instructables ESP-01S Publishing Uporabniški priročnik za senzor trdnih delcev

Objava podatkov senzorja trdnih delcev v Adafruit IO z Maker Pi Pico in ESP-01S
avtor kevinjwalters
Ta članek prikazuje, kako objaviti podatke iz treh nizkocenovnih senzorjev trdnih delcev v storitvi Adafruit IO IoT z uporabo Cytron Maker Pi Pico, ki izvaja program CircuitPython, ki prenaša izhode senzorjev prek Wi-Fi z modulom ESP-01S, ki izvaja AT rmware.
Svetovna zdravstvena organizacija ugotavlja, da so trdni delci PM2.5 eno največjih okoljskih tveganj za zdravje, saj 99 % svetovnega prebivalstva živi v krajih, kjer leta 2019 niso bile izpolnjene ravni smernic WHO za kakovost zraka. Ocenjuje, da je to povzročilo 4.2 milijona prezgodnjih smrti leta 2016.
Trije senzorji trdnih delcev, prikazani v tem članku, so:

Plantower PMS5003 z uporabo serijske povezave;
Sensirion SPS30 z uporabo i2c;
Omron B5W LD0101 z impulznimi izhodi.

Ti optični senzorji so podobni tistim, ki jih najdemo v eni vrsti domačih javljalnikov dima, vendar ne uspejo prešteti delcev različnih velikosti, namesto da bi sprožili samo alarm pri mejni koncentraciji.
Rdeči laserski PMS5003 je pogosto uporabljen senzor za hobiste in ga je mogoče najti v senzorju kakovosti zraka PurpleAir PA-II. SPS30 je novejši senzor, ki uporablja isti princip in ga je mogoče najti v senzorju kakovosti zraka Clarity Node-S. Infrardeči LED senzor B5W LD0101 ima bolj primitiven vmesnik, vendar je uporaben zaradi svoje sposobnosti zaznavanja delcev, večjih od 2.5 mikrona – druga dva senzorja teh ne moreta zanesljivo izmeriti.
Adafruit IO ponuja brezplačno raven z omejenim številom virov in nadzornih plošč – ti zadostujejo za ta projekt. Podatki brezplačne stopnje se hranijo 30 dni, vendar jih je mogoče enostavno prenesti.
Plošča Maker Pi Pico v tem članku je kotample Cytron mi je prijazno poslal v oceno. Edina razlika v proizvodni različici je dodatek pasivnih komponent za odbijanje treh gumbov.
Modul ESP-01S bo verjetno potreboval nadgradnjo AT rmware. To je razmeroma zapleten, dolgotrajen postopek in lahko vzame veliko časa. Cytron prodaja modul z ustrezno programsko opremo AT.
Senzor Omron B5W LD0101 je proizvajalec žal ukinil z zadnjimi naročili marca 2022.
Zaloge:

Cytron Maker Pi Pico – Digi-ključ | PiHut
ESP-01S – Cytronova plošča ima ustrezno programsko opremo ATrmware.
ESP-01 USB adapter/programator z gumbom za ponastavitev – Cytron.
Breadboard.
Premostitvene žice iz ženske na moško, najmanj 20 cm (8 palcev) dolžine.

Plantower PMS5003 s kablom in adapterjem za matično ploščo – Adafruit
ali Plantower PMS5003 + adapter za mizo Pimoroni – Pimoroni + Pimoroni
Sensirion SPS30 – Digi-ključ
- Sparkfun SPS30 JST-ZHR kabel na 5 moških pinov – Digi-ključ
- 2x 2.2k upora.
Omron B5W LD0101 – Mouser
- Kabel Omron, opisan kot snop (2JCIE-HARNESS-05) – Mouser
- 5-polni moški priključek (za prilagoditev kabla na ploščo).
- spajkanje – krokodilske (aligatorske) sponke bi lahko delovale kot alternativa spajkanju.
- 2x 4.7k upora.
- 3x 10k upora.
- 0.1uF kondenzator.
- Napajanje baterije za Omron B5W LD0101:
  - Baterijski nosilec 4AA za polnilne NiMH baterije (boljša izbira).
  - ali držalo za baterije 3AA za alkalne baterije.

Napajalnik USB je lahko koristen, če želite teči zunaj, stran od vira napajanja USB.

