ESP-01S Publishing -hiukkasanturi
Käyttöopas

ESP-01S Publishing -hiukkasanturi

Hiukkasanturitietojen julkaiseminen Adafruit IO:lle Maker Pi Picon ja ESP-01S:n avulla
kirjoittanut kevinjwalters
Tämä artikkeli näyttää, kuinka kolmen edullisen hiukkasanturin tietoja julkaistaan ​​Adafruit IO IoT -palveluun käyttämällä Cytron Maker Pi Picoa, joka käyttää CircuitPython-ohjelmaa, joka lähettää anturien lähdöt Wi-Fi:n kautta ESP-01S-moduulilla, jossa on AT rmware.
WHO pitää PM2.5-hiukkasia yhdeksi suurimmista ympäristöriskeistä terveydelle, sillä 99 % maailman väestöstä asuu paikoissa, joissa WHO:n ilmanlaatusuosituksia ei saavutettu vuonna 2019. Sen arvioiden mukaan tämä johti 4.2 miljoonaan ennenaikaiseen kuolemaan. vuonna 2016.
Tässä artikkelissa näkyvät kolme hiukkasanturia ovat:

• Plantower PMS5003 sarjaliitännän avulla;
• Sensirion SPS30 käyttää i2c:tä;
• Omron B5W LD0101 pulssilähdöillä.

Nämä optiset anturit ovat samankaltaisia ​​kuin yhdestä kodin palovaroittimesta löytyvät, mutta ne tyrehtyvät yrittäessään laskea erikokoisia hiukkasia sen sijaan, että ne hälyttävät kynnyspitoisuudessa.
Punainen laserpohjainen PMS5003 on yleisesti käytetty harrastaja-anturi, ja se löytyy PurpleAir PA-II -ilmanlaatuanturista. SPS30 on uudempi anturi, joka käyttää samaa periaatetta ja löytyy Clarity Node-S -ilmanlaatusensorista. Infrapuna-LED-pohjaisella B5W LD0101 -anturilla on primitiivisempi käyttöliittymä, mutta se on hyödyllinen, koska se pystyy havaitsemaan yli 2.5 mikronia suurempia hiukkasia – kaksi muuta anturia eivät pysty mittaamaan niitä luotettavasti.
Adafruit IO tarjoaa ilmaisen tason rajoitetulla määrällä syötteitä ja kojetauluja – nämä ovat riittäviä tälle projektille. Ilmaisia ​​tason tietoja säilytetään 30 päivää, mutta tiedot on helppo ladata.
Tämän artikkelin Maker Pi Pico -taulu on kuinample Cytron lähetti ystävällisesti minulle arvioimaan. Ainoa ero tuotantoversioon on passiivisten komponenttien lisääminen kolmen painikkeen kumoamiseksi.
ESP-01S-moduuli tarvitsee todennäköisesti AT rmware -päivityksen. Tämä on suhteellisen monimutkainen, harvinainen prosessi ja saattaa viedä aikaa. Cytron myy moduulin sopivan AT rmwaren kanssa.
Valmistaja on valitettavasti lopettanut Omron B5W LD0101 -anturin viimeisimmillä tilauksilla maaliskuussa 2022.
Tarvikkeet:

• Cytron Maker Pi Pico – Digi-avain | PiHut
• ESP-01S – Cytronin kortin mukana tulee sopiva ATrmware.
• ESP-01 USB-sovitin/ohjelmoija nollauspainikkeella – Cytron.
• Leipälauta.
• Naaras-urosjohtimet, vähintään 20 cm (8 tuumaa).
• Plantower PMS5003 kaapelilla ja leipälevysovittimella – Adafruit
• tai Plantower PMS5003 + Pimoroni leipälevysovitin – Pimoroni + Pimoroni
• Sensirion SPS30 – Digi-avain
  • Sparkfun SPS30 JST-ZHR kaapeli 5 urosnastalle – Digi-avain
  • 2x 2.2k vastukset.
• Omron B5W LD0101 – hiiri
  • Omronin kaapeli kuvataan johdinsarjaksi (2JCIE-HARNESS-05) – hiiri
  • 5-nastainen urosliitin (kaapelin sovittamiseksi koepalautaan).
  • juote – krokotiili (alligaattori) pidikkeet voisivat toimia vaihtoehtona juottamiselle.
  • 2x 4.7k vastukset.
  • 3x 10k vastukset.
  • 0.1uF kondensaattori.
  • Akun teho mallille Omron B5W LD0101:
    • 4AA paristoteline ladattaville NiMH-akuille (parempi valinta).
    • tai 3AA taikinapidike alkaliparistoihin.
• USB-virtalähde voi olla hyödyllinen, jos haluat juosta ulkona pois USB-virtalähteestä.

