เครื่องนับอนุภาคขนาดเล็กแบบพกพา PM1 PM2.5 PM10: 20 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

ทุกวันนี้มลพิษทางอากาศมีอยู่ทั่วไปทุกหนทุกแห่งและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเมืองของเรา เมืองใหญ่ตกเป็นเหยื่อตลอดทั้งปี โดยบางครั้งระดับมลพิษถึง (และบ่อยครั้งสำหรับบางระดับ) ซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ เด็กมีความไวต่อคุณภาพอากาศที่หายใจเป็นอย่างมาก อากาศเสียเหล่านี้นำไปสู่ปัญหาภูมิแพ้อื่นๆ อากาศภายนอกบ้านของเรามีมลพิษ แต่ยังรวมถึงในช่วงเวลาที่สำคัญที่สุด ภายในบ้านและรถยนต์ของเราด้วย ระดับคุณภาพอากาศมีอยู่ที่ไซต์ต่อไปนี้ ไซต์จีนนี้รวบรวมการวัดคุณภาพอากาศทั้งหมดของเซ็นเซอร์ของโหมดทั้งหมด ระดับคุณภาพอากาศจัดรูปแบบตามดัชนี AQI ซึ่งอาจแตกต่างกันเล็กน้อยในแต่ละประเทศ เอกสารนี้อธิบายวิธีการคำนวณดัชนีนี้ เอกสารอื่นนี้เป็นแนวทางในการทำความเข้าใจ

เพื่อที่จะทราบคุณภาพของอากาศที่เราหายใจ ไม่ว่าเราจะไปที่ไหนและในเวลาจริง ฉันกำลังสร้างเครื่องนับอนุภาคในบรรยากาศแบบพกพา (ซึ่งเราจะเรียกว่า CPA ในภายหลัง),สามารถใส่กระเป๋า. มันถูกสร้างขึ้นสำหรับ:

• ถือไว้ในกระเป๋า
• มีความเป็นอิสระที่ดีในการดำเนินงาน
• เข้าใจง่าย
• สามารถบันทึกการวัดบนพีซี
• ที่จะชาร์จไฟได้
• เพื่อให้สามารถเข้าถึงได้ด้วยโทรศัพท์ของคุณโดยไม่ต้องมีเครือข่ายท้องถิ่นของการสื่อสารไร้สาย
• สามารถควบคุมอุปกรณ์ฟอกอากาศได้หากมลพิษเกินเกณฑ์ที่กำหนด

ลักษณะเฉพาะ

• ขนาด: 65x57x23mm
• อนุภาคที่วัดได้: PM1, PM2.5 และ PM10
• อิสระ: ระหว่าง 3 ชั่วโมงถึงหลายสัปดาห์ขึ้นอยู่กับโหมดการทำงานที่เลือก
• แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 3v7 - 680 mAh
• อินเทอร์เฟซ Micro USB สำหรับชาร์จและถ่ายโอนข้อมูล
• หน่วยความจำ 2038 การวัด (680 ต่อประเภท PMxx)
• ระยะเวลาสุ่มตัวอย่าง: ต่อเนื่อง 5 นาที 15 นาที 30 นาที 1 ชั่วโมง
• เอาต์พุตคำสั่ง 3v3 ตามระดับมลพิษ
• อินเทอร์เฟซ LED หลากสีเพื่อให้เข้าใจง่าย
• ควบคุมอินเทอร์เฟซบนพีซี แท็บเล็ต โทรศัพท์ (Android, iOS) ผ่าน Wifi

ขั้นตอนที่ 1: ต้นแบบของ Box

ฉันเริ่มด้วยการคิดถึงรูปทรงที่จะให้กล่องได้ โดยได้รับแรงบันดาลใจจากการออกแบบวัตถุสมัยใหม่

นี่คือกล่องที่วาดไว้

ในที่สุด ฉันเลือกกรณีที่ง่ายที่สุดและเล็กที่สุด: ดูรูปหลักในคำแนะนำนี้

ขั้นตอนที่ 2: ต้นแบบการ์ด

ฉันมีการ์ดต้นแบบทั้งหมด 3 ใบ แต่มีเพียง 2 เท่านั้นที่มองเห็นได้ที่นี่

ต้นแบบทำให้สามารถพัฒนาพาวเวอร์ซัพพลาย 5V และ 3v3 ได้ สิ่งเหล่านี้พัฒนาได้ยากเพราะฉันต้องหาส่วนประกอบเพื่อให้ได้พลังงานที่จำเป็นในการสตาร์ทไมโครคอนโทรลเลอร์ WiFi (ESP8266 - 12) ส่วนการชาร์จแบบอิเล็กทรอนิกส์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทำงานได้เร็วกว่า หลังจากนั้น ฉันเปลี่ยนตำแหน่งของสวิตช์และขั้วต่อต่างๆ หลายครั้งเพื่อให้อุปกรณ์ถูกหลักสรีรศาสตร์