1. korak: USB programator za posodobitev Flasha na ESP-01S

Modul ESP-01S verjetno ne bo opremljen z ustrezno programsko opremo AT rmware, razen če je iz Cytrona. Najlažji način za posodobitev je uporaba namiznega ali prenosnega računalnika Windows z adapterjem USB, ki omogoča pisanje in ima gumb za ponastavitev.
Na žalost zelo pogost adapter brez blagovne znamke, ki ga pogosto opisujejo kot "ESP-01 programatorski adapter UART", nima gumbov ali stikal za njihov nadzor. Zgornji video prikazuje, kako je to mogoče hitro ponoviti
z nekaj improviziranimi stikali, izdelanimi iz dveh premostitvenih žic moškega in ženskega, prerezanih na dvoje in prispajkanih na nožice na spodnji strani programske plošče. Alternativni pristop k temu z uporabo mize lahko vidite v Hackadayu:
ESPHome na ESP-01 Windows Workflow.
https://www.youtube.com/watch?v=wXXXgaePZX8

2. korak: Posodabljanje vdelane programske opreme na ESP-01S v sistemu Windows

Terminalni program, kot je PuTTY, lahko uporabite s programatorjem ESP-01 za preverjanje različice rmware. Rmware poskrbi, da ESP8266 deluje kot modem z ukazi, ki jih je navdihnil nabor ukazov Hayes. Ukaz AT+GMR AT+GMR prikazuje različico rmware.
AT+GMR
Različica AT: 1.1.0.0 (11. maj 2016 18:09:56)
Različica SDK: 1.5.4 (baaeaebb)
čas sestavljanja: 20. maj 2016 15:08:19
Cytron ima vodnik, ki opisuje, kako uporabiti posodobitev rmware z orodjem za prenos Espressif Flash (samo Windows) na GitHub: CytronTechnologies/esp-at-binaries. Cytron nudi tudi kopijo binarne datoteke rmware, Cytron_ESP-01S_AT_Firmware_V2.2.0.bin.
Po uspešni nadgradnji bo nova rmware prijavljena kot različica 2.2.0.0
AT+GMR
Različica AT: 2.2.0.0 (b097cdf – ESP8266 – 17. junij 2021 12:57:45)
Različica SDK: v3.4-22-g967752e2
čas prevajanja (6800286): 4. avgust 2021 17:20:05
Različica koša: 2.2.0 (Cytron_ESP-01S)
Program ukazne vrstice, imenovan esptool, je na voljo kot alternativa za programiranje ESP-8266S na osnovi ESP01 in se lahko uporablja v sistemih Linux ali macOS.
Rmware na ESP-01S je mogoče preizkusiti na Maker Pi Pico z uporabo Cytronovega simpletest.py. Ta vsakih 10 sekund pošlje ping ICMP znani storitvi na internetu in prikaže povratni čas (rtt) v milisekundah. To potrebuje secrets.py file z Wi-Fi SSID (ime) in geslo – to je opisano kasneje v tem članku.
DOBROSLABO

3. korak: Priključitev senzorjev

Za povezavo treh senzorjev in spremljanje voltage iz štirih polnilnih baterij NiMH. Priložena je fotografija visoke ločljivosti celotne zgornje nastavitve, naslednji koraki pa opisujejo, kako je mogoče povezati vsak senzor.
Napajalna vodila na mizi se napajajo iz Pi Pico z

VBUS (5V) in GND na napajalna vodila na levi strani in
3V3 in GND na desno stran.

Napajalna vodila so označena z bližnjo rdečo črto za pozitivno vodilo in modro za negativno (ali ozemljitveno) vodilo. Na testni plošči polne velikosti (830 lukenj) imajo lahko zgornji niz vodil, ki niso povezani s spodnjim nizom vodil.
Baterije se uporabljajo samo za napajanje Omron B5W LD0101, ki potrebuje enakomerno glasnosttage. Napajanje USB iz računalnika je pogosto hrupno, zaradi česar je neprimerno.

4. korak: Priključite Plantower PMS5003

Plantower PMS5003 potrebuje napajanje 5 V, vendar je njegov serijski vmesnik v slogu TTL varen pri 3.3 V. Povezave iz
PMS5003 prek prelomne plošče na Pi Pico so:

VCC na 5V (rdeča) prek tračnice vrstice 6 na 5V;

GND na GND (črno) prek vrstice 5 na GND;
NASTAVITE na EN (modro) preko vrstice 1 do GP2;
RX do RX (belo) prek vrstice 3 do GP5;
TX do TX (sivo) prek vrstice 4 do GP4;
RESET do RESET (vijolično) prek vrstice 2 do GP3;
NC (ni povezan);
NC.

Podatkovni list vključuje opozorilo o kovinskem ohišju.
Kovinska lupina je povezana z GND, zato pazite, da ne pride do kratkega stika [sic] z drugimi deli vezja razen GND.
Komponenta je ponavadi dobavljena z modro plastično folijo na ohišju za zaščito površine pred praskami, vendar se na to ne smete zanašati glede električne izolacije.

