie Clarity: Dym z divokého ohňa, verejné zdravie a environmentálna spravodlivosť: lepšie
  • Rozhodovanie s monitorovaním ovzdušia (YouTube) – prezentácia a diskusia o kvalite ovzdušia v západných USA, najmä okolo roku 2020 divoký dym z požiarov.
  • Guardian: Špinavý vzduch postihuje 97 % domácností v Spojenom kráľovstve, ukazujú údaje
• Monitorovanie častíc a skladovanie údajov
  • Holandsko Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (Národný inštitút pre verejné zdravie a životné prostredie): Vuurwerkexperiment (Experiment s ohňostrojom) 2018 – 2019
  • Google: Ulica po ulici: Ako mapujeme kvalitu ovzdušia v Európe – ulica view autá zbierajú údaje o tuhých znečisťujúcich látkach a plynoch.Londýnska sieť kvality ovzdušia
  • Breathe London – sieť na doplnenie siete London Air Quality Network o „slušné, ľahko inštalovateľné a udržiavateľné senzory kvality ovzdušia pre každého“, v súčasnosti používa Clarity Movement Node-S.
  • Veľvyslanectvo USA v Pekingu monitorovanie pevných častíc (Twitter)
  • Svetový index kvality ovzdušia – zhromažďuje údaje z mnohých rôznych zdrojov s mapou views a historické údaje.
  • Sensor.Community (predtým známy ako Luftdaten) – „urobiť svet lepším miestom prostredníctvom komunitných, otvorených environmentálnych údajov“.
• Softvérové ​​knižnice
  • Softvérové ​​chyby v knižnici snímačov pevných častíc – adafruit_pm25 trpí aspoň jedným z opísaných problémov, ktoré si vyžadujú spracovanie výnimiek okolo read() pre sériový (UART).
• Kurzy
  • HarvardX: Znečistenie vzduchu časticami (YouTube) – päťminútové video z krátkeho kurzu EdX: Energy Within Environmental Constraints

Detekciu kritických bezpečnostných prvkov a alarmy je najlepšie ponechať na komerčné zariadenia od renomovaných dodávateľov.
https://www.youtube.com/watch?v=A5R8osNXGyo
Zverejňovanie údajov snímača pevných častíc do Adafruit IO pomocou Maker Pi Pico a ESP-01S:

Dokumenty / zdroje

instructables ESP-01S Publishing Particulate Matter Sensor [pdf] Používateľská príručka ESP-01S Publishing Sensor Particulate Matter, ESP-01S, Publishing Particulate Matter, Senzor částic, Matter Sensor

Referencie

• Používateľská príručka