ขั้นตอนที่ 3: กล่อง

ไฟ LED มองเห็นได้ด้วยความโปร่งใสผ่านตัวเรือน ช่องอากาศเข้าทางด้านซ้ายของเคส ทางด้านขวาเราพบ:

• ปุ่มเลือกโหมดการแสดงผล
• สวิตช์เปิด/ปิด.
• สวิตช์เลือกสำหรับถ่ายโอนการวัดไปยังพีซี อนุญาตให้สลับระหว่างลิงก์อนุกรมระหว่าง ESP8266 กับเซ็นเซอร์อนุภาค หรือระหว่าง ESP8266 กับพอร์ต micro USB ข้อควรสนใจ หากตำแหน่งนี้ไม่อยู่ในตำแหน่งที่ดี การสื่อสารระหว่างการ์ดอิเล็กทรอนิกส์กับเซ็นเซอร์จะไม่ได้รับการยืนยันอีกต่อไป และ CAP จะไม่สามารถเริ่มทำงานได้อย่างถูกต้อง
• ช่องเสียบไมโคร USB สำหรับชาร์จแบตเตอรี่หรือมาตรการถ่ายโอนโปรโตคอลแบบอนุกรม

ขั้นตอนที่ 4: เซ็นเซอร์

ฉันทดสอบเซ็นเซอร์สองตัวที่แตกต่างกัน เลเซอร์เซนเซอร์ SDS011 V1.2 PM2.5 จาก Nova Fitness Co. Ltd. (doc) พร้อมคีย์อินเทอร์เฟซแบบอนุกรม usb

เซ็นเซอร์อีกตัว (ตัวเรือนโลหะ) คือ PMS7003M จาก PLANTOWER (doc)

นี่คือสิ่งที่ฉันใช้ในกรณีของฉัน สามารถวัดความเข้มข้นของอนุภาคละเอียดน้อยกว่า 1μm (PM1) น้อยกว่า 2.5μm (PM2.5) และน้อยกว่า 10μm (PM10) หลักการทำงานของเซ็นเซอร์ PSM7003M มีดังนี้: เลเซอร์ส่องฝุ่นในอากาศ เซ็นเซอร์ออปติคัลจับแสงเลเซอร์และสร้างสัญญาณไฟฟ้าตามสัดส่วนกับอัตราและขนาดของฝุ่นในอากาศ

คุณสมบัติของมันถูกแสดงในตารางคุณสมบัติ

ขั้นตอนที่ 5: การติดตั้ง

มีเพียงตำแหน่งของแบตเตอรี่ที่ด้านข้างของเซ็นเซอร์

ขั้นตอนที่ 6: การทำงาน

หัวใจของระบบคือ ESP8266 (ประเภท ESP-12F) ไมโครคอนโทรลเลอร์นี้มาพร้อมกับเครื่องส่ง Wifi ESP8266 มีให้เลือกหลายรุ่น ESP8266 สื่อสารกับเซ็นเซอร์ PMS7003 ผ่านลิงก์อนุกรม กู้คืนค่าความเข้มข้นของอนุภาคและจำนวนอนุภาค จากนั้นจะคำนวณดัชนีคุณภาพ AQI หากโหมดการควบคุมการส่งออกเป็น "อัตโนมัติ" และระดับมลพิษใน PM2.5 สูงกว่า 50 (ดัชนีคุณภาพอากาศ AQI PM2.5 > 50), เอาต์พุตถูกตั้งค่าสูง (3v3) มิฉะนั้น จะถูกตั้งค่าต่ำ (0v) ESP8266 ได้รับการกำหนดค่าใน Access Point -> AP (Wifi point) กล่าวคือได้รับการยอมรับว่าเป็นเทอร์มินัล Wifi ที่โทรศัพท์สามารถเชื่อมต่อได้ โทรศัพท์ต้องเลือกเครื่องอ่านบัตร Wifi นี้และป้อนรหัส APPSK (คล้ายกับรหัส WEP ของกล่อง ADSL) เพื่อเข้าถึง จากนั้นโทรศัพท์จะป้อนที่อยู่ IP เพื่อเข้าถึง ที่นี่จะเป็น 192.168.4.1 จากนั้น หน้าเว็บจะแสดงบนโทรศัพท์ โดยหน้าหนึ่งจะควบคุมกล่องและแสดงค่ามลพิษเป็นภาพ รหัส APPSK ที่กำหนดค่าไว้ในโปรแกรมคือ "AQI_index" โปรแกรมเมอร์สามารถแก้ไขรหัส APPSK ได้เนื่องจากมีอยู่ในโปรแกรมที่โหลดใน ESP8266 ที่อยู่ที่จะโหลดหน้าเว็บรวมคือ: "192.168.4.1"

