Spremljanje kakovosti zraka s fotonom delcev: 11 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

V tem projektu se senzor delcev PPD42NJ uporablja za merjenje kakovosti zraka (PM 2,5) v zraku s fotonom delcev. Ne prikazuje samo podatkov na konzoli Particle and dweet.io, temveč tudi prikazuje kakovost zraka z uporabo RGB LED s spreminjanjem barve.

1. korak: Komponente

Strojna oprema

• Foton delcev ==> 19 USD
• Videl senzor prahu PPD42NJ ==> 7,20 USD
• RGB LED anode / katode ==> 1 USD
• 10k upor ==> 0,04 USD
• 3 x 220 Ω upor ==> 0,06

Programska oprema

• Spletni IDE za delce
• dweet.io

Skupna cena je okoli 28 USD

2. korak: O PM

Kaj je raven PM

Trdih delcev (PM) v atmosferskem zraku ali v katerem koli drugem plinu ni mogoče izraziti z izražanjem ppmv, volumskih odstotkov ali molskih odstotkov. PM je izražen kot mg/m^3 ali μg/m^3 zraka ali drugega plina pri določeni temperaturi in tlaku.

Opomba:- En volumski odstotek = 10 000 ppmv (volumenski delež na milijon), pri čemer je milijon definiran kot 10^6.

Pri koncentracijah, izraženih kot prostorninski delež (ppbv), je treba paziti, da se razlikuje med britansko milijardo, ki je 10^12, in milijardo ZDA, ki je 10^9.

Delci so vsota vseh trdnih in tekočih delcev, suspendiranih v zraku, od katerih so številni nevarni. Ta kompleksna mešanica vključuje organske in anorganske delce.

Glede na velikost delce pogosto delimo v dve skupini.

1. Grobi delci (PM 10-2,5), kot so tisti, ki jih najdemo v bližini cest in prašne industrije, imajo premer od 2,5 do 10 mikronov (ali mikronov). Obstoječi standard za grobe delce (znan kot PM 10) vključuje vse delce velikosti manj kot 10 mikronov.

2. "Drobni delci" (ali PM 2,5) so tisti, ki jih najdemo v dimu in meglici s premerom manj kot 2,5 mikrona. PM 2.5 se imenuje "primarni", če se neposredno oddaja v zrak kot trdni ali tekoči delci, in "sekundarni", če nastane s kemičnimi reakcijami plinov v ozračju.

Kateri od PM2,5 in PM10 je bolj škodljiv?

Manjši delci ali PM2,5 so lažji in segajo globlje v pljuča ter dolgoročno povzročijo večjo škodo. Prav tako ostanejo v zraku dlje in potujejo dlje. Delci PM10 (veliki) lahko ostanejo v zraku nekaj minut ali ur, medtem ko lahko delci PM2.5 (majhni) ostanejo v zraku dneve ali tedne.

Opomba:- Podatki PM2,5 ali PM10 na spletnih straneh so predstavljeni kot AQI ali ug/m3. Če je vrednost PM2,5 100, potem če je predstavljena kot AQI, bo spadala v kategorijo "Zadovoljivo", če pa je predstavljena kot ug/m3, bo spadala v kategorijo "Slabo".

Korak: Senzor prahu PPD42NJ

Na podlagi metode razprševanja svetlobe neprekinjeno zaznava delce v zraku. Impulzni izhod, ki ustreza koncentraciji na enoto prostornine delcev, je mogoče doseči z uporabo izvirne metode odkrivanja, ki temelji na principu razprševanja svetlobe, podobnega števcu delcev.

Prednja stran

Na sprednji strani ima 2 lončka z oznako VR1 in VR3, ki sta že tovarniško umerjena. IR detektor je pokrit s kovinsko posodo. Zanimivo je, da je ob strani označena reža SL2, ki je neuporabljena.

