Comptador de micro partícules portàtils PM1 PM2.5 PM10: 20 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Actualment, la contaminació de l’aire és omnipresent i més particularment a les nostres ciutats. Les grans ciutats són presa de tot l'any amb nivells de contaminació que arriben a vegades (i sovint per certs) nivells molt perillosos per a la salut humana. Els nens són extremadament sensibles a la qualitat de l’aire que respiren. Aquest aire contaminat els provoca, entre altres problemes d’al·lèrgia. L’aire està contaminat fora de casa nostra, però també en els moments més importants, dins de les nostres cases i cotxes. El nivell de qualitat de l’aire està disponible al lloc següent. Aquest lloc xinès recull totes les mesures de qualitat de l'aire dels sensors de tot el mode. El nivell de qualitat de l'aire es format segons un índex AQI, que pot variar lleugerament d'un país a un altre. Aquest document explica com es calcula aquest índex. Aquest altre document és una guia d’enteniment.

Per tal de conèixer la qualitat de l’aire que respirem, allà on anem i en temps real, em vaig dedicar a crear un comptador de partícules atmosfèriques portàtils (que anomenarem CPA més endavant)., capaç de cabre a la butxaca. Es va crear per a:

• Mantingueu-lo a la butxaca.
• Tenir una gran autonomia de funcionament.
• Sigues fàcil d’entendre
• Pot desar les mesures a l'ordinador.
• Per ser recarregable.
• Poder accedir-hi amb el vostre telèfon sense la presència de les xarxes locals de comunicació Wifi.
• Poder controlar un dispositiu de purificació d’aire si la contaminació supera un determinat llindar.

Característiques

• Mides: 65x57x23mm
• Partícules mesurades: PM1, PM2.5 i PM10
• Autonomia: entre 3 hores i diverses setmanes en funció del mode de funcionament escollit.
• Bateria de ions de liti 3v7 - 680 mAh
• Interfície micro USB per a la càrrega i transferència de dades.
• Memòria de mesures del 2038 (680 per tipus de PMxx)
• Període de mostreig: continu, 5min, 15min, 30min, 1h
• Sortida de l'ordre 3v3 segons el nivell de contaminació.
• Interfície LED multicolor per facilitar la comprensió
• Interfície de control a PC, tauleta, telèfon (Android, iOS) mitjançant Wifi.

Pas 1: Els prototips de Box

Vaig començar pensant en la forma que podia donar a la caixa, inspirada en els dissenys moderns d’objectes.

Aquí teniu algunes caixes dibuixades.

Al final, vaig triar el cas més senzill de fer i el més petit: veure la foto principal d’aquest instructiu.

Pas 2: prototips de targetes

Tinc entre els 3 prototips de targetes. Però només 2 són visibles aquí.

Els prototips han permès desenvolupar les fonts d’alimentació de 5V i 3v3. Aquests eren difícils de desenvolupar perquè havia de trobar els components per obtenir la potència necessària per engegar el microcontrolador WiFi (ESP8266 - 12). La part de càrrega electrònica de la bateria de ions de liti va funcionar més ràpidament. Després vaig canviar diverses vegades la ubicació dels diversos interruptors i connectors per obtenir una bona ergonomia del dispositiu.

Pas 3: la caixa

Els LED són visibles per transparència a través de la carcassa. Les entrades d’aire es troben al costat esquerre de la caixa. A la part dreta trobem:

• El botó de selecció del mode de visualització.
• L'interruptor d'encès / apagat.
• El commutador de selecció per transferir mesures al PC. Permet canviar entre un enllaç sèrie entre l’ESP8266 i el sensor de partícules o entre l’ESP8266 i el port micro USB. Atenció, si aquesta no està ben posicionada, la comunicació entre la targeta electrònica i el sensor ja no estarà assegurada i el CAP no podrà iniciar-se correctament.
• El sòcol micro USB per recarregar la bateria o mesures de transferència de protocols en sèrie.

Pas 4: el sensor

He provat dos sensors diferents. El sensor làser SDS011 V1.2 PM2.5 de Nova Fitness Co. Ltd. (doc) amb la clau d’interfície sèrie USB.

L'altre sensor (caixa metàl·lica) és PMS7003M de PLANTOWER (doc).

Aquesta és la que faig servir en el meu cas. És capaç de mesurar la concentració de partícules fines de menys d’1 μm (PM1); inferior a 2,5 μm (PM2,5) i inferior a 10 μm (PM10). El principi de funcionament del sensor PSM7003M és el següent: un làser il·lumina la pols de l’aire. Un sensor òptic capta la llum làser i genera un senyal elèctric proporcional a la velocitat i la mida de la pols a l’aire.

Les seves característiques es mostren a la taula de característiques.

Pas 5: muntatge

Només hi ha el lloc de la bateria al costat del sensor.

