Contador de micro partículas portátil PM1 PM2.5 PM10: 20 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Hoje em dia, a poluição do ar é onipresente e mais particularmente em nossas cidades. As grandes cidades são vítimas o ano todo, com níveis de poluição às vezes atingindo (e muitas vezes para certos) níveis muito perigosos para a saúde humana. As crianças são extremamente sensíveis à qualidade do ar que respiram. Este ar poluído leva a eles, entre outros problemas de alergia. O ar está poluído fora de nossa casa, mas também em níveis dos momentos mais importantes, dentro de nossas casas e carros. O nível de qualidade do ar está disponível no seguinte site. Este site chinês reúne todas as medições da qualidade do ar dos sensores de todo o modo. O nível de qualidade do ar é formatado de acordo com um índice AQI, que pode variar ligeiramente de um país para outro. Este documento explica como calcular esse índice. Este outro documento é um guia de compreensão.

Para saber a qualidade do ar que respiramos, onde quer que vamos e em tempo real, comecei a criar um contador portátil de partículas atmosféricas (que chamaremos mais tarde de CPA)., capaz de caber no bolso. Foi criado para:

• Segure no bolso.
• Possui uma grande autonomia de operação.
• Seja fácil de entender
• Pode salvar as medições no PC.
• Para ser recarregável.
• Para poder acessá-lo com o seu telefone sem a presença das redes locais de comunicação Wifi.
• Ser capaz de controlar um dispositivo de purificação do ar se a poluição exceder um certo limite.

Características

• Tamanho: 65x57x23mm
• Partículas medidas: PM1, PM2,5 e PM10
• Autonomia: entre 3 horas e várias semanas dependendo do modo de operação escolhido.
• Bateria de íon-lítio 3v7 - 680 mAh
• Interface micro USB para carregamento e transferência de dados.
• Memória de 2.038 medições (680 por tipo de PMxx)
• Período de amostragem: contínuo, 5min, 15min, 30min, 1h
• Saída de comando 3v3 de acordo com o nível de poluição.
• Interface de LED multicolorido para facilitar a compreensão
• Interface de controle no PC, tablet, telefone (Android, iOS) via Wifi.

Etapa 1: Os protótipos da caixa

Comecei pensando na forma que poderia dar à caixa, inspirada em designs modernos de objetos.

Aqui estão algumas caixas desenhadas.

No final, escolhi o case mais simples de fazer e o menor: veja a foto principal deste instrutível.

Etapa 2: protótipos de cartão

Eu tenho em todos os 3 cartões de protótipo. Mas apenas 2 são visíveis aqui.

Os protótipos tornaram possível desenvolver as fontes de alimentação 5V e 3v3. Eles foram difíceis de desenvolver porque eu tive que encontrar os componentes para obter a energia necessária para iniciar o microcontrolador WiFi (ESP8266-12). A parte de carregamento eletrônico da bateria de íon de lítio foi mais rápida para operar. Depois, mudei várias vezes a localização dos vários interruptores e conectores para uma boa ergonomia do dispositivo.

Etapa 3: a caixa

Os LEDs são visíveis por transparência através da caixa. As entradas de ar estão no lado esquerdo da caixa. No lado direito encontramos:

• O botão de seleção do modo de exibição.
• O botão liga / desliga.
• A chave de seleção para transferir medições para o PC. Ele permite alternar entre um link serial entre o ESP8266 e o sensor de partículas ou entre o ESP8266 e a porta micro USB. Atenção, se este não estiver bem posicionado, a comunicação entre a placa eletrônica e o sensor não será mais garantida e o CAP não poderá iniciar corretamente.
• O soquete micro USB para recarregar a bateria ou medidas de transferência de protocolo serial.

Etapa 4: o sensor

Testei dois sensores diferentes. O sensor a laser SDS011 V1.2 PM2.5 da Nova Fitness Co. Ltd. (doc) com a chave de interface serial USB.

O outro sensor (caixa metálica) é o PMS7003M da PLANTOWER (doc).

Este é o que uso no meu caso. É capaz de medir a concentração de partículas finas de menos de 1μm (PM1); menos de 2,5 μm (PM2,5) e menos de 10 μm (PM10). O princípio de funcionamento do sensor PSM7003M é o seguinte: um laser ilumina a poeira do ar. Um sensor óptico captura a luz do laser e gera um sinal elétrico proporcional à taxa e ao tamanho da poeira no ar.

Suas características são mostradas na tabela de características.

Etapa 5: Montagem

Há apenas o lugar da bateria na lateral do sensor.