Zadnja stran

Vezje je v veliki meri sestavljeno iz pasivnih in op-amp. RH1 je grelnik upora, ki bi ga teoretično lahko odstranili za varčevanje z energijo, če bi obstajal kakšen drug način kroženja zraka.

Opis pin

Namestitev senzorja Pri odločanju o namestitvi senzorja je treba upoštevati več točk.

• Senzor je treba postaviti v navpični smeri. Kakršna koli druga usmeritev ne bi dosegla želenega pretoka zraka.
• Senzor naj bo v temnem stanju.
• Za tesnjenje vrzeli med senzorjem in ohišjem je potreben mehak oblazinjen material.

Zaprite vrzel s folijskim papirjem, kot je prikazano spodaj

Govorimo o izhodu senzorja Izhod senzorja je običajno visok, vendar je sorazmerno s koncentracijo PM nizek, zato lahko z merjenjem, kar imenujejo nizka pulzna zasedenost (LPO), določimo koncentracijo PM. Ta LPO je priporočljivo meriti v enoti časa 30 sekund.

4. korak: LED RGB

Obstajata dve vrsti RGB LED:

Skupna anodna LED

V skupni anodni LED RGB imajo tri svetleče diode pozitivno povezavo (anodo).

Skupna katodna LED

V skupni katodni RGB LED imajo vse tri LED diode negativno povezavo (katodo).

RGB LED zatiči

5. korak: Foton delcev

Photon je priljubljena plošča IOT. Na plošči je nameščen mikrokrmilnik STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 in ima 1 MB bliskovnega pomnilnika, 128 Kb RAM -a in 18 vhodov za mešani vhod splošnega namena (GPIO) z naprednimi zunanjimi napravami. Modul ima vgrajen Wi-Fi čip Cypress BCM43362 za povezljivost Wi-Fi in enopasovni 2,4 GHz IEEE 802.11b/g/n za Bluetooth. Plošča je opremljena z 2 SPI, enim I2S, enim I2C, enim CAN in enim USB vmesnikom. Treba je opozoriti, da je 3V3 filtriran izhod, ki se uporablja za analogne senzorje. Ta pin je izhod vgrajenega regulatorja in je notranje povezan z VDD modula Wi-Fi. Ko napajate Photon prek VIN ali USB vrat, bo ta pin izhod napetosti 3,3VDC. Ta pin lahko uporabite tudi za neposredno napajanje Photona (največji vhod 3.3VDC). Če se uporablja kot izhod, je največja obremenitev 3V3 100 mA. Signali PWM imajo ločljivost 8 bitov in delujejo na frekvenci 500 Hz.

Pin diagram

Opis pin

6. korak: Dweet.io

dweet.io omogoča enostavno dostopnost podatkov vašega stroja in senzorja prek spletnega API -ja RESTful, ki vam omogoča hitro izdelavo aplikacij ali preprosto izmenjavo podatkov.

1. Pojdite na dweet.io

n

2. Pojdite na razdelek dweets in ustvarite dweet za stvar

3. Videli boste takšno stran. Vnesite edinstveno ime stvari. To ime bo uporabljeno pri fotonu delcev.

Zdaj smo končali z nastavitvijo dweet.io

7. korak: Spletni IDE delcev

Za pisanje programske kode za kateri koli Photon mora razvijalec ustvariti račun na spletnem mestu Particle in registrirati ploščo Photon s svojim uporabniškim računom. Programsko kodo lahko nato napišete v spletni IDE na spletnem mestu Particle in jo po internetu prenesete na registriran foton. Če je izbrana iverna plošča, tukaj Photon, vklopljena in povezana s storitvijo v oblaku za delce, se koda po internetni povezavi požge na izbrano ploščo in plošča začne delovati v skladu s preneseno kodo. Za nadzor plošče po internetu je zasnovana spletna stran, ki uporablja Ajax in JQuery za pošiljanje podatkov na ploščo z uporabo metode HTTP POST. Spletna stran identificira ploščo po ID -ju naprave in se prek žetona za dostop poveže s storitvijo delcev v oblaku.