Pas 6: operació

El cor del sistema és l’ESP8266 (tipus ESP-12F). Aquest microcontrolador està equipat amb un transmissor Wifi. L'ESP8266 està disponible en diverses variants. L'ESP8266 es comunica amb el sensor PMS7003 mitjançant un enllaç sèrie. Recupera els valors de concentració de partícules i el nombre de partícules. A continuació, es calcula l’índex de qualitat AQI, si el mode de control de la sortida és a “Automàtic” i el nivell de contaminació en PM2,5 és superior a 50 (índex de qualitat de l’aire AQI PM2.5> 50), la sortida es defineix com a alta (3v3). En cas contrari, es defineix com a mínim (0v). L'ESP8266 està configurat a Access Point -> AP (punt Wifi). És a dir, es reconeix com un terminal Wifi al qual es pot connectar el telèfon. El telèfon ha de seleccionar aquest terminal Wifi i introduir el codi APPSK (com un codi WEP d’un quadre ADSL) per accedir-hi. A continuació, el telèfon introdueix l'adreça IP per arribar-hi. Aquí serà 192.168.4.1. A continuació, es mostra la pàgina web al telèfon, des d’on es controla el quadre i es visualitzen els valors de contaminació. El codi APPSK configurat al programa és "AQI_index". El programador pot modificar el codi APPSK perquè està contingut al programa carregat a l'ESP8266. L'adreça per carregar la pàgina web integrada és: "192.168.4.1".

L'ESP8266 mesura el voltatge de la bateria. Si està per sota del voltatge límit (3v2 = 0%), el dispositiu es posa en espera. La bateria és 100% quan el voltatge és de 4v2.

L'ESP pot emmagatzemar fins a 2038 mostres de valor de concentració de partícules PM1, PM2.5 i PM10. Prop de 680 mostres per mida de partícula. Aquestes mesures es poden descarregar connectant un cable equipat amb un convertidor USB / sèrie i iniciant la transferència mitjançant l’aplicació incrustada. Els valors de les mostres transferides es normalitzen de la manera següent per estalviar espai de memòria:

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

Per trobar el valor de concentració adequat, multipliqueu el valor per 5 o 6 segons el cas.

Pas 7: interfície web 1/4

Vegeu el vídeo de la interfície web

És la interfície disponible després de la connexió entre el CPA i el telèfon. Permet visualitzar els valors de concentració de micropartícules per PM1, PM2.5 i PM10, en μg / m3. L'índex de qualitat de l'aire és AQI, representat per un nombre i una expressió literal, segons la taula de definició de l'índex AQI. També hi ha l’indicador de bateria.

Una secció està dedicada al control automàtic de la sortida de control del CPA, sota el nom de Configuració del ventilador. Després del ":" del títol de la secció, es mostra el mode actual (Automàtic, Inici, Atura). A la base, aquesta sortida controlaria un dispositiu de purificació d’aire (ventilador = ventilador). Per tant, és possible activar o desactivar la força o deixar-lo en mode automàtic amb un desplaçament quan l'aire supera un índex AQI de 50.

Una secció està dedicada al mesurament de la "Configuració de la mesura". Després de ":" s'indica el mode actual (continuat, periòdic 5min, 15min, 30min, 1h, aturar). Per tant, és possible prendre mesures contínuament (de fet, el període de mostreig s’acosta als 2 segons), o cada 5, 15, 30 min, 1 h o aturar el mostreig.

La secció "Mode de visualització" permet triar com es mostrarà la informació (totes les disponibles a la interfície web) a la caixa mitjançant LEDs multicolors. Després de ":" s'indica el mode actual (Compilat, PM1.0, PM2.5, PM10). Cada pulsació de "Mode de visualització" canvia d'un mode de visualització a un altre en l'ordre següent:

• Compilat
• PM1.0
• PM2.5
• PM10

Pas 8: interfície web 2/4

El significat del color LED en mode "Compilat" és el següent: Nivell de bateria:

• > 30% = verd
• > 10% i <30%: taronja
• <10% = vermell

Nivell de memòria:

• > 30% = verd
• > 10% i <30%: taronja
• <10% = vermell

Control de sortida:

• Alt rendiment: verd
• Baix rendiment: vermell
• Mode de control automàtic: blau

Pas 9: interfície web 3/4

Sortida PM1.0, PM2.5 i PM10: el color del LED és el que correspon a la taula de colors de l’índex AQI. El significat del color dels 10 LEDs en mode "PM1.0, PM2.5, PM10" és el següent:

