Praćenje kvalitete zraka pomoću fotona čestica: 11 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

U ovom projektu senzor čestica PPD42NJ koristi se za mjerenje kvalitete zraka (PM 2,5) prisutne u zraku pomoću čestica fotona. Ne prikazuje samo podatke na konzoli Particle i dweet.io, već također ukazuje na kvalitetu zraka pomoću RGB LED -a promjenom boje.

Korak 1: Komponente

Hardver

• Foton čestica ==> 19 USD
• Vidio PPD42NJ senzor prašine ==> 7,20 USD
• RGB LED anode / katode ==> 1 USD
• 10k otpornik ==> 0,04 USD
• 3 x 220 Ω otpornik ==> 0,06

Softver

• Web IDE za čestice
• dweet.io

Ukupna cijena je oko 28 USD

Korak 2: O PM -u

Što je PM razina

Čestice (PM) u atmosferskom zraku ili u bilo kojem drugom plinu ne mogu se izraziti u obliku ppmv, volumnih postotaka ili molskih postotaka. PM se izražava kao mg/m^3 ili μg/m^3 zraka ili drugog plina pri određenoj temperaturi i tlaku.

Napomena:- Jedan volumski postotak = 10 000 ppmv (volumni dijelovi na milijun), pri čemu se milijun definira kao 10^6.

Moramo voditi računa o koncentracijama izraženim u volumenskim dijelovima po milijardi (ppbv) kako bismo razlikovali britansku milijardu koja iznosi 10^12 i milijardu SAD -a koja je 10^9.

Čestice su zbir svih čvrstih i tekućih čestica suspendiranih u zraku, od kojih su mnoge opasne. Ova složena smjesa uključuje i organske i anorganske čestice.

Ovisno o veličini, čestice se često dijele u dvije skupine.

1. Grube čestice (PM 10-2,5), poput onih koje se nalaze u blizini cesta i prašnjave industrije, imaju promjer od 2,5 do 10 mikrometara (ili mikrona). Postojeći standard za grube čestice (poznat kao PM 10) uključuje sve čestice veličine manje od 10 mikrona.

2. "Fine čestice" (ili PM 2,5) su one koje se nalaze u dimu i izmaglici imaju promjer manji od 2,5 mikrona. PM 2.5 naziva se "primarnim" ako se izravno emitira u zrak kao krute ili tekuće čestice, a naziva se "sekundarnim" ako nastaje kemijskim reakcijama plinova u atmosferi.

Koji od PM2,5 i PM10 je štetniji?

Manje čestice ili PM2,5 lakše su i idu dublje u pluća te dugoročno uzrokuju veća oštećenja. Također se duže zadržavaju u zraku i putuju dalje. Čestice PM10 (velike) mogu ostati u zraku nekoliko minuta ili sati, dok čestice PM2.5 (male) mogu ostati u zraku danima ili tjednima.

Napomena:- Podaci PM2.5 ili PM10 na mrežnim web stranicama predstavljeni su kao AQI ili ug/m3. Ako je vrijednost PM2,5 100, onda ako je predstavljena kao AQI, tada će pasti u kategoriju 'Zadovoljavajuće', ali ako je predstavljena kao ug/m3, onda će pasti u kategoriju 'Loše'.

Korak 3: Senzor prašine PPD42NJ

Na temelju metode raspršenja svjetla, kontinuirano detektira čestice u zraku. Impulsni izlaz koji odgovara koncentraciji po jedinici volumena čestica može se postići korištenjem originalne metode detekcije temeljene na principu raspršenog svjetla, sličnom brojaču čestica.

Prednja strana

Na prednjoj strani ima 2 lonca s oznakom VR1 i VR3 koji su već tvornički kalibrirani. IC detektor prekriven je metalnom limenkom. Zanimljivo je da se sa strane nalazi utor sa oznakom SL2 koji se ne koristi.

Stražnja strana

Krug se uglavnom sastoji od pasiva i op-pojačala. RH1 je otpornički grijač koji bi se, u teoriji, mogao ukloniti radi uštede energije ako postoji neki drugi način cirkulacije zraka.

