instructables ESP-01S Publishing Ghidul utilizatorului senzorului de particule

Publicarea datelor senzorului de particule în particule pe Adafruit IO cu Maker Pi Pico și ESP-01S
de kevinjwalters
Acest articol arată cum se publică date de la trei senzori de particule cu preț redus în serviciul Adafruit IO IoT utilizând Cytron Maker Pi Pico care rulează un program CircuitPython care transmite ieșirile senzorilor prin Wi-Fi cu un modul ESP-01S care rulează AT rmware.
OMS identifică particulele de PM2.5 drept unul dintre cele mai mari riscuri de mediu pentru sănătate, 99% din populația lumii trăind în locuri în care nivelurile ghidurilor OMS privind calitatea aerului nu au fost îndeplinite în 2019. Se estimează că 4.2 milioane de decese premature au fost cauzate de acest lucru. în 2016.
Cei trei senzori de particule prezentate în acest articol sunt:

Plantower PMS5003 folosind o conexiune serială;
Sensirion SPS30 folosind i2c;
Omron B5W LD0101 cu ieșiri de impuls.

Acești senzori optici sunt similari cu cei găsiți într-un tip de alarmă de fum domestică, dar mor în încercarea lor de a număra particule de diferite dimensiuni, mai degrabă decât doar alarma la o concentrație de prag.
PMS5003, bazat pe laser roșu, este un senzor de hobby folosit în mod obișnuit și poate fi găsit în senzorul de calitate a aerului PurpleAir PA-II. SPS30 este un senzor mai recent care folosește același principiu și poate fi găsit în senzorul de calitate a aerului Clarity Node-S. Senzorul B5W LD0101 pe bază de LED-uri infraroșu are o interfață mai primitivă, dar este util pentru capacitatea sa de a detecta particule mai mari de 2.5 microni - ceilalți doi senzori nu le pot măsura în mod fiabil.
Adafruit IO oferă un nivel gratuit cu un număr limitat de fluxuri și tablouri de bord – acestea sunt suficiente pentru acest proiect. Datele gratuite ale nivelului sunt păstrate timp de 30 de zile, dar datele pot fi descărcate cu ușurință.
Placa Maker Pi Pico din acest articol este caample Cytron mi-a trimis amabil să evaluez. Singura diferență față de versiunea de producție este adăugarea de componente pasive pentru a elimina cele trei butoane.
Este posibil ca modulul ESP-01S să aibă nevoie de o actualizare AT rmware. Acesta este un proces relativ complex, destul de complicat și poate consuma mult timp. Cytron vinde modulul cu rmware-ul AT corespunzător pe el.
Senzorul Omron B5W LD0101 este, din păcate, întrerupt de producător cu ultimele comenzi în martie 2022.
Furnituri:

Cytron Maker Pi Pico – Digi-key | PiHut
ESP-01S – placa Cytron vine cu ATrmware adecvat.
Adaptor/programator USB ESP-01 cu buton de resetare – Cytron.
Breadboard.
Cabluri de legătură de la mamă la masculin, lungime minimă de 20 cm (8 inchi).

Plantower PMS5003 cu cablu și adaptor pentru panouri – Adafruit
sau Plantower PMS5003 + adaptor pentru placă Pimoroni – Pimoroni + Pimoroni
Sensirion SPS30 – Digi-key
- Cablu Sparkfun SPS30 JST-ZHR la 5 pini tată – Digi-key
- 2x rezistențe de 2.2k.
Omron B5W LD0101 – Mouser
- Cablul Omron descris ca cablaj (2JCIE-HARNESS-05) – Mouser
- Conector tată cu 5 pini (pentru adaptarea cablului la placa).
- lipire – clemele de crocodil (aligator) ar putea funcționa ca alternativă la lipire.
- 2x rezistențe de 4.7k.
- 3x rezistențe de 10k.
- Condensator de 0.1 uF.
- Putere baterie pentru Omron B5W LD0101:
  - Suport pentru baterii 4AA pentru baterii reîncărcabile NiMH (o alegere mai bună).
  - sau suport pentru baterii 3AA pentru baterii alcaline.

Un pachet de alimentare USB poate fi util dacă doriți să fugiți afară, departe de o sursă de alimentare USB.

