instructables ESP-01S Publishing Korisnički priručnik senzora čestica

Objavljivanje podataka senzora čestica u Adafruit IO uz Maker Pi Pico i ESP-01S
od kevinjwalters
Ovaj članak pokazuje kako objaviti podatke sa tri jeftina senzora čestica u Adafruit IO IoT uslugu koristeći Cytron Maker Pi Pico koji pokreće program CircuitPython koji prenosi izlaze senzora preko Wi-Fi-ja s ESP-01S modulom koji pokreće AT rmware.
SZO identificira čestice PM2.5 kao jedan od najvećih ekoloških rizika po zdravlje s obzirom da 99% svjetske populacije živi na mjestima gdje nivoi smjernica za kvalitet zraka SZO nisu bili ispunjeni u 2019. Procjenjuje se da je 4.2 miliona preranih smrti uzrokovano ovim u 2016.
Tri senzora čestica prikazana u ovom članku su:

Plantower PMS5003 koristeći serijsku vezu;
Sensirion SPS30 koji koristi i2c;
Omron B5W LD0101 sa impulsnim izlazima.

Ovi optički senzori su slični onima koji se nalaze u jednom tipu kućnog alarma za dim, ali su mršavi u pokušaju da prebroje čestice različitih veličina, a ne samo da alarmiraju na graničnoj koncentraciji.
PMS5003 baziran na crvenom laseru je često korišteni hobi senzor i može se naći u PurpleAir PA-II senzoru kvalitete zraka. SPS30 je noviji senzor koji koristi isti princip i može se naći u Clarity Node-S senzoru kvaliteta zraka. Senzor B5W LD0101 baziran na infracrvenom LED-u ima primitivniji interfejs, ali je koristan zbog svoje sposobnosti da detektuje čestice veće od 2.5 mikrona – druga dva senzora ih ne mogu pouzdano meriti.
Adafruit IO nudi besplatni nivo s ograničenim brojem feedova i nadzornih ploča – ovo je dovoljno za ovaj projekat. Besplatni podaci se čuvaju 30 dana, ali se podaci lako mogu preuzeti.
Maker Pi Pico ploča u ovom članku je kaoample Cytron mi je ljubazno poslao da procenim. Jedina razlika u odnosu na proizvodnu verziju je dodavanje pasivnih komponenti za odbijanje tri dugmeta.
Modul ESP-01S će vjerovatno trebati nadogradnju AT rmware-a. Ovo je relativno složen proces i može biti dugotrajan. Cytron prodaje modul sa odgovarajućim AT rmware-om na njemu.
Omron B5W LD0101 senzor je nažalost ukinut od strane proizvođača sa posljednjim narudžbama u martu 2022.
Zalihe:

Cytron Maker Pi Pico – Digi-ključ | PiHut
ESP-01S – Cytron-ova ploča dolazi sa odgovarajućim ATrmware-om.
ESP-01 USB adapter/programator sa dugmetom za resetovanje – Cytron.
Breadboard.
Ženske i muške kratkospojne žice, minimalne dužine možda 20 cm (8 inča).

Plantower PMS5003 sa kablom i adapterom za matičnu ploču – Adafruit
ili Plantower PMS5003 + Pimoroni adapter za matičnu ploču – Pimoroni + Pimoroni
Sensirion SPS30 – Digi-ključ
- Sparkfun SPS30 JST-ZHR kabel na 5 muških pinova – Digi-ključ
- 2x 2.2k otpornici.
Omron B5W LD0101 – Mouser Российская Федерация
- Omron kabl opisan kao svežanj (2JCIE-HARNESS-05) – Mouser
- 5-pinski muški priključak (za prilagođavanje kabla na matičnu ploču).
- lemljenje – štipaljke u obliku krokodila (aligatora) mogu raditi kao alternativa lemljenju.
- 2x 4.7k otpornici.
- 3x 10k otpornici.
- 0.1uF kondenzator.
- Napajanje baterije za Omron B5W LD0101:
  - 4AA držač baterija za punjive NiMH baterije (bolji izbor).
  - ili 3AA držač za alkalne baterije.

USB napajanje može biti korisno ako želite pobjeći van od USB izvora napajanja.

