Máy đếm hạt vi mô cầm tay PM1 PM2.5 PM10: 20 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Ngày nay, các chất gây ô nhiễm không khí có mặt khắp nơi và đặc biệt hơn là ở các thành phố của chúng ta. Các thành phố lớn là con mồi quanh năm với mức độ ô nhiễm đôi khi đạt (và thường ở mức nhất định) rất nguy hiểm cho sức khỏe con người. Trẻ em cực kỳ nhạy cảm với chất lượng không khí mà chúng hít thở. Không khí ô nhiễm này dẫn đến chúng, trong số các vấn đề dị ứng khác. Không khí bị ô nhiễm bên ngoài nhà của chúng ta, nhưng cũng ở mức độ của những thời điểm quan trọng nhất, bên trong nhà và xe hơi của chúng ta. Mức chất lượng không khí có tại trang web sau đây. Trang web của Trung Quốc này tập hợp tất cả các phép đo chất lượng không khí của các cảm biến của cả chế độ. Mức chất lượng không khí được định dạng theo chỉ số AQI, chỉ số này có thể khác nhau đôi chút giữa các quốc gia. Tài liệu này giải thích cách tính chỉ số này. Tài liệu khác này là một hướng dẫn hiểu biết.

Để biết chất lượng không khí mà chúng ta hít thở, ở bất cứ đâu và trong thời gian thực, tôi bắt đầu tạo ra một máy đếm hạt khí quyển di động (sau này chúng ta sẽ gọi là CPA)., có thể để vừa trong túi. Nó được tạo ra để:

• Giữ trong túi.
• Có quyền tự chủ lớn về hoạt động.
• Hãy dễ hiểu
• Có thể lưu các phép đo trên PC.
• Có thể sạc lại được.
• Để có thể truy cập nó bằng điện thoại của bạn mà không cần sự hiện diện của các mạng kết nối Wifi cục bộ.
• Có thể kiểm soát một thiết bị lọc không khí nếu ô nhiễm vượt quá một ngưỡng nhất định.

Đặc trưng

• Kích thước: 65x57x23mm
• Các hạt đo được: PM1, PM2.5 và PM10
• Quyền tự chủ: từ 3 giờ đến vài tuần tùy thuộc vào chế độ hoạt động đã chọn.
• Pin Lithium-ion 3v7 - 680 mAh
• Giao diện Micro USB để sạc và truyền dữ liệu.
• Bộ nhớ của 2038 phép đo (680 cho mỗi loại PMxx)
• Thời gian lấy mẫu: liên tục, 5 phút, 15 phút, 30 phút, 1 giờ
• Đầu ra lệnh 3v3 theo mức độ ô nhiễm.
• Giao diện LED nhiều màu để dễ hiểu
• Giao diện điều khiển trên PC, máy tính bảng, điện thoại (Android, iOS) qua Wifi.

Bước 1: Nguyên mẫu của Hộp

Tôi bắt đầu bằng cách nghĩ về hình dạng mà tôi có thể tạo ra cho chiếc hộp, lấy cảm hứng từ các thiết kế hiện đại của các đồ vật.

Dưới đây là một số hộp được vẽ.

Cuối cùng, tôi đã chọn trường hợp đơn giản nhất để thực hiện và nhỏ nhất: xem ảnh chính trên hướng dẫn này.

Bước 2: Nguyên mẫu thẻ

Tôi có trong tất cả 3 thẻ nguyên mẫu. Nhưng chỉ có 2 được hiển thị ở đây.

Các nguyên mẫu đã cho phép phát triển nguồn điện 5V và 3v3. Những thứ này rất khó phát triển vì tôi phải tìm các thành phần để có được nguồn điện cần thiết để khởi động bộ vi điều khiển WiFi (ESP8266 - 12). Phần sạc điện tử của pin Lithium-ion hoạt động nhanh hơn.

Bước 3: Hộp

Các đèn LED có thể nhìn thấy bằng độ trong suốt qua vỏ. Các cửa hút gió nằm ở phía bên trái của vỏ máy. Ở phía bên phải, chúng tôi tìm thấy:

• Nút chọn chế độ hiển thị.
• Công tắc bật / tắt.
• Công tắc lựa chọn để chuyển các phép đo sang PC. Nó cho phép chuyển đổi giữa liên kết nối tiếp giữa ESP8266 và cảm biến hạt hoặc giữa ESP8266 và cổng micro USB. Chú ý, nếu cái này không được định vị tốt, giao tiếp giữa thẻ điện tử và cảm biến sẽ không được đảm bảo nữa và CAP sẽ không thể khởi động chính xác.
• Ổ cắm micro USB để sạc lại pin hoặc các biện pháp truyền giao thức nối tiếp.