5. korak: Priključite Sensirion SPS30

Sensirion SPS30 potrebuje napajanje 5 V, njegov vmesnik i2c pa je varen pri 3.3 V. Edina dodatna komponenta sta dva 2.2k upora, ki delujeta kot vlečenje za vodilo i2c. Povezave od SPS30 do Pi Pico so:

VDD (rdeča) na tirnico 5V5V;
SDA (bela) na GP0 (siva) prek vrstice 11 z 2.2k uporom na 3.3V tirnico;
SCL (vijolična) do GP1 (vijolična) preko vrstice 10 z 2.2 k uporom na 3.3 V tirnico;

SEL (zeleno) v GND;
GND (črna) v GND.

Za pravilno vstavitev v SPS30 bo morda treba močno pritisniti konektor na kablu.
SPS30 podpira tudi serijski vmesnik, ki ga Sensirion priporoča v podatkovnem listu.
O uporabi vmesnika I2C je treba razmisliti. I2C je bil prvotno zasnovan za povezavo dveh čipov na PCB. Ko je senzor priključen na glavno tiskano vezje prek kabla, je treba posebno pozornost nameniti elektromagnetnim motnjam in preslušavanju. Uporabljajte čim krajše (< 10 cm) in/ali dobro oklopljene priključne kable.
Namesto tega priporočamo uporabo vmesnika UART, kadar koli je to mogoče: bolj je odporen proti elektromagnetnim motnjam, zlasti pri dolgih povezovalnih kablih.
Obstaja tudi opozorilo o kovinskih delih ohišja.
Upoštevajte, da obstaja notranja električna povezava med zatičem GND (5) in kovinskim oklopom. Ta kovinski oklop naj bo električno napolnjen, da se izognete morebitnim nenamernim tokovom skozi to notranjo povezavo. Če to ni možnost, je obvezna ustrezna izenačitev zunanjega potenciala med zatičem GND in potencialom, povezanim z oklopom. Vsak tok skozi povezavo med GND in kovinskim oklopom lahko poškoduje izdelek in predstavlja varnostno tveganje zaradi pregrevanja.

6. korak: Priključite Omron B5W LD0101

Kabel Omron ni namenjen uporabi z mizico. Eden od hitrih načinov za pretvorbo v uporabo na plošči je, da odrežete vtičnico, odstranite žice in jih prispajkate na pet zatičev dolžine moških zatičev. Krokodilske (aligatorske) sponke bi lahko uporabili kot alternativni pristop, da bi se izognili spajkanju.
Omron B5W LD0101 zahteva stalno napajanje 5 V. Njegova dva izhoda sta tudi na ravni 5 V, kar ni združljivo s 3.3 V vhodi Pi Pica. Prisotnost uporov na senzorski plošči omogoča enostavno znižanje vrednosti na varno vrednost z dodajanjem upora 4.7 k ozemljitvi na izhod. Vgrajeni upori so dokumentirani v podatkovnem listu, zaradi česar je to razumen pristop.
Povezave od B5W LD0101 do Pi Pica so:

Vcc (rdeča) do 5V (rdeča) tirnica prek vrstice 25;
OUT1 (rumen) na GP10GP10 (rumen) prek vrstice 24 z uporom 4.7k na GND;
GND (črna) do GND (črna) prek vrstice 23;
Vth (zeleno) do GP26GP26 (zeleno) prek vrstice 22 s kondenzatorjem 0.1 uF do GND;

OUT2 (oranžen) do GP11 (oranžen) prek vrstice 21 z uporom 4.7 k na GND.

The GP12 (zeleno) iz Pi Pico se poveže z vrstico 17, upor 10 k pa poveže vrstico 17 z vrstico 22.
Podatkovni list opisuje zahteve za napajanje kot:
Najmanj 4.5 V, običajno 5.0 V, največ 5.5 V, valovitosttagPriporočeno je območje 30 mV ali manj. Prepričajte se, da ni hrupa pod 300 Hz. Con
rm dovoljeno voltagvrednost z uporabo dejanskega stroja.
Tri alkalne ali štiri polnilne (NiMH) baterije so najpreprostejši način za zagotavljanje enakomerne in stabilne volumnetage približno 5 V na senzor. Napajalnik USB bo verjetno slaba izbira, ker voltage je običajno iz litijeve baterije, ki uporablja ojačevalni pretvornik, zaradi česar je hrupna.
B5W LD0101 za pretok zraka uporablja konvekcijo in mora biti za pravilno delovanje postavljen pokonci. Sprememba ponudbe voltage bo verjetno vplival na temperaturo grelnika in povezan pretok zraka. Vplivati mora tudi temperatura okolja.

7. korak: Nadzor baterije z delilnikom potenciala

Baterija voltage presega raven 3.3 V vhodov procesorja RP2040 Pi Pico. Preprost potencialni delilnik lahko zmanjša to voltage biti v tem območju. To omogoča, da RP2040 meri nivo baterije na analognem vhodu (GP26 do GP28).
Zgoraj je bil uporabljen par 10k uporov za prepolovitev volumnatage. Običajno je videti, da se uporabljajo višje vrednosti, kot je 100k, da se zmanjša izgubljeni tok. Povezave so:

B5W LD0101 Vcc (rdeča) premostitvena žica na levi strani vrstice 29;

10k upor v vrstici 29 med levo in desno stranjo v vrstici 29;
Rjava premostitvena žica na Pi Pico GP27;
10k upor z desne strani vrstice 29 na bližnjo GND tirnico.

