ESP-01S مستشعر نشر الجسيمات
دليل المستخدم

ESP-01S مستشعر نشر الجسيمات

نشر بيانات مستشعر الجسيمات إلى Adafruit IO باستخدام Maker Pi Pico و ESP-01S
بواسطة kevinjwalters
توضح هذه المقالة كيفية نشر البيانات من ثلاثة مستشعرات منخفضة التكلفة للجسيمات إلى خدمة Adafruit IO IoT باستخدام Cytron Maker Pi Pico الذي يقوم بتشغيل برنامج CircuitPython الذي ينقل مخرجات المستشعرات عبر Wi-Fi باستخدام وحدة ESP-01S التي تعمل بنظام AT rmware.
تحدد منظمة الصحة العالمية الجسيمات PM2.5 باعتبارها واحدة من أكبر المخاطر البيئية على الصحة حيث يعيش 99٪ من سكان العالم في أماكن لم يتم فيها الوفاء بمستويات إرشادات جودة الهواء لمنظمة الصحة العالمية في عام 2019. وتقدر أن 4.2 مليون حالة وفاة مبكرة نجمت عن هذا في عام 2016.
أجهزة استشعار الجسيمات الثلاثة الموضحة في هذه المقالة هي:

• - Plantower PMS5003 باستخدام اتصال تسلسلي ؛
• جهاز Sensirion SPS30 باستخدام i2c ؛
• اومرون B5W LD0101 مع مخرجات النبض.

تتشابه هذه المستشعرات الضوئية مع تلك الموجودة في نوع واحد من أجهزة إنذار الدخان المنزلية ، لكنها أكثر صعوبة في محاولتها عد الجسيمات ذات الأحجام المختلفة بدلاً من مجرد التنبيه عند تركيز العتبة.
جهاز PMS5003 القائم على الليزر الأحمر هو مستشعر هواة شائع الاستخدام ويمكن العثور عليه في مستشعر جودة الهواء PurpleAir PA-II. SPS30 هو مستشعر أحدث يستخدم نفس المبدأ ويمكن العثور عليه في مستشعر جودة الهواء Clarity Node-S. يتميز مستشعر B5W LD0101 المستند إلى LED بالأشعة تحت الحمراء بواجهة أكثر بدائية ولكنه مفيد لقدرته على اكتشاف الجسيمات التي يزيد حجمها عن 2.5 ميكرون - لا يستطيع المستشعران الآخران قياس هذه الجسيمات بشكل موثوق.
تقدم Adafruit IO طبقة مجانية مع عدد محدود من الخلاصات ولوحات المعلومات - هذه كافية لهذا المشروع. يتم الاحتفاظ ببيانات الطبقة المجانية لمدة 30 يومًا ولكن يمكن تنزيل البيانات بسهولة.
لوحة Maker Pi Pico في هذه المقالة هي كماampلو Cytron أرسل لي للتقييم. يتمثل الاختلاف الوحيد في إصدار الإنتاج في إضافة مكونات سلبية للتخلص من الأزرار الثلاثة.
من المحتمل أن تحتاج الوحدة النمطية ESP-01S إلى ترقية AT rmware. هذه عملية معقدة نسبيًا ومستمرة وقد تستغرق وقتًا طويلاً. تبيع Cytron الوحدة مع AT rmware المناسب عليها.
تم إيقاف مستشعر Omron B5W LD0101 للأسف من قبل الشركة المصنعة بأوامره الأخيرة في مارس 2022.
لوازم:

• Cytron Maker Pi Pico - مفتاح رقمي | PiHut
• ESP-01S - تأتي لوحة Cytron مع ATrmware المناسبة.
• محول / مبرمج USB ESP-01 مع زر إعادة الضبط - Cytron.
• اللوح.
• أسلاك توصيل من أنثى إلى ذكر ، ربما لا يقل طولها عن 20 سم (8 بوصات).
• بلانتور PMS5003 مع محول الكابل واللوح - Adafruit
• أو بلانتور PMS5003 + محول لوح الخبز Pimoroni - بيموروني + بيموروني
• Sensirion SPS30 - مفتاح رقمي
  • كابل Sparkfun SPS30 JST-ZHR إلى 5 دبابيس ذكر - مفتاح رقمي
  • 2x 2.2 كيلو مقاومات.
• اومرون B5W LD0101 - صائد الفئران
  • يوصف كابل Omron بأنه تسخير (2JCIE-HARNESS-05) - صائد الفئران
  • رأس ذكر ذو 5 أسنان (لتكييف الكابل مع اللوح).
  • يمكن أن تعمل مقاطع التمساح (التمساح) كبديل للحام.
  • 2x 4.7 كيلو مقاومات.
  • 3x 10 كيلو مقاومات.
  • 0.1 فائق التوهج مكثف.
  • طاقة البطارية لـ Omron B5W LD0101:
    • 4AA حامل بطارية لبطاريات NiMH القابلة لإعادة الشحن (خيار أفضل).
    • أو حامل الخليط 3AA للبطاريات القلوية.
• قد تكون حزمة طاقة USB مفيدة إذا كنت تريد الركض في الخارج بعيدًا عن مصدر طاقة USB.