Pasul 1: Programator USB pentru actualizarea Flash-ului pe ESP-01S

Modulul ESP-01S este puțin probabil să vină cu un rmware AT adecvat, cu excepția cazului în care este de la Cytron. Cel mai simplu mod de a-l actualiza este să utilizați un desktop sau un laptop Windows cu un adaptor USB care permite scrierea cenușului și are un buton de resetare.
Din păcate, un adaptor foarte comun, fără marcă, descris adesea ca ceva de genul „Adaptor programator ESP-01 UART” nu are butoane sau comutatoare pentru a le controla. Videoclipul de mai sus arată cum acest lucru poate fi remontat rapid
cu niște comutatoare improvizate făcute din două fire de jumper de la bărbat la femeie tăiate în două și lipite pe pinii de pe partea inferioară a plăcii de programare. O abordare alternativă a acestui lucru folosind o placă poate fi văzută în Hackaday:
ESPHome pe fluxul de lucru Windows ESP-01.
https://www.youtube.com/watch?v=wXXXgaePZX8

Pasul 2: Actualizarea firmware-ului pe ESP-01S folosind Windows

Un program terminal precum PuTTY poate fi folosit cu programatorul ESP-01 pentru a verifica versiunea rmware. rmware-ul face ca ESP8266 să se comporte un pic ca un modem cu comenzi inspirate de setul de comenzi Hayes. Comanda AT+GMR AT+GMR arată versiunea rmware.
AT+GMR
Versiunea AT: 1.1.0.0(11 mai 2016 18:09:56)
Versiunea SDK: 1.5.4 (baaeaebb)
timp de compilare: 20 mai 2016 15:08:19
Cytron are un ghid care descrie modul de aplicare a actualizării rmware folosind Instrumentul de descărcare Flash Espressif (numai Windows) pe GitHub: CytronTechnologies/esp-at-binaries. Cytron oferă, de asemenea, o copie a binarului rmware, Cytron_ESP-01S_AT_Firmware_V2.2.0.bin.
După o actualizare cu succes, noul rmware va fi raportat ca versiunea 2.2.0.0
AT+GMR
Versiunea AT: 2.2.0.0(b097cdf – ESP8266 – 17 iunie 2021 12:57:45)
Versiunea SDK: v3.4-22-g967752e2
timp de compilare (6800286): 4 august 2021 17:20:05
Versiunea bin: 2.2.0(Cytron_ESP-01S)
Un program de linie de comandă numit esptool este disponibil ca alternativă pentru programarea ESP-8266S bazat pe ESP01 și ar putea fi utilizat pe Linux sau macOS.
rmware-ul de pe ESP-01S poate fi testat pe Maker Pi Pico folosind simpletest.py de la Cytron. Aceasta trimite un ping ICMP către un serviciu binecunoscut de pe Internet la fiecare 10 secunde și arată timpul dus-întors (rtt) în milisecunde. Aceasta are nevoie de un secrets.py file cu SSID (nume) și parola Wi-Fi - acest lucru este descris mai târziu în acest articol.
BINERĂU

Pasul 3: Conectarea senzorilor

Pentru conectarea celor trei senzori și pentru monitorizarea volumului voltage de la cele patru baterii reîncărcabile NiMH. Este inclusă o fotografie de înaltă rezoluție a configurației complete de mai sus, iar pașii următori descriu modul în care poate fi conectat fiecare senzor.
Șinele de alimentare de pe placa de breadboard sunt alimentate de la Pi Pico cu

VBUS (5V) și GND la șinele de alimentare din partea stângă și
3V3 și GND în partea dreaptă.

Șinele de alimentare sunt marcate cu o linie roșie din apropiere pentru șina pozitivă și albastră pentru șina negativă (sau la masă). Pe o placă de tip full-size (830 de găuri), acestea pot avea un set superior de șine care nu sunt conectate la setul de jos de șine.
Bateriile sunt folosite doar pentru alimentarea Omron B5W LD0101 care are nevoie de un volum constant.tage. Alimentarea USB de la un computer este adesea zgomotoasă, ceea ce îl face inadecvat.

Pasul 4: Conectarea Plantower PMS5003

Plantower PMS5003 necesită alimentare de 5 V, dar interfața sa serială „stil TTL” este sigură la 3.3 V. Conexiunile de la
PMS5003 prin intermediul plăcii de breakout către Pi Pico sunt:

VCC la 5V (roșu) prin șina de la rândul 6 la 5V;

GND la GND (negru) prin rândul 5 la GND;
SET la EN (albastru) prin rândul 1 la GP2;
RX la RX (alb) prin rândul 3 la GP5;
TX la TX (gri) prin rândul 4 la GP4;
RESET la RESET (violet) prin rândul 2 la GP3;
NC (neconectat);
NC.

Fișa tehnică include un avertisment despre carcasa metalică.
Carcasa metalică este conectată la GND, așa că aveți grijă să nu-l lăsați scurtcircuitat [sic] cu celelalte părți ale circuitului, cu excepția GND.
Componenta tinde să fie livrată cu flacă albastră de plastic pe carcasă pentru a proteja suprafața de zgârieturi, dar nu ar trebui să se bazeze pe aceasta pentru izolarea electrică.

