Õhukvaliteedi jälgimine osakeste footoniga: 11 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Selles projektis kasutatakse PPD42NJ osakeste andurit osakeste footoniga õhus oleva õhu kvaliteedi (PM 2,5) mõõtmiseks. See mitte ainult ei näita andmeid osakeste konsoolil ja dweet.io -l, vaid näitab ka õhukvaliteeti RGB LED -i abil, muutes selle värvi.

Samm: komponendid

Riistvara

• Osakeste footon ==> 19 dollarit
• Nägi PPD42NJ tolmuandurit ==> 7,20 dollarit
• RGB anoodi / katoodi LED ==> $ 1
• 10k takisti ==> $ 0.04
• 3 x 220 Ω takisti ==> 0,06

Tarkvara

• Osakeste veebi IDE
• dweet.io

Kogu hind on umbes 28 dollarit

Samm: umbes PM

Mis on PM tase

Tahkeid osakesi (PM) atmosfääriõhus või mõnes muus gaasis ei saa väljendada ppmv, mahu- ega mooliprotsentides. PM -i väljendatakse mg/m^3 või μg/m^3 õhus või muus gaasis kindlaksmääratud temperatuuril ja rõhul.

Märkus:- Üks mahuprotsent = 10 000 ppmv (mahuosa miljondikku), miljon määratletakse kui 10^6.

Tuleb olla ettevaatlik kontsentratsioonides, mis on väljendatud mahuosadena (ppbv), et teha vahet Briti miljardil, mis on 10^12, ja USA miljardil, mis on 10^9.

Tahked osakesed on kõigi õhus hõljuvate tahkete ja vedelate osakeste summa, millest paljud on ohtlikud. See keeruline segu sisaldab nii orgaanilisi kui ka anorgaanilisi osakesi.

Suuruse alusel jagatakse tahkete osakeste tihtilugu kahte rühma.

1. Jämedate osakeste (PM 10–2,5), näiteks teede ja tolmuste tööstuste läheduses leiduvate osakeste läbimõõt on 2,5–10 mikromeetrit (või mikronit). Olemasolev jämedate osakeste standard (tuntud kui PM 10) hõlmab kõiki alla 10 mikroni suuruseid osakesi.

2. "Peened osakesed" (või PM 2,5) on suitsus leiduvad osakesed ja udusus on läbimõõduga alla 2,5 mikroni. PM 2.5 nimetatakse "primaarseks", kui see eraldub otse õhku tahkete või vedelate osakestena, ja seda nimetatakse "sekundaarseks", kui see tekib atmosfääri gaaside keemiliste reaktsioonide tagajärjel.

Milline PM2.5 ja PM10 on kahjulikum?

Väiksemad osakesed või PM2.5 on kergemad ja lähevad sügavamale kopsudesse ning põhjustavad pikemas perspektiivis suuremat kahju. Samuti püsivad nad kauem õhus ja rändavad kaugemale. PM10 (suured) osakesed võivad jääda õhku minutiteks või tundideks, samas kui PM2,5 (väikesed) osakesed võivad püsida õhus päevi või nädalaid.

Märkus:- Veebisaitide PM2.5 või PM10 andmed on esitatud AQI või ug/m3. Kui PM2.5 väärtus on 100, siis kui see on esitatud kui AQI, siis kuulub see kategooriasse Rahuldav, kuid kui see on esitatud ug/m3, siis kuulub see kategooriasse „Kehv”.

Samm: tolmuandur PPD42NJ

Valguse hajumise meetodi põhjal tuvastab see pidevalt õhus levivaid osakesi. Impulssväljundi, mis vastab osakeste mahuühiku kontsentratsioonile, saab saada originaalse detekteerimismeetodi abil, mis põhineb valguse hajumise põhimõttel, mis sarnaneb osakeste loenduriga.

Esikülg

Esiküljel on 2 potti märgistusega VR1 ja VR3, mis on juba tehases kalibreeritud. Infrapunaandur on kaetud metallpurgi all. Huvitav on see, et SL2 kõrval on pesa, mida ei kasutata.

Tagakülg

Vooluahel koosneb suures osas passiivsetest ja op-võimendist. RH1 on takisti kütteseade, mille teoreetiliselt saaks energia säästmiseks eemaldada, kui oleks olemas mõni muu õhuringluse meetod.

Pin Kirjeldus

Anduri paigutus Anduri paigutuse üle otsustamisel tuleb arvestada mitme punktiga.

• Andur tuleb paigutada vertikaalsesse asendisse. Mis tahes muu suund ei taga soovitud õhuvoolu.
• Andurit tuleb hoida pimedas.
• Anduri ja korpuse vahelise lõhe sulgemiseks on vaja pehmet pehmendusmaterjali.