Vaihe 1: USB-ohjelmoija Flashin päivittämistä varten ESP-01S:ssä

ESP-01S-moduulissa ei todennäköisesti ole asianmukaista AT-ohjelmistoa, ellei se ole Cytronilta. Helpoin tapa päivittää se on käyttää Windows-pöytäkonetta tai kannettavaa tietokonetta, jossa on USB-sovitin, joka mahdollistaa tuhkan kirjoittamisen ja jossa on nollauspainike.
Valitettavasti hyvin yleisessä, ei-merkkisovittimessa, jota usein kuvataan "ESP-01 Programmer Adapter UART -sovittimeksi", ei ole painikkeita tai kytkimiä näiden ohjaamiseksi. Yllä oleva video näyttää, kuinka tämä voidaan nopeasti korjata
Joillakin improvisoiduilla kytkimillä, jotka on valmistettu kahdesta uros-naarasjohtimesta, jotka on leikattu kahtia ja juotettu ohjelmointilevyn alapuolella oleviin nastoihin. Vaihtoehtoinen lähestymistapa tähän leipälaudan avulla voidaan nähdä Hackadayssa:
ESPHome ESP-01 Windowsin työnkulussa.
https://www.youtube.com/watch?v=wXXXgaePZX8

Vaihe 2: Päivitä laiteohjelmisto ESP-01S:ssä Windowsin avulla

Pääteohjelmaa, kuten PuTTY:tä, voidaan käyttää ESP-01-ohjelmoijan kanssa rmware-version tarkistamiseen. Ohjelmisto saa ESP8266:n toimimaan vähän kuin modeemi, jonka komennot ovat saaneet vaikutteita Hayesin komentosarjasta. AT+GMR AT+GMR-komento näyttää rmware-version.
AT+GMR
AT-versio: 1.1.0.0 (11. toukokuuta 2016 18:09:56)
SDK-versio: 1.5.4 (baaeaebb)
kokoamisaika: 20. toukokuuta 2016 15:08:19
Cytronilla on opas, jossa kuvataan rmware-päivityksen asentamista Espressif Flash -lataustyökalulla (vain Windows) GitHubissa: CytronTechnologies/esp-at-binaries. Cytron tarjoaa myös kopion rmware-binaaritiedostosta Cytron_ESP-01S_AT_Firmware_V2.2.0.bin.
Onnistuneen päivityksen jälkeen uusi rmware raportoidaan versiona 2.2.0.0
AT+GMR
AT-versio:2.2.0.0(b097cdf – ESP8266 – 17 2021:12:57)
SDK-versio: v3.4-22-g967752e2
käännösaika (6800286): 4. elokuuta 2021 17:20:05
Säiliön versio: 2.2.0 (Cytron_ESP-01S)
Esptool-niminen komentoriviohjelma on saatavana vaihtoehtona ESP8266-pohjaisen ESP-01S:n ohjelmointiin, ja sitä voidaan käyttää Linuxissa tai macOS:ssä.
ESP-01S:n rmware voidaan testata Maker Pi Picolla Cytronin simpletest.py:n avulla. Tämä lähettää ICMP-pingin tunnetulle Internet-palvelulle 10 sekunnin välein ja näyttää edestakaisen matka-ajan (rtt) millisekunteina. Tähän tarvitaan secrets.py file Wi-Fi SSID:llä (nimellä) ja salasanalla – tämä kuvataan myöhemmin tässä artikkelissa.
HYVÄPAHA

Vaihe 3: Antureiden liittäminen

Kolmen anturin yhdistämiseen ja volyymin valvontaan käytettiin puolikokoista leipälautaatage neljästä ladattavasta NiMH-akusta. Yllä olevasta asennuksesta on mukana korkearesoluutioinen valokuva, ja seuraavat vaiheet kuvaavat, kuinka kukin anturi voidaan kytkeä.
Leipälaudan virtakiskot saavat virtansa Pi Picosta

• VBUS (5V) ja GND vasemman puolen voimakiskoihin ja
• 3V3 ja GND oikealle puolelle.

Tehokiskot on merkitty lähellä olevalla punaisella viivalla positiiviselle kiskolle ja sinisellä negatiiviselle (tai maa-) kiskolle. Täysikokoisella (830 reikää) koepalautalaudalla voi olla yläkiskosarja, jota ei ole yhdistetty alempaan kiskosarjaan.
Paristoja käytetään vain Omron B5W LD0101:n virtalähteenä, joka tarvitsee tasaisen volyymintage. Tietokoneen USB-virta on usein meluisa, joten se ei sovellu.

Vaihe 4: Plantower PMS5003:n liittäminen

Plantower PMS5003 vaatii 5 V virran, mutta sen sarjamuotoinen "TTL style" -liitäntä on 3.3 V:n turvallinen. Liitännät
PMS5003 Breakout Boardin kautta Pi Picoon ovat:

• VCC 5 V (punainen) rivin 6 kautta 5 V kiskoon;
• GND GND:hen (musta) rivin 5 kautta GND:hen;
• SET arvoon EN (sininen) rivin 1 kautta GP2:een;
• RX to RX (valkoinen) rivin 3 kautta GP5:een;
• TX to TX (harmaa) rivin 4 kautta GP4:ään;
• RESET RESET-tilaan (violetti) rivin 2 kautta GP3:een;
• NC (ei kytketty);
• NC.

Datalehti sisältää varoituksen metallikotelosta.
Metallikuori on kytketty GND:hen, joten varo, ettet anna sen oikosulkua [sic] piirin muihin osiin paitsi GND:hen.
Komponentti toimitetaan yleensä sinisellä muovikalvolla kotelossa suojaamaan pintaa naarmuilta, mutta tähän ei pidä luottaa sähköeristyksenä.