Pasul 5: Conectarea Sensirion SPS30

Sensirion SPS30 necesită alimentare de 5 V, dar interfața sa i2c este sigură la 3.3 V. Singurele componente suplimentare sunt două rezistențe de 2.2k care să acționeze ca pull-up pentru magistrala i2c. Conexiunile de la SPS30 la Pi Pico sunt:

VDD (roșu) la șină 5V5V;
SDA (alb) la GP0 (gri) prin rândul 11 cu rezistență de 2.2k la șina de 3.3V;
SCL (violet) la GP1 (violet) prin rândul 10 cu rezistor de 2.2k la șina de 3.3V;

SEL (verde) la GND;
GND (negru) la GND.

Conectorul de pe cablu poate necesita o apăsare fermă pentru a-l introduce corect în SPS30.
SPS30 acceptă, de asemenea, o interfață serială pe care Sensirion o recomandă în fișa de date.
Ar trebui făcute câteva considerații cu privire la utilizarea interfeței I2C. I2C a fost proiectat inițial pentru a conecta două cipuri pe un PCB. Când senzorul este conectat la PCB principal printr-un cablu, trebuie acordată o atenție deosebită interferențelor electromagnetice și diafoniei. Utilizați cabluri de conectare cât mai scurte (< 10 cm) și/sau bine ecranate.
Vă recomandăm să folosiți în schimb interfața UART, ori de câte ori este posibil: este mai robustă împotriva interferențelor electromagnetice, în special în cazul cablurilor lungi de conectare.
Există și un avertisment despre părțile metalice ale carcasei.
Rețineți că există o conexiune electrică internă între pinul GND (5) și ecranarea metalică. Păstrați această ecranare metalică acoperită electric pentru a evita orice curent neintenționat prin această conexiune internă. Dacă aceasta nu este o opțiune, este obligatorie egalizarea potențialului extern adecvată între pinul GND și orice potențial conectat la ecranare. Orice curent prin conexiunea dintre GND și ecranarea metalică poate deteriora produsul și prezintă un risc de siguranță prin supraîncălzire.

Pasul 6: Conectarea Omron B5W LD0101

Cablul Omron nu este destinat utilizării cu o placă de breadboard. O modalitate rapidă de a-l converti în utilizarea pe bord este să tăiați priza, să dezlipiți firele și să le lipiți la o lungime de cinci pini de știfturi tată. Clemele de crocodil (aligator) ar putea fi folosite ca o abordare alternativă pentru a evita lipirea.
Omron B5W LD0101 necesită o sursă de alimentare constantă de 5V. Cele două ieșiri ale sale sunt, de asemenea, la un nivel de 5V, care este incompatibil cu intrările de 3.3V ale lui Pi Pico. Prezența rezistențelor pe placa senzorului facilitează scăderea acesteia la o valoare sigură prin adăugarea unui rezistor de 4.7k la masă pe ieșire. Rezistoarele de la bord sunt documentate în fișa de date, ceea ce face ca aceasta să fie o abordare rezonabilă.
Conexiunile de la B5W LD0101 la Pi Pico sunt:

Vcc (roșu) la 5V (roșu) șină prin rândul 25;
OUT1 (galben) la GP10GP10 (galben) prin rândul 24 cu rezistor de 4.7k la GND;
GND (negru) la GND (negru) prin rândul 23;
Vth (verde) la GP26GP26 (verde) prin rândul 22 cu condensator de 0.1 uF la GND;

OUT2 (portocaliu) la GP11 (portocaliu) prin rândul 21 cu rezistor de 4.7k la GND.

The GP12 (verde) de la Pi Pico se conectează la rândul 17 și un rezistor de 10k conectează rândul 17 la rândul 22.
Fișa de date descrie cerințele de alimentare ca:
Minim 4.5 V, tipic 5.0 V, maxim 5.5 V, ondulație voltagSe recomandă un interval de 30 mV sau mai puțin. Asigurați-vă că nu există zgomot sub 300 Hz. Con
rm ondulația admisibilă voltage valoarea folosind o mașină reală.
Trei baterii alcaline sau patru baterii reîncărcabile (NiMH) sunt cel mai simplu mod de a oferi un volum constant și stabil.tage de aproximativ 5V la senzor. Este probabil ca un pachet de alimentare USB să fie o alegere proastă, deoarece volumul voltage provine de obicei de la o baterie cu litiu care folosește un convertor buck-boost care o face zgomotoasă.
B5W LD0101 folosește convecția pentru fluxul său de aer și trebuie așezat în poziție verticală pentru a funcționa corect. O schimbare a ofertei voltageste probabil să afecteze temperatura încălzitorului și debitul de aer asociat. Temperatura ambianta trebuie sa aiba si ea efect.