Korak 1: USB programator za ažuriranje Flash na ESP-01S

Modul ESP-01S vjerovatno neće imati odgovarajući AT rmware osim ako nije iz Cytrona. Najlakši način da ga ažurirate je da koristite Windows desktop ili laptop sa USB adapterom koji omogućava upisivanje pepela i ima dugme za resetovanje.
Nažalost, vrlo uobičajeni adapter bez marke koji se često opisuje kao nešto poput „ESP-01 Programmer Adapter UART“ nema dugmad ili prekidače za upravljanje njima. Gornji video pokazuje kako se ovo može brzo vratiti
s nekim improviziranim prekidačima napravljenim od dvije muško-ženske kratkospojne žice presječene na dva dijela i zalemljene na pinove na donjoj strani ploče programatora. Alternativni pristup ovome pomoću matične ploče može se vidjeti u Hackadayu:
ESPhome na ESP-01 Windows Workflow.
https://www.youtube.com/watch?v=wXXXgaePZX8

Korak 2: Ažuriranje firmvera na ESP-01S koristeći Windows

Terminalni program kao što je PuTTY može se koristiti sa ESP-01 programatorom za provjeru verzije rmware-a. rmware čini da se ESP8266 ponaša pomalo kao modem sa komandama inspirisanim Hayesovim skupom komandi. Komanda AT+GMR AT+GMR prikazuje verziju rmware-a.
AT+GMR
AT verzija:1.1.0.0(11. maj 2016. 18:09:56)
SDK verzija:1.5.4(baaeaebb)
vrijeme sastavljanja: 20. maj 2016. 15:08:19
Cytron ima vodič koji opisuje kako primijeniti ažuriranje rmware-a pomoću Espressif Flash alata za preuzimanje (samo za Windows) na GitHub-u: CytronTechnologies/esp-at-binaries. Cytron također obezbjeđuje kopiju binarnog rmware-a, Cytron_ESP-01S_AT_Firmware_V2.2.0.bin.
Nakon uspješne nadogradnje novi rmware će biti prijavljen kao verzija 2.2.0.0
AT+GMR
AT verzija:2.2.0.0(b097cdf – ESP8266 – 17. jun 2021. 12:57:45)
SDK verzija:v3.4-22-g967752e2
vrijeme kompajliranja (6800286): 4. kolovoza 2021. 17:20:05
Bin verzija:2.2.0(Cytron_ESP-01S)
Program komandne linije pod nazivom esptool dostupan je kao alternativa za programiranje ESP-8266S baziranog na ESP01 i može se koristiti na Linux ili macOS.
rmware na ESP-01S može se testirati na Maker Pi Pico koristeći Cytron's simpletest.py. Ovo šalje ICMP ping poznatom servisu na Internetu svakih 10 sekundi i prikazuje povratno vrijeme (rtt) u milisekundama. Za ovo je potreban secrets.py file sa Wi-Fi SSID-om (ime) i lozinkom – to je opisano kasnije u ovom članku.
DOBROTHE BAD

Korak 3: Povezivanje senzora

Za povezivanje tri senzora i za praćenje zapremine korištena je matična ploča upola veličinetage od četiri punjive NiMH baterije. Fotografija visoke rezolucije je uključena u kompletnu postavku iznad, a sljedeći koraci opisuju kako se svaki senzor može povezati.
Šine za napajanje na matičnoj ploči se napajaju iz Pi Pico sa

VBUS (5V) i GND na strujne šine na lijevoj strani i
3V3 i GND na desnu stranu.

Šine za napajanje su označene obližnjom crvenom linijom za pozitivnu šinu i plavom za negativnu (ili uzemljenu) šinu. Na matičnoj ploči pune veličine (830 rupa) oni mogu imati gornji set šina koje nisu povezane s donjim skupom šina.
Baterije se koriste samo za napajanje Omron B5W LD0101 kojem je potrebna stalna zapreminatage. USB napajanje iz računara je često bučno što ga čini neprikladnim.

Korak 4: Povezivanje Plantower PMS5003

Plantower PMS5003 zahtijeva napajanje od 5V, ali njegov serijski “TTL stil” interfejs je siguran od 3.3V. Veze iz
PMS5003 preko ploče za razbijanje na Pi Pico su:

VCC do 5V (crveno) preko reda 6 do 5V šine;

GND u GND (crno) preko reda 5 do GND;
SET na EN (plavo) preko reda 1 do GP2;
RX na RX (bijeli) preko reda 3 do GP5;
TX do TX (siva) preko reda 4 do GP4;
RESET na RESET (ljubičasta) preko reda 2 do GP3;
NC (nije povezan);
NC.

Tehnički list uključuje upozorenje o metalnom kućištu.
Metalna školjka je spojena na GND tako da pazite da ne dođe do kratkog spoja [sic] s drugim dijelovima kola osim GND-a.
Komponenta se obično isporučuje s plavim plastičnim folijom na kućištu kako bi zaštitila površinu od ogrebotina, ali se na to ne treba oslanjati za električnu izolaciju.