الخطوة 1: مبرمج USB لتحديث الفلاش على ESP-01S

من غير المحتمل أن تأتي الوحدة النمطية ESP-01S مع برامج AT rmware المناسبة عليها ما لم تكن من Cytron. أسهل طريقة لتحديثه هي استخدام سطح مكتب Windows أو كمبيوتر محمول مع محول USB الذي يمكّن الكتابة من الرماد ويحتوي على زر إعادة الضبط.
لسوء الحظ ، لا يحتوي المحول الشائع جدًا الذي لا يحمل علامة تجارية والذي يوصف غالبًا على أنه شيء مثل "ESP-01 Programmer Adapter UART" على أزرار أو مفاتيح للتحكم في هذه الأزرار. يوضح الفيديو أعلاه كيف يمكن إعادة كتابة هذا بسرعة
مع بعض المفاتيح المرتجلة المصنوعة من سلكين توصيل من ذكر إلى أنثى مقطوعين إلى قسمين وملحومين على المسامير الموجودة على الجانب السفلي من لوحة المبرمج. يمكن رؤية نهج بديل لهذا باستخدام لوح التجارب في Hackaday:
الصفحة الرئيسية في ESP-01 Windows Workflow.
https://www.youtube.com/watch?v=wXXXgaePZX8

الخطوة 2: تحديث البرنامج الثابت على ESP-01S باستخدام Windows

يمكن استخدام برنامج طرفي مثل PuTTY مع مبرمج ESP-01 للتحقق من إصدار برنامج rmware. يجعل برنامج rmware ESP8266 يشبه إلى حد ما المودم بأوامر مستوحاة من مجموعة أوامر Hayes. يعرض الأمر AT + GMR AT + GMR إصدار برنامج rmware.
AT + GMR
إصدار AT: 1.1.0.0 (11 مايو 2016 18:09:56)
إصدار SDK: 1.5.4 (baaeaebb)
وقت التجميع: 20 مايو 2016 15:08:19
لدى Cytron دليل يصف كيفية تطبيق تحديث برنامج rmware باستخدام Espressif Flash Download Tool (Windows فقط) على GitHub: CytronTechnologies / esp-at-binaries. يوفر Cytron أيضًا نسخة من ملف rmware الثنائي ، Cytron_ESP- 01S_AT_Firmware_V2.2.0.bin.
بعد الترقية الناجحة ، سيتم الإبلاغ عن برنامج rmware الجديد باعتباره الإصدار 2.2.0.0
AT + GMR
إصدار AT: 2.2.0.0 (b097cdf - ESP8266 - 17 يونيو 2021 12:57:45)
إصدار SDK: v3.4-22-g967752e2
وقت التجميع (6800286): 4 أغسطس 2021 17:20:05
إصدار الصندوق: 2.2.0 (Cytron_ESP-01S)
يتوفر برنامج سطر أوامر يسمى esptool كبديل لبرمجة ESP-8266S المستند إلى ESP01 ويمكن استخدامه على Linux أو macOS.
يمكن اختبار برنامج rmware الموجود على ESP-01S على Maker Pi Pico باستخدام أبسط ملف من Cytron. يرسل هذا الأمر ping لـ ICMP إلى خدمة معروفة على الإنترنت كل 10 ثوانٍ ويظهر وقت الذهاب والإياب (rtt) بالمللي ثانية. هذا يحتاج إلى أسرار. py file باستخدام Wi-Fi SSID (الاسم) وكلمة المرور - يتم وصف ذلك لاحقًا في هذه المقالة.
الخيرالسيء

الخطوة الثالثة: توصيل المستشعرات

تم استخدام لوح نصف الحجم لتوصيل المستشعرات الثلاثة ولرصد المجلدtagه من أربع بطاريات NiMH القابلة لإعادة الشحن. يتم تضمين صورة عالية الدقة للإعداد الكامل أعلاه والخطوات التالية تصف كيفية توصيل كل جهاز استشعار.
يتم تشغيل قضبان الطاقة على اللوح من Pi Pico مع

• VBUS (5V) و GND إلى قضبان الطاقة على الجانب الأيسر و
• 3V3 و GND على الجانب الأيمن.

يتم تمييز القضبان الكهربائية بخط أحمر قريب للسكة الموجبة والأزرق للسكك الحديدية السلبية (أو الأرضية). على لوح التجارب بالحجم الكامل (830 فتحة) ، قد تحتوي هذه على مجموعة علوية من القضبان غير متصلة بمجموعة القضبان السفلية.
تستخدم البطاريات فقط لتشغيل Omron B5W LD0101 الذي يحتاج إلى حجم ثابتtagه. غالبًا ما تكون طاقة USB من جهاز الكمبيوتر صاخبة مما يجعلها غير مناسبة.

الخطوة 4: توصيل Plantower PMS5003

يتطلب Plantower PMS5003 طاقة 5 فولت ولكن واجهة "نمط TTL" التسلسلية آمنة 3.3 فولت. الاتصالات من
PMS5003 عبر لوحة الاختراق إلى Pi Pico هي:

• VCC إلى 5V (أحمر) عبر سكة من الصف 6 إلى 5V ؛
• GND إلى GND (أسود) عبر الصف 5 إلى GND ؛
• اضبط على EN (أزرق) عبر الصف 1 إلى GP2 ؛
• RX إلى RX (أبيض) عبر الصف 3 إلى GP5 ؛
• TX إلى TX (رمادي) عبر الصف 4 إلى GP4 ؛
• إعادة التعيين إلى إعادة الضبط (أرجواني) عبر الصف 2 إلى GP3 ؛
• NC (غير متصل) ؛
• نورث كارولاينا.

تتضمن ورقة البيانات تحذيرًا بشأن العلبة المعدنية.
الغلاف المعدني متصل بـ GND لذا احرص على عدم تقصيرها [كذا] مع الأجزاء الأخرى من الدائرة باستثناء GND.
يميل المكون إلى الشحن مع بلاستيك أزرق على العلبة لحماية السطح من الخدوش ولكن لا ينبغي الاعتماد على ذلك للعزل الكهربائي.

الخطوة 5: توصيل Sensirion SPS30

يتطلب Sensirion SPS30 طاقة 5 فولت ولكن واجهة i2c آمنة 3.3 فولت. المكونات الإضافية الوحيدة عبارة عن مقاومين 2.2k ليكونا بمثابة عمليات سحب لحافلة i2c. الاتصالات من SPS30 إلى Pi Pico هي:

• VDD (أحمر) إلى سكة 5V5V ؛
• SDA (أبيض) إلى GP0 (رمادي) عبر الصف 11 بمقاومة 2.2 كيلو إلى سكة 3.3 فولت ؛
• SCL (أرجواني) إلى GP1 (أرجواني) عبر الصف 10 بمقاوم 2.2 كيلو إلى سكة 3.3 فولت ؛
• SEL (أخضر) إلى GND ؛
• GND (أسود) إلى GND.