Kako povezati foton z internetom1. Napajajte svojo napravo

• Priključite kabel USB v vir napajanja.
• Takoj, ko je priključen, mora LED RGB na vaši napravi začeti utripati modro. Če naprava ne utripa modro, pridržite gumb SETUP. Če vaša naprava sploh ne utripa ali če LED lučka sveti oranžne barve, morda nima dovolj energije. Poskusite zamenjati vir napajanja ali kabel USB.

2. Povežite svoj Photon z internetom

Spletno aplikacijo ali mobilno aplikacijo uporabljate na dva načina. Uporaba spletne aplikacije

• Korak 1 Pojdite na particle.io
• Korak 2 Kliknite na nastavitev Photon
• 3. korak Po kliku na NAPREJ vam bo prikazana datoteka (photonsetup.html)
• 4. korak Odprite datoteko.
• 5. korak Po odprtju datoteke povežite računalnik s Photonom tako, da se povežete z omrežjem PHOTON.
• 6. korak Konfigurirajte poverilnice za Wi-Fi.

Opomba: Če napačno vnesete poverilnice, bo Photon utripal temno modro ali zeleno. Ponovno morate iti skozi postopek (tako, da osvežite stran ali kliknete del ponovnega postopka)

7. korak Preimenujte svojo napravo. Videli boste tudi potrditev, če je bila naprava zahtevana ali ne

b. Uporaba pametnega telefona

Odprite aplikacijo v telefonu. Prijavite se ali se prijavite za račun pri Particle, če ga nimate

Po prijavi pritisnite ikono plus in izberite napravo, ki jo želite dodati. Nato sledite navodilom na zaslonu, da napravo povežete z omrežjem Wi-Fi. Če se vaš Photon prvič poveže, bo med prenosom posodobitev nekaj minut utripal vijolično. Odvisno od vaše internetne povezave lahko traja 6-12 minut, da se posodobitve dokončajo, pri tem pa se Photon nekajkrat znova zažene. V tem času ne zaženite ali izključite Photona

Ko priključite svojo napravo, se je naučila tega omrežja. Naprava lahko shrani do pet omrežij. Če želite po začetni nastavitvi dodati novo omrežje, bi napravo znova postavili v način poslušanja in nadaljevali, kot je opisano zgoraj. Če menite, da ima vaša naprava preveč omrežij, lahko v njej izbrišete pomnilnik vseh omrežij Wi-Fi, ki se jih je naučila. To lahko storite tako, da gumb za nastavitev držite 10 sekund, dokler LED RGB ne utripa hitro modro, kar pomeni, da so vsi profili izbrisani.

Načini

• Cyan, vaš Photon je povezan z internetom.
• Magenta, trenutno nalaga aplikacijo ali posodablja vdelano programsko opremo. To stanje sproži posodobitev vdelane programske opreme ali utripanje kode iz spletnega IDE ali namiznega IDE. Ta način boste morda videli, ko prvič povežete svoj Photon z oblakom.
• Green, poskuša se povezati z internetom.
• Bela, modul Wi-Fi je izklopljen.

Web IDEParticle Build je integrirano razvojno okolje ali IDE, kar pomeni, da lahko razvijate programsko opremo v aplikaciji, ki je enostavna za uporabo, kar se zgodi v vašem spletnem brskalniku.

• Če želite odpreti gradnjo, se prijavite v svoj račun delcev in nato kliknite Web IDE, kot je prikazano na sliki.

  

• Ko kliknete, boste videli takšno konzolo.

  

• Če želite ustvariti novo aplikacijo za ustvarjanje, kliknite na ustvarjanje nove aplikacije.

  

• Za preverjanje programa. Kliknite na preverjanje.

