Penderia Zarah Penerbitan ESP-01S
Panduan Pengguna

Penderia Zarah Penerbitan ESP-01S

Menerbitkan Data Penderia Zarah kepada Adafruit IO Dengan Maker Pi Pico dan ESP-01S
oleh kevinjwalters
Artikel ini menunjukkan cara untuk menerbitkan data daripada tiga penderia bahan zarahan kos rendah kepada perkhidmatan IoT Adafruit IO menggunakan Cytron Maker Pi Pico yang menjalankan program CircuitPython yang menghantar output penderia melalui Wi-Fi dengan modul ESP-01S yang menjalankan AT rmware.
WHO mengenal pasti bahan zarahan PM2.5 sebagai salah satu risiko alam sekitar yang paling besar kepada kesihatan dengan 99% penduduk dunia tinggal di tempat yang tahap garis panduan kualiti udara WHO tidak dipenuhi pada 2019. Ia menganggarkan 4.2 juta kematian pramatang disebabkan oleh ini pada tahun 2016.
Tiga penderia jirim zarah yang ditunjukkan dalam artikel ini ialah:

• Plantower PMS5003 menggunakan sambungan bersiri;
• Sensirion SPS30 menggunakan i2c;
• Omron B5W LD0101 dengan output nadi.

Penderia optik ini adalah serupa dengan yang terdapat dalam satu jenis penggera asap domestik tetapi mereka mati dalam percubaan mereka untuk mengira zarah saiz yang berbeza dan bukannya hanya penggera pada kepekatan ambang.
PMS5003 berasaskan laser merah ialah penderia hobi yang biasa digunakan dan boleh didapati dalam penderia kualiti udara PurpleAir PA-II. SPS30 ialah penderia yang lebih terkini menggunakan prinsip yang sama dan boleh didapati dalam penderia kualiti udara Clarity Node-S. Penderia B5W LD0101 berasaskan LED inframerah mempunyai antara muka yang lebih primitif tetapi berguna untuk keupayaannya untuk mengesan zarah yang lebih besar daripada 2.5 mikron - dua penderia lain tidak dapat mengukurnya dengan pasti.
Adafruit IO menawarkan peringkat percuma dengan bilangan suapan dan papan pemuka yang terhad - ini sesuai untuk projek ini. Data peringkat percuma disimpan selama 30 hari tetapi data itu boleh dimuat turun dengan mudah.
Papan Maker Pi Pico dalam artikel ini adalah sebagaiample Cytron menghantar kepada saya untuk menilai. Satu-satunya perbezaan kepada versi pengeluaran ialah penambahan komponen pasif untuk menyahpantulkan tiga butang.
Modul ESP-01S berkemungkinan memerlukan peningkatan AT rmware. Ini adalah proses yang agak rumit, pelik dan mungkin memakan masa. Cytron menjual modul dengan AT rmware yang sesuai di atasnya.
Penderia Omron B5W LD0101 malangnya telah dihentikan oleh pengeluar dengan pesanan terakhir pada Mac 2022.
Bekalan:

• Pembuat Cytron Pi Pico – Digi-key | PiHut
• ESP-01S – Papan Cytron didatangkan dengan ATrmware yang sesuai.
• Penyesuai/pengaturcara USB ESP-01 dengan butang set semula – Cytron.
• Papan roti.
• Wayar pelompat perempuan ke lelaki, mungkin panjang minimum 20cm (8in).
• Plantower PMS5003 dengan penyesuai kabel dan papan roti – Adafruit
• atau Plantower PMS5003 + penyesuai papan roti Pimoroni – Pimoroni + Pimoroni
• Sensirion SPS30 – Digi-key
  • Kabel Sparkfun SPS30 JST-ZHR kepada 5 pin lelaki – Digi-key
  • 2x 2.2k perintang.
• Omron B5W LD0101 – Mouser
  • Kabel Omron digambarkan sebagai abah-abah (2JCIE-HARNESS-05) – Mouser
  • Pengepala lelaki 5 pin (untuk menyesuaikan kabel ke papan roti).
  • pateri – klip buaya (buaya) boleh berfungsi sebagai alternatif kepada pematerian.
  • 2x 4.7k perintang.
  • 3x 10k perintang.
  • kapasitor 0.1uF.
  • Kuasa bateri untuk Omron B5W LD0101:
    • Pemegang bateri 4AA untuk bateri NiMH boleh dicas semula (pilihan yang lebih baik).
    • atau pemegang adunan 3AA untuk bateri beralkali.
• Pek kuasa USB mungkin berguna jika anda ingin lari keluar dari sumber kuasa USB.