Vaihe 5: Sensirion SPS30:n liittäminen

Sensirion SPS30 vaatii 5V tehoa, mutta sen i2c-liitäntä on 3.3V turvallinen. Ainoat lisäkomponentit ovat kaksi 2.2k vastusta, jotka toimivat i2c-väylän vetona. SPS30:n liitännät Pi Picoon ovat:

• VDD (punainen) 5V5V kiskoon;
• SDA (valkoinen) GP0:aan (harmaa) rivin 11 kautta, 2.2k vastus 3.3V kiskoon;
• SCL (violetti) GP1:een (violetti) rivin 10 kautta 2.2k vastuksella 3.3V kiskoon;
• SEL (vihreä) GND:hen;
• GND (musta) GND:ksi.

Johdon liitintä saattaa vaatia luja painallus, jotta se asetetaan oikein SPS30:een.
SPS30 tukee myös sarjaliitäntää, jota Sensirion suosittelee tietolomakkeessa.
I2C-rajapinnan käyttöön tulee ottaa joitakin huomioita. I2C oli alun perin suunniteltu yhdistämään kaksi piiriä piirilevylle. Kun anturi on kytketty pääpiirilevyyn kaapelilla, on kiinnitettävä erityistä huomiota sähkömagneettisiin häiriöihin ja ylikuulumiseen. Käytä mahdollisimman lyhyitä (< 10 cm) ja/tai hyvin suojattuja liitäntäkaapeleita.
Suosittelemme sen sijaan UART-liitännän käyttöä aina kun mahdollista: se on kestävämpi sähkömagneettisia häiriöitä vastaan, erityisesti pitkillä liitäntäkaapeleilla.
Varoitus on myös kotelon metalliosista.
Huomaa, että GND-nastan (5) ja metallisuojauksen välillä on sisäinen sähköliitäntä. Pidä tämä metallisuojus sähköisesti kostuneena välttääksesi tahattomat virrat tämän sisäisen liitännän kautta. Jos tämä ei ole vaihtoehto, asianmukainen ulkoinen potentiaalin tasaus GND-nastan ja minkä tahansa suojaukseen kytketyn potentiaalin välillä on pakollinen. GND:n ja metallisuojan välisen yhteyden kautta kulkeva virta voi vahingoittaa tuotetta ja aiheuttaa turvallisuusriskin ylikuumenemisen vuoksi.

Vaihe 6: Omron B5W LD0101:n liittäminen

Omron-kaapelia ei ole tarkoitettu käytettäväksi leipälevyn kanssa. Yksi nopea tapa muuttaa se alelautakäyttöön on leikata pistoke irti, kuoria johdot ja juottaa ne viiden nastan pituisiksi urosliittimiin. Vaihtoehtoisena menetelmänä voidaan käyttää krokotiili- (alligaattori) klipsiä juottamisen välttämiseksi.
Omron B5W LD0101 vaatii 5 V:n tasaisen virtalähteen. Sen kaksi lähtöä ovat myös 5 V:n tasolla, mikä ei ole yhteensopiva Pi Picon 3.3 V:n tulojen kanssa. Anturikortilla olevien vastusten ansiosta tämä on helppo pudottaa turvalliseen arvoon lisäämällä 4.7k vastus maahan lähtöä kohti. Sisäänrakennetut vastukset on dokumentoitu teknisissä tiedoissa, mikä tekee tästä järkevän lähestymistavan.
Liitännät B5W LD0101:stä Pi Picoon ovat:

• Vcc (punainen) 5V (punainen) kiskoon rivin 25 kautta;
• OUT1 (keltainen) GP10GP10:een (keltainen) rivin 24 kautta, 4.7k vastus GND:hen;
• GND (musta) GND (musta) rivin 23 kautta;
• Viides (vihreä) GP26GP26:een (vihreä) rivin 22 kautta 0.1uF kondensaattorilla GND:hen;
• OUT2 (oranssi) GP11:een (oranssi) rivin 21 kautta, 4.7k vastus GND:hen.

The GP12 (vihreä) Pi Picosta liitetään riviin 17 ja 10k vastus yhdistää rivin 17 riviin 22.
Tietosivulla kuvataan virtalähdetarve seuraavasti:
Vähintään 4.5 V, tyypillinen 5.0 V, maksimi 5.5 V, ripple voltagSuositeltava alue on 30 mV tai vähemmän. Varmista, ettei kohinaa ole alle 300 Hz. Con
rm sallittu ripple voltage-arvo käyttämällä todellista konetta.
Kolme alkaliparistoa tai neljä ladattavaa (NiMH) akkua ovat helpoin tapa tarjota tasainen, vakaa volyymitage noin 5V anturiin. USB-virtalähde on todennäköisesti huono valinta, koska voltage on tyypillisesti litiumakusta, jossa käytetään buck-boost-muunninta, mikä tekee siitä meluisaa.
B5W LD0101 käyttää konvektiota ilmavirtaukseensa ja se on asetettava pystyasentoon toimiakseen oikein. Tarjonnan muutos voltage vaikuttaa todennäköisesti lämmittimen lämpötilaan ja siihen liittyvään ilmanvirtaukseen. Myös ympäristön lämpötilalla on oltava vaikutusta.