  

• Če želite naložiti kodo, kliknite bliskavico, vendar pred tem izberite napravo. Če imate več kot eno napravo, se morate prepričati, da ste izbrali, na katero napravo želite kodo utripati. Kliknite ikono "Naprave" v spodnjem levem kotu podokna za krmarjenje, ko se s kazalcem miške pomaknete na ime naprave, se na levi prikaže zvezda. Kliknite nanjo, da nastavite napravo, ki jo želite posodobiti (ne bo vidna, če imate samo eno napravo). Ko izberete napravo, bo zvezda, povezana z njo, postala rumena. (Če imate samo eno napravo, je ni treba izbrati, lahko nadaljujete.

8. korak: Povezave

Foton delcev ==> Senzor PPD42NJ (nameščen v navpični smeri)

GND ==> Pin1 (GND)

D6 ==> Pin2 (izhod)

Vin ==> Pin3 (5V)

GND ==> 10k upor ==> Pin5 (vhod)

Foton delcev ==> RGB LED

D1 ==> R

D2 ==> G

D3 ==> B

GND ==> Skupna katoda (-)

9. korak: Program

10. korak: Rezultat

11. korak: Kako narediti PCB v Eaglu

Kaj je PCB

PCB je tiskano vezje, ki električno poveže niz elektronskih komponent z uporabo bakrenih sledi na neprevodni plošči. V tiskanem vezju so vse komponente povezane brez žic, vse komponente so notranje povezane, zato bo zmanjšala kompleksnost celotne zasnove vezja.

Vrste PCB

1. Enostransko tiskano vezje

2. Dvostransko tiskano vezje

3. Večplastno PCB

Pri tem govorim samo o enostranski PCB

Enostransko tiskano vezje

Enoslojna PCB je znana tudi kot enostranska PCB. Ta vrsta tiskanega vezja je enostavna in najpogosteje uporabljena tiskana vezja, ker je ta tiskana vezja enostavna za oblikovanje in izdelavo. Ena stran tega tiskanega vezja je prevlečena s plastjo katerega koli prevodnega materiala. Baker se uporablja kot prevodni material, ker ima zelo dobre prevodne lastnosti. Za zaščito PCB pred oksidacijo se uporablja plast spajkalne maske, ki ji sledi sitotisk za označevanje vseh komponent na tiskanem vezju. Pri tej vrsti tiskanega vezja se samo ena stran tiskanega vezja uporablja za povezavo različnih vrst komponent.

Različni deli PCB1. Plasti

Zgornja in spodnja plast: V zgornji plasti tiskanega vezja so uporabljene vse komponente SMD. Na splošno je ta plast rdeče obarvana. V spodnji plasti tiskanega vezja so vse komponente spajkane skozi luknjo, svinec komponent pa je znan kot spodnja plast tiskanega vezja. Pri tem se uporabljajo komponente DIP in plast je modra.

Bakrene sledi Običajno je prevodna pot med komponentami v tokokrogih za električni stik ali pa je prevodna pot, ki se uporablja za povezavo 2 točk na tiskanem vezju. Na primer, povezovanje 2 blazinic ali priključitev blazinice in prečke ali med viasi. Tere imajo lahko različne širine, odvisno od tokov, ki tečejo skozi njih.

Baker uporabljamo, ker je zelo prevoden. To pomeni, da lahko zlahka prenaša signale, ne da bi pri tem izgubil elektriko. V najpogostejši konfiguraciji se lahko unča bakra spremeni v 35 mikrometrov debeline približno 1,4 tisočinke palca, kar lahko pokrije celotno površino PCB podlage.

Blazinice so majhna bakrena površina na tiskanem vezju, ki omogoča spajkanje komponente na ploščo ali pa lahko rečemo točke na vezju, kjer so spoji sponk komponent.

Obstajata 2 vrsti blazinic; skozi luknje in SMD (površinski nosilec).

• Blazinice skozi luknje so namenjene vstavljanju zatičev sestavnih delov, zato jih je mogoče spajkati z nasprotne strani, s katere je bila komponenta vstavljena.
• SMD blazinice so namenjene za površinsko montažo ali povedano drugače, za spajkanje komponente na isti površini, kjer je bila nameščena.

