Monitoraggio della qualità dell'aria utilizzando il fotone particellare: 11 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

In questo progetto viene utilizzato il sensore di particelle PPD42NJ per misurare la qualità dell'aria (PM 2,5) presente nell'aria con Particle Photon. Non solo visualizza i dati su Particle console e dweet.io, ma indica anche la qualità dell'aria utilizzando il LED RGB cambiandone il colore.

Passaggio 1: componenti

Hardware

• Fotone particellare ==> $ 19
• Sensore di polvere Seeed PPD42NJ ==> $ 7,20
• LED anodo / catodo RGB ==> $ 1
• Resistenza 10k ==> $ 0.04
• Resistenza 3 x 220 ==> 0,06

Software

• IDE Web di particelle
• dweet.io

Il prezzo totale è di circa $ 28

Passaggio 2: informazioni su PM

Cos'è il livello PM?

Il particolato (PM) nell'aria atmosferica o in qualsiasi altro gas non può essere espresso in termini di ppmv, percentuale in volume o percentuale in moli. Il PM è espresso come mg/m^3 o μg/m^3 di aria o altro gas a una determinata temperatura e pressione.

Nota: - Un volume percentuale = 10.000 ppmv (parti per milione in volume) con un milione definito come 10^6.

Bisogna fare attenzione con le concentrazioni espresse come parti per miliardo in volume (ppbv) per differenziare tra il miliardo britannico che è 10^12 e il miliardo USA che è 10^9.

Il particolato è la somma di tutte le particelle solide e liquide sospese nell'aria, molte delle quali pericolose. Questa miscela complessa include particelle sia organiche che inorganiche.

In base alle dimensioni, il particolato è spesso diviso in due gruppi.

1. Le particelle grossolane (PM 10-2,5) come quelle che si trovano vicino a strade e industrie polverose hanno un diametro compreso tra 2,5 e 10 micrometri (o micron). Lo standard di particelle grossolane esistente (noto come PM 10) include tutte le particelle di dimensioni inferiori a 10 micron.

2. Le "particelle fini" (o PM 2,5) sono quelle che si trovano nel fumo e nella foschia hanno diametri inferiori a 2,5 micron. Il PM 2,5 è detto "primario" se viene emesso direttamente nell'aria come particelle solide o liquide, ed è detto "secondario" se è formato da reazioni chimiche di gas nell'atmosfera.

Quale tra PM2.5 e PM10 è più dannoso?

Le particelle più piccole o PM2,5 sono più leggere e penetrano più in profondità nei polmoni e causano danni maggiori a lungo termine. Inoltre rimangono in aria più a lungo e viaggiano più lontano. Le particelle PM10 (grandi) possono rimanere nell'aria per minuti o ore mentre le particelle PM2,5 (piccole) possono rimanere nell'aria per giorni o settimane.

Nota: i dati PM2.5 o PM10 sui siti Web online sono rappresentati come AQI o ug/m3. Se il valore di PM2.5 è 100, se è rappresentato come AQI allora rientrerà nella categoria "Soddisfacente", ma se è rappresentato come ug/m3 allora rientrerà nella categoria "Scarso".

Passaggio 3: sensore di polvere PPD42NJ

Basato sul metodo di diffusione della luce, rileva continuamente le particelle sospese nell'aria. L'uscita dell'impulso che corrisponde alla concentrazione per unità di volume delle particelle può essere ottenuta utilizzando un metodo di rilevamento originale basato sul principio di diffusione della luce simile al contatore di particelle.

Fronte

Sul davanti, ha 2 pentole etichettate VR1 e VR3 che sono già state calibrate in fabbrica. Il rilevatore IR è coperto sotto la lattina di metallo. È interessante notare che c'è uno slot sul lato etichettato SL2 che è inutilizzato.

Lato posteriore

Il circuito è costituito in gran parte da passivi e un amplificatore operazionale. RH1 è il riscaldatore del resistore che, in teoria, potrebbe essere rimosso per risparmiare energia se esistesse qualche altro metodo di circolazione dell'aria.