Langkah 1: Pengaturcara USB untuk Mengemas kini Flash pada ESP-01S

Modul ESP-01S tidak mungkin disertakan dengan perisian AT yang sesuai padanya melainkan ia daripada Cytron. Cara paling mudah untuk mengemas kininya ialah menggunakan desktop atau komputer riba Windows dengan penyesuai USB yang membolehkan abu menulis dan mempunyai butang tetapan semula.
Malangnya penyesuai tanpa jenama yang sangat biasa sering digambarkan sebagai sesuatu seperti "UART Penyesuai Pengaturcara ESP-01" tidak mempunyai butang atau suis untuk mengawalnya. Video di atas menunjukkan cara ini boleh ditarik balik dengan cepat
dengan beberapa suis improvisasi yang dibuat daripada dua wayar pelompat lelaki-ke-perempuan dipotong dua dan dipateri pada pin di bahagian bawah papan pengaturcara. Pendekatan alternatif untuk ini menggunakan papan roti boleh dilihat di Hackaday:
ESPHome pada Aliran Kerja Windows ESP-01.
https://www.youtube.com/watch?v=wXXXgaePZX8

Langkah 2: Mengemas kini Perisian Tegar pada ESP-01S Menggunakan Windows

Program terminal seperti PuTTY boleh digunakan dengan Pengaturcara ESP-01 untuk menyemak versi rmware. rmware menjadikan ESP8266 bertindak sedikit seperti modem dengan arahan yang diilhamkan oleh set arahan Hayes. Arahan AT+GMR AT+GMR menunjukkan versi rmware.
AT+GMR
Versi AT:1.1.0.0(11 Mei 2016 18:09:56)
Versi SDK:1.5.4(baaeaebb)
masa menyusun: 20 Mei 2016 15:08:19
Cytron mempunyai panduan yang menerangkan cara menggunakan kemas kini rmware menggunakan Alat Muat Turun Flash Espressif (Windows sahaja) pada GitHub: CytronTechnologies/esp-at-binaries. Cytron juga menyediakan salinan binari rmware, Cytron_ESP- 01S_AT_Firmware_V2.2.0.bin.
Selepas peningkatan yang berjaya, rmware baharu akan dilaporkan sebagai versi 2.2.0.0
AT+GMR
Versi AT:2.2.0.0(b097cdf – ESP8266 – 17 Jun 2021 12:57:45)
Versi SDK:v3.4-22-g967752e2
masa menyusun(6800286): 4 Ogos 2021 17:20:05
Versi tong:2.2.0(Cytron_ESP-01S)
Program baris arahan yang dipanggil esptool tersedia sebagai alternatif untuk pengaturcaraan ESP-8266S berasaskan ESP01 dan boleh digunakan pada Linux atau macOS.
Perisian rmware pada ESP-01S boleh diuji pada Maker Pi Pico menggunakan Cytron's simpletest.py. Ini menghantar ping ICMP ke perkhidmatan terkenal di Internet setiap 10 saat dan menunjukkan masa pergi balik (rtt) dalam milisaat. Ini memerlukan rahsia.py file dengan SSID Wi-Fi (nama) dan kata laluan – ini diterangkan kemudian dalam artikel ini.
YANG BAIKYANG BURUK

Langkah 3: Menyambungkan Penderia

Papan roti bersaiz separuh digunakan untuk menyambung tiga penderia dan untuk memantau voltage daripada empat bateri NiMH boleh dicas semula. Foto resolusi tinggi disertakan dengan persediaan lengkap di atas dan langkah seterusnya menerangkan cara setiap penderia boleh disambungkan.
Rel kuasa pada papan roti dikuasakan daripada Pi Pico dengan

• VBUS (5V) dan GND ke rel kuasa di sebelah kiri dan
• 3V3 dan GND ke sebelah kanan.

Rel kuasa ditandakan dengan garis merah berdekatan untuk rel positif dan biru untuk rel negatif (atau tanah). Pada papan roti bersaiz penuh (830 lubang) ini mungkin mempunyai set atas rel yang tidak disambungkan ke set bawah rel.
Bateri hanya digunakan untuk kuasa Omron B5W LD0101 yang memerlukan voltan yang stabiltage. Kuasa USB dari komputer selalunya bising menjadikannya tidak sesuai.

Langkah 4: Menyambungkan Plantower PMS5003

Plantower PMS5003 memerlukan kuasa 5V tetapi antara muka "gaya TTL" bersirinya adalah selamat 3.3V. Sambungan daripada
PMS5003 melalui papan pelarian ke Pi Pico ialah:

• VCC kepada 5V (merah) melalui rel baris 6 hingga 5V;
• GND ke GND (hitam) melalui baris 5 hingga GND;
• SET kepada EN (biru) melalui baris 1 hingga GP2;
• RX ke RX (putih) melalui baris 3 hingga GP5;
• TX ke TX (kelabu) melalui baris 4 hingga GP4;
• RESET kepada RESET (ungu) melalui baris 2 hingga GP3;
• NC (tidak bersambung);
• NC.

Lembaran data termasuk amaran tentang bekas logam.
Cangkerang logam disambungkan ke GND jadi berhati-hatilah untuk tidak membiarkannya terputus [sic] dengan bahagian litar lain kecuali GND.
Komponen ini cenderung untuk dihantar dengan fllm plastik biru pada kes untuk melindungi permukaan daripada calar tetapi ini tidak boleh dipercayai untuk penebat elektrik.