Opis igle

Postavljanje senzora Postoji nekoliko točaka koje treba uzeti u obzir pri odlučivanju o načinu postavljanja senzora.

• Senzor mora biti postavljen u okomitom položaju. Bilo koja druga orijentacija ne bi postigla željeni protok zraka.
• Senzor treba držati u tamnom stanju.
• Za zatvaranje razmaka između senzora i kućišta potreban je mekani materijal za jastučiće.

Zatvorite prazninu folijskim papirom kao što je dolje prikazano

Govorimo o izlazu senzora Izlaz senzora je obično visok, ali je nizak proporcionalno koncentraciji PM -a, pa se mjerenjem onoga što oni nazivaju niska pulsna zauzetost (LPO) može odrediti koncentracija PM -a. Ovaj LPO se preporučuje mjeriti u jedinici vremena od 30 sekundi.

Korak 4: RGB LED

Postoje dvije vrste RGB LED dioda:

Uobičajena anodna LED

U zajedničkoj anodnoj RGB LED, tri LED diode dijele pozitivnu vezu (anodu).

Uobičajena katodna LED

U zajedničkoj katodnoj RGB LED, sve tri LED diode imaju negativnu vezu (katodu).

RGB LED pinovi

Korak 5: Foton čestica

Photon je popularna IOT ploča. Na ploči se nalazi STM32F205 ARM Cortex M3 mikrokontroler od 120 MHz i ima 1 MB flash memorije, 128 Kb RAM -a i 18 ulaza za mješoviti ulaz opće namjene (GPIO) s naprednim perifernim uređajima. Modul ima ugrađeni Wipress čip Cypress BCM43362 za Wi-Fi povezivanje i jednopojasni 2,4 GHz IEEE 802.11b/g/n za Bluetooth. Ploča je opremljena s 2 SPI, jednim I2S, jednim I2C, jednim CAN -om i jednim USB sučeljem. Valja napomenuti da je 3V3 filtrirani izlaz koji se koristi za analogne senzore. Ovaj pin je izlaz ugrađenog regulatora i interno je povezan s VDD-om Wi-Fi modula. Prilikom napajanja Photona putem VIN -a ili USB priključka, ovaj pin će izlaziti napon od 3,3 VDC. Ovaj pin se također može koristiti za izravno napajanje fotona (maksimalni ulaz 3.3VDC). Kada se koristi kao izlaz, maksimalno opterećenje na 3V3 je 100mA. PWM signali imaju rezoluciju od 8 bita i rade na frekvenciji od 500 Hz.

Pin dijagram

Opis igle

Korak 6: Dweet.io

dweet.io omogućuje da vaši podaci o stroju i senzorima postanu lako dostupni putem web -zasnovanog RESTful API -ja, što vam omogućuje brzo stvaranje aplikacija ili jednostavno razmjenu podataka.

1. Idite na dweet.io

n

2. Idite na odjeljak dweets i stvorite dweet za neku stvar

3. Vidjet ćete ovakvu stranicu. Unesite jedinstveni naziv stvari. Ovo ime će se koristiti u česticama fotona.

Sada smo završili s postavljanjem dweet.io

Korak 7: Web IDE čestica

Za pisanje programskog koda za bilo koji Photon, programer mora stvoriti račun na web stranici Particle i registrirati Photon ploču sa svojim korisničkim računom. Programski kod tada se može zapisati na web IDE -u na web stranici Particle i prenijeti na registrirani foton putem interneta. Ako je odabrana iverica, ovdje Photon, uključena i spojena na cloud uslugu čestice, kod se bežično spaja na odabranu ploču putem internetske veze i ploča počinje raditi prema prenesenom kodu. Za nadzornu ploču putem interneta dizajnirana je web stranica koja koristi Ajax i JQuery za slanje podataka na ploču pomoću HTTP POST metode. Web stranica identificira ploču prema ID -u uređaja i povezuje se s oblačnom uslugom Particle putem pristupnog tokena.