Vaihe 7: Akun valvonta potentiaalinjakajalla

Akun tilavuustage ylittää Pi Picon RP3.3-prosessorin tulojen 2040 V tason. Yksinkertainen potentiaalinjakaja voi pienentää tätä tilavuuttatage olla tällä alueella. Tämän ansiosta RP2040 voi mitata akun varausta analogiseen (GP26 - GP28) tuloon.
Yllä käytettiin paria 10k vastusta puolittamaan tilavuustage. On yleistä, että käytetään korkeampia arvoja, kuten 100k, hukkaan menevän virran minimoimiseksi. Liitännät ovat:

• B5W LD0101 Vcc (punainen) hyppyjohdin riville 29 vasemmalle puolelle;
• 10k vastus rivillä 29 vasemman ja oikean puolen välissä rivillä 29;
• Ruskea hyppylanka Pi Pico GP27:ään;
• 10k vastus rivin 29 oikealta puolelta läheiseen GND-kiskoon.

Maker Pi Picon GP28:aa voidaan käyttää analogisena tulona, ​​mutta koska se on kytketty myös RGB-pikseliin, jolla voi olla voimakas vaikutus arvoon ja se voi jopa syttyä tai muuttua, jos tulo näyttää WS2812-protokollalta!

Vaihe 8: Asenna CircuitPython ja Sensor Data Publishing Program

Jos CircuitPython ei ole sinulle tuttu, kannattaa ensin lukea Welcome to CircuitPython -opas.

1. Asenna seuraavat seitsemän kirjastoa version 7.x -paketista osoitteesta https://circuitpython.org/libraries CIRCUITPY-aseman lib-hakemistoon:
   1. adafruit_bus_device
   2. adafruit_minimqtt
   3. adafruit_io
   4. adafruit_espatcontrol
   5. adafruit_pm25
   6. adafruit_requests.mpy
   7. neopixel.mpy
2. Lataa nämä kaksi ylimääräistä kirjastoa lib-hakemistoon napsauttamalla Tallenna linkki nimellä… files hakemistossa tai hakemistossa file:
   1. adafruit_sps30 alkaen https://github.com/kevinjwalters/Adafruit_CircuitPython_SPS30
   2. b5wld0101.py alkaen https://github.com/kevinjwalters/CircuitPython_B5WLD0101
3. Luo Secrets.py file (katso esimampalla) ja täytä arvot.
4. Lataa ohjelma CIRCUITPY:hen napsauttamalla Tallenna linkki nimellä… osoitteessa pmsensors_adafruitio.py
5. Nimeä uudelleen tai poista olemassa oleva code.py file CIRCUITPYssä ja nimeä sitten pmsensors_adafruitio.py uudelleen muotoon code.py Tämä file suoritetaan, kun CircuitPython-tulkki käynnistyy tai latautuu uudelleen.

# Tämä tiedosto on paikka, jossa säilytät salaisia ​​asetuksia, salasanoja ja tunnuksia!
# Jos laitat ne koodiin, vaarana on, että tiedot sitoutuvat tai jaat ne
salaisuudet = {
"ssid" : "INSERT-WIFI-NAME-HERE",
"salasana": "INSERT-WIFI-SALASANA-TÄHÄN",
"aio_username" : "INSERT-ADAFRUIT-IO-USERNAME-HERE",
"aio_key" : "INSERT-ADAFRUIT-IO-APPLICATION-KEY-HERE"
# http://worldtimeapi.org/timezones
"aikavyöhyke" : "Amerikka/New_York",
}
Tässä projektissa käytetyt versiot olivat:
CircuitPython 7.0.0
CircuitPython-kirjastopaketti adafruit-circuitpython-bundle-7.x-mpy-20211029.zip- aiempia versioita syys-/lokakuussa ei saa käyttää adafruit_espatcontrolina
kirjasto oli buginen ja puoli toimii hämmentävällä tavalla.

Vaihe 9: Adafruit IO -asennus

Adafruitilla on monia oppaita Adafruit IO -palvelussaan, joista tärkeimmät ovat:
Tervetuloa Adafruit IO:lle
Adafruit IO:n perusteet: Syötteet
Adafruit IO Basics: Kojelaudat
Kun olet perehtynyt syötteisiin ja kojetauluihin, noudata näitä ohjeita.

1. Luo Adafruit-tili, jos sinulla ei vielä ole sellaista.
2. Tee Syötteet-kohtaan uusi ryhmä nimeltä mpp-pm
3. Tee yhdeksän syötettä tähän uuteen ryhmään napsauttamalla + Uusi syöte -painiketta. Nimet ovat:
   1. b5wld0101-raw-out1
   2. b5wld0101-raw-out2
   3. b5wld0101-vcc
   4. b5wld0101-vth
   5. prosessorin lämpötila
   6. pms5003-pm10-standardi
   7. pms5003-pm25-standardi
   8. sps30-pm10-standardi
   9. sps30-pm25-standardi
4. Tee kojelauta näille arvoille, ehdotetut lohkot ovat:
   1. Kolme viivakaaviolohkoa, yksi kullekin anturille ja kaksi viivaa kaaviota kohti.
   2. Kolme Gauge lohkoa kahdelle voltages ja lämpötila.
      

Vaihe 10: Tietojen julkaisun vahvistaminen

Monitor-sivu Pron alla file on hyödyllistä varmistaa, että tiedot saapuvat reaaliajassa katsomalla Live Dataa file osio. Ohjelma muuttaa RGB-pikselin siniseksi 2-3 sekunniksi, kun se lähettää tiedot Adafruit IO:lle ja palaa sitten vihreäksi.
RP2040:n lämpötila näyttää vaihtelevan suuresti eri prosessorien välillä, eikä se todennäköisesti vastaa ympäristön lämpötilaa.
Jos tämä ei toimi, tässä on muutamia asioita, jotka on tarkistettava.