Pin Descrizione

Posizionamento del sensore Ci sono diversi punti che dovrebbero essere osservati quando si decide come posizionare il sensore.

• Il sensore deve essere posizionato con un orientamento verticale. Qualsiasi altro orientamento non otterrebbe il flusso d'aria desiderato.
• Il sensore deve essere tenuto al buio.
• È necessario un materiale di imbottitura morbido per sigillare lo spazio tra il sensore e l'alloggiamento.

Sigillare lo spazio utilizzando carta stagnola come mostrato di seguito

Parlando dell'uscita del sensore L'uscita del sensore è normalmente alta, ma scende in proporzione alla concentrazione di PM, quindi misurando ciò che chiamano Low Pulse Occupancy (LPO), è possibile determinare la concentrazione di PM. Si consiglia di misurare questo LPO in un'unità di tempo di 30 secondi.

Passaggio 4: LED RGB

Esistono due tipi di LED RGB:

LED anodo comune

In un LED RGB ad anodo comune, i tre LED condividono una connessione positiva (anodo).

LED a catodo comune

In un LED RGB a catodo comune, tutti e tre i LED condividono una connessione negativa (catodo).

Perni LED RGB

Passaggio 5: fotone di particelle

Photon è una popolare scheda IOT. La scheda ospita il microcontrollore STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 e dispone di 1 MB di memoria flash, 128 Kb di RAM e 18 pin GPIO (General Purpose Input Output) a segnale misto con periferiche avanzate. Il modulo è dotato di chip Wi-Fi Cypress BCM43362 integrato per la connettività Wi-Fi e IEEE 802.11b/g/n a banda singola a 2,4 GHz per Bluetooth. La scheda è dotata di 2 SPI, un I2S, un I2C, un CAN e un'interfaccia USB. Va notato che 3V3 è un'uscita filtrata utilizzata per sensori analogici. Questo pin è l'uscita del regolatore di bordo ed è collegato internamente al VDD del modulo Wi-Fi. Quando si alimenta il Photon tramite VIN o la porta USB, questo pin emetterà una tensione di 3,3 V CC. Questo pin può essere utilizzato anche per alimentare direttamente il Photon (ingresso massimo 3,3 V CC). Quando utilizzato come uscita, il carico massimo su 3V3 è 100mA. I segnali PWM hanno una risoluzione di 8 bit e funzionano su una frequenza di 500 Hz.

Schema pin

Pin Descrizione

Passaggio 6: Dweet.io

dweet.io consente alla tua macchina e ai dati dei sensori di diventare facilmente accessibili tramite un'API RESTful basata sul web, consentendoti di creare rapidamente app o semplicemente condividere dati.

1. Vai su dweet.io

n

2. Vai alla sezione dweets e crea dweet per una cosa

3. Vedrai una pagina come questa. Inserisci un nome univoco di una cosa. Questo nome verrà utilizzato in Particle photon.

Ora abbiamo finito con l'installazione di dweet.io

Passaggio 7: IDE Web di particelle

Per scrivere il codice del programma per qualsiasi Photon, lo sviluppatore deve creare un account sul sito Web di Particle e registrare la scheda Photon con il suo account utente. Il codice del programma può quindi essere scritto su Web IDE nel sito Web della particella e trasferito su Internet a un fotone registrato. Se la scheda Particelle selezionata, Photon qui, è accesa e connessa al servizio cloud della Particella, il codice viene masterizzato sulla scheda selezionata via etere tramite connessione internet e la scheda inizia a funzionare secondo il codice trasferito. Per il controllo della scheda su Internet, è stata progettata una pagina Web che utilizza Ajax e JQuery per inviare dati alla scheda utilizzando il metodo HTTP POST. La pagina web identifica la scheda tramite un ID dispositivo e si connette al Servizio Cloud della Particella tramite un token di accesso.