• El color dels LED representa el nivell de contaminació atmosfèrica tal com s’indica a la taula de l’índex AQI. Per exemple, si els LED són vermells, significa que el nivell de contaminació és perjudicial per a la salut.
• El nombre de LED encesos representa el valor de l'índex AQI per al color en qüestió, tal com s'indica a la taula de l'índex AQI. Per exemple, si només hi ha un LED verd a 10, l'índex és 1/10 de l'índex màxim verd, és a dir, 50/10 = 5. Si hi ha 5 LED verds a 10, el valor és 50 / 10x5 = 25. Si 5 els LED de color porpra s’encenen, el valor és (300-201) / 10x5+201=250.5.
• Cada vegada que es prem el botó, un dels 4 LED de la dreta parpelleja de color taronja. Indica quin és el mode de visualització seleccionat:

Pas 10: interfície web 4/4

La secció "Dades restants" indica l'espai de memòria restant per desar les mesures. Després de ":" s'indica el% restant. En prémer el botó "Esborra memòria" s'esborra la memòria. En prémer el botó "descarregar" s'inicia la transferència de les mostres al PC. Al final de la interfície web, es mostra la taula de l'índex AQI.

Pas 11: Introducció

1. Canvieu l'interruptor On / Off a la posició On.
2. Apareix un arc de Sant Martí de LED per assegurar-se que tots els LED funcionen … i després és bonic.
3. Els LED turqueses s’encenen un darrere l’altre. Això permet inicialitzar el sensor de partícules.
4. Apareix un dels modes de visualització LED.
5. Al telèfon o a l'ordinador, trieu la xarxa Wifi que comenci per "AQI_I3D-"
6. Introduïu el codi "AQI_index"
7. Obriu per exemple Google i escriviu a la barra d'adreces: 192.168.4.1
8. Es mostra la pàgina web

El vídeo

Pas 12: transferència de dades al PC

Per transferir les dades de la caixa al PC, heu de:

1. Connecteu un cable micro USB / enllaç sèrie (nivell de voltatge de 5v) a un ordinador USB.
2. Obriu un terminal sèrie al PC i configureu-lo de la següent manera: 9600 BAUDS, 1 bit d’aturada, paritat CAP, 1 bit d’inici.
3. Canvia el microinterruptor "activa la pujada de dades"
4. A la interfície, premeu "Baixa"
5. Al terminal sèrie, espereu el final de la transferència i copieu les dades.
6. Canvieu el microinterruptor "habilita la pujada de dades" a la posició original

Si el CAP sembla que no funciona, és possible que el commutador no es torni a col·locar al seu lloc.

Pas 13: espera entre la fase de mostreig

Als modes de mostreig de 5 minuts, 15 minuts, 30 minuts i 1 hora, el CAP entra automàticament en repòs després de prendre la mostra de mesura i no es desperta fins 5, 15, 30 o 60 minuts després. Per tant, l’autonomia de la PAC s’incrementa molt.

Pas 14: restableix el mode de fàbrica

En el cas que el CAP tingui alguns problemes de funcionament, és possible restablir tots els paràmetres de funcionament i reiniciar el CAP de manera fiable. Per això:

1. Apagueu el CAP Mantingueu-vos al polsador Enceneu el CAP.
2. Apareix l'arc de Sant Martí de LED
3. Una tira LED turquesa apareix en menys d’un segon
4. Apagueu el CAP
5. El CAP s'ha restablert.

Pas 15: el programa sota Arduino

Està disponible aquí

Per programar la targeta és necessari:

1. Obriu Arduino al PC
2. Configureu Arduino per a la placa ESP8266
3. Connecteu el cable micro USB / sèrie UBS (3v3) entre la targeta i l'ordinador
4. Commuta el botó SW3 a "prgm"
5. Mantingueu el botó "SW1"
6. Engegueu el dispositiu -> El dispositiu entra en mode de programació
7. Llançament de "SW1"
8. A Arduino, comenceu a programar
9. Un cop finalitzada la programació, canvieu "SW3" a "SW3"
10. Apagueu i reinicieu el dispositiu

Pas 16: diagrames elèctrics

Pas 17: PCB

Pas 18: Nomenclatura

Aquí està

Pas 19: Feu-ho vosaltres mateixos

Voleu fer-ho, no us preocupeu, us proposo diversos kits en funció del pressupost que vulgueu posar

Visiteu el meu lloc web (versió francesa disponible)

Pas 20: i més …

El següent pas és associar el dispositiu a un ionitzador. Perquè l'aire estigui contaminat, el dispositiu engega l'ionitzador. Un ionitzador permet, d'alguna manera, deixar caure les fines partícules a terra. Genera electrons negatius que s’associen amb el gas i la pols circumdants, convertint la seva càrrega elèctrica positiva en una càrrega negativa. Com que el sòl i la majoria d’objectes tenen una càrrega positiva, les partícules carregades negativament per l’ionitzador s’atrauen i s’hi enganxen. L’aire es neteja així. La ionització de l’aire també suposa molts altres beneficis per a la salut. Avui, l’ionitzador funciona. Aquesta presentació serà objecte d’un proper bloc.