Kako spojiti foton s internetom1. Uključite uređaj

• Priključite USB kabel u izvor napajanja.
• Čim je priključen, RGB LED na vašem uređaju trebao bi početi treptati plavo. Ako vaš uređaj ne treperi plavo, držite pritisnutu tipku SETUP. Ako vaš uređaj uopće ne treperi ili LED dioda svijetli narančasta, možda nema dovoljno energije. Pokušajte promijeniti izvor napajanja ili USB kabel.

2. Povežite svoj Photon s internetom

Postoje dva načina korištenja web aplikacije ili mobilne aplikacije. Korištenje web aplikacije

• Korak 1 Idite na particle.io
• Korak 2 Kliknite na setup a Photon
• Korak 3 Nakon što kliknete NEXT, trebala bi vam se prikazati datoteka (photonsetup.html)
• Korak 4 Otvorite datoteku.
• Korak 5 Nakon otvaranja datoteke, povežite računalo s Photonom povezivanjem na mrežu pod nazivom PHOTON.
• Korak 6 Konfigurirajte svoje vjerodajnice za Wi-Fi.

Napomena: Ako pogrešno unesete vjerodajnice, Photon će treptati tamno plavo ili zeleno. Morate ponovno proći kroz postupak (osvježavanjem stranice ili klikom na dio procesa ponovnog pokušaja)

Korak 7 Preimenujte uređaj. Također ćete vidjeti potvrdu je li na uređaj položeno pravo ili nije

b. Korištenje pametnog telefona

Otvorite aplikaciju na telefonu. Prijavite se ili se prijavite za račun kod Particle ako ga nemate

Nakon prijave pritisnite ikonu plus i odaberite uređaj koji želite dodati. Zatim slijedite upute na zaslonu za povezivanje uređaja s Wi-Fi-jem. Ako je ovo prvi put da se vaš Photon povezuje, treptat će ljubičasto nekoliko minuta dok preuzima ažuriranja. Završetak ažuriranja može potrajati 6-12 minuta, ovisno o vašoj internetskoj vezi, pri čemu se Photon nekoliko puta ponovno pokreće. Za to vrijeme nemojte ponovno pokretati niti isključivati Photon iz utičnice

Nakon što povežete uređaj, on je naučio tu mrežu. Vaš uređaj može pohraniti do pet mreža. Da biste nakon početnog postavljanja dodali novu mrežu, ponovno biste uređaj stavili u način slušanja i nastavili na gore opisani način. Ako mislite da vaš uređaj ima previše mreža, možete izbrisati memoriju uređaja sa svih Wi-Fi mreža koje je naučio. To možete učiniti tako da nastavite držati gumb za postavljanje 10 sekundi dok LED dioda RGB brzo ne počne bljeskati plavo, signalizirajući da su svi profili izbrisani.

Načini rada

• Cijan, vaš Photon je spojen na internet.
• Magenta, trenutno učitava aplikaciju ili ažurira svoj firmver. Ovo stanje pokreće ažuriranje firmvera ili bljeskanje koda iz web IDE -a ili IDE -a radne površine. Ovaj način rada možete vidjeti kada prvi put povežete svoj Photon s oblakom.
• Zeleno, pokušava se povezati s internetom.
• Bijela, Wi-Fi modul je isključen.

Web IDEParticle Build je integrirano razvojno okruženje ili IDE što znači da razvoj softvera možete raditi u aplikaciji jednostavnoj za upotrebu, koja se slučajno izvodi u vašem web pregledniku.

• Da biste otvorili build, prijavite se na svoj račun čestica, a zatim kliknite na Web IDE kao što je prikazano na slici.

  

• Nakon što kliknete, vidjet ćete ovakvu konzolu.

  

• Da biste izradili novu aplikaciju za izradu, kliknite na stvaranje nove aplikacije.

  

• Za provjeru programa. Kliknite na potvrdi.