Come connettere il fotone con Internet1. Alimenta il tuo dispositivo

• Collega il cavo USB alla tua fonte di alimentazione.
• Non appena è collegato, il LED RGB sul dispositivo dovrebbe iniziare a lampeggiare in blu. Se il dispositivo non lampeggia in blu, tenere premuto il pulsante SETUP. Se il dispositivo non lampeggia affatto o se il LED è spento colore arancione, potrebbe non ricevere abbastanza energia. Prova a cambiare la fonte di alimentazione o il cavo USB.

2. Connetti il tuo Photon a Internet

Esistono due modi per utilizzare l'applicazione web o l'app mobile. Utilizzo dell'applicazione web

• Passaggio 1 Vai a particella.io
• Passaggio 2 Fare clic su imposta un Photon
• Passaggio 3 Dopo aver fatto clic su AVANTI, dovrebbe essere presentato un file (photonsetup.html)
• Passaggio 4 Aprire il file.
• Passaggio 5 Dopo aver aperto il file connettere il PC a Photon, collegandosi alla rete denominata PHOTON.
• Passaggio 6 Configura le tue credenziali Wi-Fi.

Nota: se si digitano male le credenziali, Photon lampeggerà in blu scuro o verde. Devi ripetere il processo (aggiornando la pagina o facendo clic sulla parte del processo di riprova)

Passaggio 7 Rinominare il dispositivo. Vedrai anche una conferma se il dispositivo è stato rivendicato o meno

B. Utilizzo dello smartphone

Apri l'app sul tuo telefono. Accedi o registrati per un account con Particle se non ne hai uno

Dopo l'accesso, premi l'icona più e seleziona il dispositivo che desideri aggiungere. Quindi segui le istruzioni sullo schermo per connettere il tuo dispositivo al Wi-Fi. Se è la prima volta che Photon si connette, lampeggerà in viola per alcuni minuti mentre scarica gli aggiornamenti. Potrebbero essere necessari 6-12 minuti per il completamento degli aggiornamenti, a seconda della connessione Internet, con il riavvio di Photon alcune volte nel processo. Non riavviare o scollegare Photon durante questo periodo

Una volta connesso, il dispositivo ha appreso quella rete. Il tuo dispositivo può memorizzare fino a cinque reti. Per aggiungere una nuova rete dopo la configurazione iniziale, rimetti il dispositivo in modalità di ascolto e procedi come sopra. Se ritieni che il tuo dispositivo disponga di troppe reti, puoi cancellare la memoria del dispositivo da tutte le reti Wi-Fi apprese. Puoi farlo continuando a tenere premuto il pulsante di configurazione per 10 secondi fino a quando il LED RGB lampeggia rapidamente in blu, segnalando che tutti i profili sono stati cancellati.

modalità

• Ciano, il tuo Photon è connesso a Internet.
• Magenta, sta attualmente caricando un'app o aggiornando il firmware. Questo stato viene attivato da un aggiornamento del firmware o dal codice lampeggiante dall'IDE Web o dall'IDE desktop. Potresti vedere questa modalità quando connetti il tuo Photon al cloud per la prima volta.
• Verde, sta tentando di connettersi a Internet.
• Bianco, il modulo Wi-Fi è spento.

Web IDEParticle Build è un ambiente di sviluppo integrato, o IDE, che significa che puoi eseguire lo sviluppo del software in un'applicazione facile da usare, che si dà il caso che venga eseguita nel tuo browser web.

• Per aprire build, accedi al tuo account di particelle e quindi fai clic su Web IDE come mostrato nell'immagine.

  

• Dopo aver cliccato vedrai una console come questa.

  

• Per creare una nuova app, fai clic su crea nuova app.

  

• Per verificare il programma. Fare clic su verifica.

