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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:06

U ovom projektu senzor čestica PPD42NJ koristi se za mjerenje kvalitete zraka (PM 2,5) prisutnog 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

• Particle Web IDE
• dweet.io

Ukupna cijena je oko 28 USD

Korak 2: O PM -u

Šta je PM nivo

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 zapreminski postotak = 10 000 ppmv (dijelovi na milion po volumenu) pri čemu se milion definira kao 10^6.

Mora se voditi računa o koncentracijama izraženim u volumenskim dijelovima po milijardi (ppbv) da se napravi razlika između britanske milijarde koja iznosi 10^12 i milijarde 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.

S obzirom na veličinu, čestice se često dijele u dvije grupe.

1. Grube čestice (PM 10-2,5), poput onih koje se nalaze u blizini puteva i prašnjave industrije, imaju prečnik 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 se naziva "primarnim" ako se izravno emitira u zrak kao čvrste 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. Takođe ostaju u vazduhu duže 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 sedmicama.

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 osnovu metode raspršivanja svjetlosti, detektuje čestice u zraku kontinuirano. Impulsni izlaz koji odgovara koncentraciji po jedinici zapremine čestica može se postići korištenjem originalne metode detekcije zasnovane 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.

Zadnja 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 pina

Postavljanje senzora Postoji nekoliko tačaka koje treba uzeti u obzir pri odlučivanju o tome kako će senzor biti postavljen.

• 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 jastuk.

Zatvorite prazninu pomoću folijskog papira kao što je prikazano ispod

Govorimo o izlazu senzora Izlaz senzora je obično visok, ali je nizak srazmjerno koncentraciji PM -a, pa se mjerenjem onoga što oni nazivaju niska pulsna popunjenost (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 imaju pozitivnu vezu (anodu).

Uobičajena katodna LED dioda

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 signal opće namjene (GPIO) sa naprednim perifernim uređajima. Modul ima ugrađeni Cypress BCM43362 Wi-Fi čip za Wi-Fi povezivanje i jednopojasni 2,4 GHz IEEE 802.11b/g/n za Bluetooth. Ploča je opremljena sa 2 SPI, jednim I2S, jednim I2C, jednim CAN i jednim USB sučeljem. Treba 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 takođe može koristiti za direktno 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 Diagram

Opis pina

Korak 6: Dweet.io

dweet.io omogućava da podaci o vašoj mašini i senzorima postanu lako dostupni putem RESTful API -ja na webu, omogućavajući vam brzo stvaranje aplikacija ili jednostavno dijeljenje 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 za čestice

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 kôd se tada može napisati 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 kontrolu ploče putem interneta, dizajnirana je web stranica koja koristi Ajax i JQuery za slanje podataka na ploču koristeći HTTP POST metodu. Web stranica identificira ploču prema ID -u uređaja i povezuje se s Cloud uslugom Particle putem pristupnog tokena.

Kako povezati foton s internetom1. Uključite uređaj

• Priključite USB kabel u izvor napajanja.
• Čim se uključi, RGB LED na vašem uređaju bi trebao početi treptati plavo. Ako vaš uređaj ne treperi plavo, držite pritisnuto dugme SETUP. Ako vaš uređaj uopće ne treperi ili LED dioda svijetli narandžaste boje, možda nema dovoljno energije. Pokušajte promijeniti izvor napajanja ili USB kabel.

2. Povežite svoj Photon na Internet

Postoje dva načina korištenja web aplikacije ili mobilne aplikacije. Korišćenje 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 računar sa Photonom povezivanjem na mrežu pod imenom PHOTON.
• Korak 6 Konfigurirajte svoje Wi-Fi vjerodajnice.

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

Korak 7 Preimenujte uređaj. Također ćete vidjeti potvrdu da li je uređaj položen ili ne

b. Korišćenje 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 ekranu za povezivanje uređaja na Wi-Fi. 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 će se Photon nekoliko puta ponovno pokrenuti. Nemojte ponovo uključivati ili isključivati Photon iz utičnice za to vrijeme

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

Modes

• Cijan, vaš Photon je povezan s internetom.
• 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 na internet.
• Bijelo, 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.

  

• Kada kliknete, vidjet ćete ovakvu konzolu.

  

• Da biste kreirali novu aplikaciju za kreiranje, kliknite na dugme Kreiraj novu aplikaciju.

  

• Za provjeru programa. Kliknite na verifikaciju.