Korak 5: Povezivanje Sensirion SPS30

Sensirion SPS30 zahtijeva napajanje od 5V, ali njegov i2c interfejs je siguran od 3.3V. Jedine dodatne komponente su dva 2.2k otpornika koji djeluju kao pull-up za i2c sabirnicu. Veze od SPS30 do Pi Pico-a su:

VDD (crveni) na 5V5V šinu;
SDA (bijela) do GP0 (siva) preko reda 11 sa 2.2k otpornikom na 3.3V šinu;
SCL (ljubičasta) do GP1 (ljubičasta) preko reda 10 sa 2.2k otpornikom na 3.3V šinu;

SEL (zeleno) u GND;
GND (crna) u GND.

Konektor na elektrodi može zahtijevati snažan pritisak da bi se pravilno umetnuo u SPS30.
SPS30 takođe podržava serijski interfejs koji Sensirion preporučuje u tehničkom listu.
Trebalo bi uzeti u obzir korištenje I2C interfejsa. I2C je prvobitno dizajniran za povezivanje dva čipa na PCB. Kada je senzor povezan na glavnu PCB preko kabla, posebna pažnja se mora obratiti na elektromagnetne smetnje i preslušavanje. Koristite što je moguće kraće (< 10 cm) i/ili dobro zaštićene priključne kablove.
Umjesto toga preporučujemo korištenje UART sučelja, kad god je to moguće: robusniji je protiv elektromagnetnih smetnji, posebno s dugim priključnim kablovima.
Tu je i upozorenje o metalnim dijelovima kućišta.
Imajte na umu da postoji unutrašnja električna veza između GND pina (5) i metalne zaštite. Održavajte ovu metalnu zaštitu električnom podlogom kako biste izbjegli bilo kakve neželjene struje kroz ovu unutrašnju vezu. Ako ovo nije opcija, potrebno je pravilno vanjsko izjednačavanje potencijala između GND pina i bilo kojeg potencijala spojenog na oklop. Bilo koja struja koja prolazi kroz vezu između GND i metalne zaštite može oštetiti proizvod i predstavljati sigurnosni rizik zbog pregrijavanja.

Korak 6: Povezivanje Omron B5W LD0101

Omron kabl nije predviđen za upotrebu sa matičnom pločom. Jedan od brzih načina da ga pretvorite u upotrebu je da odsiječete utičnicu, skinete žice i zalemite ih na dužinu od pet pinova muških iglica za glavu. Krokodilske (aligatorske) kopče mogu se koristiti kao alternativni pristup za izbjegavanje lemljenja.
Omron B5W LD0101 zahtijeva stalno napajanje od 5V. Njegova dva izlaza su takođe na nivou od 5V što nije kompatibilno sa Pi Pico ulazima od 3.3V. Prisustvo otpornika na senzorskoj ploči olakšava spuštanje ove vrijednosti na sigurnu vrijednost dodavanjem otpornika od 4.7k uzemljenju po izlazu. Ugrađeni otpornici su dokumentirani u tablici sa podacima što ovo čini razumnim pristupom.
Veze sa B5W LD0101 na Pi Pico su:

Vcc (crvena) do 5V (crvena) šina preko reda 25;
OUT1 (žuti) na GP10GP10 (žuti) preko reda 24 sa 4.7k otpornikom na GND;
GND (crna) u GND (crna) preko reda 23;
Vth (zeleno) do GP26GP26 (zeleno) preko reda 22 sa 0.1uF kondenzatorom na GND;

OUT2 (narandžasti) na GP11 (narandžasti) preko reda 21 sa 4.7k otpornikom na GND.

The GP12 (zeleno) iz Pi Pico-a povezuje se sa redom 17, a otpornik od 10k povezuje red 17 sa redom 22.
Tehnički list opisuje zahtjeve za napajanje na sljedeći način:
Minimalno 4.5V, tipično 5.0V, maksimalno 5.5V, talasna voltažatagPreporučuje se opseg od 30mV ili manje. Uvjerite se da nema šuma ispod 300Hz. Con
rm dozvoljeni voltage vrijednost koristeći stvarnu mašinu.
Tri alkalne ili četiri punjive (NiMH) baterije su najlakši način da osigurate stabilan, stabilan volumentage od oko 5V na senzor. USB napajanje će vjerovatno biti loš izbor jer je voltage je obično iz litijumske baterije koja koristi buck-boost konvertor koji ga čini bučnim.
B5W LD0101 koristi konvekciju za protok vazduha i mora biti postavljen uspravno da bi ispravno radio. Promjena ponude voltage će vjerovatno utjecati na temperaturu grijača i pridruženog protoka zraka. Temperatura okoline također mora imati utjecaja.