Langkah 5: Menyambungkan Sensirion SPS30

Sensirion SPS30 memerlukan kuasa 5V tetapi antara muka i2cnya selamat 3.3V. Satu-satunya komponen tambahan ialah dua perintang 2.2k untuk bertindak sebagai tarik-up untuk bas i2c. Sambungan dari SPS30 ke Pi Pico ialah:

• VDD (merah) kepada rel 5V5V;
• SDA (putih) kepada GP0 (kelabu) melalui baris 11 dengan perintang 2.2k kepada rel 3.3V;
• SCL (ungu) kepada GP1 (ungu) melalui baris 10 dengan perintang 2.2k kepada rel 3.3V;
• SEL (hijau) kepada GND;
• GND (hitam) kepada GND.

Penyambung pada plumbum mungkin memerlukan tolakan yang kuat untuk memasukkannya dengan betul ke dalam SPS30.
SPS30 juga menyokong antara muka bersiri yang disyorkan oleh Sensirion dalam lembaran data.
Beberapa pertimbangan harus dibuat tentang penggunaan antara muka I2C. I2C pada asalnya direka untuk menyambung dua cip pada PCB. Apabila sensor disambungkan ke PCB utama melalui kabel, perhatian khusus mesti diberikan kepada gangguan elektromagnet dan crosstalk. Gunakan sesingkat mungkin (< 10 cm) dan/atau kabel sambungan yang terlindung dengan baik.
Kami mengesyorkan menggunakan antara muka UART sebaliknya, apabila mungkin: ia lebih teguh terhadap gangguan elektromagnet, terutamanya dengan kabel sambungan panjang.
Terdapat juga amaran mengenai bahagian logam kes itu.
Perhatikan bahawa terdapat sambungan elektrik dalaman antara pin GND (5) dan pelindung logam. Simpan pelindung logam ini secara elektrik untuk mengelakkan sebarang arus yang tidak diingini melalui sambungan dalaman ini. Jika ini bukan pilihan, penyamaan potensi luaran yang betul antara pin GND dan sebarang potensi yang disambungkan kepada perisai adalah wajib. Sebarang arus melalui sambungan antara GND dan pelindung logam boleh merosakkan produk dan menimbulkan risiko keselamatan melalui terlalu panas.

Langkah 6: Menyambungkan Omron B5W LD0101

Kabel Omron tidak dimaksudkan untuk digunakan dengan papan roti. Satu cara cepat untuk menukarnya kepada penggunaan breaboard adalah dengan memotong soket, menanggalkan wayar dan mematerikannya kepada pin pengepala lelaki sepanjang lima pin. Klip buaya (buaya) boleh digunakan sebagai pendekatan alternatif untuk mengelakkan pematerian.
Omron B5W LD0101 memerlukan bekalan kuasa mantap 5V. Dua outputnya juga berada pada tahap 5V yang tidak serasi dengan input 3.3V Pi Pico. Kehadiran perintang pada papan penderia menjadikannya mudah untuk menjatuhkan ini kepada nilai yang selamat dengan menambahkan perintang 4.7k ke tanah bagi setiap output. Perintang on-board didokumenkan dalam lembaran data yang menjadikan ini pendekatan yang munasabah.
Sambungan dari B5W LD0101 ke Pi Pico ialah:

• Rel Vcc (merah) hingga 5V (merah) melalui baris 25;
• OUT1 (kuning) kepada GP10GP10 (kuning) melalui baris 24 dengan perintang 4.7k kepada GND;
• GND (hitam) kepada GND (hitam) melalui baris 23;
• Vth (hijau) kepada GP26GP26 (hijau) melalui baris 22 dengan kapasitor 0.1uF kepada GND;
• OUT2 (oren) kepada GP11 (oren) melalui baris 21 dengan perintang 4.7k kepada GND.

The GP12 (hijau) dari Pi Pico bersambung ke baris 17 dan perintang 10k menghubungkan baris 17 ke baris 22.
Lembaran data menerangkan keperluan bekalan kuasa sebagai:
Minimum 4.5V, 5.0V biasa, maksimum 5.5V, vol riaktagjulat 30mV atau kurang disyorkan. Pastikan tiada bunyi di bawah 300Hz. Con
rm riak jilid yang dibenarkantagnilai e menggunakan mesin sebenar.
Tiga bateri beralkali atau empat bateri boleh dicas semula (NiMH) adalah cara paling mudah untuk menyediakan voltan yang stabil dan stabiltage sekitar 5V ke sensor. Pek kuasa USB mungkin merupakan pilihan yang tidak baik kerana voltage lazimnya daripada bateri litium menggunakan penukar perangsang yang menjadikannya bising.
B5W LD0101 menggunakan perolakan untuk aliran udaranya dan mesti diletakkan tegak untuk berfungsi dengan betul. Perubahan bekalan voltage berkemungkinan menjejaskan suhu pemanas dan udara yang berkaitan. Suhu persekitaran juga mesti mempunyai kesan.

Langkah 7: Pemantauan Bateri Dengan Pembahagi Berpotensi

Bateri voltage melebihi paras 3.3V input pemproses RP2040 Pi Pico. Pembahagi potensi mudah boleh mengurangkan vol initage berada dalam julat itu. Ini membolehkan RP2040 mengukur tahap bateri pada input yang mampu analog (GP26 hingga GP28).
Sepasang perintang 10k telah digunakan di atas untuk mengurangkan separuh voltage. Adalah perkara biasa untuk melihat nilai yang lebih tinggi digunakan seperti 100k untuk meminimumkan arus yang terbuang. Sambungannya ialah:

• B5W LD0101 Vcc (merah) wayar pelompat ke baris 29 sebelah kiri;
• 10k perintang pada baris 29 antara sebelah kiri dan kanan pada baris 29;
• Wayar pelompat coklat ke Pi Pico GP27;
• 10k perintang dari sebelah kanan baris 29 ke rel GND berdekatan.