  

• Per caricare il codice, fai clic su flash ma prima di farlo seleziona un dispositivo. Se hai più di un dispositivo devi assicurarti di aver selezionato su quale dei tuoi dispositivi eseguire il flash del codice. Fai clic sull'icona "Dispositivi" nella parte inferiore sinistra del pannello di navigazione, quindi quando passi con il mouse sul nome del dispositivo, la stella apparirà a sinistra. Fare clic su di esso per impostare il dispositivo che si desidera aggiornare (non sarà visibile se si dispone di un solo dispositivo). Una volta selezionato un dispositivo, la stella ad esso associata diventerà gialla. (Se hai un solo dispositivo, non è necessario selezionarlo, puoi continuare.

Passaggio 8: connessioni

Fotone di particelle ==> Sensore PPD42NJ (posizionato in direzione verticale)

GND ==> Pin1(GND)

D6 ==> Pin2 (Uscita)

Vin ==>Pin3(5V)

GND ==> Resistenza 10k ==> Pin5 (Ingresso)

Fotone di particelle ==> LED RGB

D1 ==> R

D2 ==> G

D3 ==> SI

GND ==> Catodo Comune (-)

Passaggio 9: programma

Passaggio 10: risultato

Passaggio 11: come realizzare PCB in Eagle

Cos'è il PCB?

PCB è un circuito stampato che collega elettricamente un insieme di componenti elettronici utilizzando piste di rame su una scheda non conduttiva. In PCB, tutti i componenti sono collegati senza fili, tutti i componenti sono collegati internamente, quindi ridurrà la complessità della progettazione complessiva del circuito.

Tipi di PCB

1. PCB a lato singolo

2. PCB a doppia faccia

3. PCB multistrato

In questo, sto parlando solo di PCB a lato singolo

PCB a lato singolo

Un PCB a strato singolo è anche noto come PCB a lato singolo. Questo tipo di PCB è il PCB semplice e più utilizzato perché questi PCB sono facili da progettare e produrre. Un lato di questo PCB è rivestito con uno strato di materiale conduttivo. Il rame è usato come materiale conduttore perché ha un'ottima caratteristica di conduzione. Uno strato di maschera di saldatura viene utilizzato per proteggere il PCB dall'ossidazione, seguito da una serigrafia per contrassegnare tutti i componenti sul PCB. In questo tipo di PCB, viene utilizzato un solo lato del PCB per collegare diversi tipi di componenti.

Diverse parti di PCB1. strati

Strato superiore e inferiore: nello strato superiore del PCB vengono utilizzati tutti i componenti SMD. In genere, questo livello è di colore rosso. Nello strato inferiore del PCB, tutti i componenti sono saldati attraverso il foro e il cavo dei componenti è noto come strato inferiore del PCB. In questo DIP vengono utilizzati componenti e il livello è blu.

Piste in rame Generalmente è un percorso conduttivo tra i componenti nei circuiti per un contatto elettrico o una traccia è un percorso conduttivo che viene utilizzato per collegare 2 punti nel PCB. Ad esempio, collegando 2 pad o collegando un pad e un via o tra via. I binari possono avere larghezze diverse a seconda delle correnti che li attraversano.

Usiamo il rame perché è altamente conduttivo. Ciò significa che può trasmettere facilmente segnali senza perdere elettricità lungo il percorso. Nella configurazione più comune, un'oncia di rame può essere trasformata in 35 micrometri di circa 1,4 millesimi di pollice di spessore, che possono coprire un intero piede quadrato del substrato PCB.

PadsUn pad è una piccola superficie di rame in un circuito stampato che consente di saldare il componente alla scheda o possiamo dire punti sul circuito in cui sono saldati i terminali dei componenti.

Ci sono 2 tipi di pastiglie; thru-hole e SMD (montaggio superficiale).

• Le pastiglie a foro passante sono destinate all'introduzione dei perni dei componenti, in modo che possano essere saldate dal lato opposto da cui è stato inserito il componente.
• I pad SMD sono destinati ai dispositivi a montaggio superficiale, o in altre parole, alla saldatura del componente sulla stessa superficie in cui è stato posizionato.