• Jos RGB-pikseli pysyy voimassa tai jos Adafruit IO ei vastaanota tietoja, tarkista USB-sarjakonsolista lähtö/virheet. Mu:n numeerinen lähtö sarjapäätteellä näyttää, toimivatko anturit uusien rivien tulostuessa 2-3 sekunnin välein – katso alta esim.ample lähtö.
• Monitori-sivun Live Errors -osiossa kannattaa tarkistaa, lähetetäänkö tietoja, mutta ne eivät näy.
• Ohjelman virheenkorjausmuuttuja voidaan asettaa välillä 0 - 5 ohjaamaan virheenkorjaustietojen määrää. Korkeammat tasot poistavat Mu:n tuple-tulostuksen käytöstä.
• Simpletest.py-ohjelma on hyödyllinen tapa todistaa, että Wi-Fi-yhteys on muodostettu ja Internet-yhteys toimii ICMP-liikenteessä.
• Varmista, että käytät adafruit_espatcontrol-kirjaston uusinta versiota.
• Maker Pi Picon siniset LEDit jokaisessa GPIO:ssa ovat erittäin hyödyllisiä välittömän visuaalisen kuvan saamiseksiview GPIO-tilasta. Kaikki liitetty GPIO on päällä paitsi:
  • GP26 on pois päältä, koska tasoitettu voltage (noin 500 mV) on liian pieni;
  • GP12 on himmeä, koska se on ~ 15 %:n toimintajakson PWM-signaali;
  • GP5 on päällä, mutta vilkkuu, kun tietoja lähetetään PMS5003:sta;
  • GP10 sammuu, mutta vilkkuu, kun B5W LD0101 havaitsee pieniä hiukkasia;
  • GP11 on pois päältä, mutta vilkkuu hyvin satunnaisesti, ellet ole poikkeuksellisen savuisessa paikassa.

Mu-plotterille tarkoitettu tulos näyttää huoneessa tältä:
(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)
Tai huone, jossa on puhtaampi ilma:
(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)
Kuusi arvoa riviä kohden järjestyksessä ovat:

1. PMS5003 PM1.0 ja PM2.5 (kokonaislukuarvot);
2. SPS30 PM1.0 ja PM2.5;
3. B5W LD0101 raaka OUT1 ja OUT2 laskee.
   

Vaihe 11: Testaa sisällä olevat anturit Mulla ja Adafruit IO:lla

Yllä olevalla videolla näkyy, kuinka anturit reagoivat tulitikkuun, joka lyötiin suitsutustikkua sytyttäen. PMS2.5:n ja SPS5003:n PM30:n huippuarvot ovat 51 ja 21.5605. B5W LD0101:ssä on peittämätön optiikka, ja onneksi tässä videossa käytetty volframihalogeenivalaistus vaikuttaa siihen. Ilmassa on kohonnut hiukkaspitoisuus edellisestä koeajosta.
Muista irrottaa akku, kun et käytä sitä, muuten B5W LD0101:n lämmitin tyhjentää akut.
https://www.youtube.com/watch?v=lg5e6KOiMnA

Vaihe 12: Hiukkaset ulkona Guy Fawkes Nightissa

Guy Fawkes Night yhdistetään kokkoihin ja ilotulitteisiin, jotka voivat lisätä ilmansaasteita yhden tai kahden illan ajaksi. Yllä olevista kaavioista näkyy, että kolme anturia sijoitettiin ulos heti klo 7 jälkeen perjantaina 5. Ilotulitteita ei ollut välittömässä läheisyydessä, mutta ne kuuluivat kaukaa. Huomaa: perhoasteikko vaihtelee kolmen kartan välillä.
Adafruit IO:hen tallennetut syöttötiedot osoittavat, että ilman havaitsevien antureiden PM2.5-taso oli jo hieman kohonnut SPS30-lukujen perusteella:
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
Huippu oli noin 46 g kuutiometriltä juuri ennen kello 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
Muualla tiedoissa on lyhyitä piikkejä, kun anturit olivat ulkona. Nämä voivat johtua seuraavista syistä:

• kaasu keskuslämmityksen pakokaasu,
• lähellä tupakoivia ihmisiä ja/tai
• haisee/höyryt ruoanlaitosta.

Tarkista sää ennen kuin laitat paljaan elektroniikan ulos!

Vaihe 13: Hiukkasia sisällä kypsennyksen aikana

Yllä olevista kaavioista näkyy, kuinka anturit reagoivat, kun pekonia ja sieniä paistetaan läheisessä keittiössä keskinkertaisella uutolla. Anturit olivat noin 5 metrin (16 jalkaa) päässä keittotasosta. Huomautus: y-asteikko vaihtelee kolmen kaavion välillä.
Adafruit IO:hen tallennetut syöttötiedot osoittavat anturit, joilla on lyhyt PM2.5-huippu, noin 93 ug kuutiometriä kohden SPS30-lukujen perusteella:
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
Epäpuhtaudet ovat hyvin erilaisia ​​kuin uudelleentyöstöjen saasteaineet. Tämä on mielenkiintoinen examphengittämämme ilmassa olevien hiukkasten eri lähteistä.

Vaihe 14: Julkiset hiukkasanturit

Yllä kuvatut tiedot ovat peräisin lähellä olevista julkisista antureista.