GP28 na napravi Maker Pi Pico se lahko uporablja kot analogni vhod, a ker je povezan tudi s slikovno piko RGB, ima lahko majhen učinek na vrednost in lahko celo zasveti ali se spremeni, če je vhod videti kot protokol WS2812!

8. korak: Namestitev CircuitPython in programa za objavo podatkov senzorjev

Če niste seznanjeni s CircuitPythonom, je vredno najprej prebrati vodnik Dobrodošli v CircuitPython.

Namestite naslednjih sedem knjižnic iz paketa različice 7.x iz https://circuitpython.org/libraries v imenik lib na pogonu CIRCUITPY:
1. adafruit_bus_device
2. adafruit_minimqtt
3. adafruit_io
4. adafruit_espatcontrol
5. adafruit_pm25
6. adafruit_requests.mpy
7. neopixel.mpy
Prenesite ti dve dodatni knjižnici v imenik lib, tako da kliknete povezavo Shrani kot… na files znotraj imenika ali na file:
1. adafruit_sps30 od https://github.com/kevinjwalters/Adafruit_CircuitPython_SPS30
2. b5wld0101.py od https://github.com/kevinjwalters/CircuitPython_B5WLD0101
Ustvarite secrets.py file (glej nprample spodaj) in vnesite vrednosti.
Prenesite program v CIRCUITPY s klikom na Shrani povezavo kot… na pmsensors_adafruitio.py
Preimenujte ali izbrišite katero koli obstoječo kodo.py file na CIRCUITPY nato preimenujte pmsensors_adafruitio.py v code.py To file se zažene, ko se tolmač CircuitPython zažene ali znova naloži.

# V tej datoteki shranjujete skrivne nastavitve, gesla in žetone!
# Če jih vstavite v kodo, tvegate, da boste te informacije objavili ali delili
skrivnosti = {
“ssid” : “INSERT-WIFI-NAME-HERE”,
“password” : “INSERT-WIFI-PASSWORD-HERE”,
“aio_username” : “INSERT-ADAFRUIT-IO-USERNAME-HERE”,
“aio_key” : “INSERT-ADAFRUIT-IO-APPLICATION-KEY-HERE”
# http://worldtimeapi.org/timezones
“timezone” : “Amerika/New_York”,
}
Za ta projekt so bile uporabljene naslednje različice:
CircuitPython 7.0.0
Sveženj knjižnice CircuitPython adafruit-circuitpython-bundle-7.x-mpy-20211029.zip- starejše različice iz septembra/oktobra se ne smejo uporabljati kot adafruit_espatcontrol
knjižnica je imela hrošče in polovica dela na zmeden način.

9. korak: Nastavitev IO Adafruit

Adafruit ima veliko vodnikov o svoji storitvi Adafruit IO, najbolj relevantni so:
Dobrodošli v Adafruit IO
Adafruit IO Basics: Viri
Adafruit IO Basics: nadzorne plošče
Ko se seznanite z viri in nadzornimi ploščami, sledite tem korakom.

Ustvarite Adafruit račun, če ga še nimate.
Ustvarite novo skupino z imenom mpp-pm pod viri
Ustvarite devet virov v tej novi skupini s klikom na gumb + Nov vir, imena so:
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
Naredite nadzorno ploščo za te vrednosti, predlagani bloki so:
1. Trije bloki črtnih grafikonov, po eden za vsak senzor z dvema črtama na grafikon.
2. Trije merilni bloki za dva voltages in temperaturo.

10. korak: Preverjanje objave podatkov

Stran Monitor pod Pro file je uporaben za preverjanje, ali podatki prispejo v realnem času z ogledom podatkov v živo file razdelek. Program obarva RGB slikovno piko modro za 2-3 sekunde, ko pošlje podatke v Adafruit IO, nato pa se vrne v zeleno.
Zdi se, da se temperatura RP2040 med različnimi procesorji močno razlikuje in je malo verjetno, da bi se ujemala s temperaturo okolja.
Če to ne deluje, preverite nekaj stvari.

Če piksel RGB ostane za ali če Adafruit IO ne prejme podatkov, preverite serijsko konzolo USB za izpis/napake. Številčni izhod za Mu na serijski konzoli bo pokazal, ali senzorji delujejo z novimi vrsticami, ki se natisnejo vsake 2-3 sekunde – glejte spodaj za npr.ample izhod.
V razdelku Live Errors na strani Monitor je vredno preveriti, ali se podatki pošiljajo, vendar se ne prikazujejo.