Bước 4: Cảm biến

Tôi đã thử nghiệm hai cảm biến khác nhau. Cảm biến Laser SDS011 V1.2 PM2.5 của Nova Fitness Co. Ltd. (doc) với phím giao diện nối tiếp usb.

Cảm biến còn lại (vỏ kim loại) là PMS7003M của PLANTOWER (doc).

Đây là một trong những tôi sử dụng trong trường hợp của tôi. Nó có thể đo nồng độ của các hạt mịn nhỏ hơn 1μm (PM1); nhỏ hơn 2,5μm (PM2,5) và nhỏ hơn 10μm (PM10). Nguyên tắc hoạt động của cảm biến PSM7003M như sau: tia laser chiếu vào bụi trong không khí. Một cảm biến quang học bắt ánh sáng laser và tạo ra tín hiệu điện tỷ lệ với tốc độ và kích thước của bụi trong không khí.

Đặc điểm của nó được hiển thị trong bảng đặc tính.

Bước 5: Gắn kết

Chỉ có vị trí của pin ở phía bên của cảm biến.

Bước 6: Hoạt động

Trái tim của hệ thống là ESP8266 (loại ESP-12F). Vi điều khiển này được trang bị một bộ phát Wifi. ESP8266 có sẵn trong một số biến thể. ESP8266 giao tiếp với cảm biến PMS7003 thông qua liên kết nối tiếp. Nó khôi phục các giá trị nồng độ hạt và số lượng hạt. Sau đó, nó tính toán chỉ số chất lượng AQI, Nếu chế độ kiểm soát đầu ra là "Tự động" và mức độ ô nhiễm trong PM2.5 cao hơn 50 (chỉ số chất lượng không khí AQI PM2.5> 50), đầu ra được đặt ở mức cao (3v3). Nếu không, nó được đặt ở mức thấp (0v). ESP8266 được định cấu hình trong Access Point -> AP (Wifi point). Đó là, nó được công nhận là một thiết bị đầu cuối Wifi mà điện thoại có thể kết nối. Điện thoại phải chọn thiết bị đầu cuối Wifi này và nhập mã APPSK (hơi giống mã WEP của hộp ADSL) để truy cập. Sau đó, điện thoại nhập địa chỉ IP để tiếp cận. Ở đây nó sẽ là 192.168.4.1. Sau đó, trang web được hiển thị trên điện thoại, từ đó người ta sẽ điều khiển hộp và trực quan hóa các giá trị ô nhiễm. Mã APPSK được định cấu hình trong chương trình là "AQI_index". Lập trình viên có thể sửa đổi mã APPSK vì nó được chứa trong chương trình được tải trong ESP8266. Địa chỉ để tải trang web tích hợp là: "192.168.4.1".

ESP8266 đo điện áp của pin. Nếu nó thấp hơn điện áp giới hạn (3v2 = 0%), thiết bị sẽ được đặt ở chế độ chờ. Pin là 100% khi điện áp là 4v2.

ESP có thể lưu trữ tới 2038 mẫu giá trị nồng độ hạt PM1, PM2.5 và PM10. Khoảng 680 mẫu cho mỗi cỡ hạt. Các phép đo này có thể được tải xuống bằng cách kết nối cáp được trang bị bộ chuyển đổi USB / Serial và khởi chạy quá trình truyền qua ứng dụng nhúng. Giá trị của các mẫu đã chuyển được chuẩn hóa như sau để tiết kiệm dung lượng bộ nhớ:

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

Để tìm giá trị nồng độ phù hợp, sau đó nhân giá trị với 5 hoặc 6 tùy trường hợp.

Bước 7: Giao diện web 1/4

Xem video về giao diện web

Đây là giao diện có sẵn sau khi kết nối giữa CPA và điện thoại. Nó cho phép hình dung các giá trị nồng độ vi hạt cho PM1, PM2.5 và PM10, tính bằng μg / m3. Chỉ số chất lượng không khí là AQI, được biểu thị bằng một con số và một biểu thức chữ, theo bảng định nghĩa của chỉ số AQI. Ngoài ra còn có máy đo pin.