ESP8266 วัดแรงดันแบตเตอรี่ หากแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าขีดจำกัด (3v2 = 0%) อุปกรณ์จะอยู่ในโหมดสแตนด์บาย แบตเตอรี่ 100% เมื่อแรงดันไฟฟ้าเป็น 4v2

ESP สามารถเก็บค่าความเข้มข้นของอนุภาค PM1, PM2.5 และ PM10 ได้ถึง 2038 ตัวอย่าง ประมาณ 680 ตัวอย่างต่อขนาดอนุภาค สามารถดาวน์โหลดการวัดเหล่านี้ได้โดยเชื่อมต่อสายเคเบิลที่มีตัวแปลง USB / Serial และเปิดการถ่ายโอนผ่านแอปพลิเคชันที่ฝังตัว ค่าของตัวอย่างที่ถ่ายโอนจะถูกทำให้เป็นมาตรฐานดังต่อไปนี้เพื่อประหยัดพื้นที่หน่วยความจำ:

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

ในการหาค่าความเข้มข้นที่เหมาะสม ให้คูณค่านั้นด้วย 5 หรือ 6 แล้วแต่กรณี

ขั้นตอนที่ 7: เว็บอินเตอร์เฟส 1/4

ดูวิดีโอของเว็บอินเตอร์เฟส

เป็นอินเทอร์เฟซที่ใช้ได้หลังจากเชื่อมต่อระหว่าง CPA กับโทรศัพท์ ช่วยให้เห็นภาพค่าความเข้มข้นของอนุภาคขนาดเล็กสำหรับ PM1, PM2.5 และ PM10 ในหน่วย μg / m3 ดัชนีคุณภาพอากาศคือ AQI ซึ่งแสดงด้วยตัวเลขและนิพจน์ตามตัวอักษร ตามตารางคำจำกัดความของดัชนี AQI มีเกจวัดแบตเตอรี่ด้วย

ส่วนนี้มีไว้สำหรับการควบคุมอัตโนมัติของเอาต์พุตของการควบคุม CPA ภายใต้ชื่อการกำหนดค่าพัดลม หลังจาก ":" ของชื่อหัวข้อ โหมดปัจจุบันจะปรากฏขึ้น (อัตโนมัติ เริ่ม หยุด) ที่ฐาน เอาต์พุตนี้จะควบคุมอุปกรณ์ฟอกอากาศ (พัดลม = พัดลม) จึงสามารถบังคับเปิดหรือปิด หรือปล่อยไว้ในโหมดอัตโนมัติพร้อมการเดินทางเมื่ออากาศเกินดัชนี AQI ที่ 50

ส่วนนี้มีไว้สำหรับการวัด "การกำหนดค่าการวัด" หลังจาก ":" ถูกระบุโหมดปัจจุบัน (ต่อเนื่อง, เป็นระยะ 5 นาที, 15 นาที, 30 นาที, 1 ชม., หยุด) ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะทำการวัดอย่างต่อเนื่อง (อันที่จริงระยะเวลาการสุ่มตัวอย่างใกล้ถึง 2 วินาที) หรือทุกๆ 5, 15, 30 นาที, 1 ชั่วโมง หรือหยุดการสุ่มตัวอย่าง

ส่วน "โหมดการแสดงผล" อนุญาตให้เลือกวิธีการแสดงข้อมูล (ทั้งหมดที่มีอยู่บนเว็บอินเทอร์เฟซ) บนกล่องผ่าน LED หลากสี หลังจาก ":" ถูกระบุโหมดปัจจุบัน (คอมไพล์, PM1.0, PM2.5, PM10) การกด "โหมดแสดงผล" แต่ละครั้งจะเปลี่ยนจากโหมดการแสดงผลหนึ่งไปอีกโหมดหนึ่งตามลำดับต่อไปนี้:

• เรียบเรียง
• PM1.0
• PM2.5
• PM10

ขั้นตอนที่ 8: เว็บอินเตอร์เฟส 2/4

ความหมายของสี LED ในโหมด "คอมไพล์" มีดังนี้: ระดับแบตเตอรี่:

• > 30% = สีเขียว
• > 10% และ <30%: สีส้ม
• <10% = สีแดง

ระดับหน่วยความจำ:

• > 30% = สีเขียว
• > 10% และ <30%: สีส้ม
• <10% = สีแดง

เอาต์พุตควบคุม:

• ผลผลิตสูง: สีเขียว
• เอาต์พุตต่ำ: สีแดง
• โหมดควบคุมอัตโนมัติ: สีน้ำเงิน

ขั้นตอนที่ 9: เว็บอินเตอร์เฟส 3/4

เอาต์พุต PM1.0, PM2.5 และ PM10: สีของ LED จะตรงกับตารางสีของดัชนี AQI ความหมายของสีของไฟ LED 10 ดวงในโหมด "PM1.0, PM2.5, PM10" มีดังนี้:

• สีของไฟ LED แสดงระดับมลพิษทางอากาศตามที่ระบุไว้ในตารางดัชนี AQI ตัวอย่างเช่น หากไฟ LED เป็นสีแดง แสดงว่าระดับมลพิษไม่ดีต่อสุขภาพ
• จำนวนไฟ LED ที่ติดสว่างแสดงถึงค่าของดัชนี AQI สำหรับสีที่เป็นปัญหา ตามที่ระบุไว้ในตารางของดัชนี AQI ตัวอย่างเช่น หากมี LED สีเขียวเพียงดวงเดียวบน 10 ดัชนีจะเป็น 1 / 10 ของดัชนีสีเขียวสูงสุด เช่น 50/10 = 5 หากไฟ LED สีเขียว 5 ดวงบน 10 ค่าจะเป็น 50 / 10x5 = 25 หากเป็น 5 ไฟ LED สีม่วงติดสว่าง ค่าคือ (300-201) /10x5+201=250.5
• ทุกครั้งที่กดปุ่ม LED หนึ่งใน 4 ดวงทางด้านขวาจะกะพริบเป็นสีส้ม มันระบุว่าโหมดใดเป็นโหมดการแสดงผลที่เลือก:

ขั้นตอนที่ 10: เว็บอินเตอร์เฟส 4/4

ส่วน "ข้อมูลที่เหลืออยู่" ระบุพื้นที่หน่วยความจำที่เหลืออยู่สำหรับการบันทึกการวัด หลังจาก ":" ถูกระบุ % ที่เหลือ การกดปุ่ม "ล้างหน่วยความจำ" จะลบหน่วยความจำ การกดปุ่ม "ดาวน์โหลด" จะเป็นการเริ่มต้นการถ่ายโอนตัวอย่างไปยังพีซี ที่ส่วนท้ายของเว็บอินเตอร์เฟส ตารางของดัชนี AQI จะปรากฏขึ้น

ขั้นตอนที่ 11: เริ่มต้นใช้งาน

1. สลับสวิตช์เปิด/ปิดไปที่ตำแหน่งเปิด
2. ไฟ LED สีรุ้งปรากฏขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่า LED ทั้งหมดทำงาน…. แล้วก็สวย
3. ไฟ LED สีฟ้าครามสว่างขึ้นทีละดวง ซึ่งช่วยให้เวลาเริ่มต้นของเซ็นเซอร์อนุภาค
4. หนึ่งในโหมดการแสดงผล LED จะปรากฏขึ้น
5. บนโทรศัพท์หรือพีซี เลือกเครือข่าย Wifi ที่ขึ้นต้นด้วย "AQI_I3D-"
6. ใส่รหัส "AQI_index"
7. เปิดเช่น Google และพิมพ์ในแถบที่อยู่: 192.168.4.1
8. หน้าเว็บจะปรากฏขึ้น

วีดีโอ

ขั้นตอนที่ 12: การถ่ายโอนข้อมูลไปยังพีซี

ในการถ่ายโอนข้อมูลจากกล่องไปยังพีซี คุณต้อง:

1. เชื่อมต่อสายไมโคร USB / ลิงค์ซีเรียล (ระดับแรงดันไฟ 5v) เข้ากับ USB PC
2. เปิดเทอร์มินัลอนุกรมบนพีซีและกำหนดค่าดังนี้: 9600 BAUDS, 1 บิตหยุด, พาริตี้ NONE, 1 บิตเริ่มต้น
3. สวิตช์ไมโครสวิตช์ "เปิดใช้งานการอัปโหลดข้อมูล"
4. บนอินเทอร์เฟซ กด "ดาวน์โหลด"
5. บนเทอร์มินัลอนุกรม ให้รอสิ้นสุดการถ่ายโอนและคัดลอกข้อมูล
6. สลับไมโครสวิตช์ "เปิดใช้งานการอัปโหลดข้อมูล" ไปที่ตำแหน่งเดิม