قد يتطلب الموصل الموجود بالسلك دفعًا ثابتًا لإدخاله بشكل صحيح في SPS30.
يدعم SPS30 أيضًا واجهة تسلسلية توصي Sensirion في ورقة البيانات.
يجب وضع بعض الاعتبارات حول استخدام واجهة I2C. تم تصميم I2C في الأصل لتوصيل شريحتين على ثنائي الفينيل متعدد الكلور. عند توصيل المستشعر بلوحة الدوائر المطبوعة الرئيسية عبر كابل ، يجب إيلاء اهتمام خاص للتداخل الكهرومغناطيسي والتداخلات. استخدم أقصر ما يمكن (<10 سم) و / أو كبلات توصيل محمية جيدًا.
نوصي باستخدام واجهة UART بدلاً من ذلك ، كلما أمكن ذلك: فهي أكثر قوة ضد التداخل الكهرومغناطيسي ، خاصةً مع كبلات التوصيل الطويلة.
يوجد أيضًا تحذير بشأن الأجزاء المعدنية للعلبة.
لاحظ أنه يوجد اتصال كهربائي داخلي بين دبوس GND (5) والغطاء المعدني. حافظ على هذا الغطاء المعدني مرنًا كهربائيًا لتجنب أي تيارات غير مقصودة من خلال هذا الاتصال الداخلي. إذا لم يكن هذا خيارًا ، فإن معادلة الإمكانات الخارجية المناسبة بين دبوس GND وأي احتمال متصل بالدرع إلزامي. قد يؤدي أي تيار على الرغم من الاتصال بين GND والغطاء المعدني إلى تلف المنتج ويشكل خطرًا على السلامة من خلال ارتفاع درجة الحرارة.

الخطوة 6: توصيل Omron B5W LD0101

كابل Omron غير مخصص للاستخدام مع اللوح. تتمثل إحدى الطرق السريعة لتحويله إلى استخدام للكسر في قطع المقبس ، وتجريد الأسلاك ولحامها بطول خمسة دبابيس من دبابيس الرأس الذكرية. يمكن استخدام مقاطع التمساح (التمساح) كطريقة بديلة لتجنب اللحام.
يتطلب Omron B5W LD0101 مصدر طاقة ثابت 5 فولت. نواتجها أيضًا على مستوى 5V وهو غير متوافق مع مدخلات Pi Pico 3.3V. إن وجود مقاومات على لوحة المستشعر يجعل من السهل إسقاط هذا إلى قيمة آمنة عن طريق إضافة مقاوم 4.7 كيلو إلى الأرض لكل خرج. تم توثيق المقاومات الموجودة على اللوحة في ورقة البيانات مما يجعل هذا أسلوبًا معقولاً.
الاتصالات من B5W LD0101 إلى Pi Pico هي:

• Vcc (أحمر) إلى سكة 5V (حمراء) عبر الصف 25 ؛
• OUT1 (أصفر) إلى GP10GP10 (أصفر) عبر الصف 24 بمقاوم 4.7k إلى GND ؛
• GND (أسود) إلى GND (أسود) عبر الصف 23 ؛
• Vth (أخضر) إلى GP26GP26 (أخضر) عبر الصف 22 بمكثف 0.1 فائق التوهج إلى GND ؛
• OUT2 (برتقالي) إلى GP11 (برتقالي) عبر الصف 21 بمقاوم 4.7k إلى GND.

ال جي بي 12 (أخضر) من Pi Pico يتصل بالصف 17 ويربط المقاوم 10k الصف 17 بالصف 22.
تصف ورقة البيانات متطلبات مصدر الطاقة على النحو التالي:
الحد الأدنى 4.5 فولت ، 5.0 فولت نموذجي ، الحد الأقصى 5.5 فولت ، حجم تموجtagيوصى باستخدام نطاق e 30mV أو أقل. تأكد من عدم وجود ضوضاء أقل من 300 هرتز. يخدع
rm تموج المجلد المسموح بهtagقيمة e باستخدام آلة فعلية.
ثلاث بطاريات قلوية أو أربع بطاريات قابلة لإعادة الشحن (NiMH) هي أسهل طريقة لتوفير حجم ثابت ومستقرtagه من حوالي 5 فولت إلى المستشعر. من المحتمل أن تكون حزمة طاقة USB اختيارًا سيئًا لأن المجلدtagعادةً ما يكون البريد من بطارية ليثيوم باستخدام محول باك مما يجعله صاخبًا.
يستخدم B5W LD0101 الحمل الحراري لتدفق الهواء ويجب وضعه في وضع مستقيم للعمل بشكل صحيح. تغيير حجم العرضtagمن المحتمل أن تؤثر e على درجة حرارة السخان وتدفق الهواء المرتبط به. يجب أن يكون لدرجة الحرارة المحيطة تأثير أيضًا.

الخطوة 7: مراقبة البطارية باستخدام مقسم محتمل

حجم البطاريةtagيتجاوز e مستوى 3.3 فولت لمدخلات معالج Pi Pico RP2040. يمكن لمقسم محتمل بسيط أن يقلل من هذا الحجمtagه ليكون ضمن هذا النطاق. هذا يسمح لـ RP2040 بقياس مستوى البطارية على إدخال تناظري (GP26 إلى GP28).
تم استخدام زوج من المقاومات 10k أعلاه لتقسيم الحجم إلى النصفtagه. من الشائع أن ترى قيمًا أعلى تستخدم مثل 100 كيلو لتقليل التيار الضائع. الوصلات هي:

• B5W LD0101 Vcc (أحمر) سلك توصيل للصف 29 على الجانب الأيسر ؛
• 10k المقاوم في الصف 29 بين الجانب الأيسر والأيمن في الصف 29 ؛
• سلك توصيل بني إلى Pi Pico GP27 ؛
• 10k المقاوم من الجانب الأيمن من الصف 29 إلى سكة GND القريبة.