Oblike blazinic

1. Krožno
2. Ovalna
3. Kvadrat

Spajkalna maska Za montažo električnih komponent na tiskana vezja je potreben postopek montaže. Ta postopek je mogoče izvesti ročno ali s pomočjo posebnih strojev. Postopek montaže zahteva uporabo spajkanja za namestitev komponent na ploščo. Da bi se izognili ali preprečili, da bi spajkalnik nenamerno povzročil kratki stik dveh tirov iz različnih mrež, proizvajalci tiskanih vezij na obeh površinah plošče nanesejo lak, imenovan spajkalna maska. Najpogostejša barva spajkalne maske, ki se uporablja na tiskanih vezjih, je zelena. Ta izolacijski sloj se uporablja za preprečevanje nenamernega stika blazinic z drugim prevodnim materialom na tiskanem vezju.

Silkcreen Silk screening (Overlay) je postopek, pri katerem proizvajalec natisne informacije o spajkalni maski, ki olajša postopke sestavljanja, preverjanja in odpravljanja napak. Na splošno je sitotisk natisnjen za prikaz preskusnih točk, pa tudi položaja, usmerjenosti in sklicevanja elektronskih komponent, ki so del vezja. Sitotisk lahko natisnete na obe površini plošče.

ViaA via je platirana luknja, ki omogoča pretok toka skozi ploščo. Uporablja se v večplastnem tiskanem vezju za povezavo z več plastmi.

Vrste Via

Vijaki skozi luknje ali vijaki s polnim nizom

Kadar je treba medsebojno povezavo narediti iz komponente, ki se nahaja na zgornji plasti tiskanega vezja, z drugo, ki se nahaja na spodnji plasti. Za vodenje toka od zgornje plasti do spodnje plasti se za vsako skladbo uporablja via.

Zelena ==> Zgornja in spodnja spajkalna maska

Rdeča ==> Zgornja plast (prevodna)

Vijolična ==> Druga plast. V tem primeru se ta plast uporablja kot ravnina moči (npr. Vcc ali Gnd)

Rumena ==> Tretja plast. V tem primeru se ta plast uporablja kot ravnina moči (npr. Vcc ali Gnd)

Modra ==> Spodnja plast (prevodna)

2. Uporabljajo se slepi viaslini, ki omogočajo povezavo z zunanje plasti na notranjo plast z minimalno višino. Slepo via se začne na zunanji plasti in konča na notranji plasti, zato ima predpono "blind". Pri načrtovanju večplastnih sistemov, kjer je veliko integriranih vezij, se uporabljajo energetske ravnine (Vcc ali GND), da se izognemo pretiranemu usmerjanju za tirnice.

Če želite vedeti, ali je določena via slepa, lahko PCB postavite ob vir svetlobe in preverite, ali lahko vidite svetlobo, ki prihaja iz vira skozi via. Če lahko vidite svetlobo, je via skozi luknjo, sicer je via slepa.

Pri oblikovanju tiskanih vezij je zelo koristno uporabiti te vrste vias, če nimate preveč prostora za namestitev komponent in usmerjanje. Komponente lahko postavite na obe strani in povečate prostor. Če bi bile veje namesto slepe skozi luknje, bi vias na obeh straneh uporabile nekaj dodatnega prostora.

3. Zakopane veje Te vias so podobne slepim, s to razliko, da se začnejo in končajo na notranji plasti.

ERCA Po ustvarjanju shematskega in označevalnega vezja je treba preveriti, ali je v tokokrogu kakšne električne napake, na primer, če omrežja niso pravilno priključena, vhod ni povezan z vhodnim zatičem, Vcc in GND, kjer koli v tokokrogu, ali kjer koli je v kratkem stiku, ali kateri koli tip električnega zatiča ni pravilno izbran itd. Vse to so vrste električnih napak. Če smo v shemi naredili takšno napako in če ne izvajamo nobenega ERC -ja, potem po dokončanju tiskanega vezja ne moremo dobiti želenega rezultata iz vezja.