GP28 pada Maker Pi Pico boleh digunakan sebagai input analog tetapi memandangkan ia juga disambungkan kepada piksel RGB yang mungkin mempunyai kesan buruk pada nilai dan mungkin menyala atau berubah jika input kelihatan seperti protokol WS2812!

Langkah 8: Memasang Program Penerbitan Data CircuitPython dan Sensor

Jika anda tidak biasa dengan CircuitPython maka anda patut membaca panduan Selamat Datang ke CircuitPython terlebih dahulu.

1. Pasang tujuh perpustakaan berikut daripada himpunan versi 7.x daripada https://circuitpython.org/libraries ke dalam direktori lib pada pemacu CIRCUITPY:
   1. adafruit_bus_device
   2. adafruit_minimqtt
   3. adafruit_io
   4. adafruit_espatcontrol
   5. adafruit_pm25
   6. adafruit_requests.mpy
   7. neopixel.mpy
2. Muat turun dua perpustakaan tambahan ini ke direktori lib dengan mengklik Simpan pautan sebagai… pada files di dalam direktori atau pada file:
   1. adafruit_sps30 daripada https://github.com/kevinjwalters/Adafruit_CircuitPython_SPS30
   2. b5wld0101.py daripada https://github.com/kevinjwalters/CircuitPython_B5WLD0101
3. Cipta rahsia.py file (lihat example di bawah) dan isikan nilai.
4. Muat turun program ke CIRCUITPY dengan mengklik Simpan pautan sebagai… pada pmsensors_adafruitio.py
5. Namakan semula atau padamkan mana-mana code.py sedia ada file pada CIRCUITPY kemudian namakan semula pmsensors_adafruitio.py kepada code.py This file dijalankan apabila penterjemah CircuitPython dimulakan atau dimuat semula.

# Fail ini ialah tempat anda menyimpan tetapan rahsia, kata laluan dan token!
# Jika anda meletakkannya dalam kod, anda berisiko melakukan maklumat itu atau berkongsinya
rahsia = {
“ssid” : “INSERT-WIFI-NAME-HERE”,
“kata laluan” : “INSERT-WIFI-PASSWORD-HERE”,
“aio_username” : “INSERT-ADAFRUIT-IO-USERNAME-HERE”,
“aio_key” : “INSERT-ADAFRUIT-IO-APPLICATION-KEY-HERE”
# http://worldtimeapi.org/timezones
“zon waktu” : “Amerika/New_York”,
}
Versi yang digunakan untuk projek ini ialah:
CircuitPython 7.0.0
Himpunan perpustakaan CircuitPython adafruit-circuitpython-bundle-7.x-mpy-20211029.zip- versi terdahulu dari September/Oktober tidak boleh digunakan sebagai adafruit_espatcontrol
perpustakaan adalah buggy dan separuh berfungsi dengan cara yang mengelirukan.

Langkah 9: Persediaan IO Adafruit

Adafruit mempunyai banyak panduan mengenai perkhidmatan Adafruit IO mereka, yang paling relevan ialah:
Selamat datang ke Adafruit IO
Asas IO Adafruit: Suapan
Asas IO Adafruit: Papan Pemuka
Sebaik sahaja anda sudah biasa dengan suapan dan papan pemuka, ikut langkah ini.

1. Buat akaun Adafruit jika anda belum memilikinya.
2. Buat kumpulan baharu yang dipanggil mpp-pm di bawah Suapan
3. Buat sembilan suapan dalam kumpulan baharu ini dengan mengklik butang + Suapan Baharu, namanya ialah:
   1. b5wld0101-raw-out1
   2. b5wld0101-raw-out2
   3. b5wld0101-vcc
   4. b5wld0101-vth
   5. suhu cpu
   6. pms5003-pm10-standard
   7. pms5003-pm25-standard
   8. sps30-pm10-standard
   9. sps30-pm25-standard
4. Buat papan pemuka untuk nilai ini, blok yang dicadangkan ialah:
   1. Tiga blok Carta Baris, satu untuk setiap penderia dengan dua baris setiap carta.
   2. Tiga blok Tolok untuk dua voltages dan suhu.
      

Langkah 10: Mengesahkan Penerbitan Data

Halaman Monitor di bawah Pro file berguna untuk mengesahkan data tiba dalam masa nyata dengan melihat Data Langsung file bahagian. Program ini menjadikan piksel RGB menjadi biru selama 2-3 saat apabila ia menghantar data kepada Adafruit IO dan kemudian kembali kepada hijau.
Suhu daripada RP2040 nampaknya berbeza secara meluas antara CPU yang berbeza dan tidak mungkin sepadan dengan suhu ambien.
Jika ini tidak berfungsi maka berikut adalah beberapa perkara untuk diperiksa.