يمكن استخدام GP28 على Maker Pi Pico كمدخل تناظري ولكن نظرًا لأنه متصل أيضًا بـ RGB pixel الذي قد يكون له تأثير ضئيل على القيمة وقد يضيء أو يتغير إذا كان الإدخال يشبه بروتوكول WS2812!

الخطوة 8: تثبيت برنامج نشر بيانات CircuitPython و Sensor

إذا لم تكن معتادًا على CircuitPython ، فمن الجدير قراءة دليل مرحبًا بك في CircuitPython أولاً.

1. قم بتثبيت المكتبات السبع التالية من حزمة الإصدار 7.x من https://circuitpython.org/libraries في دليل lib على محرك الأقراص CIRCUITPY:
   1. adafruit_bus_device
   2. adafruit_minimqtt
   3. adafruit_io
   4. adafruit_espatcontrol
   5. adafruit_pm25
   6. adafruit_requests.mpy
   7. neopixel.mpy
2. قم بتنزيل هاتين المكتبتين الإضافيتين إلى دليل lib بالنقر فوق حفظ الارتباط باسم ... على files داخل الدليل أو في ملف file:
   1. adafruit_sps30 من https://github.com/kevinjwalters/Adafruit_CircuitPython_SPS30
   2. b5wld0101.py من https://github.com/kevinjwalters/CircuitPython_B5WLD0101
3. قم بإنشاء الأسرار file (انظر السابقample أدناه) واملأ القيم.
4. قم بتنزيل البرنامج على CIRCUITPY بالنقر فوق حفظ الارتباط باسم ... في pmsensors_adafruitio.py
5. أعد تسمية أو احذف أي ملف code.py موجود file على CIRCUITPY ثم أعد تسمية pmsensors_adafruitio.py إلى code.py This file يتم تشغيله عندما يبدأ مترجم CircuitPython أو يعيد تحميله.

# هذا هو المكان الذي تحتفظ فيه بالإعدادات وكلمات المرور والرموز السرية!
# إذا قمت بوضعها في الكود فإنك تخاطر بارتكاب تلك المعلومات أو مشاركتها
أسرار = {
"ssid": "INSERT-WIFI-NAME-HERE" ،
"كلمة المرور": "INSERT-WIFI-PASSWORD-HERE" ،
"aio_username": "INSERT-ADAFRUIT-IO-USERNAME-HERE" ،
"aio_key": "INSERT-ADAFRUIT-IO-APPLICATION-KEY-HERE"
# http://worldtimeapi.org/timezones
"المنطقة الزمنية": "America / New_York" ،
}
الإصدارات المستخدمة لهذا المشروع هي:
سيركيت بايثون 7.0.0
حزمة مكتبة CircuitPython adafruit-circuitpython-bundle-7.x-mpy-20211029.zip- يجب عدم استخدام الإصدارات السابقة من سبتمبر / أكتوبر باعتبارها adafruit_espatcontrol
كانت المكتبة عربات التي تجرها الدواب ونصف الأعمال بطريقة مربكة.

الخطوة 9: إعداد Adafruit IO

لدى Adafruit العديد من الأدلة حول خدمة Adafruit IO ، وأكثرها صلة هي:
مرحبًا بكم في Adafruit IO
أساسيات Adafruit IO: الخلاصات
أساسيات Adafruit IO: لوحات القيادة
بمجرد التعرف على الخلاصات ولوحات المعلومات ، اتبع هذه الخطوات.

1. قم بإنشاء حساب Adafruit إذا لم يكن لديك حساب بالفعل.
2. أنشئ مجموعة جديدة تسمى mpp-pm ضمن الخلاصات
3. قم بعمل تسع خلاصات في هذه المجموعة الجديدة من خلال النقر فوق الزر + موجز جديد ، والأسماء هي:
   1. b5wld0101 الخام خارج 1
   2. b5wld0101 الخام خارج 2
   3. b5wld0101-vcc
   4. b5wld0101 - الخامس
   5. درجة حرارة وحدة المعالجة المركزية
   6. PMS5003-PM10-قياسي
   7. PMS5003-PM25-قياسي
   8. sps30-pm10-قياسي
   9. sps30-pm25-قياسي
4. قم بإنشاء لوحة معلومات لهذه القيم ، والكتل المقترحة هي:
   1. ثلاث كتل في الرسم البياني الخطي ، واحدة لكل مستشعر مع خطين لكل مخطط.
   2. ثلاث كتل قياس للمجلدينtagوفاق ودرجة الحرارة.
      

الخطوة 10: التحقق من نشر البيانات

صفحة المراقبة تحت Pro file مفيد للتحقق من وصول البيانات في الوقت الفعلي من خلال الاطلاع على البيانات الحية file قسم. يقوم البرنامج بتحويل RGB pixel إلى اللون الأزرق لمدة 2-3 ثوانٍ عندما يرسل البيانات إلى Adafruit IO ثم يعود إلى اللون الأخضر.
يبدو أن درجة الحرارة من RP2040 تختلف اختلافًا كبيرًا بين وحدات المعالجة المركزية المختلفة ومن غير المرجح أن تتطابق مع درجة الحرارة المحيطة.
إذا لم ينجح ذلك ، فإليك بعض الأشياء التي يجب التحقق منها.