Pasul 7: Monitorizarea bateriei cu divizor de potențial

Volumul baterieitage depășește nivelul de 3.3 V al intrărilor procesorului RP2040 al lui Pi Pico. Un simplu divizor de potențial poate reduce acest volumtage să fie în intervalul respectiv. Acest lucru permite RP2040 să măsoare nivelul bateriei pe o intrare compatibilă analogică (GP26 până la GP28).
Mai sus a fost folosită o pereche de rezistențe de 10k pentru a înjumătăți volumultage. Este obișnuit să vedeți valori mai mari utilizate, cum ar fi 100k, pentru a minimiza curentul pierdut. Conexiunile sunt:

B5W LD0101 Cablu jumper Vcc (roșu) la rândul 29 partea stângă;

rezistor de 10k pe rândul 29 între partea stângă și dreapta pe rândul 29;
Cablu de legătură maro către Pi Pico GP27;
Rezistor de 10k din partea dreaptă a rândului 29 la șina GND din apropiere.

GP28 de pe Maker Pi Pico poate fi folosit ca intrare analogică, dar din moment ce este conectat și la pixelul RGB, poate avea un efect mic asupra valorii și poate chiar să se lumineze sau să se schimbe dacă intrarea arată ca protocolul WS2812!

Pasul 8: Instalarea CircuitPython și programul de publicare a datelor senzorilor

Dacă nu sunteți familiarizat cu CircuitPython, atunci merită să citiți mai întâi ghidul de Bun venit la CircuitPython.

Instalați următoarele șapte biblioteci din pachetul versiunea 7.x de la https://circuitpython.org/libraries în directorul lib de pe unitatea CIRCUITPY:
1. adafruit_bus_device
2. adafruit_minimqtt
3. adafruit_io
4. adafruit_espatcontrol
5. adafruit_pm25
6. adafruit_requests.mpy
7. neopixel.mpy
Descărcați aceste două biblioteci suplimentare în directorul lib făcând clic pe Salvare link ca... de pe files în interiorul directorului sau pe file:
1. adafruit_sps30 din https://github.com/kevinjwalters/Adafruit_CircuitPython_SPS30
2. b5wld0101.py din https://github.com/kevinjwalters/CircuitPython_B5WLD0101
Creați secrets.py file (vezi example de mai jos) și completați valorile.
Descărcați programul în CIRCUITPY făcând clic pe Salvare link ca... pe pmsensors_adafruitio.py
Redenumiți sau ștergeți orice cod.py existent file pe CIRCUITPY, apoi redenumiți pmsensors_adafruitio.py în code.py This file este rulat când interpretorul CircuitPython pornește sau se reîncarcă.

# Acest fișier este locul în care păstrați setările secrete, parolele și jetoanele!
# Dacă le introduci în cod, riști să comiți acele informații sau să le distribui
secrete = {
„ssid” : „INSERT-WIFI-NAME-HERE”,
„parolă”: „INSERT-WIFI-PASSWORD-HERE”,
„aio_username” : „INSERT-ADAFRUIT-IO-USERNAME-HERE”,
„aio_key” : „INSERT-ADAFRUIT-IO-APPLICATION-KEY-HERE”
# http://worldtimeapi.org/timezones
„timezone”: „America/New_York”,
}
Versiunile folosite pentru acest proiect au fost:
CircuitPython 7.0.0
Pachetul de bibliotecă CircuitPython adafruit-circuitpython-bundle-7.x-mpy-20211029.zip- versiunile anterioare din septembrie/octombrie nu trebuie utilizate ca adafruit_espatcontrol
biblioteca era cu probleme și jumătate funcționează într-o manieră confuză.

Pasul 9: Configurarea Adafruit IO

Adafruit are multe ghiduri cu privire la serviciul lor Adafruit IO, cele mai relevante sunt:
Bun venit la Adafruit IO
Bazele Adafruit IO: Furaje
Noțiuni de bază Adafruit IO: tablouri de bord
După ce vă familiarizați cu feedurile și tablourile de bord, urmați acești pași.

Creează un cont Adafruit dacă nu ai deja unul.
Creați un grup nou numit mpp-pm sub Feeds
Creați nouă fluxuri în acest grup nou făcând clic pe butonul + Feed nou, numele sunt:
1. b5wld0101-raw-out1
2. b5wld0101-raw-out2
3. b5wld0101-vcc
4. b5wld0101-vth
5. CPU-temperatura
6. pms5003-pm10-standard
7. pms5003-pm25-standard
8. sps30-pm10-standard
9. sps30-pm25-standard
Faceți un tablou de bord pentru aceste valori, blocurile sugerate sunt:
1. Trei blocuri de diagramă cu linii, câte unul pentru fiecare senzor cu două linii pe diagramă.
2. Trei blocuri Gauge pentru cele două voltages si temperatura.

Pasul 10: Verificarea publicării datelor

Pagina Monitor sub Pro file este util pentru a verifica datele sosesc în timp real, uitându-se la datele live file secțiune. Programul transformă pixelul RGB în albastru timp de 2-3 secunde când trimite datele către Adafruit IO și apoi revine la verde.
Temperatura de la RP2040 pare să varieze foarte mult între diferite procesoare și este puțin probabil să se potrivească cu temperatura ambientală.
Dacă acest lucru nu funcționează, iată câteva lucruri de verificat.