• Hengitä Lontoota
  • Clarity Movement Node-S
    • tbps
    • oss
    • rl
• OpenAQ
  • PurpleAir PA-II
    • sr
• Lontoon ilmanlaatuverkosto
  • Viitelaatu (Met One BAM 1020 ja muut)
    • FS
    • AS
    • TBR

Tbps- ja TBR-anturit sijaitsevat melkein samassa paikassa, ja ne on piirretty yhdessä osoittamaan korrelaation SPS30-pohjaisen laitteen ja lähellä olevan vertailulaitteen välillä. SPS30 näyttää olevan selvästi alilukuinen 5. ja 6. marraskuuta iltaisin, jolloin on kohtuullista olettaa, että iltakorjaus johtuu uudistuksista. Tämä saattaa johtua hiukkasten massan eroista, koska tässä artikkelissa käytetyt anturit voivat havaita vain tilavuuden ja niiden on arvattava hiukkasten tiheys tuottaakseen arvot mikrogrammoina kuutiometriä kohti.
PurpleAir PA-II:n PMS5003 näyttää ylilukevan merkittävästi kohonneita PM2.5-tasoja tämän lyhyen ajanjakson perusteella. Tämä saattaa vastata edellisillä sivuilla näkyviä tuloksia tai lähellä voi olla muita tekijöitä, jotka aiheuttavat tämän.
SPS30 ja PMS5003 tuottavat tietoja yli 2.5 mikronia suuremmista hiukkasista, mutta seuraavilta sivuilta käy ilmi, miksi tähän pitäisi suhtautua varoen.

Vaihe 15: Anturien vertailu – hiukkaskoko

Yllä olevat kaaviot ovat Ilmatieteen laitoksen laboratorioarvioinnista edullisien optisten hiukkasanturien hiukkaskokoselektiivisyydestä. Kolme kutakin anturia testattiin logaritmisella x-akselilla esitettyjen eri hiukkaskokojen kanssa. Värilliset viivat osoittavat tiettyjen hiukkaskokovyöhykkeiden laskettuja arvoja anturin ulostulojen perusteella, raita näyttää jakauman. Kolme yli 30 mikronin SPS1-arvoa menevät päällekkäin, minkä vuoksi niitä on erittäin vaikea erottaa.
Hiukkasten yleiset mittarit ovat PM2.5 ja PM10. Vaikka nimessä oleva numero viittaa hiukkasen enimmäiskokoon, yksiköt ovat mikrogrammoina kuutiometrissä. Halvat anturit voivat mitata vain hiukkasten halkaisijaa (tilavuutta), ja niiden tiheydestä on tehtävä arvauksia todennäköisten PM2.5- ja PM10-arvojen laskemiseksi.
PMS5003 käyttää vakiotiheysarvoa, Sensirion kuvaa tiheysmenetelmäänsä SPS30:lle seuraavasti:
Suurin osa markkinoilla olevista edullisista hiukkasantureista olettaa kalibroinnissa vakiomassatiheyden ja laskee massapitoisuuden kertomalla havaitun hiukkasmäärän tällä massatiheydellä. Tämä oletus toimii vain, jos anturi mittaa yhden hiukkastyypin (esimerkiksi tupakansavun), mutta todellisuudessa löydämme jokapäiväisessä elämässä monia erilaisia ​​hiukkastyyppejä, joilla on monia erilaisia ​​optisia ominaisuuksia, "raskasta" talonpölystä "kevyisiin" palamishiukkasiin. . Sensirionin patentoidut algoritmit käyttävät kehittynyttä lähestymistapaa, joka mahdollistaa massapitoisuuden oikean arvioinnin mitatusta hiukkastyypistä riippumatta. Lisäksi tällainen lähestymistapa mahdollistaa siilojen koon oikean arvioinnin.
PM-mittaukset kattavat kaikki kokoparametrin alapuolella olevat hiukkaset, ts
PM1 + kaikkien hiukkasten massa välillä 1.0-2.5 mikronia = PM2.5,
PM2.5 + kaikkien hiukkasten massa välillä 2.5-10 mikronia = PM10.
PMS5003 ja SPS30 eivät pysty havaitsemaan yli 2-3 mikronin hiukkasia tässä laboratoriotestissä. On mahdollista, että ne havaitsevat muun tyyppisiä tämän koon yläpuolella olevia hiukkasia.
B5W LD0101 näyttää uskottavalta tämän PM10-mittauksen laboratoriotestin perusteella.

Vaihe 16: Anturien vertailu – Suunnittelu

Omron-lämmitin (100 ohmin +/- 2 % vastus!) näkyy, jos anturi käännetään ylösalaisin. Suunnittelua käsitellään yksityiskohtaisesti Omronissa: Ilmanlaatuanturin kehittäminen ilmanpuhdistimelle. Konvektion käyttö vaikuttaa karkealta, mutta se voi olla luotettavampi ratkaisu verrattuna mekaaniseen komponenttiin, kuten tuulettimeen, jolla on lyhyt käyttöikä ja käyttöikä, jota voidaan lyhentää toimimalla pölyisessä ympäristössä. SPS30-tuuletin näyttää olevan suunniteltu helposti vaihdettavaksi avaamatta koteloa. Muissa Plantower-malleissa on sama suunnitteluominaisuus.
Kaikki kolme anturia ovat alttiita korkean suhteellisen kosteuden vaikutuksille, mikä valitettavasti nostaa PM-arvoja virheellisesti.
Sertifioidut referenssilaatuiset anturit (Ison-Britannian DEFRA-luettelo), jotka tarkkailevat hiukkasia, eivät käytä optista lähestymistapaa mittaamiseen. Met One BAM 1020 toimii

1. kokorajaa suurempien hiukkasten erottaminen ja hävittäminen ilmasta sample,
2. lämmittää ilmaa suhteellisen kosteuden säätelemiseksi/vähentämiseksi,
3. kerrostamalla hiukkaset jatkuvan brous-nauhan uudelle osalle ja
4. sitten mitataan beeta-säteilylähteen vaimennus nauhalle kerääntyneiden hiukkasten vaikutuksesta hyvän arvion laskemiseksi hiukkasten kokonaismassasta.