• إذا بقي RGB pixel أو إذا لم يتم تلقي البيانات بواسطة Adafruit IO ، فتحقق من وحدة تحكم USB التسلسلية بحثًا عن الإخراج / الأخطاء. سيُظهر الإخراج الرقمي لـ Mu على وحدة التحكم التسلسلية ما إذا كانت المستشعرات تعمل مع خطوط جديدة تتم طباعتها كل 2-3 ثوانٍ - انظر أدناه للحصول على exampلو الإخراج.
• قسم "الأخطاء المباشرة" في صفحة المراقبة يستحق التحقق مما إذا تم إرسال البيانات ولكن لا يتم عرضها.
• يمكن ضبط متغير التصحيح في البرنامج من 0 إلى 5 للتحكم في حجم معلومات التصحيح. تعمل المستويات الأعلى على تعطيل طباعة tuple لـ Mu.
• يعد برنامج أبسط. py طريقة مفيدة لإثبات إجراء اتصال Wi-Fi وأن الاتصال بالإنترنت يعمل من أجل حركة مرور ICMP.
• تأكد من أنك تستخدم إصدارًا حديثًا من مكتبة adafruit_espatcontrol.
• تعد مصابيح LED الزرقاء الخاصة بـ Maker Pi Pico في كل وحدة GPIO مفيدة جدًا للحصول على صورة مرئية فوريةview حالة GPIO. سيتم تشغيل كافة وحدات GPIO المتصلة باستثناء:
  • سيتم إيقاف تشغيل GP26 لأن المجلد المصقولtage (حوالي 500mV) منخفض جدًا ؛
  • سيكون GP12 خافتًا لأنه إشارة PWM لدورة العمل ~ 15٪ ؛
  • سيكون GP5 قيد التشغيل ولكنه سيومض عند إرسال البيانات من PMS5003 ؛
  • سيتم إيقاف GP10 ولكن سوف تومض عند اكتشاف الجسيمات الصغيرة بواسطة B5W LD0101 ؛
  • سيتم إيقاف تشغيل GP11 ولكنه سوف يتنقل من حين لآخر ما لم تكن في مكان مدخن بشكل استثنائي.

سيبدو الإخراج المخصص للرسام في Mu كما يلي في الغرفة:
(5,8,4.59262,4.87098,3.85349,0.0)
(6,8,4.94409,5.24264,1.86861,0.0)
(6,9,5.1649,5.47553,1.74829,0.0)
(5,9,5.26246,5.57675,3.05601,0.0)
(6,9,5.29442,5.60881,0.940312,0.0)
(6,11,5.37061,5.68804,1.0508,0.0)
أو غرفة بهواء أنظف:
(0,1,1.00923,1.06722,0.0,0.0)
(1,2,0.968609,1.02427,0.726928,0.0)
(1,2,0.965873,1.02137,1.17203,0.0)
(0,1,0.943569,0.997789,1.47817,0.0)
(0,1,0.929474,0.982884,0.0,0.0)
(0,1,0.939308,0.993282,0.0,0.0)
القيم الست لكل سطر بالترتيب هي:

1. PMS5003 PM1.0 و PM2.5 (قيم عدد صحيح) ؛
2. SPS30 PM1.0 و PM2.5 ؛
3. حساب B5W LD0101 الخام OUT1 و OUT2.
   

الخطوة 11: اختبار المستشعرات الداخلية باستخدام Mu و Adafruit IO

يُظهر مقطع الفيديو أعلاه أجهزة الاستشعار تتفاعل مع ضرب عود ثقاب لإشعال عود البخور. قيم ذروة PM2.5 من PMS5003 و SPS30 هي 51 و 21.5605 ، على التوالي. لقد كشف B5W LD0101 عن البصريات ويتأثر للأسف بإضاءة الهالوجين التنجستن المستخدمة في هذا الفيديو. يوجد مستوى مرتفع من الجسيمات في الهواء من اختبار سابق.
تذكر أن تقوم بفصل البطارية عندما لا تكون قيد الاستخدام وإلا فإن سخان B5W LD0101 سوف يستنزف البطاريات.
https://www.youtube.com/watch?v=lg5e6KOiMnA

الخطوة 12: الجسيمات في الخارج في ليلة جاي فوكس

ترتبط ليلة جاي فوكس بنيران البون فاير والألعاب النارية التي يمكن أن تسهم في زيادة تلوث الهواء لمدة ليلة أو ليلتين. تُظهر الرسوم البيانية أعلاه وضع المستشعرات الثلاثة في الخارج بعد الساعة 7 مساءً بقليل يوم الجمعة الخامس من نوفمبر 5. لم تكن هناك ألعاب نارية في المنطقة المجاورة مباشرةً ولكن كان من الممكن سماعها من بعيد. ملاحظة: يختلف مقياس الطيران بين الرسوم البيانية الثلاثة.
تُظهر بيانات التغذية المخزنة في Adafruit IO أن المستشعرات التي تكتشف الهواء لديها بالفعل مستوى مرتفع قليلاً من PM2.5 بناءً على أرقام SPS30:
2021/11/05 7:08:24PM 13.0941
2021/11/05 7:07:56PM 13.5417
2021/11/05 7:07:28PM 3.28779
2021/11/05 7:06:40PM 1.85779
كانت الذروة حوالي 46 ميكروغرامًا لكل متر مكعب قبل الساعة 11 مساءً بقليل:
2021/11/05 10:55:49PM 46.1837
2021/11/05 10:55:21PM 45.8853
2021/11/05 10:54:53PM 46.0842
2021/11/05 10:54:26PM 44.8476
توجد ارتفاعات قصيرة في مكان آخر في البيانات عندما كانت المستشعرات بالخارج. يمكن أن تكون هذه بسبب النبضات من:

• العادم من التدفئة المركزية بالغاز ،
• الأشخاص الذين يدخنون في مكان قريب و / أو
• روائح / أبخرة من الطبخ.

تحقق من الطقس قبل وضع الإلكترونيات المكشوفة في الخارج!