Etapa 6: Operação

O coração do sistema é o ESP8266 (tipo ESP-12F). Este microcontrolador está equipado com um transmissor Wifi. O ESP8266 está disponível em várias variantes. O ESP8266 se comunica com o sensor PMS7003 via link serial. Ele recupera os valores de concentração de partículas e o número de partículas. Em seguida, calcula o índice de qualidade AQI, se o modo de controle da saída estiver em "Automático" e o nível de poluição em PM2,5 for superior a 50 (índice de qualidade do ar AQI PM2,5> 50), a saída é definida como alta (3v3). Caso contrário, é definido como baixo (0v). O ESP8266 é configurado em Access Point -> AP (ponto Wifi). Ou seja, é reconhecido como um terminal Wifi ao qual o telefone pode se conectar. O telefone deve selecionar este terminal Wifi e inserir o código APPSK (um pouco como o código WEP de uma caixa ADSL) para acessá-lo. Em seguida, o telefone insere o endereço IP a ser alcançado. Aqui será 192.168.4.1. Em seguida, a página da web é exibida no telefone, a partir da qual se controla a caixa e visualiza os valores de poluição. O código APPSK configurado no programa é "AQI_index". O código APPSK pode ser modificado pelo programador porque está contido no programa carregado no ESP8266. O endereço para carregar a página da web integrada é: "192.168.4.1".

O ESP8266 mede a tensão da bateria. Se estiver abaixo de sua tensão limite (3v2 = 0%), o dispositivo é colocado em espera. A bateria é 100% quando a tensão é 4v2.

O ESP pode armazenar até 2.038 amostras de valores de concentração de partículas PM1, PM2.5 e PM10. Cerca de 680 amostras por tamanho de partícula. Essas medições podem ser baixadas conectando-se um cabo equipado com um conversor USB / Serial e iniciando a transferência por meio do aplicativo embutido. Os valores das amostras transferidas são normalizados da seguinte forma para economizar espaço na memória:

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

Para encontrar o valor de concentração correto, multiplique o valor por 5 ou 6, dependendo do caso.

Etapa 7: Interface da Web 1/4

Veja o vídeo da interface web

É a interface disponível após a conexão entre o CPA e o telefone. Permite visualizar os valores de concentração de micropartículas para PM1, PM2,5 e PM10, em μg / m3. O índice de qualidade do ar é o AQI, representado por um número e uma expressão literal, conforme tabela de definição do índice AQI. Há também o medidor da bateria.

Uma seção é dedicada ao controle automático da saída de controle do CPA, sob o nome de Fan Configuration. Após o ":" do título da seção, o modo atual é exibido (Automático, Iniciar, Parar). Na base, essa saída controlaria um dispositivo de purificação de ar (ventilador = ventilador). Assim, é possível forçar a ativação ou desativação, ou deixá-lo em modo automático com um disparo, quando o ar ultrapassar um índice AQI de 50.

Uma seção é dedicada à medição "Medir configuração". Após o ":" é indicado o modo atual (continuado, periódico 5min, 15min, 30min, 1h, parada). Assim, é possível fazer medições continuamente (na verdade, o período de amostragem é próximo a 2 segundos), ou a cada 5, 15, 30 min, 1h, ou interromper a amostragem.

A seção "Modo de exibição" permite escolher como as informações (todas as disponíveis na interface web) serão exibidas na caixa por meio de LEDs multicoloridos. Após o ":" é indicado o modo atual (Compilado, PM1.0, PM2.5, PM10). Cada vez que pressionar "Modo de exibição" muda de um modo de exibição para outro na seguinte ordem:

• Compilado
• PM1.0
• PM2.5
• PM10

Etapa 8: Interface da Web 2/4

O significado da cor do LED no modo "Compilado" é o seguinte: Nível da bateria:

• > 30% = verde
• > 10% e <30%: laranja
• <10% = vermelho

Nível de memória:

• > 30% = verde
• > 10% e <30%: laranja
• <10% = vermelho

Saída de controle:

• Alto rendimento: verde
• Baixo rendimento: vermelho
• Modo de controle automático: azul

Etapa 9: Interface da Web 3/4

Saída PM1.0, PM2.5 e PM10: A cor do LED é a correspondente à tabela de cores do índice AQI. O significado da cor dos 10 LEDs no modo "PM1.0, PM2.5, PM10" é o seguinte:

• A cor dos LEDs representa o nível de poluição do ar conforme indicado na tabela do índice AQI. Por exemplo, se os LEDs estiverem vermelhos, significa que o nível de poluição é ruim para a saúde.
• O número de LEDs acesos representa o valor do índice AQI para a cor em questão, conforme indicado na tabela do índice AQI. Por exemplo, se houver apenas um LED verde em 10, o índice é 1/10 do índice verde máximo, ou seja, 50/10 = 5. Se 5 LEDs verdes em 10, o valor é 50 / 10x5 = 25. Se 5 LEDs roxos estão acesos, o valor é (300-201) /10x5+201=250,5.
• Cada vez que o botão é pressionado, um dos 4 LEDs à direita pisca em laranja. Indica qual é o modo de exibição selecionado:

Etapa 10: Interface da Web 4/4

A seção "Dados restantes" indica o espaço de memória restante para salvar as medições. Após o ":" é indicada a% restante. Pressionar o botão "limpar memória" apaga a memória. Pressionar o botão "download" inicia a transferência das amostras para o PC. No final da interface da web, a tabela do índice AQI é exibida.

Etapa 11: Primeiros passos

1. Coloque o botão Liga / Desliga na posição Ligado.
2. Um arco-íris de LEDs aparece para garantir que todos os LEDs funcionem…. e então é bonito.
3. Os LEDs turquesa acendem um após o outro. Isso permite que o sensor de partículas tenha tempo para inicializar.
4. Um dos modos de exibição de LED é exibido.
5. No telefone ou PC, escolha a rede Wifi começando com "AQI_I3D-"
6. Digite o código "AQI_index"
7. Abra, por exemplo, Google e digite na barra de endereço: 192.168.4.1
8. A página da web é exibida

O vídeo

Etapa 12: Transferência de dados para o PC

Para transferir os dados da caixa para o PC, você deve:

1. Conecte um cabo micro USB / link serial (nível de tensão de 5 V) ao PC USB.
2. Abra um terminal serial no PC e configure-o da seguinte maneira: 9600 BAUDS, 1 bit de parada, paridade NENHUMA, 1 bit de início.
3. Mude o micro switch "habilitar upload de dados"
4. Na interface, pressione "Download"
5. No terminal serial, aguarde o fim da transferência e copie os dados.
6. Mude o micro switch "habilitar upload de dados" para a posição original

Se o CAP parece não funcionar, é possível que o interruptor não seja colocado de volta no lugar.

Etapa 13: espera entre a fase de amostragem

Nos modos de amostragem de 5min, 15min, 30min e 1h, o CAP entra automaticamente em hibernação após a coleta de sua amostra de medição e não acorda até 5, 15, 30 ou 60 minutos depois. A autonomia da PAC é assim extremamente aumentada.

Etapa 14: redefinir para o modo de fábrica

No caso em que o CAP tem alguns problemas operacionais, é possível redefinir todos os parâmetros operacionais e reiniciar o CAP de forma confiável. Por isso:

1. Desligue o CAP. Permaneça no botão de pressão. Acenda o CAP.
2. O arco-íris do LED aparece
3. Uma faixa de LED turquesa aparece em menos de um segundo
4. Desligue o CAP
5. O CAP está reiniciado.

Etapa 15: O programa em Arduino

Está disponível aqui

Para programar o cartão é necessário:

1. Abra o Arduino no PC
2. Configure o Arduino para a placa ESP8266
3. Conecte o cabo UBS Micro USB / Serial (3v3) entre o cartão e o PC
4. Alterne o botão SW3 para "prgm"
5. Permaneça no botão "SW1"
6. Ligue o dispositivo -> O dispositivo entra no modo de programação
7. Liberando "SW1"
8. No Arduino, comece a programar
9. Após o final da programação, mude "SW3" para "SW3"
10. Desligue e reinicie o dispositivo

Etapa 16: Diagramas elétricos

Etapa 17: PCB

Etapa 18: Nomenclatura

Aqui está

Etapa 19: faça você mesmo

Você quer fazer, não se preocupe, proponho vários kits possíveis dependendo do orçamento que você quer colocar

Visite meu site (versão francesa disponível)

Etapa 20: e mais …

A próxima etapa é associar o dispositivo a um ionizador. Para que o ar fique poluído, o aparelho liga o ionizador. Um ionizador permite de alguma forma soltar as partículas finas no solo. Ele gera elétrons negativos que se associam com o gás e a poeira circundantes, transformando sua carga elétrica positiva em uma carga negativa. Como o solo e a maioria dos objetos têm carga positiva, as partículas carregadas negativamente pelo ionizador são atraídas e grudam nelas. O ar fica assim limpo. A ionização do ar também traz muitos outros benefícios à saúde. Hoje, o ionizador funciona. Esta apresentação será o assunto de um próximo blog.