• Jika piksel RGB kekal untuk atau jika data tidak diterima oleh Adafruit IO maka semak konsol bersiri USB untuk output/ralat. Output berangka untuk Mu pada konsol bersiri akan menunjukkan jika penderia berfungsi dengan baris baharu dicetak setiap 2-3 saat – lihat di bawah untuk bekasampkeluaran le.
• Bahagian Ralat Langsung pada halaman Monitor patut diperiksa sama ada data dihantar tetapi tidak muncul.
• Pembolehubah nyahpepijat dalam program boleh ditetapkan dari 0 hingga 5 untuk mengawal volum maklumat nyahpepijat. Tahap yang lebih tinggi melumpuhkan pencetakan tupel untuk Mu.
• Program simpletest.py ialah cara yang berguna untuk membuktikan sambungan Wi-Fi dibuat dan sambungan ke Internet berfungsi untuk traffc ICMP.
• Pastikan anda menggunakan versi terkini pustaka adafruit_espatcontrol.
• LED biru Maker Pi Pico pada setiap GPIO sangat berguna untuk mendapatkan visual segeraview negeri GPIO. Semua GPIO yang disambungkan akan dihidupkan kecuali:
  • GP26 akan dimatikan kerana vol terlicintage (sekitar 500mV) terlalu rendah;
  • GP12 akan menjadi malap kerana ia ialah isyarat PWM kitaran tugas ~ 15%;
  • GP5 akan dihidupkan tetapi akan berkelip apabila data dihantar daripada PMS5003;
  • GP10 akan dimatikan tetapi akan berkelip apabila zarah kecil dikesan oleh B5W LD0101;
  • GP11 akan dimatikan tetapi akan berkedip sekali-sekala melainkan anda berada di tempat yang sangat berasap.

Output yang dimaksudkan untuk plotter dalam Mu akan kelihatan seperti ini di dalam bilik:
(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)
Atau bilik dengan udara yang lebih bersih:
(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)
Enam nilai setiap baris mengikut tertib ialah:

1. PMS5003 PM1.0 dan PM2.5 (nilai integer);
2. SPS30 PM1.0 dan PM2.5;
3. B5W LD0101 mentah OUT1 dan OUT2 kiraan.
   

Langkah 11: Menguji Penderia Di Dalam Dengan Mu dan Adafruit IO

Video di atas menunjukkan penderia bertindak balas terhadap mancis yang dipukul untuk menyalakan batang kemenyan. Nilai puncak PM2.5 daripada PMS5003 dan SPS30 masing-masing ialah 51 dan 21.5605. B5W LD0101 telah menemui optik dan malangnya dipengaruhi oleh pencahayaan halogen tungsten yang digunakan untuk video ini. Terdapat paras zarah yang tinggi di udara daripada ujian yang dijalankan sebelumnya.
Ingat untuk memutuskan sambungan pek bateri apabila tidak digunakan jika tidak, pemanas B5W LD0101 akan mengalirkan bateri.
https://www.youtube.com/watch?v=lg5e6KOiMnA

Langkah 12: Zarah Di Luar pada Malam Guy Fawkes

Malam Guy Fawkes dikaitkan dengan unggun api dan bunga api yang boleh menyumbang kepada peningkatan pencemaran udara untuk satu atau dua petang. Carta di atas menunjukkan tiga penderia diletakkan di luar selepas jam 7 malam pada hari Jumaat 5 November 2021. Tiada bunga api di kawasan berhampiran tetapi ia boleh didengari dari jauh. Nota: skala lalat berbeza antara tiga carta.
Data suapan yang disimpan dalam Adafruit IO menunjukkan penderia yang mengesan udara sudah mempunyai tahap PM2.5 yang dinaikkan sedikit berdasarkan nombor 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
Puncaknya adalah sekitar 46ug setiap meter padu sejurus sebelum jam 11 malam:
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
Terdapat lonjakan pendek di tempat lain dalam data apabila penderia berada di luar. Ini mungkin disebabkan oleh wafts daripada:

• ekzos daripada pemanasan pusat gas,
• orang yang merokok berdekatan dan/atau
• bau/asap dari masakan.

Semak cuaca sebelum meletakkan elektronik terdedah di luar!

Langkah 13: Zarah Di Dalam Dengan Memasak

Carta di atas menunjukkan cara penderia bertindak balas terhadap daging dan cendawan yang digoreng di dapur berdekatan dengan pengekstrakan biasa-biasa sahaja. Penderia berada kira-kira 5m (16 kaki) dari hob. Nota: skala y berbeza antara tiga carta.
Data suapan yang disimpan dalam Adafruit IO menunjukkan penderia dengan paras PM2.5 puncak ringkas sekitar 93ug setiap meter padu berdasarkan nombor 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
Bahan pencemar akan sangat berbeza dengan bahan pencemar daripada kerja semula. Ini adalah bekas yang menarikampdaripada pelbagai sumber zarah dalam udara yang kita sedut.

Langkah 14: Penderia Zarah Awam

Data yang digraf di atas adalah daripada penderia awam berdekatan.