Korak 7: Nadgledanje baterije pomoću razdjelnika potencijala

Vol. baterijetage premašuje nivo od 3.3 V na ulazima Pi Pico RP2040 procesora. Jednostavan razdjelnik potencijala može smanjiti ovaj obimtage biti unutar tog raspona. Ovo omogućava RP2040 da mjeri nivo baterije na analognom (GP26 do GP28) ulazu.
Par 10k otpornika je korišten iznad da se prepolovi voltage. Uobičajeno je vidjeti veće vrijednosti koje se koriste kao 100k da bi se smanjila izgubljena struja. Veze su:

B5W LD0101 Vcc (crveni) kratkospojnik za red 29 lijevo;

10k otpornik u redu 29 između lijeve i desne strane u redu 29;
Smeđa kratkospojna žica za Pi Pico GP27;
10k otpornik sa desne strane reda 29 do obližnje GND šine.

GP28 na Maker Pi Pico-u se može koristiti kao analogni ulaz, ali budući da je također povezan s RGB pikselom, to može imati vrlo mali utjecaj na vrijednost, a može čak i osvijetliti ili promijeniti ako ulaz izgleda kao WS2812 protokol!

Korak 8: Instaliranje CircuitPython i programa za objavljivanje podataka senzora

Ako niste upoznati sa CircuitPython-om, vrijedi prvo pročitati vodič Dobrodošli u CircuitPython.

Instalirajte sljedećih sedam biblioteka iz paketa verzije 7.x https://circuitpython.org/libraries u direktorij lib na CIRCUITPY pogonu:
1. adafruit_bus_device
2. adafruit_minimqtt
3. adafruit_io
4. adafruit_espatcontrol
5. adafruit_pm25
6. adafruit_requests.mpy
7. neopixel.mpy
Preuzmite ove dvije dodatne biblioteke u direktorij lib klikom na Sačuvaj vezu kao… na files unutar imenika ili na file:
1. adafruit_sps30 from https://github.com/kevinjwalters/Adafruit_CircuitPython_SPS30
2. b5wld0101.py from https://github.com/kevinjwalters/CircuitPython_B5WLD0101
Kreirajte secrets.py file (vidi prample ispod) i popunite vrijednosti.
Preuzmite program u CIRCUITPY klikom na Sačuvaj vezu kao… na pmsensors_adafruitio.py
Preimenujte ili izbrišite bilo koji postojeći code.py file na CIRCUITPY zatim preimenujte pmsensors_adafruitio.py u code.py Ovo file se pokreće kada se CircuitPython interpreter pokrene ili ponovo učita.

# Ova datoteka je mjesto gdje čuvate tajne postavke, lozinke i tokene!
# Ako ih stavite u kod, rizikujete da objavite te informacije ili ih podijelite
tajne = {
“ssid” : “INSERT-WIFI-NAME-OVDJE”,
“password” : “INSERT-WIFI-PASSWORD-OVDJE”,
“aio_username” : “INSERT-ADAFRUIT-IO-USERNAME-OVDJE”,
“aio_key” : “INSERT-ADAFRUIT-IO-APPLICATION-KEY-OVDJE”
# http://worldtimeapi.org/timezones
“vremenska zona” : “America/New_York”,
}
Verzije korištene za ovaj projekat su:
CircuitPython 7.0.0
CircuitPython bibliotečki paket adafruit-circuitpython-bundle-7.x-mpy-20211029.zip- ranije verzije iz septembra/oktobra ne smiju se koristiti kao adafruit_espatcontrol
biblioteka je bila pogrešna i pola radi na zbunjujući način.

Korak 9: Adafruit IO podešavanje

Adafruit ima mnogo vodiča za svoju Adafruit IO uslugu, a najrelevantniji su:
Dobrodošli u Adafruit IO
Adafruit IO Basics: Feeds
Adafruit IO Basics: Dashboards
Nakon što ste upoznati sa feedovima i nadzornim pločama, slijedite ove korake.

Kreirajte Adafruit nalog ako ga već nemate.
Napravite novu grupu pod nazivom mpp-pm pod Feeds
Napravite devet feedova u ovoj novoj grupi klikom na + New Feed dugme, nazivi su:
1. b5wld0101-raw-out1
2. b5wld0101-raw-out2
3. b5wld0101-vcc
4. b5wld0101-vth
5. temperatura procesora
6. pms5003-pm10-standard
7. pms5003-pm25-standard
8. sps30-pm10-standard
9. sps30-pm25-standard
Napravite kontrolnu tablu za ove vrijednosti, predloženi blokovi su:
1. Tri bloka linijskog grafikona, po jedan za svaki senzor sa dvije linije po grafikonu.
2. Three Gauge blokovi za dva voltages i temperaturu.

Korak 10: Provjera objavljivanja podataka

Stranica Monitor pod Pro file je korisno za provjeru da podaci pristižu u realnom vremenu gledanjem podataka uživo file odjeljak. Program pretvara RGB piksel u plavo na 2-3 sekunde kada pošalje podatke u Adafruit IO, a zatim se vraća u zeleno.
Čini se da temperatura iz RP2040 uvelike varira između različitih CPU-a i malo je vjerovatno da će odgovarati temperaturi okoline.
Ako ovo ne uspije, evo nekoliko stvari koje treba provjeriti.