Spremenljivko za odpravljanje napak v programu je mogoče nastaviti od 0 do 5, da nadzirate količino informacij o odpravljanju napak. Višje ravni onemogočijo tiskanje tuple za Mu.
Program simpletest.py je uporaben način za dokaz, da je vzpostavljena povezava Wi-Fi in povezljivost z internetom deluje za promet ICMP.
Prepričajte se, da uporabljate najnovejšo različico knjižnice adafruit_espatcontrol.

Modre LED diode Maker Pi Pico na vsakem GPIO so zelo uporabne za takojšen pregledview stanja GPIO. Vsi povezani GPIO bodo vklopljeni z izjemo:
- GP26 bo izklopljen, ker je zglajena voltage (okoli 500 mV) je prenizek;
- GP12 bo zatemnjen, ker je ~ 15 % signal PWM delovnega cikla;
- GP5 bo vklopljen, vendar bo utripal, ko bodo podatki poslani iz PMS5003;
- GP10 bo ugasnil, vendar bo utripal, ko B5W LD0101 zazna majhne delce;
- GP11 bo izklopljen, vendar bo občasno utripal, razen če ste v zelo zakajenem prostoru.

Izpis, namenjen risalniku v Mu, bo v sobi izgledal nekako takole:
(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)
Ali soba s čistejšim zrakom:
(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)
Šest vrednosti na vrstico po vrstnem redu je:

PMS5003 PM1.0 in PM2.5 (celoštevilske vrednosti);
SPS30 PM1.0 in PM2.5;
B5W LD0101 neobdelana števila OUT1 in OUT2.

Korak 11: Testiranje notranjih senzorjev z Mu in Adafruit IO

Zgornji videoposnetek prikazuje senzorje, ki reagirajo na prižgano vžigalico, da prižgejo dišečo palčko. Najvišje vrednosti PM2.5 iz PMS5003 in SPS30 so 51 oziroma 21.5605. B5W LD0101 ima nepokrito optiko in nanjo žal vpliva volframova halogenska razsvetljava, uporabljena za ta video. V zraku je povišana raven delcev iz prejšnjega preizkusa.
Ne pozabite odklopiti baterije, ko je ne uporabljate, sicer bo grelec B5W LD0101 izpraznil baterije.
https://www.youtube.com/watch?v=lg5e6KOiMnA

12. korak: Trdni delci zunaj na noč Guya Fawkesa

Noč Guya Fawkesa je povezana s kresovi in ognjemeti, ki lahko prispevajo k povečanju onesnaženosti zraka za večer ali dva. Zgornji grafikoni prikazujejo tri senzorje, ki so bili postavljeni zunaj malo po 7. uri v petek, 5. novembra 2021. V neposredni bližini ni bilo ognjemeta, vendar ga je bilo mogoče slišati v daljavi. Opomba: lestvica letenja se razlikuje med tremi kartami.
Podatki o dovajanju, shranjeni v Adafruit IO, kažejo, da so senzorji, ki zaznavajo zrak, že imeli rahlo povišano raven PM2.5 na podlagi številk 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
Najvišja vrednost je bila okoli 46 ug na kubični meter malo pred 11. uro:
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
Drugje v podatkih so kratki skoki, ko so bili senzorji zunaj. To so lahko posledica vihanja iz:

izpušni plini centralnega ogrevanja na plin,
ljudi, ki kadijo v bližini in/ali
vonjav/hlapov pri kuhanju.

Preverite vreme, preden postavite izpostavljeno elektroniko ven!

13. korak: Delci v notranjosti s kuhanjem

Zgornji grafikoni prikazujejo, kako se senzorji odzovejo na slanino in gobe, ki se cvrejo v bližnji kuhinji s povprečno ekstrakcijo. Senzorji so bili približno 5 m (16 čevljev) od kuhalne plošče. Opomba: lestvica y se razlikuje med tremi grafikoni.
Podatki o krmi, shranjeni v Adafruit IO, prikazujejo senzorje s kratko najvišjo raven PM2.5 okoli 93 ug na kubični meter na podlagi številk 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
Onesnaževala se bodo zelo razlikovala od tistih iz predelav. To je zanimiv bivšiample različnih virov trdnih delcev v zraku, ki ga dihamo.

14. korak: Javni senzorji trdnih delcev

Zgornji grafični podatki so iz bližnjih javnih senzorjev.