Forme di pastiglie

1. Circolare
2. Ovale
3. Quadrato

Soldermask Per il montaggio dei componenti elettrici sui circuiti stampati è necessario un processo di assemblaggio. Questo processo può essere fatto a mano o attraverso macchinari specializzati. Il processo di assemblaggio richiede l'uso di saldature per posizionare i componenti sulla scheda. Per evitare o impedire alla saldatura di cortocircuitare accidentalmente due tracce provenienti da reti diverse, i produttori di PCB applicano una vernice chiamata soldermask su entrambe le superfici della scheda. Il colore più comune del soldermask utilizzato nei circuiti stampati è il verde. Questo strato isolante viene utilizzato per prevenire il contatto accidentale dei pad con altro materiale conduttivo sul PCB.

Serigrafia La serigrafia (Overlay) è il processo in cui il produttore stampa le informazioni sul soldermask che facilitano i processi di assemblaggio, verifica e debug. Generalmente, la serigrafia viene stampata per indicare i punti di prova, nonché la posizione, l'orientamento e il riferimento dei componenti elettronici che fanno parte del circuito. La serigrafia può essere stampata su entrambe le superfici del cartone.

ViaA via è un foro placcato che consente il passaggio della corrente attraverso la scheda. Viene utilizzato nel PCB multistrato per connettersi a più strati.

Tipi di Via

Via a foro passante o Via a stack completo

Quando un'interconnessione deve essere realizzata da un componente che si trova sullo strato superiore del circuito stampato con un altro che si trova nello strato inferiore. Per condurre la corrente dallo strato superiore allo strato inferiore, viene utilizzata una via per ogni traccia.

Verde ==> Soldermask superiore e inferiore

Rosso ==> Strato superiore (conduttivo)

Viola ==> Secondo strato. In questo caso, questo strato viene utilizzato come piano di potenza (ovvero Vcc o Gnd)

Giallo ==> Terzo strato. In questo caso, questo strato viene utilizzato come piano di potenza (ovvero Vcc o Gnd)

Blu ==> Strato inferiore (conduttivo)

2. Vengono utilizzate le vie cieche delle vie cieche, che consentono di realizzare un collegamento da uno strato esterno a uno strato interno con un'altezza minima del passaggio. Un blind via inizia su uno strato esterno e finisce su uno strato interno, ecco perché ha il prefisso "cieco". Nei progetti di sistemi multistrato in cui sono presenti molti circuiti integrati, vengono utilizzati i piani di alimentazione (Vcc o GND) per evitare un instradamento eccessivo per le linee di alimentazione.

Per sapere se una certa via è cieca, puoi mettere il PCB contro una fonte di luce e vedere se riesci a vedere la luce proveniente dalla sorgente attraverso la via. Se riesci a vedere la luce, allora la via è un foro passante, altrimenti la via è cieca.

È molto utile utilizzare questo tipo di via nella progettazione di circuiti stampati quando non si dispone di troppo spazio per posizionare i componenti e l'instradamento. Puoi mettere i componenti su entrambi i lati e massimizzare lo spazio. Se i via fossero passanti invece che ciechi, ci sarebbe dello spazio extra utilizzato dai via su entrambi i lati.

3. Via interrateQueste via sono simili a quelle cieche, con la differenza che iniziano e finiscono su uno strato interno.

ERCAdopo aver creato lo schema e il circuito di annotazione, è necessario verificare se il circuito presenta errori elettrici come, se le reti non sono collegate correttamente, l'ingresso non è collegato al pin di ingresso, Vcc e GND in cortocircuito in qualsiasi punto del circuito, o qualsiasi tipo di pin elettrico non selezionato correttamente, ecc. Tutti questi sono tipi di errore elettrico. Se abbiamo commesso un errore del genere nello schema e se non stiamo eseguendo alcun ERC, dopo aver completato il PCB non possiamo ottenere il risultato desiderato dal circuito.