Ako RGB piksel ostane ili ako Adafruit IO ne primi podatke, provjerite USB serijsku konzolu za izlaz/greške. Numerički izlaz za Mu na serijskoj konzoli će pokazati da li senzori rade s novim linijama koje se ispisuju svake 2-3 sekunde – pogledajte dolje za npr.ample output.
Odjeljak Live Errors na stranici Monitor vrijedi provjeriti da li se podaci šalju, ali se ne pojavljuju.

Varijabla za otklanjanje grešaka u programu može se podesiti od 0 do 5 za kontrolu količine informacija za otklanjanje grešaka. Viši nivoi onemogućuju ispis tuple za Mu.
Program simpletest.py je koristan način da se dokaže da je Wi-Fi veza uspostavljena i da konekcija na Internet radi za ICMP promet.
Uvjerite se da koristite najnoviju verziju biblioteke adafruit_espatcontrol.

Plave LED diode Maker Pi Pico na svakom GPIO-u su veoma korisne za dobijanje trenutne slikeview GPIO stanja. Svi povezani GPIO će biti uključeni sa izuzetkom:
- GP26 će biti isključen jer je izglađena voltage (oko 500mV) je prenizak;
- GP12 će biti prigušen jer je to ~ 15% PWM signala radnog ciklusa;
- GP5 će biti uključen, ali će treperiti dok se podaci šalju sa PMS5003;
- GP10 će biti isključen, ali će treperiti kada B5W LD0101 detektuje male čestice;
- GP11 će biti isključen, ali će povremeno treptati osim ako se ne nalazite na izuzetno zadimljenom mjestu.

Izlaz namijenjen ploteru u Muu će izgledati otprilike ovako u prostoriji:
(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)
Ili soba sa čistijim vazduhom:
(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 vrijednosti po redu su:

PMS5003 PM1.0 i PM2.5 (cijelobrojne vrijednosti);
SPS30 PM1.0 i PM2.5;
B5W LD0101 raw OUT1 i OUT2 broji.

Korak 11: Testiranje senzora iznutra sa Mu i Adafruit IO

Gornji video prikazuje senzore koji reaguju na udarce šibice kako bi zapalili mirisni štapić. Vršne vrijednosti PM2.5 iz PMS5003 i SPS30 su 51 i 21.5605, respektivno. B5W LD0101 ima nepokrivenu optiku i nažalost je pod utjecajem volframovog halogenog osvjetljenja korištenog za ovaj video. Postoji povišen nivo čestica u vazduhu iz prethodnog testa.
Ne zaboravite odspojiti bateriju kada nije u upotrebi, inače će grijač B5W LD0101 isprazniti baterije.
https://www.youtube.com/watch?v=lg5e6KOiMnA

Korak 12: Čvrsta materija napolju u noći Guya Fawkesa

Noć Guy Fawkesa povezuje se sa lomačama i vatrometom koji mogu doprinijeti povećanju zagađenja zraka na večer ili dvije. Gornji grafikoni pokazuju da su tri senzora postavljena vani nešto poslije 7 sati u petak, 5. novembra 2021. Nije bilo vatrometa u neposrednoj blizini, ali su se mogli čuti u daljini. Napomena: skala leta varira između tri grafikona.
Podaci o hrani pohranjeni u Adafruit IO pokazuju da senzori koji detektuju zrak već imaju blago povišen nivo PM2.5 na osnovu SPS30 brojeva:
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
Vrhunac je bio oko 46 ug po kubnom metru nešto prije 11 sata:
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
Postoje kratki skokovi na drugim mjestima u podacima kada su senzori bili vani. To bi moglo biti zbog dojava od:

ispušni plinovi centralnog grijanja,
ljudi koji puše u blizini i/ili
mirise/dimove od kuvanja.

Provjerite vrijeme prije nego što izloženu elektroniku iznesete van!

Korak 13: Čestice unutar kuvanja

Gornji grafikoni pokazuju kako senzori reaguju na slaninu i pečurke koje se prže u obližnjoj kuhinji sa osrednjom ekstrakcijom. Senzori su bili oko 5m (16ft) od ploče za kuhanje. Napomena: y skala varira između tri grafikona.
Podaci o hrani pohranjeni u Adafruit IO pokazuju senzore sa kratkim vršnim nivoom PM2.5 od oko 93 ug po kubnom metru na osnovu SPS30 brojeva:
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
Zagađivači će se veoma razlikovati od onih iz prerade. Ovo je zanimljiva bivšaampnekoliko različitih izvora čestica u zraku koji udišemo.

Korak 14: Javni senzori čestica

Podaci prikazani iznad su sa obližnjih javnih senzora.