Dihajte London
- Clarity Movement Node-S
  - tbps
  - oss
  - rl
OpenAQ
- PurpleAir PA-II
  - sr
Londonsko omrežje za kakovost zraka
- Referenčna kakovost (Met One BAM 1020 in drugi)
  - FS
  - AS
  - TBR

Senzorji tbps in TBR so skoraj na istem mestu in so prikazani skupaj, da prikažejo korelacijo med napravo, ki temelji na SPS30, in referenčno napravo v bližini. Zdi se, da SPS30 zvečer 5. in 6. novembra precej premalo bere, ko je razumno domnevati, da je večerno povečanje posledica predelav. To je lahko posledica razlike v masi delcev, saj lahko senzorji, uporabljeni za ta članek, zaznajo le prostornino in morajo uganiti gostoto delcev, da dobijo vrednosti v mikrogramih na kubični meter.
Zdi se, da PMS5003 v PurpleAir PA-II na podlagi tega kratkega obdobja precej previsoko odčitava vse povišane ravni PM2.5. To se lahko ujema z rezultati, prikazanimi na prejšnjih straneh, ali pa obstajajo drugi dejavniki v bližini, ki to povzročajo.
SPS30 in PMS5003 proizvajata podatke za delce, večje od 2.5 mikrona, vendar na naslednjih straneh je razvidno, zakaj je treba s tem ravnati previdno.

15. korak: Primerjava senzorjev – Velikost delcev

Zgornji grafi so iz laboratorijske ocene selektivnosti velikosti delcev optičnih nizkocenovnih senzorjev trdnih delcev, ki jo je izvedel Finski meteorološki inštitut. Testirani so bili trije senzorji vsake vrste z različnimi velikostmi delcev, prikazanimi na logaritemski x osi. Barvne črte označujejo izračunane vrednosti določenih pasov velikosti delcev na podlagi izhodov senzorjev, pasovi prikazujejo porazdelitev. Tri vrednosti SPS30 nad 1 mikronom se močno prekrivajo, zaradi česar jih je zelo težko razlikovati.
Skupni meritvi za delce sta PM2.5 in PM10. Medtem ko se številka v imenu nanaša na največjo velikost delca, so enote v mikrogramih na kubični meter. Poceni senzorji lahko merijo samo premer delcev (prostornino) in morajo nekaj ugibati o gostoti, da izračunajo verjetne vrednosti PM2.5 in PM10.
PMS5003 uporablja konstantno vrednost gostote, Sensirion opisuje svoj pristop k gostoti za SPS30 kot:
Večina poceni senzorjev za PM na trgu pri kalibraciji predpostavlja konstantno masno gostoto in izračuna masno koncentracijo tako, da pomnoži zaznano število delcev s to masno gostoto. Ta predpostavka deluje le, če senzor meri eno samo vrsto delcev (na primer tobačni dim), v resnici pa v vsakdanjem življenju najdemo veliko različnih vrst delcev z različnimi optičnimi lastnostmi, od 'težkega' hišnega prahu do 'lahkih' delcev, ki izgorevajo. . Lastniški algoritmi Sensirion uporabljajo napreden pristop, ki omogoča pravilno oceno masne koncentracije, ne glede na vrsto izmerjenega delca. Poleg tega takšen pristop omogoča pravilno oceno velikosti binov.
Meritve PM zajemajo vse delce pod parametrom velikosti, tj
PM1 + masa vseh delcev med 1.0 in 2.5 mikrona = PM2.5,
PM2.5 + masa vseh delcev med 2.5 in 10 mikroni = PM10.
PMS5003 in SPS30 v tem laboratorijskem testu ne moreta zaznati delcev, večjih od 2-3 mikronov. Možno je, da zaznajo druge vrste delcev nad to velikostjo.
B5W LD0101 je videti verodostojen glede na ta laboratorijski test za merjenje PM10.

16. korak: Primerjava senzorjev – načrtovanje

Grelec Omron (upor 100 ohmov +/- 2 %!) lahko vidite, če senzor obrnete na glavo. Zasnova je podrobno obravnavana v Omronu: Razvoj senzorja kakovosti zraka za čistilec zraka. Uporaba konvekcije se zdi groba, vendar je lahko rešitev z večjo zanesljivostjo v primerjavi z mehansko komponento, kot je ventilator, ki ima končno življenjsko dobo in življenjsko dobo, ki se lahko skrajša zaradi delovanja v prašnem okolju. Zdi se, da je ventilator SPS30 zasnovan tako, da ga je enostavno zamenjati brez odpiranja ohišja. Drugi modeli Plantower imajo enako zasnovo.
Vsi trije senzorji bodo nagnjeni k učinkom visoke relativne vlažnosti, ki na žalost pomotoma poveča vrednosti PM.
Certificirani senzorji referenčne kakovosti (seznam DEFRA Združenega kraljestva), ki spremljajo delce, za merjenje ne uporabljajo optičnega pristopa. Met One BAM 1020 deluje tako

ločevanje in odstranjevanje delcev, večjih od omejitve velikosti, iz zraka sample,
segrevanje zraka za nadzor/zmanjšanje relativne vlažnosti,
odlaganje delcev na nov del neprekinjenega bronastega traku in
nato merjenje oslabitve vira beta sevanja z nakopičenimi delci na traku za izračun dobre ocene skupne mase delcev.