Một phần dành riêng cho việc điều khiển tự động đầu ra của điều khiển CPA, dưới tên Cấu hình quạt. Sau dấu ":" của tiêu đề phần, chế độ hiện tại được hiển thị (Tự động, Bắt đầu, Dừng). Ở chân đế, đầu ra này sẽ điều khiển một thiết bị lọc không khí (quạt = quạt). Do đó, có thể bắt buộc bật hoặc tắt hoặc để nó ở chế độ tự động với một chuyến đi khi không khí vượt quá chỉ số AQI là 50.

Một phần dành riêng cho phép đo "Cấu hình đo". Sau dấu ":" là chế độ hiện tại (tiếp tục, định kỳ 5 phút, 15 phút, 30 phút, 1 giờ, dừng). Do đó, có thể thực hiện các phép đo liên tục (trong thực tế, khoảng thời gian lấy mẫu gần 2 giây), hoặc cứ sau 5, 15, 30 phút, 1 giờ, hoặc dừng lấy mẫu.

Phần "Chế độ hiển thị" cho phép chọn cách thông tin (tất cả những thông tin có sẵn trên giao diện web) sẽ được hiển thị trên hộp thông qua đèn LED nhiều màu. Sau dấu ":" là chế độ hiện tại (Biên dịch, PM1.0, PM2.5, PM10). Mỗi lần nhấn "Chế độ hiển thị" sẽ chuyển từ chế độ hiển thị này sang chế độ hiển thị khác theo thứ tự sau:

• Tổng hợp
• PM1.0
• PM2.5
• PM10

Bước 8: Giao diện web 2/4

Ý nghĩa của màu đèn LED trong chế độ "Đã biên dịch" như sau:

• > 30% = xanh lục
• > 10% và <30%: màu cam
• <10% = đỏ

Mức bộ nhớ:

• > 30% = xanh lục
• > 10% và <30%: màu cam
• <10% = đỏ

Kiểm soát đầu ra:

• Sản lượng cao: màu xanh lá cây
• Sản lượng thấp: màu đỏ
• Chế độ điều khiển tự động: xanh lam

Bước 9: Giao diện web 3/4

Đầu ra PM1.0, PM2.5 và PM10: Màu của đèn LED tương ứng với bảng màu của chỉ số AQI. Ý nghĩa của màu sắc của 10 đèn LED ở chế độ "PM1.0, PM2.5, PM10" như sau:

• Màu sắc của đèn LED thể hiện mức độ ô nhiễm không khí như được chỉ ra trong bảng của chỉ số AQI. Ví dụ, nếu đèn LED có màu đỏ, có nghĩa là mức độ ô nhiễm có hại cho sức khỏe.
• Số lượng đèn LED sáng biểu thị giá trị của chỉ số AQI cho màu được đề cập, như được chỉ ra trong bảng của chỉ số AQI. Ví dụ: nếu chỉ có một đèn LED xanh lục trên 10, chỉ số bằng 1/10 chỉ số xanh tối đa, tức là 50/10 = 5. Nếu 5 đèn LED xanh trên 10, giá trị là 50 / 10x5 = 25. Nếu 5 đèn LED màu tím sáng, giá trị là (300-201) /10x5+201=250,5.
• Mỗi lần nhấn nút nhấn, một trong 4 đèn LED ở bên phải sẽ nhấp nháy màu cam. Nó cho biết đâu là chế độ hiển thị đã chọn:

Bước 10: Giao diện web 4/4

Phần "Dữ liệu Còn lại" cho biết dung lượng bộ nhớ còn lại để lưu các phép đo. Sau dấu ":" được chỉ ra% còn lại. Nhấn nút "xóa bộ nhớ" sẽ xóa bộ nhớ. Nhấn nút "tải xuống" sẽ bắt đầu chuyển các mẫu sang PC. Ở cuối giao diện web, bảng chỉ số AQI được hiển thị.