Breathe London
- Clarity Movement Node-S
  - tbps
  - oss
  - rl
OpenAQ
- PurpleAir PA-II
  - sr
Londonska mreža kvaliteta zraka
- Referentni kvalitet (Met One 1020 KM i drugi)
  - FS
  - AS
  - TBR

Tbps i TBR senzori su skoro zajedno locirani i prikazani su zajedno kako bi pokazali korelaciju između uređaja baziranog na SPS30 i referentnog uređaja u blizini. Čini se da je SPS30 značajno nedovoljno čitan uveče 5. i 6. novembra kada je razumno pretpostaviti da je večernje povećanje posledica prepravki. To bi moglo biti zbog razlike u masi čestica jer senzori korišteni za ovaj članak mogu detektirati samo volumen i moraju pogoditi gustoću čestica kako bi proizveli vrijednosti u mikrogramima po kubnom metru.
Čini se da PMS5003 u PurpleAir PA-II značajno preočitava bilo koje povišene nivoe PM2.5 na osnovu ovog kratkog perioda. Ovo bi se moglo poklapati s rezultatima prikazanim na prethodnim stranicama ili bi mogli postojati drugi faktori koji uzrokuju ovo.
SPS30 i PMS5003 proizvode podatke za čestice veće od 2.5 mikrona, ali sljedeće stranice pokazuju zašto se s tim treba postupati s oprezom.

Korak 15: Poređenje senzora – veličina čestica

Gornji grafikoni su iz laboratorijske procjene selektivnosti veličine čestica optičkih niskocjenovnih senzora čestica od strane Finskog meteorološkog instituta. Tri senzora svake vrste testirana su s različitim veličinama čestica prikazanim na logaritamskoj x osi. Obojene linije označavaju izračunate vrijednosti specifičnih opsega veličine čestica na osnovu izlaza senzora, trake pokazuju distribuciju. Tri vrijednosti SPS30 iznad 1 mikrona se jako preklapaju što ih čini veoma teškim za razlikovanje.
Uobičajeni pokazatelji za čestice su PM2.5 i PM10. Dok se broj u nazivu odnosi na maksimalnu veličinu čestice, jedinice su izražene u mikrogramima po kubnom metru. Jeftini senzori mogu mjeriti samo prečnik čestica (volumen) i moraju napraviti neka nagađanja o gustoći da bi izračunali vjerovatne vrijednosti PM2.5 i PM10.
PMS5003 koristi vrijednost konstantne gustine, Sensirion opisuje svoj pristup gustini za SPS30 kao:
Većina jeftinih PM senzora na tržištu pretpostavljaju konstantnu gustinu mase u kalibraciji i izračunavaju koncentraciju mase množenjem detektovanog broja čestica sa ovom masenom gustinom. Ova pretpostavka funkcionira samo ako senzor mjeri jednu vrstu čestice (na primjer, duhanski dim), ali u stvarnosti pronalazimo mnogo različitih tipova čestica s mnogo različitih optičkih svojstava u svakodnevnom životu, od 'teške' kućne prašine do 'lakih' čestica izgaranja. . Sensirion-ovi vlasnički algoritmi koriste napredni pristup koji omogućava ispravnu procjenu masene koncentracije, bez obzira na tip čestice mjerene. Osim toga, takav pristup omogućava ispravnu procjenu veličine kanti.
PM metrika obuhvata sve čestice ispod parametra veličine, tj
PM1 + masa svih čestica između 1.0 i 2.5 mikrona = PM2.5,
PM2.5 + masa svih čestica između 2.5 i 10 mikrona = PM10.
PMS5003 i SPS30 ne mogu otkriti čestice u ovom laboratorijskom testu veće od 2-3 mikrona. Moguće je da mogu otkriti druge vrste čestica iznad ove veličine.
B5W LD0101 izgleda vjerodostojno iz ovog laboratorijskog testa za mjerenje PM10.

Korak 16: Poređenje senzora – dizajn

Omron grijač (otpornik od 100 ohma +/- 2%!) može se vidjeti ako je senzor okrenut naopako. Dizajn je detaljno razmotren u Omron-u: Razvoj senzora kvaliteta zraka za pročistač zraka. Upotreba konvekcije izgleda grubo, ali može biti rješenje veće pouzdanosti u usporedbi s mehaničkom komponentom kao što je ventilator koji ima ograničen vijek trajanja i vijek trajanja koji se može smanjiti radom u prašnjavom okruženju. Čini se da je ventilator SPS30 dizajniran tako da se može lako zamijeniti bez otvaranja kućišta. Ostali Plantower modeli imaju istu dizajnersku karakteristiku.
Sva tri senzora će biti sklona efektima visoke relativne vlažnosti koja nažalost pogrešno povećava PM vrijednosti.
Sertifikovani senzori referentnog kvaliteta (UK DEFRA lista) koji prate čestice ne koriste optički pristup za merenje. Met One BAM 1020 radi

odvajanje i odbacivanje čestica većih od granice veličine iz zraka sample,
zagrijavanje zraka za kontrolu/smanjenje relativne vlažnosti,
odlaganje čestica na novi dio neprekidne trake i
zatim mjerenje slabljenja izvora beta zračenja akumuliranim česticama na traci kako bi se izračunala dobra procjena ukupne mase čestica.