Toinen yleinen tekniikka on kartioelementtien oscillating Microbalance (TEOM), joka kerää hiukkasia vaihdettavalle suodattimelle kartiomaisen putken vapaaseen päähän, joka on kiinnitetty toiseen päähän. Luonnollisesti resonoivan putken värähtelytaajuuden tarkka mittaus mahdollistaa hiukkasten lisämassan laskemisen pienestä taajuuden vaihtelusta. Tämä lähestymistapa sopii korkeampien PM-arvojen luomiseen.

Vaihe 17: Jatketaan

Kun olet määrittänyt anturisi ja julkaiset tietoja Adafruit IO:lle, tässä on joitain muita ideoita tutkittavaksi:

• Testaa jokaista kotisi huonetta ajan mittaan huomioimalla aktiivisuus ja ilmanvaihto. Testaa kotiasi, kun teet ruokaa. Testaa grilliä.
• Käytä Maker Pi Picon kolmea painiketta. Nämä on kytketty GP20-, GP21- ja GP22-liittimiin, jotka jätettiin tarkoituksella käyttämättä painikkeen käyttöä varten.
• Jos asut lähellä julkista ilmanlaadun seuranta-asemaa, vertaa tietojasi siihen.
• Lisää näyttö, jossa näkyvät anturin arvot. SSD1306 on pieni, tilattava ja helppo lisätä/käyttö CircuitPythonissa. Katso ohjeet: Maaperän kosteuden tunnistus
• Maker Pi Picon kanssa entiselleampsen käytöstä.
• Tutki MQTT-kirjastoa nähdäksesi, voidaanko kaikki anturitiedot lähettää yhdessä erässä. Tämän pitäisi olla tehokkaampaa.
• Integroi jollain tavalla itsenäiseen IKEA Vindriktning -ilmanlaatuanturiin.
  • Soren Beyen MQTT-liitettävyys Ikea VINDRIKTNING -laitteeseen näyttää kuinka ESP8266 lisätään anturiin ja tunnistetaan hiukkasanturiksi "Cubic PM1006-like".
  • Edistyksellinen projekti olisi korvata pääpiirilevy ESP32-S2-pohjaisella kortilla, jossa on ylimääräisiä digitaalisia ympäristöantureita Wi-Fi-yhteensopivan CircuitPython-pohjaisen laitteen luomiseksi.
  • Tästä laitteesta keskustellaan Home Assistant -foorumissa: IKEA Vindriktning Air Quality Sensor.
  • LaskaKit tuottaa ESP32-pohjaisen korvaavan piirilevyn anturille, jotta sitä voidaan helposti käyttää ESPHomen kanssa.
• Tutki tarjonnan volyymin vaihtelun vaikutuksiatage antureille sallituilla alueilla. Tämä saattaa muuttaa tuulettimen nopeutta tai lämmittimen lämpötilaa, mikä vaikuttaa tuloksiin.
• Rakenna sään ja villieläinten kestävä kotelo, jossa on huolellinen suunnittelu ilman tuloa, ulostuloa ja ilmavirtaa varten antureiden ohi. Kaiteeseen teipattua sateenvarjoa käytettiin suojaamaan avointa, alttiina olevaa elektroniikkaa tietojen keräämistä varten viikonlopun aikana tätä artikkelia varten.

Aiheeseen liittyvät projektit:

• Costas Vav: Kannettava ilmanlaadun anturi
• Pimoroni: Ulkoilmanlaatuasema Enviro+:n ja Luftdatenin kanssa
• Ohjeet: Pimoroni Enviro+ FeatherWingin käyttäminen Adafruit Feather NRF52840 Expressin kanssa –
• Enviro+ FeatherWing sisältää liittimen PMS5003:lle. SPS30:tä voidaan käyttää i2c-nastojen kanssa, ja nastoja on juuri tarpeeksi käytettäväksi myös B5W LD0101:n kanssa.
• nRF52840 ei tue Wi-Fi-yhteyttä, joten sitä ei voi käyttää sellaisenaan tietojen julkaisemiseen Internetin kautta.
• Adafruit Learn: Ilmanlaatusensorin 3D-painettu kotelo . – käyttää Adafruit Feather M4:ää ESP32-pohjaisen Airlift FeatherWingin ja PMS5003:n kanssa.
• Adafruit Learn: Quickstart IoT – Raspberry Pi Pico RP2040 Wi-Fi-yhteydellä – käyttää ESP32-pohjaista Adafruit AirLift Breakout -korttia.
• GitHub: CytronTechnologies/MAKER-PI-PICO Example Code/CircuitPython/IoT – esimample koodi Adafruit IO:lle, Blynkille ja Thinkspeakille.
• Cytron: Ilman valvonta matkapuhelimella – käyttää ESP8266-pohjaista Arduino-suojaa tietojen lähettämiseen
• Honeywell HPM32322550 hiukkasanturi Blynkille, (äly)puhelinta ei tarvita.