الخطوة 13: الجسيمات داخل الطهي

توضح الرسوم البيانية أعلاه كيف تتفاعل المستشعرات مع لحم الخنزير المقدد والفطر المقلي في مطبخ قريب مع استخلاص متواضع. كانت المستشعرات على بعد حوالي 5 أمتار (16 قدمًا) من الموقد. ملحوظة: يختلف مقياس y بين المخططات الثلاثة.
تُظهر بيانات التغذية المخزنة في Adafruit IO المستشعرات بمستوى PM2.5 قصير الذروة يبلغ حوالي 93ug لكل متر مكعب بناءً على أرقام SPS30:
2021/11/07 8:33:52PM 79.6601
2021/11/07 8:33:24PM 87.386
2021/11/07 8:32:58PM 93.3676
2021/11/07 8:32:31PM 86.294
ستكون الملوثات مختلفة جدًا عن تلك الموجودة في عمليات إعادة العمل. هذا هو السابق مثير للاهتمامampمن المصادر المتنوعة للجسيمات في الهواء الذي نتنفسه.

الخطوة 14: مجسات الجسيمات العامة

البيانات الموضحة أعلاه مأخوذة من أجهزة استشعار عامة قريبة.

• تنفس لندن
  • وضوح حركة العقدة- S.
    • تيرابايت في الثانية
    • أوس
    • rl
• أوبن أي كيو
  • بيربل إير PA-II
    • sr
• شبكة جودة الهواء في لندن
  • الجودة المرجعية (Met One BAM 1020 وغيرها)
    • FS
    • AS
    • ترقبوا قراءتي

يتم وضع مستشعرات tbps و TBR معًا تقريبًا ويتم رسمهما معًا لإظهار الارتباط بين الجهاز المستند إلى SPS30 والجهاز المرجعي القريب. يبدو أن SPS30 غير مقروء بشكل ملحوظ في أمسيات الخامس والسادس من نوفمبر عندما يكون من المعقول افتراض أن الزيادة المسائية ترجع إلى إعادة العمل. قد يكون هذا بسبب الاختلاف في كتلة الجسيمات لأن المستشعرات المستخدمة في هذه المقالة يمكنها فقط اكتشاف الحجم وتحتاج إلى تخمين كثافة الجسيمات لإنتاج قيم بالميكروجرام لكل متر مكعب.
يبدو أن PMS5003 الموجود في PurpleAir PA-II يفرط في القراءة بشكل ملحوظ لأي مستويات PM2.5 مرتفعة بناءً على هذه الفترة القصيرة. قد يتطابق هذا مع النتائج المعروضة في الصفحات السابقة أو قد تكون هناك عوامل أخرى قريبة تسبب في ذلك.
ينتج SPS30 و PMS5003 بيانات للجسيمات الأكبر من 2.5 ميكرون ولكن الصفحات التالية توضح سبب وجوب التعامل مع ذلك بحذر.

الخطوة 15: مقارنة أجهزة الاستشعار - حجم الجسيمات

الرسوم البيانية أعلاه مأخوذة من التقييم المعملي لانتقائية حجم الجسيمات لأجهزة استشعار الجسيمات الضوئية منخفضة التكلفة من قبل المعهد الفنلندي للأرصاد الجوية. تم اختبار ثلاثة مجسات من كل نوع بأحجام جسيمات مختلفة موضحة على المحور س اللوغاريتمي. تشير الخطوط الملونة إلى القيم المحسوبة لنطاقات حجم الجسيمات المحددة بناءً على مخرجات المستشعر ، ويوضح النطاق التوزيع. تتداخل قيم SPS30 الثلاثة فوق 1 ميكرون بشكل كبير مما يجعلها صعبة التمييز.
المقاييس الشائعة للجسيمات هي PM2.5 و PM10. بينما يشير الرقم الموجود في الاسم إلى الحجم الأقصى للجسيم ، تكون الوحدات بالميكروجرام لكل متر مكعب. يمكن لأجهزة الاستشعار غير المكلفة قياس قطر الجسيم (الحجم) فقط وعليها إجراء بعض التخمينات حول الكثافة لحساب قيم PM2.5 و PM10 المحتملة.
يستخدم PMS5003 قيمة كثافة ثابتة ، يصف Sensirion نهج الكثافة الخاص به لـ SPS30 على النحو التالي:
تفترض معظم مستشعرات الجسيمات منخفضة التكلفة الموجودة في السوق كثافة كتلة ثابتة في المعايرة وتحسب تركيز الكتلة بضرب عدد الجسيمات المكتشفة بهذه الكثافة الكتلية. يعمل هذا الافتراض فقط إذا كان المستشعر يقيس نوعًا واحدًا من الجسيمات (على سبيل المثال ، دخان التبغ) ، ولكننا في الواقع نجد العديد من أنواع الجسيمات المختلفة مع العديد من الخصائص البصرية المختلفة في الحياة اليومية ، من غبار المنزل "الثقيل" إلى جزيئات الاحتراق "الخفيفة". تستخدم خوارزميات الملكية الخاصة بـ Sensirion نهجًا متقدمًا يسمح بتقدير مناسب لتركيز الكتلة ، بغض النظر عن نوع الجسيمات المقاسة. بالإضافة إلى ذلك ، يتيح مثل هذا النهج تقديرًا صحيحًا لحجم الصناديق.
تشمل مقاييس PM جميع الجسيمات الموجودة أسفل معلمة الحجم ، أي
PM1 + كتلة جميع الجسيمات بين 1.0 و 2.5 ميكرون = PM2.5 ،
PM2.5 + كتلة كل الجسيمات بين 2.5 و 10 ميكرون = PM10.
يتعذر على PMS5003 و SPS30 اكتشاف الجسيمات في هذا الاختبار المعملي فوق 2-3 ميكرون. من الممكن أن يكتشفوا أنواعًا أخرى من الجسيمات فوق هذا الحجم.
يبدو B5W LD0101 موثوقًا به من هذا الاختبار المعملي لقياس PM10.