  

• Da biste učitali kôd, kliknite na flash, ali prije nego što to učinite, odaberite uređaj. Ako imate više od jednog uređaja, morate se uvjeriti da ste odabrali na koji od vaših uređaja želite šifrirati kôd. Kliknite na ikonu "Uređaji" u donjem lijevom dijelu navigacijskog okna, a kada zadržite pokazivač miša iznad naziva uređaja, zvijezda će se pojaviti s lijeve strane. Kliknite na njega da postavite uređaj 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

Šta je PCB

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

Vrste PCB -a

1. Jednostrano PCB

2. Dvostrana PCB

3. Višeslojna PCB

U ovom slučaju govorim samo o jednostranim PCB-ima

Jednostrano PCB

Jednoslojna PCB ploča 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 je obložena slojem bilo kojeg provodnog materijala. Bakar se koristi kao provodni materijal jer ima vrlo dobre karakteristike provođenja. Sloj lemne maske koristi se za zaštitu PCB -a od oksidacije, nakon čega slijedi sitotisak kako bi se označile sve komponente na PCB -u. U ovoj vrsti PCB -a, samo jedna strana PCB -a se koristi 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 komponente su lemljene kroz rupu, a olovo komponenti je poznato kao donji sloj PCB -a. U ovom se DIP -u koriste komponente i sloj je plave boje.

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

Koristimo bakar jer je vrlo provodljiv. 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 cijelu kvadratnu stopu PCB podloge.

PadsA pad je mala površina bakra na 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 su namijenjeni za uređaje za površinsko montiranje ili drugim riječima za lemljenje komponente na istu površinu na kojoj je postavljena.

Oblici jastučića

1. Circular
2. Ovalne
3. Square

Maska za lemljenje Za montažu električnih komponenti na štampane ploče, potreban je postupak montaže. Ovaj proces se može obaviti ručno ili pomoću specijalizovanih mašina. Postupak montaže zahtijeva upotrebu lemljenja za postavljanje komponenti na ploču. Da bi se izbjeglo ili spriječilo da lem slučajno spoji dvije trake s različitih mreža, proizvođači PCB-a nanose lak koji se naziva lemna maska na obje površine ploče. Najčešća boja maske za lemljenje koja se koristi na štampanim pločama je zelena. Ovaj izolacijski sloj koristi se za sprječavanje slučajnog kontakta jastučića s drugim provodljivim materijalom na PCB -u.

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

ViaA via je nazubljena rupa koja dozvoljava struji da prolazi kroz ploču. Koristi se u višeslojnoj PCB za povezivanje na više slojeva.

Vrste Via

Vijase sa rupama ili Pune gomile

Kada se međusobno povezivanje mora napraviti od komponente koja se nalazi na gornjem sloju štampane 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 maska za lemljenje

Crvena ==> Gornji sloj (provodljiv)

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 (provodljiv)

2. Koriste se slijepe vija slijepe vias, koje omogućuju povezivanje sa vanjskog sloja na unutrašnji sloj sa minimalnom visinom. Slijepi ulaz započinje na vanjskom sloju i završava na unutarnjem sloju, zato ima prefiks "slijepo". U višeslojnim sistemima gdje postoji mnogo integriranih krugova, energetske ravnine (Vcc ili GND) koriste se za izbjegavanje pretjeranog usmjeravanja vodova.

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 vija u dizajnu tiskanih ploča kada nemate previše prostora za postavljanje komponenti i usmjeravanje. Možete staviti komponente s obje strane i povećati prostor. Da su vija kroz rupu umjesto slijepih, vija bi imale dodatni prostor na obje strane.

3. Ukopane vija Ove vie su 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, poput, ako mreže nisu pravilno spojene, ulaz nije spojen na ulazni pin, Vcc i GND spojeni bilo gdje u krugu, ili bilo koji tip električnog pina nije pravilno odabran, itd. Sve su to vrste električnih grešaka. Ako smo napravili bilo kakvu takvu grešku u shemi i ako ne izvodimo ERC, nakon dovršetka PCB -a ne možemo dobiti željeni rezultat iz kola.

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 ==> Šema Vidjet ćete ovakvu stranicu

Kako nema dijelova čestica, moramo dodati biblioteke uređaja sa 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 biblioteku particledevices.lbr

Nakon otvaranja kliknite na Upotreba

Sada možemo vidjeti uređaje sa 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 fotoni čestica, zaglavlja, otpornici, GND, Vcc. Pretražite komponente u dodatnim delovima

• Za otpornike postoje dvije vrste SAD i EU. Ovdje koristim evropski
• Za zaglavlje pretraživanje zaglavlja i vidjet ćete mnogo zaglavlja odabranih prema vašem.
• Za traženje tla gnd
• Za VCC pretraživanje vcc
• Za Foton čestica pretražite ga

Nakon što su komponente odabrane, sljedeći korak je njihovo spajanje za koje 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 na komponentu kojoj želite dati ime.

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

Nakon toga provjerite ERC

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

Kada 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 te je upotrijebite pomoću alata za premještanje.

Nakon toga sastavite sve komponente prema vlastitom nahođenju. Za spajanje komponenti koristite zračnu žicu za rutu, pazite da koristite donji sloj, rešetka će biti u mm, a širina zračne žice za rutu 0,4064

Nakon spajanja svih komponenti Koristite mirror alat za generiranje slike 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 greške. 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 print, vidjet ćete stranicu kao što je prikazano ispod.

Odaberite opciju crno 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 papirne trake.

4. Zagrijte ga pomoću gvožđa (5 -10 minuta) tako da ckt štampa 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.