Još jedna uobičajena tehnika je oscilirajuća mikrovaga sa konusnim elementom (TEOM) koja odlaže čestice na zamjenjivi lter na slobodnom kraju konusne cijevi koja je fiksirana na drugom kraju. Precizno mjerenje frekvencije oscilacije prirodno-rezonantne cijevi omogućava da se dodatna sićušna masa čestica izračuna iz male varijacije frekvencije. Ovaj pristup je pogodan za kreiranje viših PM vrijednosti.

Korak 17: Idemo dalje

Nakon što postavite svoje senzore i objavite podatke u Adafruit IO, evo još nekih ideja koje treba istražiti:

Testirajte svaku prostoriju u vašem domu tokom vremena beležeći aktivnost i ventilaciju. Testirajte svoj dom kada kuvate. Testirajte roštilj.

Koristite tri dugmeta na Maker Pi Pico. Oni su povezani na GP20, GP21 i GP22 koji su namjerno ostavljeni neiskorišteni kako bi se omogućilo korištenje dugmadi.
Ako živite u blizini javne stanice za praćenje kvaliteta zraka, usporedite svoje podatke s njom.
Dodajte displej za posećenu upotrebu koji prikazuje vrednosti senzora. SSD1306 je mali, naruciv i lak za dodavanje/upotrebu u CircuitPython-u. Pogledajte Upute: Senzor vlage u tlu

Uz Maker Pi Pico za bivšegample njegove upotrebe.
Istražite MQTT biblioteku da vidite da li se svi podaci senzora mogu poslati u jednoj seriji. Ovo bi trebalo biti efikasnije.
Integrirajte se na neki način sa samostalnim IKEA Vindriktning senzorom kvalitete zraka.
- Soren Beye-ovo MQTT povezivanje za Ikea VINDRIKTNING pokazuje kako dodati ESP8266 senzoru i identifikuje senzor čestica (prašine) kao „kockasti PM1006“.
- Napredni projekat bi bio da se zameni glavna štampana ploča sa ESP32-S2 baziranom pločom sa dodatnim digitalnim senzorima okoline kako bi se stvorio uređaj baziran na CircuitPython-u koji podržava Wi-Fi.
- O ovom uređaju se raspravlja na forumu Home Assistant: IKEA Vindriktning senzor kvalitete zraka.
- LaskaKit proizvodi zamjensku PCB baziranu na ESP32 za senzor kako bi se omogućila laka upotreba sa ESPHomeom.
Proučite efekte variranja količine ponudetage unutar dozvoljenih opsega za senzore. Ovo može promijeniti brzinu ventilatora ili temperaturu grijača što utiče na rezultate.
Napravite kućište otporno na vremenske prilike i divlje životinje s pažljivim dizajnom za ulaz, izlaz i protok zraka pored senzora. Kišobran zalijepljen za ogradu korišten je za zaštitu otvorene, izložene elektronike za prikupljanje podataka tokom vikenda za ovaj članak.

Povezani projekti:

Costas Vav: Prijenosni senzor kvalitete zraka
Pimoroni: stanica za kvalitet vanjskog zraka s Enviro+ i Luftdaten
Uputstva: Upotreba Pimoroni Enviro+ FeatherWing sa Adafruit Feather NRF52840 Express –
Enviro+ FeatherWing uključuje konektor za PMS5003. SPS30 se može koristiti sa i2c pinovima i ima otprilike dovoljno pinova da se koristi i B5W LD0101.

nRF52840 ne podržava Wi-Fi tako da se ne može koristiti samostalno za objavljivanje podataka preko Interneta.
Adafruit Learn: 3D printano kućište senzora kvalitete zraka . – koristi Adafruit Feather M4 sa Airlift FeatherWingom na bazi ESP32 i PMS5003.
Adafruit Learn: Quickstart IoT – Raspberry Pi Pico RP2040 s WiFi-om – koristi Adafruit AirLift ploču za razbijanje zasnovanu na ESP32.

GitHub: CytronTechnologies/MAKER-PI-PICO Example Code/CircuitPython/IoT – prample kod za Adafruit IO, Blynk i Thinkspeak.
Cytron: Nadgledanje zraka pomoću mobilnog telefona – koristi Arduino štit baziran na ESP8266 za slanje podataka sa
Honeywell HPM32322550 senzor čestica za Blynk, nije potreban (pametni) telefon.