Druga pogosta tehnika je nihajna mikrotehtnica s stožčastim elementom (TEOM), ki odlaga delce na zamenljivem filtru na prostem koncu stožčaste cevi, ki je pritrjena na drugem koncu. Natančna meritev frekvence nihanja naravno resonančne cevi omogoča izračun dodatne majhne mase delcev iz majhne spremembe frekvence. Ta pristop je primeren za ustvarjanje višjih vrednosti PM.

17. korak: naprej

Ko nastavite svoje senzorje in objavljate podatke v Adafruit IO, je tukaj nekaj drugih idej, ki jih lahko raziščete:

Sčasoma preizkusite vsako sobo v vašem domu in opazujte aktivnost in prezračevanje. Preizkusite svoj dom, ko kuhate. Preizkusite žar.

Uporabite tri gumbe na napravi Maker Pi Pico. Ti so povezani z GP20, GP21 in GP22, ki so bili namerno neuporabljeni, da bi omogočili uporabo gumbov.
Če živite v bližini javne postaje za spremljanje kakovosti zraka, primerjajte svoje podatke z njo.
Dodajte zaslon za nadzorovano uporabo, ki prikazuje vrednosti senzorjev. SSD1306 je majhen, naročljiv in enostaven za dodajanje/uporabo v CircuitPython. Glejte navodila: Zaznavanje vlage v tleh

Z Maker Pi Pico za bivšegaample njegove uporabe.
Raziščite knjižnico MQTT, da vidite, ali je mogoče vse podatke senzorjev poslati v enem paketu. To bi moralo biti bolj učinkovito.
Na nek način se integrirajte s samostojnim senzorjem kakovosti zraka IKEA Vindriktning.
- Povezljivost MQTT Sorena Beyeja za Ikea VINDRIKTNING prikazuje, kako senzorju dodati ESP8266, in identificira senzor trdnih delcev (prašu) kot "podoben kubičnemu PM1006".
- Napreden projekt bi bil zamenjava glavnega tiskanega vezja s ploščo na osnovi ESP32-S2 z dodatnimi digitalnimi okoljskimi senzorji, da bi ustvarili napravo, ki podpira Wi-Fi in temelji na CircuitPython.
- O tej napravi se razpravlja na forumu Home Assistant: Senzor kakovosti zraka IKEA Vindriktning.
- LaskaKit proizvaja nadomestno tiskano vezje na osnovi ESP32 za senzor, ki omogoča enostavno uporabo z ESPHome.
Preučite učinke spreminjanja voltage znotraj dovoljenih razponov za senzorje. To lahko spremeni hitrost ventilatorja ali temperaturo grelnika, kar vpliva na rezultate.
Zgradite ohišje, zaščiteno pred vremenskimi vplivi in divjimi živalmi, s skrbno zasnovo dovoda, izstopa in pretoka zraka mimo senzorjev. Za zaščito odprte, izpostavljene elektronike za zbiranje podatkov čez vikend za ta članek je bil uporabljen dežnik, prilepljen na ograjo.

Sorodni projekti:

Costas Vav: Prenosni senzor kakovosti zraka
Pimoroni: postaja za kakovost zraka na prostem z Enviro+ in Luftdaten
Instructables: Uporaba Pimoroni Enviro+ FeatherWing z Adafruit Feather NRF52840 Express –
Enviro+ FeatherWing vključuje priključek za PMS5003. SPS30 se lahko uporablja z zatiči i2c, zatičev pa je skoraj dovolj tudi za uporabo B5W LD0101.

nRF52840 ne podpira Wi-Fi, zato ga ni mogoče uporabiti samostojno za objavo podatkov prek interneta.
Adafruit Learn: 3D natisnjeno ohišje senzorja kakovosti zraka. – uporablja Adafruit Feather M4 z Airlift FeatherWing na osnovi ESP32 in PMS5003.
Adafruit Learn: Quickstart IoT – Raspberry Pi Pico RP2040 z WiFi – uporablja prelomno ploščo Adafruit AirLift, ki temelji na ESP32.

GitHub: CytronTechnologies/MAKER-PI-PICO Example Code/CircuitPython/IoT – nprampkodo za Adafruit IO, Blynk in Thinkspeak.
Cytron: spremljanje zraka z uporabo mobilnega telefona – uporablja ščit Arduino na osnovi ESP8266 za pošiljanje podatkov iz
Honeywell HPM32322550 senzor trdnih delcev na Blynk, (pametni) telefon ni potreben.

