Contatore di microparticelle portatile PM1 PM2.5 PM10: 20 passaggi (con immagini)

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

Al giorno d'oggi, l'inquinamento atmosferico è onnipresente e più in particolare nelle nostre città. Le grandi città sono preda tutto l'anno con livelli di inquinamento che a volte raggiungono (e spesso per certi) livelli molto pericolosi per la salute umana. I bambini sono estremamente sensibili alla qualità dell'aria che respirano. Quest'aria inquinata porta a loro, tra gli altri problemi di allergia. L'aria è inquinata fuori casa, ma anche a livelli dei tempi più importanti, dentro le nostre case e le nostre auto. Il livello di qualità dell'aria è disponibile al seguente sito. Questo sito cinese raccoglie tutte le misurazioni della qualità dell'aria dei sensori dell'intera modalità. Il livello di qualità dell'aria è formattato secondo un indice AQI, che può variare leggermente da un paese all'altro. Questo documento spiega come calcolare questo indice. Questo altro documento è una guida alla comprensione.

Per conoscere la qualità dell'aria che respiriamo, ovunque andiamo e in tempo reale, ho iniziato a creare un contatore di particelle atmosferiche portatile (che in seguito chiameremo CPA)., in grado di stare in tasca. È stato creato per:

• Tieni in tasca.
• Avere una grande autonomia di funzionamento.
• Sii facile da capire
• Può salvare le misurazioni su PC.
• Per essere ricaricabile.
• Per potervi accedere con il proprio telefono senza la presenza delle reti locali di comunicazione Wifi.
• Essere in grado di controllare un dispositivo di purificazione dell'aria se l'inquinamento supera una certa soglia.

Caratteristiche

• Dimensioni: 65x57x23mm
• Particelle misurate: PM1, PM2.5 e PM10
• Autonomia: da 3 ore a diverse settimane a seconda della modalità di funzionamento scelta.
• Batteria agli ioni di litio 3v7 - 680 mAh
• Interfaccia micro USB per la ricarica e il trasferimento dei dati.
• Memoria di 2038 misurazioni (680 per tipo di PMxx)
• Periodo di campionamento: continuo, 5min, 15min, 30min, 1h
• Uscita comando 3v3 in base al livello di inquinamento.
• Interfaccia LED multicolore per una facile comprensione
• Interfaccia di controllo su PC, tablet, telefono (Android, iOS) tramite Wifi.

Passaggio 1: i prototipi di Box

Ho iniziato pensando alla forma che avrei potuto dare alla scatola, ispirandomi al design moderno degli oggetti.

Ecco alcune caselle disegnate.

Alla fine, ho scelto la custodia più semplice da realizzare e la più piccola: guarda la foto principale su questo istruibile.

Passaggio 2: prototipi di carte

Ho in tutte e 3 le carte prototipo. Ma solo 2 sono visibili qui.

I prototipi hanno permesso di sviluppare gli alimentatori 5V e 3v3. Questi erano difficili da sviluppare perché dovevo trovare i componenti per ottenere la potenza necessaria per avviare il microcontrollore WiFi (ESP8266 - 12). La parte di ricarica elettronica della batteria agli ioni di litio era più veloce da utilizzare. Dopo, ho cambiato più volte la posizione dei vari interruttori e connettori per una buona ergonomia del dispositivo.

Passaggio 3: la scatola

I LED sono visibili per trasparenza attraverso l'alloggiamento. Le prese d'aria si trovano sul lato sinistro del case. Sul lato destro troviamo:

• Il pulsante di selezione della modalità di visualizzazione.
• L'interruttore di accensione/spegnimento.
• L'interruttore di selezione per il trasferimento delle misurazioni al PC. Consente la commutazione tra un collegamento seriale tra ESP8266 e il sensore di particelle o tra ESP8266 e la porta micro USB. Attenzione, se questo non è ben posizionato, la comunicazione tra la scheda elettronica e il sensore non sarà più assicurata e il CAP non potrà avviarsi correttamente.
• La presa micro USB per la ricarica della batteria o misure di trasferimento del protocollo seriale.

Passaggio 4: il sensore

Ho testato due sensori diversi. Il sensore laser SDS011 V1.2 PM2.5 di Nova Fitness Co. Ltd. (doc) con la chiave di interfaccia seriale USB.

L'altro sensore (custodia metallica) è PMS7003M di PLANTOWER (doc).

Questo è quello che uso nel mio caso. È in grado di misurare la concentrazione di particelle fini inferiori a 1μm (PM1); inferiore a 2,5 μm (PM2,5) e inferiore a 10 μm (PM10). Il principio di funzionamento del sensore PSM7003M è il seguente: un laser illumina la polvere dell'aria. Un sensore ottico cattura la luce laser e genera un segnale elettrico proporzionale alla velocità e alle dimensioni della polvere nell'aria.

Le sue caratteristiche sono riportate nella tabella delle caratteristiche.

Passaggio 5: montaggio

C'è solo il posto della batteria sul lato del sensore.