الخطوة 16: مقارنة أجهزة الاستشعار - التصميم

يمكن رؤية سخان Omron (مقاوم 100 أوم +/- 2٪!) إذا تم قلب المستشعر رأسًا على عقب. تمت مناقشة التصميم بالتفصيل في Omron: تطوير مستشعر جودة الهواء لجهاز تنقية الهواء. يبدو استخدام الحمل الحراري بدائيًا ولكنه يمكن أن يكون حلاً موثوقًا به أعلى مقارنةً بالمكون الميكانيكي مثل المروحة التي لها عمر محدود وعمر يمكن تقليله من خلال التشغيل في بيئة متربة. يبدو أن مروحة SPS30 مصممة بحيث يمكن استبدالها بسهولة دون فتح العلبة. تتميز موديلات Plantower الأخرى بنفس ميزة التصميم.
ستكون جميع أجهزة الاستشعار الثلاثة عرضة لتأثيرات الرطوبة النسبية العالية التي تؤدي للأسف إلى زيادة قيم الجسيمات الدقيقة.
لا تستخدم مستشعرات الجودة المرجعية المعتمدة (قائمة DEFRA في المملكة المتحدة) التي تراقب الجسيمات المقاربة البصرية للقياس. يعمل Met One BAM 1020 بواسطة

1. فصل الجسيمات الأكبر من حجم الهواء والتخلص منهاampليه
2. تسخين الهواء للتحكم / تقليل الرطوبة النسبية ،
3. ترسيب الجسيمات على جزء جديد من شريط نحاسي مستمر و
4. ثم قياس توهين مصدر إشعاع بيتا بواسطة الجسيمات المتراكمة على الشريط لحساب تقدير جيد للكتلة الإجمالية للجسيمات.

تقنية أخرى شائعة هي الموازنة الدقيقة المتذبذبة للعنصر المستدق (TEOM) التي ترسب الجسيمات على مرشح قابل للاستبدال على الطرف الحر للأنبوب المستدق الذي يتم تثبيته في الطرف الآخر. يسمح القياس الدقيق لتردد التذبذب للأنبوب ذو الرنين الطبيعي بحساب الكتلة الصغيرة الإضافية للجسيمات من التباين الضئيل في التردد. هذا النهج مناسب لإنشاء قيم PM ذات معدل أعلى.

الخطوة 17: المضي قدمًا

بمجرد إعداد أجهزة الاستشعار الخاصة بك ونشر البيانات إلى Adafruit IO ، إليك بعض الأفكار الأخرى لاستكشافها:

• اختبر كل غرفة في منزلك بمرور الوقت مع ملاحظة النشاط والتهوية. اختبر منزلك أثناء الطهي. اختبر الشواء.
• استخدم الأزرار الثلاثة في Maker Pi Pico. هذه متصلة بـ GP20 و GP21 و GP22 والتي تُركت عن قصد بدون استخدام للسماح باستخدام الزر.
• إذا كنت تعيش بالقرب من محطة عامة لمراقبة جودة الهواء ، قارن بياناتك بها.
• أضف عرضًا للاستخدام الخاضع للإشراف مع إظهار قيم المستشعر. SSD1306 صغير ، سهل الاستخدام والإضافة في CircuitPython. انظر التعليمات: استشعار رطوبة التربة
• مع Maker Pi Pico لفترة سابقةampجنيه من استخدامه.
• تحقق من مكتبة MQTT لمعرفة ما إذا كان يمكن إرسال جميع بيانات المستشعر دفعة واحدة. يجب أن يكون هذا أكثر فعالية.
• يمكنك الدمج بطريقة ما مع مستشعر جودة الهواء المستقل من IKEA Vindriktning.
  • يوضح اتصال MQTT الخاص بـ Soren Beye لـ Ikea VINDRIKTNING كيفية إضافة ESP8266 إلى المستشعر ويحدد مستشعر الجسيمات (الغبار) على أنه "مكعب PM1006".
  • سيكون المشروع المتقدم هو استبدال PCB الرئيسي بلوحة تعتمد على ESP32-S2 مع مستشعرات بيئية رقمية إضافية لإنشاء جهاز قائم على تقنية Wi-Fi ، يعتمد على CircuitPython.
  • تمت مناقشة هذا الجهاز في منتدى Home Assistant: IKEA Vindriktning Air Quality Sensor.
  • تنتج LaskaKit ثنائي الفينيل متعدد الكلور قائم على ESP32 للمستشعر للسماح باستخدامه بسهولة مع ESPHome.
• دراسة آثار تفاوت حجم العرضtagهـ ضمن النطاقات المسموح بها لأجهزة الاستشعار. قد يؤدي ذلك إلى تغيير سرعة المروحة أو درجة حرارة المدفأة مما يؤثر على النتائج.
• قم ببناء حاوية مقاومة للطقس والحياة البرية بتصميم دقيق لمدخل ومخرج الهواء وأجهزة استشعار تدفق الهواء. تم استخدام مظلة مثبتة على درابزين لحماية الإلكترونيات المفتوحة والمكشوفة لجمع البيانات خلال عطلة نهاية الأسبوع لهذه المقالة.

مشاريع ذات صلة:

• كوستاس فاف: مستشعر جودة الهواء المحمول
• بيموروني: محطة جودة الهواء في الهواء الطلق مع Enviro + و Luftdaten
• التعليمات: استخدام Pimoroni Enviro + FeatherWing مع Adafruit Feather NRF52840 Express -
• يتضمن Enviro + FeatherWing موصلًا لجهاز PMS5003. يمكن استخدام SPS30 مع دبابيس i2c وهناك ما يكفي من المسامير لاستخدام B5W LD0101 أيضًا.
• لا يدعم nRF52840 شبكة Wi-Fi لذا لا يمكن استخدامها بمفردها لنشر البيانات عبر الإنترنت.
• تعلم Adafruit: حاوية مطبوعة ثلاثية الأبعاد لمستشعر جودة الهواء. - يستخدم Adafruit Feather M3 مع Airlift FeatherWing القائم على ESP4 و PMS32.
• Adafruit Learn: Quickstart IoT - Raspberry Pi Pico RP2040 مع WiFi - يستخدم لوحة اندلاع Adafruit AirLift القائمة على ESP32.
• جيثب: CytronTechnologies / MAKER-PI-PICO Example Code / CircuitPython / IoT - exampلو كود Adafruit IO و Blynk و Thinkspeak.
• Cytron: مراقبة الهواء باستخدام الهاتف المحمول - يستخدم درع Arduino المستند إلى ESP8266 لإرسال البيانات من
• مستشعر الجسيمات HPM32322550 من هانيويل إلى Blynk ، دون الحاجة إلى هاتف (ذكي).