• Breathe London
  • Nod-S Pergerakan Kejelasan
    • tbps
    • oss
    • rl
• OpenAQ
  • PurpleAir PA-II
    • sr
• Rangkaian Kualiti Udara London
  • Kualiti rujukan (Met One BAM 1020 dan lain-lain)
    • FS
    • AS
    • TBR

Penderia tbps dan TBR hampir terletak bersama dan digraf bersama untuk menunjukkan perkaitan antara peranti berasaskan SPS30 dan rujukan yang berdekatan. SPS30 nampaknya kurang dibaca dengan ketara pada petang 5 dan 6 November apabila wajar untuk mengandaikan peningkatan pada waktu petang disebabkan kerja semula. Ini mungkin disebabkan oleh perbezaan jisim zarah kerana penderia yang digunakan untuk artikel ini hanya dapat mengesan isipadu dan perlu meneka ketumpatan zarah untuk menghasilkan nilai dalam mikrogram per meter padu.
PMS5003 dalam PurpleAir PA-II nampaknya terlalu membaca dengan ketara untuk mana-mana tahap PM2.5 yang dinaikkan berdasarkan tempoh singkat ini. Ini mungkin sepadan dengan hasil yang ditunjukkan pada halaman sebelumnya atau mungkin terdapat faktor lain berdekatan yang menyebabkan perkara ini.
SPS30 dan PMS5003 menghasilkan data untuk zarah yang lebih besar daripada 2.5 mikron tetapi halaman berikut menunjukkan mengapa ini harus dirawat dengan berhati-hati.

Langkah 15: Perbandingan Penderia – Saiz Zarah

Graf di atas adalah daripada penilaian Makmal selektiviti saiz zarah bagi penderia jirim zarah kos rendah optik oleh Institut Meteorologi Finland. Tiga penderia bagi setiap jenis telah diuji dengan saiz zarah berbeza yang ditunjukkan pada paksi x logaritma. Garis berwarna menunjukkan nilai pengiraan jalur saiz zarah tertentu berdasarkan output sensor, jalur menunjukkan taburan. Tiga nilai SPS30 di atas 1 mikron bertindih sangat menjadikannya sangat sukar untuk dibezakan.
Metrik biasa untuk zarah ialah PM2.5 dan PM10. Manakala nombor dalam nama merujuk kepada saiz maksimum zarah unit adalah dalam mikrogram per meter padu. Penderia yang murah hanya boleh mengukur diameter zarah (isipadu) dan perlu membuat beberapa tekaan tentang ketumpatan untuk mengira kemungkinan nilai PM2.5 dan PM10.
PMS5003 menggunakan nilai ketumpatan malar, Sensirion menerangkan pendekatan ketumpatan mereka untuk SPS30 sebagai:
Kebanyakan penderia PM kos rendah di pasaran menganggap ketumpatan jisim malar dalam penentukuran dan mengira kepekatan jisim dengan mendarabkan kiraan zarah yang dikesan dengan ketumpatan jisim ini. Andaian ini hanya berfungsi jika penderia mengukur jenis zarah tunggal (contohnya, asap tembakau), tetapi sebenarnya kita dapati banyak jenis zarah yang berbeza dengan banyak sifat optik yang berbeza dalam kehidupan seharian, daripada habuk rumah 'berat' kepada zarah pembakaran 'ringan' . Algoritma proprietari Sensirion menggunakan pendekatan lanjutan yang membenarkan anggaran kepekatan jisim yang betul, tanpa mengira jenis zarah yang diukur. Di samping itu, pendekatan sedemikian membolehkan anggaran yang betul bagi tong saiz.
Metrik PM merangkumi semua zarah di bawah parameter saiz, iaitu
PM1 + jisim semua zarah antara 1.0 dan 2.5 mikron = PM2.5,
PM2.5 + jisim semua zarah antara 2.5 dan 10 mikron = PM10.
PMS5003 dan SPS30 tidak dapat mengesan zarah dalam ujian makmal ini melebihi 2-3 mikron. Ada kemungkinan mereka boleh mengesan jenis zarah lain yang melebihi saiz ini.
B5W LD0101 kelihatan boleh dipercayai daripada ujian makmal ini untuk mengukur PM10.

Langkah 16: Perbandingan Penderia – Reka Bentuk

Pemanas Omron (perintang 100 ohm +/- 2%!) boleh dilihat jika sensor terbalik. Reka bentuk dibincangkan secara terperinci dalam Omron: Pembangunan penderia kualiti udara untuk penulen udara . Penggunaan perolakan kelihatan kasar tetapi ia boleh menjadi penyelesaian kebolehpercayaan yang lebih tinggi berbanding komponen mekanikal seperti kipas yang mempunyai jangka hayat dan jangka hayat yang boleh dikurangkan dengan beroperasi dalam persekitaran yang berdebu. Kipas SPS30 nampaknya direka bentuk supaya mudah diganti tanpa membuka sarungnya. Model Plantower lain mempunyai ciri reka bentuk yang sama.
Ketiga-tiga penderia akan terdedah kepada kesan kelembapan relatif yang tinggi yang malangnya meningkatkan nilai PM secara tersilap.
Penderia kualiti rujukan yang diperakui (senarai DEFRA UK) yang memantau bahan zarah tidak menggunakan pendekatan optik untuk pengukuran. The Met One BAM 1020 berfungsi oleh

1. mengasingkan dan membuang zarah yang lebih besar daripada had saiz dari udara sample,
2. memanaskan udara untuk mengawal/mengurangkan kelembapan relatif,
3. mendepositkan zarah pada bahagian baru pita brous berterusan dan
4. kemudian mengukur pengecilan sumber sinaran beta oleh zarah terkumpul pada pita untuk mengira anggaran yang baik bagi jumlah jisim zarah.