Dacă pixelul RGB rămâne sau dacă datele nu sunt primite de Adafruit IO, atunci verificați consola serială USB pentru ieșire/erori. Ieșirea numerică pentru Mu pe consola serială va arăta dacă senzorii funcționează cu linii noi imprimate la fiecare 2-3 secunde - vezi mai jos pentru ex.ample ieșire.
Secțiunea Erori live de pe pagina Monitor merită să verificați dacă datele sunt trimise, dar nu sunt afișate.

Variabila de depanare din program poate fi setată de la 0 la 5 pentru a controla volumul informațiilor de depanare. Nivelurile mai înalte dezactivează imprimarea tuplelor pentru Mu.
Programul simpletest.py este o modalitate utilă de a demonstra că conexiunea Wi-Fi este realizată și conectivitatea la Internet funcționează pentru traficul ICMP.
Asigurați-vă că utilizați o versiune recentă a bibliotecii adafruit_espatcontrol.

LED-urile albastre ale Maker Pi Pico de pe fiecare GPIO sunt foarte utile pentru a obține o imagine instantaneeview a statului GPIO. Toate GPIO conectate vor fi pornite, cu excepția:
- GP26 va fi oprit deoarece volumul netezittage (aproximativ 500mV) este prea scăzut;
- GP12 va fi slab deoarece este un semnal PWM cu ciclu de lucru de ~ 15%;
- GP5 va fi pornit, dar va pâlpâi pe măsură ce datele sunt trimise de la PMS5003;
- GP10 va fi oprit, dar va pâlpâi pe măsură ce particulele mici sunt detectate de B5W LD0101;
- GP11 va fi oprit, dar va pâlpâi foarte ocazional, cu excepția cazului în care vă aflați într-un loc excepțional de fum.

Ieșirea destinată plotterului în Mu va arăta cam așa într-o cameră:
(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)
Sau o cameră cu aer mai curat:
(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)
Cele șase valori pe linie în ordine sunt:

PMS5003 PM1.0 și PM2.5 (valori întregi);
SPS30 PM1.0 și PM2.5;
B5W LD0101 contorizează brute OUT1 și OUT2.

Pasul 11: Testarea senzorilor din interior cu Mu și Adafruit IO

Videoclipul de mai sus arată senzorii care reacţionează la un chibrit lovit pentru a aprinde beţişorul de tămâie. Valorile maxime ale PM2.5 de la PMS5003 și SPS30 sunt 51 și, respectiv, 21.5605. B5W LD0101 are optica descoperită și este, din păcate, afectat de iluminarea cu halogen de tungsten folosită pentru acest videoclip. Există un nivel ridicat de particule în aer de la un test anterior.
Nu uitați să deconectați acumulatorul atunci când nu îl utilizați, altfel încălzitorul B5W LD0101 va descărca bateriile.
https://www.youtube.com/watch?v=lg5e6KOiMnA

Pasul 12: Particulele din exterior în noaptea lui Guy Fawkes

Noaptea Guy Fawkes este asociată cu focuri de tabără și artificii care pot contribui la creșterea poluării aerului pentru o seară sau două. Graficele de mai sus arată că cei trei senzori sunt plasați afară chiar după ora 7:5, vineri, 2021 noiembrie XNUMX. Nu au existat focuri de artificii în imediata apropiere, dar se auzeau în depărtare. Notă: scara de zbor variază între cele trei diagrame.
Datele de alimentare stocate în Adafruit IO arată că senzorii care detectează aerul aveau deja un nivel ușor crescut de PM2.5 pe baza numerelor 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
Vârful a fost în jur de 46 ug pe metru cub chiar înainte de ora 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
Există vârfuri scurte în altă parte în date când senzorii erau afară. Acestea se pot datora fluxurilor de la:

evacuare de la centrala termica pe gaz,
persoane care fumează în apropiere și/sau
mirosuri/fumuri de la gătit.

Verificați vremea înainte de a pune electronicele expuse afară!

Pasul 13: particulele din interior cu gătit

Diagramele de mai sus arată modul în care senzorii reacționează la slănină și ciuperci care sunt prăjite într-o bucătărie din apropiere cu extracție mediocră. Senzorii erau la aproximativ 5m (16ft) de plită. Nota: scala y variază între cele trei diagrame.
Datele de alimentare stocate în Adafruit IO arată senzorii cu un nivel maxim de PM2.5 scurt de aproximativ 93 ug pe metru cub, pe baza numerelor 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
Poluanții vor fi foarte diferiți de cei proveniți din reprelucrări. Acesta este un ex interesantampsursele variate de particule din aerul pe care îl respirăm.