Passaggio 6: operazione

Il cuore del sistema è l'ESP8266 (tipo ESP-12F). Questo microcontrollore è dotato di un trasmettitore Wifi. L'ESP8266 è disponibile in diverse varianti. L'ESP8266 comunica con il sensore PMS7003 tramite collegamento seriale. Recupera i valori di concentrazione delle particelle e il numero di particelle. Quindi, calcola l'indice di qualità AQI, Se la modalità di controllo dell'uscita è in "Automatico" e il livello di inquinamento in PM2.5 è superiore a 50 (indice di qualità dell'aria AQI PM2.5 > 50), l'uscita è impostata su alta (3v3). In caso contrario, è impostato su basso (0v). L'ESP8266 è configurato in Access Point -> AP (punto Wi-Fi). Cioè, è riconosciuto come un terminale Wifi a cui il telefono può connettersi. Il telefono deve selezionare questo terminale Wifi e inserire il codice APPSK (un po' come un codice WEP di un box ADSL) per accedervi. Quindi, il telefono inserisce l'indirizzo IP da raggiungere. Qui sarà 192.168.4.1. Quindi, sul telefono viene visualizzata la pagina web, dalla quale si controlla la casella e visualizza i valori di inquinamento. Il codice APPSK configurato nel programma è "AQI_index". Il codice APPSK può essere modificato dal programmatore perché è contenuto nel programma caricato nell'ESP8266. L'indirizzo per caricare la pagina web integrata è: "192.168.4.1".

L'ESP8266 misura la tensione della batteria. Se è al di sotto della sua tensione limite (3v2 = 0%), il dispositivo viene messo in standby. La batteria è al 100% quando la tensione è 4v2.

L'ESP può memorizzare fino a 2038 campioni di valori di concentrazione di particelle PM1, PM2,5 e PM10. Circa 680 campioni per dimensione delle particelle. Tali misure possono essere scaricate collegando un cavo dotato di convertitore USB/Seriale e avviando il trasferimento tramite l'applicazione embedded. I valori dei campioni trasferiti vengono normalizzati come segue per risparmiare spazio di memoria:

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

Per trovare il giusto valore di concentrazione, moltiplicare il valore per 5 o 6 a seconda dei casi.

Passaggio 7: interfaccia Web 1/4

Guarda il video dell'interfaccia web

È l'interfaccia disponibile dopo il collegamento tra il CPA e il telefono. Consente di visualizzare i valori di concentrazione delle microparticelle per PM1, PM2.5 e PM10, in μg/m3. L'indice di qualità dell'aria è AQI, rappresentato da un numero e da un'espressione letterale, secondo la tabella di definizione dell'indice AQI. C'è anche l'indicatore della batteria.

Una sezione è dedicata al controllo automatico dell'uscita di controllo del CPA, sotto il nome di Fan Configuration. Dopo il ":" del titolo della sezione, viene visualizzata la modalità corrente (Automatico, Start, Stop). Alla base, questa uscita controllerà un dispositivo di purificazione dell'aria (ventilatore = ventilatore). È così possibile forzare l'accensione o lo spegnimento, oppure lasciarlo in modalità automatica con un viaggio quando l'aria supera un indice AQI di 50.

Una sezione è dedicata alla misura "Measure config". Dopo il ":" viene indicata la modalità corrente (continua, periodica 5min, 15min, 30min, 1h, stop). È così possibile effettuare misurazioni in continuo (infatti il periodo di campionamento è prossimo ai 2 secondi), oppure ogni 5, 15, 30 min, 1h, oppure interrompere il campionamento.

La sezione "Modalità di visualizzazione" permette di scegliere come le informazioni (tutte quelle disponibili sull'interfaccia web) verranno visualizzate sul box tramite LED multicolori. Dopo il ":" viene indicata la modalità corrente (Compiled, PM1.0, PM2.5, PM10). Ad ogni pressione di "Modalità di visualizzazione" si passa da una modalità di visualizzazione all'altra nel seguente ordine:

• compilato
• PM1.0
• PM2.5
• PM10

Passaggio 8: interfaccia web 2/4

Il significato del colore del LED in modalità "Compiled" è il seguente: Livello della batteria:

• > 30% = verde
• > 10% e <30%: arancione
• <10% = rosso

Livello di memoria:

• > 30% = verde
• > 10% e <30%: arancione
• <10% = rosso

Uscita di controllo:

• Alto rendimento: verde
• Uscita bassa: rosso
• Modalità di controllo automatico: blu

Passaggio 9: interfaccia Web 3/4

Uscita PM1.0, PM2.5 e PM10: Il colore del LED è quello corrispondente alla tabella dei colori dell'indice AQI. Il significato del colore dei 10 LED in modalità "PM1.0, PM2.5, PM10" è il seguente:

• Il colore dei LED rappresenta il livello di inquinamento atmosferico come indicato nella tabella dell'indice AQI. Ad esempio, se i LED sono rossi, significa che il livello di inquinamento è dannoso per la salute.
• Il numero di led accesi rappresenta il valore dell'indice AQI per il colore in esame, come indicato nella tabella dell'indice AQI. Ad esempio, se c'è un solo LED verde su 10, l'indice è 1/10 dell'indice verde massimo, cioè 50/10 = 5. Se 5 LED verdi su 10, il valore è 50 / 10x5 = 25. Se 5 i LED viola sono accesi, il valore è (300-201) /10x5+201=250,5.
• Ad ogni pressione del pulsante uno dei 4 led di destra lampeggia in arancione. Indica qual è la modalità di visualizzazione selezionata:

Passaggio 10: interfaccia Web 4/4

La sezione "Dati Rimanenti" indica lo spazio di memoria rimanente per il salvataggio delle misurazioni. Dopo il ":" è indicata la % rimanente. Premendo il pulsante "cancella memoria" si cancella la memoria. Premendo il pulsante "download" si avvia il trasferimento dei campioni al PC. Alla fine dell'interfaccia web viene visualizzata la tabella dell'indice AQI.

Passaggio 11: iniziare

1. Portare l'interruttore di accensione/spegnimento in posizione di accensione.
2. Appare un arcobaleno di LED per assicurarsi che tutti i LED funzionino …. e poi è carino
3. I LED turchesi si accendono uno dopo l'altro. Ciò consente al sensore di particelle di inizializzarsi.
4. Viene visualizzata una delle modalità di visualizzazione dei LED.
5. Sul telefono o sul PC, scegli la rete Wifi che inizia con "AQI_I3D-"
6. Inserisci il codice "AQI_index"
7. Apri ad esempio Google e digita nella barra degli indirizzi: 192.168.4.1
8. Viene visualizzata la pagina web

Il video

Passaggio 12: trasferimento dei dati al PC

Per trasferire i dati dal box al PC è necessario:

1. Collegare un cavo micro USB/collegamento seriale (livello di tensione 5v) al PC USB.
2. Aprire un terminale seriale sul PC e configurarlo come segue: 9600 BAUDS, 1 bit di stop, parità NESSUNA, 1 bit di start.
3. Commutare il microinterruttore "abilita caricamento dati"
4. Sull'interfaccia, premi "Download"
5. Sul terminale seriale attendere la fine del trasferimento e copiare i dati.
6. Spostare il microinterruttore "abilita caricamento dati" nella posizione originale

Se la PAC sembra non funzionare, è possibile che l'interruttore non venga rimesso a posto.

Passaggio 13: standby tra la fase di campionamento

Nelle modalità di campionamento 5min, 15min, 30min e 1h, il CAP entra automaticamente in modalità di sospensione dopo aver prelevato il campione di misurazione e non si riattiva fino a 5, 15, 30 o 60 minuti dopo. L'autonomia della PAC risulta così estremamente accresciuta.

Passaggio 14: ripristinare la modalità di fabbrica

Nel caso in cui la CAP abbia dei problemi di funzionamento, è possibile ripristinare tutti i parametri di funzionamento e riavviare la CAP in modo affidabile. Per quello:

1. Spegni la CAP Rimani sul pulsante Accendi la CAP.
2. Appare l'arcobaleno di LED
3. Una striscia LED turchese appare in meno di un secondo
4. Spegni il CAP
5. La PAC è ora ripristinata.

Passaggio 15: il programma sotto Arduino

È disponibile qui

Per programmare la scheda è necessario:

1. Apri Arduino sul PC
2. Configura Arduino per la scheda ESP8266
3. Collegare il cavo UBS Micro USB / seriale (3v3) tra la scheda e il PC
4. Imposta il pulsante SW3 su "prgm"
5. Rimani sul pulsante "SW1"
6. Accendere il dispositivo -> Il dispositivo entra in modalità di programmazione
7. Rilascio di "SW1"
8. Sotto Arduino, inizia a programmare
9. Al termine della programmazione, commutare "SW3" su "SW3"
10. Spegni e riavvia il dispositivo

Passaggio 16: schemi elettrici

Passaggio 17: PCB

Passaggio 18: nomenclatura

Ecco qui

Passaggio 19: fai da te

Vuoi farlo, non preoccuparti, ti propongo diversi kit possibili a seconda del budget che vuoi mettere

Visita il mio sito web (versione francese disponibile)

Passaggio 20: e altro ancora…

Il passaggio successivo consiste nell'associare il dispositivo a uno ionizzatore. In modo che l'aria sia inquinata, il dispositivo avvia lo ionizzatore, uno ionizzatore consente in qualche modo di far cadere le particelle fini sul terreno. Genera elettroni negativi che si associano al gas e alla polvere circostanti, trasformando la loro carica elettrica positiva in una carica negativa. Poiché il suolo e la maggior parte degli oggetti hanno una carica positiva, le particelle caricate negativamente dallo ionizzatore vengono attratte e si attaccano ad esse. L'aria viene così ripulita. La ionizzazione dell'aria offre anche molti altri benefici per la salute. Oggi lo ionizzatore funziona. Questa presentazione sarà oggetto di un prossimo blog.