Satu lagi teknik biasa ialah Tirus Element Oscillating Microbalance (TEOM) yang memendapkan zarah pada pengganti yang boleh diganti pada hujung bebas tiub tirus yang xed pada hujung yang satu lagi. Pengukuran tepat frekuensi ayunan tiub resonans semula jadi membolehkan jisim kecil tambahan zarah dikira daripada variasi frekuensi yang sangat kecil. Pendekatan ini sesuai untuk mencipta nilai PM kadar yang lebih tinggi.

Langkah 17: Melangkah Lebih Jauh

Setelah anda menyediakan penderia anda dan menerbitkan data ke Adafruit IO, berikut ialah beberapa idea lain untuk diterokai:

• Uji setiap bilik di rumah anda dari semasa ke semasa dengan perhatikan aktiviti dan pengudaraan. Uji rumah anda apabila anda memasak. Uji barbeku.
• Gunakan tiga butang pada Maker Pi Pico. Ini disambungkan kepada GP20, GP21 dan GP22 yang sengaja dibiarkan tidak digunakan untuk membenarkan penggunaan butang.
• Jika anda tinggal berhampiran stesen pemantauan kualiti udara awam bandingkan data anda dengannya.
• Tambahkan paparan untuk kegunaan hadir yang menunjukkan nilai penderia. SSD1306 adalah kecil, boleh diatur dan mudah untuk ditambah/digunakan dalam CircuitPython. Lihat Pengajaran: Pengesanan Lembapan Tanah
• Dengan Maker Pi Pico untuk bekasample penggunaannya.
• Siasat pustaka MQTT untuk melihat sama ada semua data penderia boleh dihantar dalam satu kelompok. Ini sepatutnya lebih cekap.
• Sepadukan dalam beberapa cara dengan Penderia Kualiti Udara IKEA Vindriktning kendiri.
  • Kesambungan MQTT Soren Beye untuk Ikea VINDRIKTNING menunjukkan cara menambah ESP8266 pada penderia dan mengenal pasti penderia bahan zarahan (habuk) sebagai "seperti Cubic PM1006".
  • Projek lanjutan ialah menggantikan PCB utama dengan papan berasaskan ESP32-S2 dengan penderia persekitaran digital tambahan untuk mencipta peranti berasaskan CircuitPython yang didayakan Wi-Fi.
  • Peranti ini dibincangkan di Forum Pembantu Rumah: IKEA Vindriktning Air Quality Sensor.
  • LaskaKit menghasilkan PCB gantian berasaskan ESP32 untuk penderia bagi membolehkan ia mudah digunakan dengan ESPHome.
• Kaji kesan mempelbagaikan bekalan voltage dalam julat yang dibenarkan untuk penderia. Ini mungkin mengubah kelajuan kipas atau suhu pemanas yang menjejaskan keputusan.
• Bina kandang kalis cuaca dan hidupan liar dengan reka bentuk yang teliti untuk saluran masuk udara, alur keluar dan aliran udara melepasi penderia. Payung yang dilekatkan pada pagar telah digunakan untuk melindungi elektronik yang terbuka dan terdedah untuk pengumpulan data pada hujung minggu untuk artikel ini.

Projek Berkaitan:

• Costas Vav: Penderia Kualiti Udara Mudah Alih
• Pimoroni: Stesen kualiti udara luar dengan Enviro+ dan Luftdaten
• Pengajaran: Menggunakan Pimoroni Enviro+ FeatherWing Dengan Adafruit Feather NRF52840 Express –
• Enviro+ FeatherWing termasuk penyambung untuk PMS5003. SPS30 boleh digunakan dengan pin i2c dan terdapat lebih kurang pin yang mencukupi untuk menggunakan B5W LD0101 juga.
• nRF52840 tidak menyokong Wi-Fi jadi ini tidak boleh digunakan sendiri untuk menerbitkan data melalui Internet.
• Adafruit Learn: Kepungan Bercetak 3D Sensor Kualiti Udara . – menggunakan Adafruit Feather M4 dengan Airlift FeatherWing berasaskan ESP32 dan PMS5003.
• Adafruit Learn: Mulakan Pantas IoT – Raspberry Pi Pico RP2040 dengan WiFi – menggunakan papan pecah Adafruit AirLift berasaskan ESP32.
• GitHub: CytronTechnologies/MAKER-PI-PICO Example Code/CircuitPython/IoT – exampkod untuk Adafruit IO, Blynk dan Thinkspeak.
• Cytron: Pemantauan Udara Menggunakan Telefon Mudah Alih – menggunakan perisai Arduino berasaskan ESP8266 untuk menghantar data daripada
• Penderia bahan zarah Honeywell HPM32322550 kepada Blynk, tiada telefon (pintar) diperlukan.