Podrobnosti o ERC

Preverjanje pravil oblikovanja Podrobnosti DRC

Kako narediti PCB v Eaglu

Naredite shematski diagram

1. Če želite narediti shemo, pojdite na Datoteka ==> novo ==> Shema Videli boste takšno stran

Ker ni delov delcev, moramo dodati knjižnice naprav z delci.

delcev lib

Nato ga po prenosu premaknite v mapo C: / Users / ….. / Documents / EAGLE / libraries

V Eagle odprtih shemah pojdite na Knjižnica ==> odprite upravitelja knjižnice

videli boste takšno stran, pojdite na možnost Na voljo in poiščite knjižnico particledevices.lbr

Po odprtju kliknite na uporabo

Zdaj lahko vidimo naprave z delci.

Naslednji korak je izdelava sheme, za katero bomo uporabili dodani del, kot je prikazano na sliki

Ko kliknete na dodaj del, boste videli takšno stran

Komponente, ki smo jih potrebovali, so foton delcev, glave, upori, GND, Vcc. Poiščite komponente v dodatnih delih

• Za upor obstajata dve vrsti ZDA in EU. Tukaj uporabljam evropsko
• Za glavo poiščite glavo in videli boste veliko naslovov, izbranih glede na vaše.
• Za iskanje tal gnd
• Za iskanje VCC vcc
• Iščite delce Photon

Ko izberete komponente, jih morate združiti, tako da lahko uporabite črto ali mreže ali oboje.

Pridružite se mu, kot je prikazano na spodnji sliki

Naslednji korak je ime in vrednost.

Če želite dati imena, izberite ime in kliknite komponento, ki ji želite dati ime.

Za podajanje vrednosti izberite vrednost in nato kliknite komponento, ki ji želimo dati ime.

Po tem preverite ERC

Ko smo preverjeni, smo končali s shemo. Naslednji korak je prehod na plošče iz shem

Ko preklopite na plošče, boste na levi strani plošče videli vse komponente, zato jih morate premakniti na tiskano vezje. Za to kliknite skupino in izberite vse komponente ter jo premaknite z orodjem za premikanje.

Po tem sestavite vse sestavne dele, kot vam ustreza. Za priključitev komponent uporabite airwire route, uporabite spodnjo plast, mreža bo v mm in širina airwire trase 0,4064

Po združevanju vseh komponent Zrcalno orodje ustvarite podobo vrednosti in imen.

Za uporabo zrcala najprej izberite zrcalno orodje in nato vrednosti, imena. Nato shranite ploščo s poljubnim imenom, preverite DRC, da preverite napake. Če ni napak, je dobro, da nadaljujemo.

Če si želite ogledati predogled plošče, pojdite v proizvodnjo.

Zdaj smo končali z delom na plošči.

Naslednji korak je tiskanje ckt na sijajni papir. Za ta klik na tiskanje boste videli stran, kot je prikazano spodaj.

V možnosti izberite črno, če uporabljate več plasti, morate izbrati tudi ogledalo

Izberite faktor faktorja 1.042 Nato ga shranite v pdf ali natisnite

Po tiskanju ckt -a 1. z lahkotno roko odstranite oksidacijski sloj z brusnim papirjem (400).

2. Očistite ga z izopropanolom ali propan-2-olom, če želite, lahko uporabite tudi razredčilo.

3. Natisnjeni ckt položite na list FR4 s papirnatim trakom.

4. Segrejte ga s segrevalnim likalnikom (5-10 minut), da bo ckt natisnil na listu FR4. Desko namočite v vodi 2-3 minute. Po tem odstranite trak in papir.

5. Postavite ga v raztopino železovega klorida za 10 minut, da odstranite dostopni baker, nato ga sperite z vodo.

6. Odstranite plast z brusnim papirjem (400) ali acetonom.