Pasul 14: Senzori publici de particule

Datele prezentate mai sus sunt de la senzorii publici din apropiere.

Respira Londra
- Clarity Movement Node-S
  - tbps
  - oss
  - rl
OpenAQ
- PurpleAir PA-II
  - sr
Rețeaua de calitate a aerului din Londra
- Calitate de referință (Met One BAM 1020 și altele)
  - FS
  - AS
  - TBR

Senzorii tbps și TBR sunt aproape amplasați și sunt reprezentați grafic împreună pentru a arăta corelația dintre dispozitivul bazat pe SPS30 și cel de referință din apropiere. SPS30 pare să nu citească semnificativ în serile de 5 și 6 noiembrie, când este rezonabil să presupunem că creșterea seara se datorează relucrărilor. Acest lucru s-ar putea datora diferenței de masă a particulelor, deoarece senzorii utilizați pentru acest articol pot detecta doar volumul și trebuie să ghicească densitatea particulelor pentru a produce valori în micrograme pe metru cub.
PMS5003 din PurpleAir PA-II pare să supracitească în mod semnificativ pentru orice niveluri ridicate de PM2.5 pe baza acestei perioade scurte. Acest lucru ar putea corespunde rezultatelor afișate în paginile anterioare sau ar putea exista alți factori în apropiere care cauzează acest lucru.
SPS30 și PMS5003 produc date pentru particule mai mari de 2.5 microni, dar paginile următoare arată de ce acest lucru trebuie tratat cu prudență.

Pasul 15: Comparația senzorilor – dimensiunea particulelor

Graficele de mai sus provin din evaluarea de laborator a selectivității dimensiunii particulelor a senzorilor optici de particule cu preț redus de către Institutul Meteorologic Finlandez. Au fost testați trei senzori de fiecare fel cu dimensiuni diferite ale particulelor afișate pe axa x logaritmică. Liniile colorate indică valorile calculate ale benzilor de dimensiunea particulelor specifice pe baza ieșirilor senzorului, benzile arată distribuția. Cele trei valori SPS30 de peste 1 micron se suprapun foarte mult, făcându-le foarte dificil de distins.
Valorile comune pentru particule sunt PM2.5 și PM10. În timp ce numărul din nume se referă la dimensiunea maximă a particulei, unitățile sunt în micrograme pe metru cub. Senzorii ieftini pot măsura doar diametrul particulelor (volumul) și trebuie să facă câteva presupuneri despre densitate pentru a calcula valorile probabile ale PM2.5 și PM10.
PMS5003 utilizează o valoare constantă a densității, Sensirion descrie abordarea lor de densitate pentru SPS30 ca:
Majoritatea senzorilor PM cu costuri reduse de pe piață presupun o densitate de masă constantă în calibrare și calculează concentrația de masă prin înmulțirea numărului de particule detectate cu această densitate de masă. Această ipoteză funcționează numai dacă senzorul măsoară un singur tip de particule (de exemplu, fumul de tutun), dar, în realitate, găsim multe tipuri diferite de particule cu multe proprietăți optice diferite în viața de zi cu zi, de la praf de casă „greu” până la particule de ardere „uşoare” . Algoritmii proprietari Sensirion folosesc o abordare avansată care permite o estimare adecvată a concentrației de masă, indiferent de tipul de particule măsurat. În plus, o astfel de abordare permite o estimare corectă a dimensiunilor containerelor.
Valorile PM cuprind toate particulele sub parametrul de dimensiune, de exemplu
PM1 + masa tuturor particulelor între 1.0 și 2.5 microni = PM2.5,
PM2.5 + masa tuturor particulelor între 2.5 și 10 microni = PM10.
PMS5003 și SPS30 nu pot detecta particulele de peste 2-3 microni în acest test de laborator. Este posibil să detecteze alte tipuri de particule peste această dimensiune.
B5W LD0101 pare credibil din acest test de laborator pentru măsurarea PM10.

Pasul 16: Comparația senzorilor – Proiectare

Încălzitorul Omron (o rezistență de 100 ohm +/- 2%!) poate fi văzut dacă senzorul este răsturnat. Designul este discutat în detaliu în Omron: Development of air quality sensor for air puriffer . Utilizarea convecției pare brută, dar poate fi o soluție de fiabilitate mai mare în comparație cu o componentă mecanică precum un ventilator care are o durată de viață scurtă și o durată de viață care poate fi redusă prin funcționarea într-un mediu cu praf. Ventilatorul SPS30 pare a fi proiectat pentru a fi ușor de înlocuit fără a deschide carcasa. Alte modele Plantower au aceeași caracteristică de design.
Toți cei trei senzori vor fi predispuși la efectele umidității relative ridicate care, din păcate, crește în mod eronat valorile PM.
Senzorii certificați, de calitate de referință (lista DEFRA din Marea Britanie) care monitorizează particulele nu folosesc o abordare optică pentru măsurare. Met One BAM 1020 funcționează de

separarea și eliminarea particulelor mai mari decât limita de dimensiune din aer sample,
încălzirea aerului pentru a controla/reduce umiditatea relativă,
depunerea particulelor pe o nouă secțiune de bandă continuă și
apoi măsurarea atenuării unei surse de radiații beta de către particulele acumulate pe bandă pentru a calcula o estimare bună a masei totale a particulelor.