  

• Da biste učitali kôd, kliknite na bljeskalicu, ali prije nego što to učinite, odaberite uređaj. Ako imate više od jednog uređaja, morate provjeriti jeste li odabrali na koji ćete uređaj bljeskati kôd. Kliknite na ikonu "Uređaji" u donjem lijevom dijelu navigacijskog okna, a kada zadržite pokazivač miša iznad naziva uređaja, zvjezdica će se pojaviti s lijeve strane. Kliknite na nju za postavljanje uređaja koji želite ažurirati (neće biti vidljiv ako imate samo jedan uređaj). Nakon što odaberete uređaj, zvjezdica povezana s njim požutjet će. (Ako imate samo jedan uređaj, nema potrebe za odabirom, možete nastaviti.

Korak 8: Veze

Foton čestica ==> PPD42NJ senzor (postavljen u okomitom smjeru)

GND ==> Pin1 (GND)

D6 ==> Pin2 (izlaz)

Vin ==> Pin3 (5V)

GND ==> 10k otpornik ==> Pin5 (ulaz)

Foton čestica ==> RGB LED

D1 ==> R

D2 ==> G

D3 ==> B

GND ==> Zajednička katoda (-)

Korak 9: Program

Korak 10: Rezultat

Korak 11: Kako napraviti PCB u Eagle -u

Što je PCB

PCB je tiskana ploča koja električno povezuje skup elektroničkih komponenti pomoću bakrenih tračnica na neprovodnoj ploči. U PCB -u su sve komponente spojene bez žica, sve komponente su spojene interno, pa će se smanjiti složenost cjelokupnog dizajna kruga.

Vrste PCB -a

1. Jednostrana PCB

2. Dvostrana PCB

3. Višeslojna PCB

Ovdje govorim samo o jednostranim PCB-ima

Jednostrano PCB

Jednoslojna PCB poznata je i kao jednostrana PCB. Ova vrsta PCB -a je jednostavna i najčešće korištena PCB -a jer se te PCB -ove lako dizajnira i proizvodi. Jedna strana ovog PCB -a presvučena je slojem bilo kojeg provodnog materijala. Bakar se koristi kao provodni materijal jer ima vrlo dobre karakteristike provođenja. Sloj maske za lemljenje koristi se za zaštitu PCB -a od oksidacije, nakon čega slijedi sitotisak za označavanje svih komponenti na PCB -u. U ovoj vrsti PCB -a samo jedna strana PCB -a koristi se za povezivanje različitih vrsta komponenti.

Različiti dijelovi PCB1. Slojevi

Gornji i donji sloj: U gornjem sloju PCB -a koriste se sve SMD komponente. Općenito, ovaj sloj je crvene boje. U donjem sloju PCB -a sve su komponente lemljene kroz rupu, a olovo komponenti poznato je kao donji sloj PCB -a. U ovom se DIP -u koriste komponente i sloj je plave boje.

Bakreni tragoviTo je općenito vodljivi put između komponenti u krugovima za električni kontakt ili je traka vodljiva staza koja se koristi za spajanje 2 točke na PCB -u. Na primjer, spajanje 2 jastučića ili spajanje jastučića i preko ili između vijasa. Kolosijeci mogu imati različite širine ovisno o strujama koje prolaze kroz njih.

Koristimo bakar jer je vrlo vodljiv. To znači da može lako prenositi signale bez gubitka električne energije usput. U najčešćoj konfiguraciji, unca bakra može se pretvoriti u 35 mikrometara debljine oko 1,4 tisućinke inča, što može pokriti cijelo četvorno stopalo PCB podloge.

PadsA pad je mala površina bakra u tiskanoj ploči koja omogućuje lemljenje komponente na ploču ili možemo reći točke na ploči gdje su lemljeni priključci komponenti.

Postoje 2 vrste jastučića; kroz rupu i SMD (površinski nosač).

• Jastučići s rupama namijenjeni su za uvođenje igala komponenti, pa se mogu lemiti sa suprotne strane s koje je komponenta umetnuta.
• SMD jastučići namijenjeni su za uređaje za površinsko montiranje ili drugim riječima za lemljenje komponente na istu površinu na kojoj je postavljena.