Dettaglio ERC

Controllo delle regole di progettazione Dettaglio DRC

Come realizzare PCB in Eagle

Fare un diagramma schematico

1. Per creare uno schema vai su File ==> new ==> Schema Vedrai una pagina come questa

Poiché non ci sono parti Particle, dobbiamo aggiungere le librerie di dispositivi Particle.

libreria di particelle

Successivamente, dopo averlo scaricato spostalo nella cartella C:\Users\…..\Documents\EAGLE\libraries

In Eagle open Schematics vai su Library ==> open library manager

vedrai una pagina come questa, vai all'opzione Disponibile e vai alla libreria particelledevices.lbr

Dopo averlo aperto clicca su usa

Ora possiamo vedere i dispositivi particellari.

Il prossimo passo è creare uno schema per quello che usiamo aggiungi parte come mostrato in figura

Quando fai clic su aggiungi parte vedrai una pagina come questa

I componenti di cui avevamo bisogno sono fotoni di particelle, intestazioni, resistori, GND, Vcc. Cerca componenti in aggiungi parti

• Per un resistore, ci sono due tipi US e EU. Qui sto usando uno europeo
• Per l'intestazione di ricerca dell'intestazione e vedrai molte intestazioni scegliere in base alla tua.
• Per la ricerca a terra gnd
• Per la ricerca VCC vcc
• Per il fotone particellare cercalo

Una volta selezionati i componenti, il passaggio successivo è unirli insieme per poter utilizzare la linea o le reti o entrambi.

Unisciti come mostrato nell'immagine qui sotto

Il prossimo passo è dare nome e valore.

Per dare un nome seleziona nome e poi clicca sul componente a cui vuoi dare un nome.

Per dare dei valori selezionare valore e poi cliccare sul componente a cui si vuole dare un nome.

Dopo di che controlla ERC

Una volta verificato, abbiamo finito con Schematic. Il prossimo passo è passare alle schede dagli schemi

Quando passi alle schede, vedrai tutti i componenti sul lato sinistro della scheda, quindi devi spostarla sulla scheda PCB. Per questo fai clic sul gruppo e seleziona tutti i componenti e usa lo strumento di spostamento per spostarlo.

Dopodiché assembla tutti i componenti secondo la tua convenienza. Per unire i componenti utilizzare il percorso del filo d'aria assicurati di utilizzare lo strato inferiore, la griglia sarà in mm e la larghezza del percorso del filo d'aria 0.4064

Dopo aver unito tutti i componenti Usa lo strumento specchio per generare un'immagine di valori e nomi.

Per utilizzare mirror, selezionare prima lo strumento mirror e poi i valori, i nomi. Successivamente, salvare la scheda con qualsiasi nome, controllare DRC per verificare gli errori. Se nessun errore siamo a posto per andare avanti.

Per vedere un'anteprima della scheda vai alla produzione.

Ora abbiamo finito con la parte della tavola.

Il prossimo passo è stampare il ckt su carta lucida. Per quel clic su stampa, vedrai una pagina come mostrato di seguito.

Seleziona l'opzione nero in, se stai utilizzando più livelli, devi anche selezionare lo specchio

Seleziona il fattore di scala 1.042 Dopodiché salvalo in pdf o stampalo

Dopo aver stampato il ckt, 1. Rimuovere lo strato di ossidazione utilizzando carta vetrata (400) utilizzando una mano leggera.

2. Puliscilo usando isopropanolo o propan-2-olo o se vuoi puoi usare anche un diluente.

3. Posizionare il ckt stampato sul foglio FR4 utilizzando del nastro di carta.

4. Riscaldalo usando il ferro da stiro (5 -10 minuti) in modo che ckt stampi su un foglio FR4. Immergere la tavola in acqua per 2-3 minuti. Dopodiché rimuovi il nastro e la carta.

5. Immergerlo in una soluzione di cloruro ferrico per 10 minuti per rimuovere il rame di accesso, quindi lavarlo con acqua.

6. Rimuovere lo strato utilizzando carta vetrata (400) o acetone.