O altă tehnică comună este Tapered Element Oscillating Microbalance (TEOM) care depune particule pe un filtru înlocuibil pe capătul liber al unui tub conic, care este fixat la celălalt capăt. Măsurarea precisă a frecvenței de oscilație a tubului cu rezonanță naturală permite ca masa suplimentară minusculă a particulelor să fie calculată din variația minusculă a frecvenței. Această abordare este potrivită pentru crearea unor valori PM cu rate mai mari.

Pasul 17: Merg mai departe

După ce v-ați configurat senzorii și publicați date în Adafruit IO, iată câteva alte idei de explorat:

Testați fiecare cameră din casa dvs. de-a lungul timpului, notând activitatea și ventilația. Testează-ți casa când gătești. Testează un grătar.

Folosiți cele trei butoane de pe Maker Pi Pico. Acestea sunt conectate la GP20, GP21 și GP22 care au fost lăsate neutilizate intenționat pentru a permite utilizarea butoanelor.
Dacă locuiți în apropierea unei stații publice de monitorizare a calității aerului, comparați-vă datele cu aceasta.
Adăugați un afișaj pentru utilizare asistată care arată valorile senzorului. SSD1306 este mic, disponibil și ușor de adăugat/utilizat în CircuitPython. A se vedea Instructables: Sensarea umidității solului

Cu Maker Pi Pico pentru un fostampa utilizării sale.
Investigați biblioteca MQTT pentru a vedea dacă toate datele senzorului pot fi trimise într-un singur lot. Acest lucru ar trebui să fie mai eficient.
Integrați într-un fel cu senzorul de calitate a aerului IKEA Vindriktning independent.
- Conectivitatea MQTT de la Soren Beye pentru Ikea VINDRIKTNING arată cum să adăugați un ESP8266 la senzor și identifică senzorul de particule (praf) drept „cubic PM1006-like”.
- Un proiect avansat ar fi înlocuirea PCB-ului principal cu o placă bazată pe ESP32-S2 cu senzori de mediu digitali suplimentari pentru a crea un dispozitiv compatibil Wi-Fi, bazat pe CircuitPython.
- Acest dispozitiv este discutat pe Forumul Home Assistant: IKEA Vindriktning Air Quality Sensor.
- LaskaKit produce un PCB de înlocuire bazat pe ESP32 pentru senzor pentru a-i permite utilizarea cu ușurință cu ESPHome.
Studiați efectele variației ofertei voltage în intervalele permise pentru senzori. Acest lucru poate modifica viteza ventilatorului sau temperatura încălzitorului, afectând rezultatele.
Construiți o carcasă rezistentă la intemperii și faunei sălbatice, cu un design atent pentru intrarea, evacuarea și fluxul de aer dincolo de senzori. O umbrelă atașată pe o balustradă a fost folosită pentru a proteja electronicele deschise, expuse, pentru colectarea datelor în weekend pentru acest articol.

Proiecte conexe:

Costas Vav: Senzor portabil de calitate a aerului
Pimoroni: O stație de calitate a aerului în aer liber cu Enviro+ și Luftdaten
Instructables: Utilizarea Pimoroni Enviro+ FeatherWing cu Adafruit Feather NRF52840 Express -
Enviro+ FeatherWing include un conector pentru PMS5003. SPS30 poate fi folosit cu pini i2c și există aproape destui pini pentru a utiliza și B5W LD0101.

NRF52840 nu acceptă Wi-Fi, așa că acesta nu poate fi folosit singur pentru a publica date pe Internet.
Adafruit Learn: Air Quality Sensor 3D Printed Enclosure . – folosește Adafruit Feather M4 cu Airlift FeatherWing bazat pe ESP32 și PMS5003.
Adafruit Learn: Quickstart IoT – Raspberry Pi Pico RP2040 cu WiFi – folosește o placă de breakout Adafruit AirLift bazată pe ESP32.

GitHub: CytronTechnologies/MAKER-PI-PICO Example Code/CircuitPython/IoT – exampcodul pentru Adafruit IO, Blynk și Thinkspeak.
Cytron: Monitorizarea aerului folosind telefonul mobil – folosește un scut Arduino bazat pe ESP8266 pentru a trimite date de la un
Senzor de particule Honeywell HPM32322550 către Blynk, nu este necesar un telefon (inteligent).