Oblici jastučića

1. Kružni
2. ovalan
3. Kvadrat

Maska za lemljenje Za montažu električnih komponenti na tiskane pločice potreban je postupak montaže. Ovaj se postupak može obaviti ručno ili pomoću specijaliziranih strojeva. Postupak montaže zahtijeva upotrebu lemljenja za postavljanje komponenti na ploču. Kako bi izbjegli ili spriječili da lem slučajno izazove kratki spoj dva kolosijeka s različitih mreža, proizvođači PCB-a na obje površine ploče nanose lak pod nazivom lemilna maska. Najčešća boja maske za lemljenje koja se koristi u tiskanim pločicama je zelena. Ovaj izolacijski sloj koristi se za sprječavanje slučajnog kontakta jastučića s drugim vodljivim materijalom na PCB -u.

Silkcreen Silk screening (prekrivanje) je postupak u kojem proizvođač ispisuje informacije o masci za lemljenje pogodnoj za olakšavanje procesa sastavljanja, provjere i ispravljanja pogrešaka. Općenito, sitotisak se ispisuje radi označavanja ispitnih točaka, kao i položaja, orijentacije i reference elektroničkih komponenti koje su dio kruga. Sitotisak se može ispisati na obje površine ploče.

ViaA via je presvučena rupa koja dopušta struji da prolazi kroz ploču. Koristi se u višeslojnom PCB -u za spajanje na više slojeva.

Vrste Via

Vijase kroz rupe ili Vijase s punim snopom

Kada se međusobno povezivanje mora napraviti od komponente koja se nalazi na gornjem sloju tiskane ploče s drugom koja se nalazi na donjem sloju. Za provođenje struje od gornjeg sloja do donjeg sloja koristi se via za svaku stazu.

Zelena ==> Gornja i donja lemljena maska

Crvena ==> Gornji sloj (vodljiv)

Ljubičasta ==> Drugi sloj. U ovom slučaju, ovaj sloj se koristi kao ravnina snage (tj. Vcc ili Gnd)

Žuta ==> Treći sloj. U ovom slučaju, ovaj sloj se koristi kao ravnina snage (tj. Vcc ili Gnd)

Plava ==> Donji sloj (vodljiv)

2. Koriste se slijepe vias slijepe vias, koje omogućuju povezivanje s vanjskog sloja na unutarnji sloj s minimalnom visinom. Slijepi ulaz započinje na vanjskom sloju i završava na unutarnjem sloju, zato ima prefiks "slijepo". U dizajnu višeslojnog sustava gdje postoji mnogo integriranih krugova, energetski se ravnini (Vcc ili GND) koriste kako bi se izbjeglo pretjerano usmjeravanje tračnica.

Da biste saznali je li određena via slijepa, možete staviti PCB na izvor svjetlosti i vidjeti možete li vidjeti svjetlost koja dolazi iz izvora kroz via. Ako možete vidjeti svjetlo, tada je prolaz kroz rupu, u protivnom je slijep.

Vrlo je korisno koristiti ove vrste viasa u dizajnu tiskanih pločica ako nemate previše prostora za postavljanje komponenti i usmjeravanje. Možete staviti komponente s obje strane i povećati prostor. Da su vija kroz rupu umjesto slijepe, vijase bi imale dodatni prostor na obje strane.

3. Ukopane vijate Ove su vie slične slijepima, s tom razlikom što počinju i završavaju na unutarnjem sloju.

ERCA Nakon stvaranja shematskog i označavajućeg kruga, potrebno je provjeriti ima li krug bilo kakvih električnih grešaka, kao što je, ako mreže nisu pravilno spojene, ulaz nije spojen na ulazni pin, Vcc i GND spojeni bilo gdje u krugu, ili sve vrste električnih pinova nisu pravilno odabrane itd. Sve su to vrste električnih grešaka. Ako smo napravili bilo kakvu takvu pogrešku u shemi i ako ne izvodimo ERC, nakon dovršetka PCB -a ne možemo dobiti željeni rezultat iz kruga.