Penderia pertengahan, lebih mahal tetapi dengan keupayaan yang lebih baik untuk mengesan saiz zarah yang lebih besar:

• Sistem Piera IPS-7100
• Alphasense OPC-N3 dan OPC-R2

Bacaan Selanjutnya:

• Penderia
  • Institut Meteorologi Finland: Penilaian makmal selektiviti saiz zarah bagi penderia zarah kos rendah optik (Mei 2020)
  • Gough Lui: Review, Teardown: Plantower PMS5003 Laser Particulate Monitor Sensor termasuk perbandingan dengan Sensirion SPS30.
  • Karl Koerner: Cara Membuka dan Membersihkan Penderia Udara PMS 5003
  • Met One Instruments, Inc., BAM-1020 EPA TSA Training Video (YouTube) – menunjukkan kandungan di dalam dan cara ia berfungsi.
  • CITRIS Research Exchange: Sean Wihera (Clarity Movement) talk (YouTube) – ceramah termasuk butiran mengenai sensor Node-S yang menggunakan Sensirion SPS30.
• Perundangan dan Organisasi yang terlibat dengan kualiti udara
  • Peraturan-Peraturan Standard Kualiti Udara 2010 (UK)
  • Garis Panduan Pencemaran Udara Pertubuhan Kesihatan Sedunia (WHO).
  • Yayasan Paru-paru British – Kualiti Udara (PM2.5 dan NO2)
• Penyelidikan
  • Imperial College London: Kontinum Pencemaran Udara Dalaman-Luar (YouTube)
  • Kanak-kanak sekolah rendah mengumpul data kualiti udara menggunakan beg galas di London pada 2019:
    • Dyson: Mengesan pencemaran semasa larian sekolah. Breathe London (YouTube)
    • King's College London: Kumpulan Penyelidikan Alam Sekitar: Kajian Breathe London Wearables
  • Jurnal Atmosfera: Pencemaran Udara Dalaman daripada Dapur Kediaman: Memeriksa Banjir Zarah ke dalam Rumah semasa Penggunaan Dunia Sebenar
• Berita dan Blog
  • The Economist: Langit tengah malam – Pemanasan rumah berwarna merah arang di Poland mewujudkan pencemaran yang meluas (Januari 2021)
  • NPR AS: Berlindung Di Dalam Mungkin Tidak Melindungi Anda Daripada Bahaya Asap Liar ?
  • Reuters: Pesta itu sudah berakhir: Diwali meninggalkan Delhi sambil berdehit dalam udara yang tidak sihat
  • Blog Pimoroni: Malam Paling Tercemar Tahun Ini (di UK)
  • Pergerakan Kejelasan: Asap Api Liar, Kesihatan Awam dan Keadilan Alam Sekitar: Lebih Baik
  • Membuat Keputusan dengan Pemantauan Udara (YouTube) – pembentangan dan perbincangan tentang kualiti udara barat AS terutamanya sekitar 2020 asap FIre liar.
  • Penjaga: Udara kotor menjejaskan 97% rumah di UK, data menunjukkan
• Pemantauan zarah dan pergudangan data
  • Belanda Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (Institut Kebangsaan Kesihatan Awam dan Alam Sekitar): Vuurwerkexperiment (Eksperimen Bunga Api) 2018-2019
  • Google: Jalan demi jalan: Cara kami memetakan kualiti udara di Eropah – jalan view kereta mengumpul bahan zarah dan data gas pencemar.Rangkaian Kualiti Udara London
  • Breathe London – rangkaian untuk menambah Rangkaian Kualiti Udara London dengan "penderia kualiti udara yang boleh diatur, mudah dipasang dan diselenggara kepada sesiapa sahaja", kini menggunakan Clarity Movement Node-S.
  • Kedutaan AS di Beijing pemantauan bahan zarahan (Twitter)
  • Indeks Kualiti Udara Dunia – mengumpul data daripada pelbagai sumber yang berbeza dengan peta views dan data sejarah.
  • Sensor.Community (dahulunya dikenali sebagai Luftdaten) – "menjadikan dunia tempat yang lebih baik melalui data persekitaran terbuka yang dipacu komuniti".
• Perpustakaan Perisian
  • Pepijat Perisian dalam Pustaka Penderia Zarah – adafruit_pm25 mengalami sekurang-kurangnya satu daripada isu yang diterangkan yang memerlukan pengendalian pengecualian di sekitar baca() untuk bersiri (UART).
• Kursus
  • HarvardX: Pencemaran udara bahan zarah (YouTube) – video lima minit daripada kursus pendek EdX: Tenaga Dalam Kekangan Alam Sekitar

Pengesanan kritikal keselamatan dan penggera sebaiknya diserahkan kepada peralatan komersial daripada pembekal yang bereputasi.
https://www.youtube.com/watch?v=A5R8osNXGyo
Menerbitkan Data Penderia Zarah kepada Adafruit IO Dengan Maker Pi Pico dan ESP-01S:

Dokumen / Sumber

instructables ESP-01S Penerbitan Penderia Zarah Zarah [pdf] Panduan Pengguna Pengesan Bahan Zarah Penerbitan ESP-01S, ESP-01S, Pengesan Bahan Zarah Penerbitan, Sensor Bahan Zarah, Pengesan Jirim

Rujukan

• Manual Pengguna