Senzori intermediari, mai scumpi, dar cu o capacitate mai bună de a detecta particule mai mari:

Piera Systems IPS-7100
Alphasense OPC-N3 și OPC-R2

Lectură suplimentară:

Senzori
- Institutul de Meteorologie Finlandeză: Evaluarea de laborator a selectivității mărimii particulelor a senzorilor optici de particule cu costuri reduse (mai 2020)
- Gough Lui: Review, Demontare: Senzorul de monitor cu particule laser Plantower PMS5003 include o comparație cu Sensirion SPS30.
- Karl Koerner: Cum să deschideți și să curățați un senzor de aer PMS 5003
- Met One Instruments, Inc., BAM-1020 EPA TSA Training Video (YouTube) – arată ce este în interior și cum funcționează.
- CITRIS Research Exchange: Sean Wihera (Clarity Movement) conversație (YouTube) – discuție care include detalii despre senzorul Node-S care utilizează Sensirion SPS30.
Legislație și organizații implicate în calitatea aerului
- Reglementările privind standardele de calitate a aerului din 2010 (Marea Britanie)
- Ghidurile Organizației Mondiale a Sănătății (OMS) privind poluarea aerului
- British Lung Foundation – Calitatea aerului (PM2.5 și NO2)
Cercetare
- Colegiul Imperial din Londra: Continuul poluării aerului în interior și în aer liber (YouTube)
- Copii de școală primară care strâng date despre calitatea aerului folosind rucsacuri în Londra în 2019:
  - Dyson: Urmărește poluarea în școală. Breathe London (YouTube)
  - King's College London: Grupul de cercetare de mediu: Studiul Breathe London Wearables
- Jurnalul atmosferei: Poluarea aerului din interior de la sobele rezidențiale: examinarea inundațiilor de particule în particule în case în timpul utilizării în lumea reală
Știri și bloguri
- The Economist: Cerul de la miezul nopții – încălzirea casei de cărbune din Polonia creează o poluare pe scară largă (ianuarie 2021)
- US NPR: Adăpostirea în interior ar putea să nu vă protejeze de pericolele fumului sălbatic?
- Reuters: Petrecerea s-a terminat: Diwali pleacă din Delhi șuierând într-un aer periculos de nesănătos
- Blog Pimoroni: Cea mai poluată noapte a anului (în Marea Britanie)
- Mișcarea clarității: Fumul de foc sălbatic, sănătatea publică și justiția mediului: mai bine
- Luarea deciziilor cu monitorizarea aerului (YouTube) – prezentare și discuție despre calitatea aerului din vestul SUA, în special în jurul anului 2020, fumul de incendiu sălbatic.
- Guardian: Aerul murdar afectează 97% din casele din Marea Britanie, arată datele

Monitorizarea particulelor și depozitarea datelor
- Țările de Jos Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (Institutul Național pentru Sănătate Publică și Mediu): Vuurwerkexperiment (Experiment cu artificii) 2018-2019
- Google: Stradă cu stradă: Cum cartografiem calitatea aerului în Europa – strada view mașinile colectează date privind particulele și gazele poluante.London Air Quality Network
- Breathe London – o rețea care completează Rețeaua de calitate a aerului din Londra cu „un senzor de calitate a aerului disponibil, ușor de instalat și de întreținut pentru oricine”, care utilizează în prezent Clarity Movement Node-S.
- Monitorizarea particulelor în suspensie de la Ambasada SUA la Beijing (Twitter)
- Indicele mondial al calității aerului – colectează date din multe surse diferite cu hartă views și date istorice.
- Sensor.Community (cunoscută anterior ca Luftdaten) – „facerea lumii un loc mai bun prin date de mediu deschise, conduse de comunitate”.

Biblioteci de software
- Erori software într-o bibliotecă de senzori de particule – adafruit_pm25 suferă de cel puțin una dintre problemele descrise care necesită gestionarea excepțiilor în jurul read() pentru serial (UART).
Cursuri
- HarvardX: Poluarea aerului cu particule în suspensie (YouTube) – videoclip de cinci minute de la cursul scurt EdX: Energy Within Environmental Constraints

Detectarea și alarmele critice pentru siguranță sunt cel mai bine lăsate la aparatele comerciale de la furnizori de renume.
https://www.youtube.com/watch?v=A5R8osNXGyo
Publicarea datelor senzorului de particule în particule pe Adafruit IO cu Maker Pi Pico și ESP-01S:

Documente/Resurse

instructables ESP-01S Publishing Particulate Matter Sensor [pdfGhid de utilizare
ESP-01S Publicare Senzor de particule, ESP-01S, Publicare Senzor de particule, Senzor de particule, Senzor de materie

Referințe

Manual de utilizare

Senzor de particule ESP-01S Publishing