Bước 11: Bắt đầu

1. Chuyển công tắc Bật / Tắt sang vị trí Bật.
2. Một cầu vồng đèn LED xuất hiện để đảm bảo tất cả các đèn LED hoạt động…. và sau đó nó đẹp.
3. Các đèn LED màu xanh ngọc lần lượt sáng lên. Điều này cho phép thời gian khởi tạo cảm biến hạt.
4. Một trong các chế độ hiển thị LED xuất hiện.
5. Trên điện thoại hoặc PC, hãy chọn mạng Wifi bắt đầu bằng "AQI_I3D-"
6. Nhập mã "AQI_index"
7. Mở Google chẳng hạn và nhập vào thanh địa chỉ: 192.168.4.1
8. Trang web được hiển thị

Video

Bước 12: Truyền dữ liệu sang PC

Để chuyển dữ liệu từ hộp sang PC, bạn phải:

1. Kết nối cáp micro USB / liên kết nối tiếp (mức điện áp 5v) với PC USB.
2. Mở một thiết bị đầu cuối nối tiếp trên PC và cấu hình nó như sau: 9600 BAUDS, 1 bit dừng, Parity NONE, 1 bit bắt đầu.
3. Chuyển công tắc vi mô "kích hoạt tải lên dữ liệu"
4. Trên giao diện, nhấn "Tải xuống"
5. Trên thiết bị đầu cuối nối tiếp, đợi kết thúc quá trình truyền và sao chép dữ liệu.
6. Chuyển công tắc vi mô "bật tải dữ liệu lên" về vị trí ban đầu

Nếu CAP dường như không hoạt động, có thể công tắc chưa được đặt trở lại vị trí cũ.

Bước 13: Chờ giữa giai đoạn lấy mẫu

Ở các chế độ lấy mẫu 5 phút, 15 phút, 30 phút và 1 giờ, CAP tự động chuyển sang chế độ ngủ sau khi lấy mẫu đo và không thức dậy cho đến 5, 15, 30 hoặc 60 phút sau đó. Quyền tự chủ của CAP do đó được tăng lên rất nhiều.

Bước 14: Đặt lại về Chế độ ban đầu

Trong trường hợp CAP có một số vấn đề hoạt động, có thể thiết lập lại tất cả các thông số hoạt động và khởi động lại CAP một cách đáng tin cậy. Vì điều đó:

1. Tắt NẮP Vẫn trên nút nhấn Bật Nắp.
2. Cầu vồng của đèn LED xuất hiện
3. Một dải đèn LED màu xanh ngọc xuất hiện trong vòng chưa đầy một giây
4. Tắt NẮP
5. CAP hiện đã được đặt lại.

Bước 15: Chương trình trong Arduino

Có sẵn ở đây

Để lập trình thẻ, cần:

1. Mở Arduino trên PC
2. Định cấu hình Arduino cho bo mạch ESP8266
3. Kết nối UBS Micro USB / Cáp nối tiếp (3v3) giữa thẻ và PC
4. Chuyển nút SW3 thành "prgm"
5. Ở trên nút "SW1"
6. Bật thiết bị -> Thiết bị vào chế độ lập trình
7. Đang phát hành "SW1"
8. Trong Arduino, bắt đầu lập trình
9. Sau khi kết thúc lập trình, chuyển "SW3" thành "SW3"
10. Tắt và khởi động lại thiết bị

Bước 16: Sơ đồ điện

Bước 17: PCB

Bước 18: Danh pháp

Nó đây

Bước 19: Tự làm

Bạn muốn làm điều đó, đừng lo lắng, tôi đề xuất một số bộ dụng cụ có thể tùy thuộc vào ngân sách bạn muốn đặt

Truy cập trang web của tôi (có sẵn phiên bản tiếng Pháp)

Bước 20: Và hơn thế nữa…

Bước tiếp theo là liên kết thiết bị với một bộ ion hóa. Vì vậy, không khí bị ô nhiễm, thiết bị khởi động máy ion hóa, Máy ion hóa cho phép bằng cách nào đó làm rơi các hạt mịn trên mặt đất. Nó tạo ra các electron âm liên kết với khí và bụi xung quanh, biến điện tích dương của chúng thành điện tích âm. Khi mặt đất và hầu hết các vật thể mang điện tích dương, các hạt mang điện tích âm bởi bộ ion hóa bị hút và dính vào chúng. Không khí do đó được làm sạch. Quá trình ion hóa không khí cũng mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe. Ngày nay, máy ion hóa hoạt động. Bài thuyết trình này sẽ là chủ đề của một blog sắp tới.