Srednji senzori, skuplji, ali sa boljom sposobnošću detekcije većih veličina čestica:

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

Dalje čitanje:

Senzori
- Finski meteorološki institut: Laboratorijska procjena selektivnosti veličine čestica optičkih jeftinih senzora čestica (maj 2020.)
- Gough Lui: Review, Rastavljanje: Plantower PMS5003 laserski senzor za praćenje čestica uključuje poređenje sa Sensirion SPS30.
- Karl Koerner: Kako otvoriti i očistiti senzor zraka PMS 5003
- Met One Instruments, Inc., BAM-1020 EPA TSA trening video (YouTube) – pokazuje šta je unutra i kako radi.
- CITRIS Research Exchange: Sean Wihera (Clarity Movement) razgovor (YouTube) – razgovor uključujući detalje o Node-S senzoru koji koristi Sensirion SPS30.
Zakonodavstvo i organizacije koje se bave kvalitetom vazduha
- Propisi o standardima kvaliteta zraka 2010. (UK)
- Smjernice Svjetske zdravstvene organizacije (WHO) o zagađenju zraka
- Britanska fondacija za pluća – Kvalitet zraka (PM2.5 i NO2)
Istraživanja
- Imperial College London: Kontinuum zagađenja zraka u zatvorenom i na otvorenom (YouTube)
- Djeca osnovnih škola prikupljaju podatke o kvaliteti zraka koristeći ruksake u Londonu 2019.:
  - Dyson: Praćenje zagađenja na školskoj vožnji. Breathe London (YouTube)
  - King's College London: Grupa za istraživanje životne sredine: Studija Breathe London Wearables
- Atmosphere Journal: Zagađenje zraka u zatvorenom prostoru iz stambenih peći: Ispitivanje izlivanja čestica u domove tokom stvarne upotrebe
Vijesti i blogovi
- The Economist: Ponoćno nebo – grijanje doma na ugalj u Poljskoj stvara široko rasprostranjeno zagađenje (januar 2021.)
- US NPR: Sklonište iznutra vas možda neće zaštititi od opasnosti divljeg dima?
- Reuters: Zabava je gotova: Divali napušta Delhi šištajući na opasno nezdravom zraku
- Pimoroni blog: Najzagađenija noć u godini (u UK)
- Pokret jasnoće: dim divlje vatre, javno zdravlje i ekološka pravda: bolje
- Donošenje odluka uz praćenje zraka (YouTube) – prezentacija i diskusija o kvaliteti zraka zapadne SAD, posebno oko dima divljih požara 2020.
- Guardian: Prljavi zrak pogađa 97% domova u Velikoj Britaniji, pokazuju podaci

Praćenje čestica i skladištenje podataka
- Holandija Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (Nacionalni institut za javno zdravlje i životnu sredinu): Vuurwerkexperiment (Eksperiment vatrometa) 2018.-2019.
- Google: Ulica po ulica: Kako mapiramo kvalitet vazduha u Evropi – ulica view automobili prikupljaju podatke o česticama i zagađujućim plinovima.London Air Quality Network
- Breathe London – mreža koja nadopunjuje Londonsku mrežu za kvalitet zraka sa „smjernim senzorima kvalitete zraka koji se lako instaliraju i održavaju svima“, koji trenutno koristi Clarity Movement Node-S.
- Američka ambasada u Pekingu praćenje čestica (Twitter)
- Svjetski indeks kvalitete zraka – prikuplja podatke iz više različitih izvora s kartom views i istorijskih podataka.
- Sensor.Community (ranije poznat kao Luftdaten) – „učiniti svijet boljim mjestom kroz otvorene podatke o okolišu vođene zajednicom“.

Softverske biblioteke
- Softverske greške u biblioteci senzora čestica – adafruit_pm25 pati od najmanje jednog od opisanih problema koji zahtijeva rukovanje izuzetkom oko read() za serijski (UART).
Kursevi
- HarvardX: Zagađenje zraka česticama (YouTube) – petominutni video iz kratkog kursa EdX: Energija unutar ekoloških ograničenja

Sigurnosno kritično otkrivanje i alarme najbolje je prepustiti komercijalnim uređajima renomiranih dobavljača.
https://www.youtube.com/watch?v=A5R8osNXGyo
Objavljivanje podataka senzora čestica u Adafruit IO uz Maker Pi Pico i ESP-01S:

Dokumenti / Resursi

instructables ESP-01S Publishing Particulate Matter Sensor [pdf] Korisnički priručnik
ESP-01S Publishing Senzor čestica, ESP-01S, Izdavački senzor čestica, Senzor čestica, Senzor materije

Reference

Uputstvo za upotrebu

ESP-01S Publishing Particulate Matter Sensor