หาก CAP ไม่ทำงาน อาจเป็นไปได้ว่าไม่ได้ใส่สวิตช์กลับเข้าที่

ขั้นตอนที่ 13: สแตนด์บายระหว่างขั้นตอนการสุ่มตัวอย่าง

ในโหมดสุ่มตัวอย่าง 5 นาที 15 นาที 30 นาที และ 1 ชั่วโมง CAP จะเข้าสู่โหมดสลีปโดยอัตโนมัติหลังจากเก็บตัวอย่างการวัดแล้ว และไม่ตื่นจนกว่าจะถึง 5, 15, 30 หรือ 60 นาทีต่อมา เอกราชของ CAP จึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก

ขั้นตอนที่ 14: รีเซ็ตเป็นโหมดโรงงาน

ในกรณีที่ CAP มีปัญหาในการทำงาน เป็นไปได้ที่จะรีเซ็ตพารามิเตอร์การทำงานทั้งหมดและรีสตาร์ท CAP ได้อย่างน่าเชื่อถือ สำหรับการที่:

1. ปิด CAP Stay บนปุ่มกด Light the CAP
2. สายรุ้งของ LED ปรากฏขึ้น
3. แถบ LED สีฟ้าครามปรากฏขึ้นในเวลาน้อยกว่าหนึ่งวินาที
4. ปิด CAP
5. CAP ถูกรีเซ็ตแล้ว

ขั้นตอนที่ 15: โปรแกรมภายใต้ Arduino

มีจำหน่ายแล้วที่นี่

ในการตั้งโปรแกรมการ์ดมีความจำเป็น:

1. เปิด Arduino บนพีซี
2. กำหนดค่า Arduino สำหรับบอร์ด ESP8266
3. เชื่อมต่อ UBS Micro USB / Serial Cable (3v3) ระหว่างการ์ดกับ PC
4. สลับปุ่ม SW3 เป็น "prgm"
5. อยู่ที่ปุ่ม "SW1"
6. เปิดเครื่อง -> อุปกรณ์เข้าสู่โหมดการเขียนโปรแกรม
7. ปล่อย "SW1"
8. ภายใต้ Arduino เริ่มเขียนโปรแกรม
9. หลังจากสิ้นสุดการเขียนโปรแกรม ให้เปลี่ยน "SW3" เป็น "SW3"
10. ปิดและรีสตาร์ทอุปกรณ์

ขั้นตอนที่ 16: ไดอะแกรมไฟฟ้า

ขั้นตอนที่ 17: PCB

ขั้นตอนที่ 18: ศัพท์เฉพาะ

นี่มัน

ขั้นตอนที่ 19: ทำเอง

คุณต้องการทำ ไม่ต้องกังวล ฉันเสนอชุดอุปกรณ์หลายชุดที่เป็นไปได้ขึ้นอยู่กับงบประมาณที่คุณต้องการ

เยี่ยมชมเว็บไซต์ของฉัน (มีเวอร์ชันภาษาฝรั่งเศส)

ขั้นตอนที่ 20: และอื่น ๆ …

ขั้นตอนต่อไปคือการเชื่อมโยงอุปกรณ์กับเครื่องสร้างประจุไอออน เพื่อให้อากาศมีมลพิษ อุปกรณ์จึงเริ่มสร้างไอออไนเซอร์ เครื่องสร้างไอออนช่วยให้ปล่อยอนุภาคละเอียดลงบนพื้น มันสร้างอิเล็กตรอนเชิงลบที่เกี่ยวข้องกับก๊าซและฝุ่นรอบ ๆ ทำให้ประจุไฟฟ้าบวกเป็นประจุลบ เนื่องจากพื้นดินและวัตถุส่วนใหญ่มีประจุบวก อนุภาคที่มีประจุลบโดยเครื่องสร้างประจุไอออนจึงถูกดึงดูดและเกาะติดกับพวกมัน อากาศจึงสะอาดขึ้น การแตกตัวเป็นไอออนในอากาศยังมีประโยชน์ต่อสุขภาพอีกมากมาย วันนี้ไอออไนเซอร์ทำงาน การนำเสนอนี้จะเป็นหัวข้อของบล็อกที่กำลังจะมีขึ้น