ERC detalji

Provjera pravila dizajna Detalj DRC -a

Kako napraviti PCB u Eagle -u

Napravite shematski dijagram

1. Da biste napravili shemu, idite na Datoteka ==> nova ==> Shema Vidjet ćete ovakvu stranicu

Kako nema dijelova čestica, moramo dodati knjižnice uređaja s česticama.

čestica lib

Zatim, nakon preuzimanja, premjestite ga u mapu C: / Users / ….. / Documents / EAGLE / libraries

U Eagle open Schematics idite na Library ==> open library manager

vidjet ćete ovakvu stranicu, idite na opciju Dostupno i pregledajte knjižnicu particledevices.lbr

Nakon otvaranja kliknite na upotrijebi

Sada možemo vidjeti uređaje s česticama.

Sljedeći korak je napraviti shemu za koju ćemo koristiti dodani dio kao što je prikazano na slici

Kada kliknete na dodaj dio, vidjet ćete ovakvu stranicu

Komponente koje su nam potrebne su foton čestica, zaglavlja, otpornici, GND, Vcc. Pretražujte komponente u dodavanju dijelova

• Za otpornike postoje dvije vrste SAD i EU. Ovdje koristim europsku
• Za zaglavlje pretraživanja zaglavlja vidjet ćete mnogo zaglavlja koja odabiru prema vašem.
• Za traženje tla gnd
• Za VCC pretraživanje vcc
• Za Foton čestica potražite ga

Nakon što su komponente odabrane, sljedeći korak je njihovo spajanje. Za to možete koristiti liniju ili mreže ili oboje.

Pridružite mu se kao što je prikazano na donjoj slici

Sljedeći korak je davanje imena i vrijednosti.

Za davanje imena odaberite ime, a zatim kliknite komponentu kojoj želite dati ime.

Za davanje vrijednosti odaberite vrijednost, a zatim kliknite komponentu kojoj želimo dati ime.

Nakon toga provjerite ERC

Nakon provjere gotovi smo sa shemom. Sljedeći korak je prelazak na ploče sa shema

Kad pređete na ploče, vidjet ćete sve komponente s lijeve strane ploče pa ih morate premjestiti na PCB ploču. Za to kliknite na grupu i odaberite sve komponente i pomaknite je pomoću alata za premještanje.

Nakon toga sastavite sve komponente prema vlastitom nahođenju. Za spajanje komponenti upotrijebite airwire route, pazite da koristite donji sloj, rešetka će biti u mm, a širina airwire rute 0,4064

Nakon spajanja svih komponenti Pomoću zrcalnog alata generirajte sliku vrijednosti i imena.

Za korištenje zrcala prvo odaberite zrcalni alat, a zatim vrijednosti, imena. Zatim spremite ploču s bilo kojim imenom, provjerite DRC da biste provjerili pogreške. Ako nema greške, dobro je da nastavimo.

Da biste vidjeli pregled ploče, idite u proizvodnju.

Sada smo završili s dijelom ploče.

Sljedeći korak je ispis ckt -a na sjajnom papiru. Za taj klik na ispis, vidjet ćete stranicu kao što je prikazano u nastavku.

Odaberite crnu boju u opciji, ako koristite više slojeva, morate odabrati i zrcalo

Odaberite faktor razmjere 1.042 Nakon toga spremite ga u pdf ili ispišite

Nakon ispisa ckt -a, 1. laganom rukom uklonite oksidacijski sloj brusnim papirom (400).

2. Očistite ga izopropanolom ili propan-2-olom ili ako želite, možete koristiti i razrjeđivač.

3. Odštampani ckt postavite na list FR4 pomoću papirnate trake.

4. Zagrijte ga grijačem (5 -10 minuta) tako da ckt ispisuje na listu FR4. Namočite dasku u vodi 2-3 minute. Nakon toga uklonite traku i papir.

5. Stavite ga u otopinu željeznog klorida na 10 minuta kako biste uklonili pristupni bakar, a zatim ga operite vodom.

6. Uklonite sloj brusnim papirom (400) ili acetonom.