Vmesni senzorji, dražji, vendar z boljšo sposobnostjo zaznavanja večjih velikosti delcev:

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

Dodatno branje:

Senzorji
- Finski meteorološki inštitut: Laboratorijska ocena selektivnosti velikosti delcev optičnih nizkocenovnih senzorjev trdnih delcev (maj 2020)
- Gough Lui: Review, Teardown: Laserski senzor za merjenje delcev Plantower PMS5003 vključuje primerjavo s Sensirion SPS30.
- Karl Koerner: Kako odpreti in očistiti senzor zraka PMS 5003
- Met One Instruments, Inc., BAM-1020 EPA TSA Training Video (YouTube) – prikazuje, kaj je notri in kako deluje.
- Raziskovalna izmenjava CITRIS: govor Sean Wihera (Clarity Movement) (YouTube) – govor, vključno s podrobnostmi o senzorju Node-S, ki uporablja Sensirion SPS30.
Zakonodaja in organizacije, ki se ukvarjajo s kakovostjo zraka
- Predpisi o standardih kakovosti zraka 2010 (UK)
- Smernice Svetovne zdravstvene organizacije (WHO) o onesnaženosti zraka
- British Lung Foundation – Kakovost zraka (PM2.5 in NO2)
Raziskovanje
- Imperial College London: Kontinuum onesnaževanja zraka znotraj in na prostem (YouTube)
- Osnovnošolci zbirajo podatke o kakovosti zraka z nahrbtniki v Londonu leta 2019:
  - Dyson: Sledenje onesnaževanju med šolskim tekom. Breathe London (YouTube)
  - King's College London: Skupina za okoljske raziskave: študija o nosljivih izdelkih Breathe London
- Atmosphere Journal: Onesnaženost zraka v zaprtih prostorih zaradi stanovanjskih peči: preučevanje poplavljanja trdnih delcev v domove med uporabo v resničnem svetu
Novice in blogi
- The Economist: Polnočno nebo – poljsko premogovno ogrevanje doma povzroča obsežno onesnaženje (januar 2021)
- US NPR: Zavetje v notranjosti vas morda ne bo zaščitilo pred nevarnostmi divjega dima?
- Reuters: Zabave je konec: Diwali zapusti Delhi sopeč v nevarno nezdravem zraku
- Pimoroni Blog: Najbolj onesnažena noč v letu (v ZK)
- Gibanje jasnosti: dim divjega požara, javno zdravje in okoljska pravičnost: boljše
- Sprejemanje odločitev s spremljanjem zraka (YouTube) – predstavitev in razprava o kakovosti zraka v zahodnih ZDA, zlasti okoli dima divjih požarov leta 2020.
- Guardian: Umazan zrak prizadene 97 % domov v Veliki Britaniji, kažejo podatki

Monitoring delcev in shranjevanje podatkov
- Nizozemska Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (Nacionalni inštitut za javno zdravje in okolje): Vuurwerkexperiment (Poskus z ognjemeti) 2018-2019
- Google: Ulica za ulico: Kako načrtujemo kakovost zraka v Evropi – ulica view avtomobili zbirajo podatke o trdnih delcih in plinih, ki onesnažujejo.London Air Quality Network
- Breathe London – omrežje za dopolnitev londonskega omrežja za kakovost zraka s »senzorji kakovosti zraka, ki jih je mogoče naročiti, jih je enostavno namestiti in vzdrževati za vsakogar«, ki trenutno uporabljajo Clarity Movement Node-S.
- Veleposlaništvo ZDA v Pekingu spremljanje trdnih delcev (Twitter)
- Svetovni indeks kakovosti zraka – zbira podatke iz številnih različnih virov z zemljevidom views in zgodovinskih podatkov.
- Sensor.Community (prej znan kot Luftdaten) – »izboljšanje sveta z odprtimi okoljskimi podatki, ki jih vodi skupnost«.

Knjižnice programske opreme
- Programske napake v knjižnici senzorjev za trdne delce – adafruit_pm25 trpi zaradi vsaj ene od opisanih težav, ki zahtevajo obravnavo izjem okoli read() za serijsko (UART).
Tečaji
- HarvardX: Onesnaženost zraka s trdimi delci (YouTube) – petminutni video iz kratkega tečaja EdX: Energija znotraj okoljskih omejitev

Varnostno kritično zaznavanje in alarme je najbolje prepustiti komercialnim napravam uglednih dobaviteljev.
https://www.youtube.com/watch?v=A5R8osNXGyo
Objava podatkov senzorja trdnih delcev v Adafruit IO z Maker Pi Pico in ESP-01S:

Dokumenti / Viri

instructables ESP-01S Objavljanje senzorja trdnih delcev [pdf] Uporabniški priročnik
ESP-01S Publishing senzor trdnih delcev, ESP-01S, Publishing senzor trdnih delcev, senzor trdnih delcev, senzor snovi

Reference

Uporabniški priročnik

ESP-01S Publishing senzor trdnih delcev