Keskitason anturit, kalliimpia, mutta joilla on parempi kyky havaita suurempia hiukkaskokoja:

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

Lisälukemista:

• Anturit
  • Ilmatieteen laitos: Optisten halpojen hiukkasantureiden hiukkaskokoselektiivisyyden laboratorioarviointi (toukokuu 2020)
  • Gough Lui: Review, Teardown: Plantower PMS5003 -laserhiukkasmonitorianturi sisältää vertailun Sensirion SPS30:een.
  • Karl Koerner: Kuinka avata ja puhdistaa PMS 5003 -ilmaanturi
  • Met One Instruments, Inc., BAM-1020 EPA TSA:n koulutusvideo (YouTube) – näyttää, mitä sisällä on ja miten se toimii.
  • CITRIS Research Exchange: Sean Wihera (Clarity Movement) -keskustelu (YouTube) – keskustelu, joka sisältää yksityiskohtia Sensirion SPS30:tä käyttävästä Node-S-anturista.
• Lainsäädäntö ja ilmanlaatuun liittyvät organisaatiot
  • The Air Quality Standards Regulations 2010 (Iso-Britannia)
  • Maailman terveysjärjestön (WHO) ilmansaasteita koskevat suuntaviivat
  • British Lung Foundation – ilmanlaatu (PM2.5 ja NO2)
• Tutkimus
  • Imperial College London: Sisä-ulkoilman saastumisen jatkumo (YouTube)
  • Alakoululaiset keräävät ilmanlaatutietoja reppujen avulla Lontoossa vuonna 2019:
    • Dyson: Seurataan saastumista koulun aikana. Breathe London (YouTube)
    • King's College London: Environmental Research Group: The Breathe London Wearables Study
  • Atmosphere Journal: Asuntojen uunien aiheuttama sisäilman saastuminen: hiukkasten tulvimisen tutkiminen koteihin todellisen käytön aikana
• Uutiset ja blogit
  • The Economist: Midnight sky – Puolan kivihiililämpö saastuttaa laajasti (tammikuu 2021)
  • US NPR: Suojautuminen sisällä ei ehkä suojaa sinua luonnonvaraisen savun vaaroilta?
  • Reuters: Juhlat ovat ohi: Diwali lähtee Delhistä hengittäen vaarallisen epäterveelliseen ilmaan
  • Pimoroni-blogi: Vuoden saastunein yö (Iso-Britanniassa)
  • Selkeysliike: Wild Fire Smoke, kansanterveys ja ympäristöoikeudenmukaisuus: parempi
  • Päätöksenteko Air Monitoringin avulla (YouTube) – esitys ja keskustelu Yhdysvaltojen länsiosan ilmanlaadusta erityisesti vuoden 2020 villitulen savusta.
  • Guardian: Tiedot osoittavat, että likainen ilma vaikuttaa 97 prosenttiin Yhdistyneen kuningaskunnan kodeista
• Hiukkasten valvonta ja tietovarastointi
  • Hollanti Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (kansallinen kansanterveys- ja ympäristöinstituutti): Vuurwerkexperiment (Ilotulituskoe) 2018-2019
  • Google: Katu kadulta: Miten kartoitamme ilmanlaadun Euroopassa – katu view autot keräävät hiukkas- ja epäpuhtauskaasutietoja.London Air Quality Network
  • Breathe London – verkosto, joka täydentää London Air Quality Networkia "tilaavilla, helposti asennettavilla ja ylläpidettävillä ilmanlaatuantureilla kenelle tahansa", joka käyttää tällä hetkellä Clarity Movement Node-S:ää.
  • Yhdysvaltain suurlähetystö Pekingissä hiukkasten seuranta (Twitter)
  • World Air Quality Index – kerää tietoja monista eri lähteistä kartan avulla views ja historialliset tiedot.
  • Sensor.Community (aiemmin Luftdaten) – "maailmasta parempi paikka yhteisövetoisen avoimen ympäristödatan avulla".
• Ohjelmistokirjastot
  • Ohjelmistovirheet hiukkasanturikirjastossa – adafruit_pm25 kärsii ainakin yhdestä kuvatuista ongelmista, jotka edellyttävät poikkeuskäsittelyä read() for serial (UART) -muodossa.
• Kurssit
  • HarvardX: Hiukkasten aiheuttama ilmansaaste (YouTube) – viiden minuutin video lyhytkurssilta EdX: Energy Within Environmental Constraints

Turvallisuuskriittiset havainnointi- ja hälytykset kannattaa jättää maineikkaiden toimittajien kaupallisiin laitteisiin.
https://www.youtube.com/watch?v=A5R8osNXGyo
Hiukkasanturitietojen julkaiseminen Adafruit IO:lle Maker Pi Picon ja ESP-01S:n avulla:

Asiakirjat / Resurssit

instructables ESP-01S Publishing Particulate Matter Sensor [pdfKäyttöopas ESP-01S Publishing hiukkasanturi, ESP-01S, julkaisu hiukkasanturi, hiukkasanturi, aineanturi

Viitteet

• Käyttöopas