المستشعرات الوسيطة ، أغلى ثمناً ولكن بقدرة أفضل على اكتشاف أحجام الجسيمات الأكبر:

• بييرا سيستمز IPS-7100
• Alphasense OPC-N3 و OPC-R2

قراءة إضافية:

• أجهزة الاستشعار
  • المعهد الفنلندي للأرصاد الجوية: التقييم المعملي لانتقائية حجم الجسيمات لأجهزة استشعار الجسيمات الضوئية منخفضة التكلفة (مايو 2020)
  • غوف لوي: إعادةview، Teardown: مستشعر مراقبة الجسيمات بالليزر PLANTOWER PMS5003 يتضمن مقارنة مع Sensirion SPS30.
  • Karl Koerner: كيفية فتح مستشعر الهواء PMS 5003 وتنظيفه
  • Met One Instruments، Inc.، BAM-1020 EPA TSA Training Video (YouTube) - يعرض ما بداخله وكيف يعمل.
  • CITRIS Research Exchange: Sean Wihera (Clarity Movement) talk (YouTube) - حديث يتضمن تفاصيل حول مستشعر Node-S الذي يستخدم Sensirion SPS30.
• التشريعات والمنظمات المعنية بجودة الهواء
  • لوائح معايير جودة الهواء 2010 (المملكة المتحدة)
  • منظمة الصحة العالمية (WHO) إرشادات تلوث الهواء
  • مؤسسة الرئة البريطانية - جودة الهواء (PM2.5 و NO2)
• بحث
  • إمبريال كوليدج لندن: تواصل تلوث الهواء الداخلي والخارجي (يوتيوب)
  • يجمع أطفال المدارس الابتدائية بيانات جودة الهواء باستخدام حقائب الظهر في لندن في عام 2019:
    • دايسون: تتبع التلوث على مدار المدرسة. بريث لندن (يوتيوب)
    • King's College London: مجموعة الأبحاث البيئية: دراسة Breathe London القابلة للارتداء
  • مجلة الغلاف الجوي: تلوث الهواء الداخلي من المواقد السكنية: فحص فيضان الجسيمات إلى المنازل أثناء الاستخدام في العالم الحقيقي
• الأخبار والمدونات
  • الإيكونوميست: سماء منتصف الليل - التدفئة المنزلية بالفحم الأحمر في بولندا تخلق تلوثًا واسع النطاق (يناير 2021)
  • US NPR: الإيواء من الداخل قد لا يحميك من أخطار إعادة الدخان البري؟
  • رويترز: انتهاء الحفلة: ديوالي يترك دلهي تتنفس في جو غير صحي بشكل خطير
  • مدونة بيموروني: أكثر ليالي العام تلوثًا (في المملكة المتحدة)
  • حركة الوضوح: دخان حريق بري ، الصحة العامة ، والعدالة البيئية: أفضل
  • صنع القرار باستخدام مراقبة الهواء (YouTube) - عرض تقديمي ومناقشة حول جودة الهواء في غرب الولايات المتحدة خاصة في حوالي عام 2020 دخان الحرائق البرية.
  • الغارديان: تظهر البيانات أن الهواء الملوث يؤثر على 97٪ من منازل المملكة المتحدة
• مراقبة الجسيمات وتخزين البيانات
  • هولندا Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (المعهد الوطني للصحة العامة والبيئة): تجربة Vuurwerk (تجربة الألعاب النارية) 2018-2019
  • Google: شارع بشارع: كيف نرسم خرائط جودة الهواء في أوروبا - الشارع view السيارات تجمع بيانات الجسيمات والغازات الملوثة شبكة جودة الهواء في لندن
  • Breathe London - شبكة لتكملة شبكة جودة الهواء في لندن "بمستشعرات جودة الهواء سهلة التركيب والصيانة لأي شخص" ، تستخدم حاليًا Clarity Movement Node-S.
  • سفارة الولايات المتحدة في بكين لمراقبة الجسيمات (تويتر)
  • مؤشر جودة الهواء في العالم - يجمع البيانات من العديد من مصادر مختلفة مع خريطة viewق والبيانات التاريخية.
  • Sensor.Community (المعروف سابقًا باسم Luftdaten) - "جعل العالم مكانًا أفضل من خلال البيانات البيئية المفتوحة التي يقودها المجتمع".
• مكتبات البرمجيات
  • أخطاء البرامج في مكتبة مستشعر المواد الجسيمية - عناصر adafruit_pm25 من واحدة على الأقل من المشكلات الموضحة تستلزم معالجة الاستثناءات حول القراءة () للمسلسل (UART).
• الدورات التدريبية
  • HarvardX: تلوث الهواء بالجسيمات (YouTube) - فيديو مدته خمس دقائق من الدورة القصيرة EdX: الطاقة ضمن القيود البيئية

من الأفضل ترك أجهزة الكشف والإنذارات الحرجة للسلامة للأجهزة التجارية من الموردين ذوي السمعة الطيبة.
https://www.youtube.com/watch?v=A5R8osNXGyo
نشر بيانات مستشعر الجسيمات إلى Adafruit IO باستخدام Maker Pi Pico و ESP-01S:

المستندات / الموارد

قابل للتوجيه ESP-01S نشر مستشعر المواد الجسيمية [بي دي اف] دليل المستخدم ESP-01S نشر مستشعر الجسيمات ، ESP-01S ، مستشعر المواد الجسيمية ، مستشعر المواد الجسيمية ، مستشعر المادة

مراجع

• دليل المستخدم