Tihendage vahe fooliumpaberi abil, nagu allpool näidatud

Anduri väljundist rääkimine Anduri väljund on tavaliselt kõrge, kuid väheneb proportsionaalselt PM kontsentratsiooniga, seega saab mõõta seda, mida nad nimetavad madalaks impulsside hõivatuseks (LPO). Seda LPO -d on soovitatav mõõta 30 -sekundilise ühikuajaga.

Samm: RGB LED

RGB -d on kahte tüüpi:

Tavaline anoodi LED

Ühise anoodi RGB LED -i puhul jagavad kolm LED -i positiivset ühendust (anoodi).

Tavaline katood -LED

Tavalises katood -RGB LED -is on kõigil kolmel valgusdioodil negatiivne ühendus (katood).

RGB LED -tihvtid

5. samm: osakeste footon

Photon on populaarne IOT -plaat. Plaadil on STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 mikrokontroller ja sellel on 1 MB välkmälu, 128 Kb RAM ja 18 segasignaali üldotstarbelise sisendväljundi (GPIO) tihvti koos täiustatud välisseadmetega. Moodulil on sisseehitatud Cypress BCM43362 Wi-Fi kiip WiFi-ühenduse jaoks ja ühe ribaga 2,4 GHz IEEE 802.11b/g/n Bluetoothi jaoks. Tahvel on varustatud 2 SPI, ühe I2S, ühe I2C, ühe CAN ja ühe USB -liidesega. Tuleb märkida, et 3V3 on filtreeritud väljund, mida kasutatakse analoogsensorite jaoks. See tihvt on rongisisese regulaatori väljund ja see on sisemiselt ühendatud WiFi-mooduli VDD-ga. Kui toite fotonit VIN -i või USB -pordi kaudu, väljastab see tihvt 3,3 V alalispinget. Seda tihvti saab kasutada ka footoni otse toiteks (maksimaalne sisend 3.3VDC). Väljundina kasutamisel on 3V3 maksimaalne koormus 100 mA. PWM-signaalide eraldusvõime on 8 bitti ja need töötavad sagedusel 500 Hz.

Pin diagramm

Pin Kirjeldus

6. samm: Dweet.io

dweet.io võimaldab teie masina ja anduri andmetele hõlpsasti juurde pääseda veebipõhise RESTful API kaudu, võimaldades teil kiiresti rakendusi luua või lihtsalt andmeid jagada.

1. Minge saidile dweet.io

n

2. Minge jaotisse dweets ja looge asja jaoks dweet

3. Näete sellist lehte. Sisestage asja kordumatu nimi. Seda nime kasutatakse osakeste footonis.

Nüüd oleme dweet.io seadistamisega lõpetanud

7. samm: osakeste veebi IDE

Programmikoodi kirjutamiseks mis tahes fotonile peab arendaja looma Particli veebisaidil konto ja registreerima fotonitahvli oma kasutajakontoga. Programmi koodi saab seejärel kirjutada osakeste veebisaidi Web IDE -sse ja edastada Interneti kaudu registreeritud footonile. Kui valitud puitlaastplaat, siin Photon, on sisse lülitatud ja ühendatud osakeste pilveteenusega, põletatakse kood Interneti -ühenduse kaudu valitud tahvlile õhu kaudu ja plaat hakkab tööle vastavalt edastatud koodile. Tahvli juhtimiseks Interneti kaudu on loodud veebileht, mis kasutab Ajaxit ja JQueryd andmete saatmiseks tahvlile HTTP POST -meetodil. Veebileht tuvastab tahvli seadme ID järgi ja ühendub osakeste pilveteenusega juurdepääsuloa kaudu.

Kuidas ühendada footon Internetiga 1. Lülitage seade sisse

• Ühendage USB -kaabel toiteallikaga.
• Niipea, kui see on ühendatud, peaks teie seadme RGB LED siniselt vilkuma. Kui teie seade ei vilgu siniselt, hoidke all nuppu SETUP. Kui teie seade ei vilgu üldse või kui LED -tuli põleb tuhmilt oranž värv, ei pruugi see piisavalt energiat saada. Proovige toiteallikat või USB -kaablit vahetada.

2. Ühendage oma Photon Internetiga

Veebirakenduse või mobiilirakenduse kasutamiseks on kaks võimalust. Veebirakenduse kasutamine

• 1. samm Avage particle.io
• 2. samm Klõpsake footoni seadistamist
• Samm 3 Pärast nupul NEXT klõpsamist peaks teile esitama faili (photonsetup.html)
• Samm 4 Avage fail.
• Samm 5 Pärast faili avamist ühendage arvuti fotoniga, ühendades võrgu nimega PHOTON.
• 6. samm. WiFi-mandaadi konfigureerimine.

Märkus. Kui sisestate oma mandaadi valesti, vilgub footon tumesinise või rohelisena. Peate protsessi uuesti läbi tegema (värskendades lehte või klõpsates uuesti protsessi osas)

Samm 7 Seadme ümbernimetamine. Samuti näete kinnitust, kas seadme kohta esitati nõue või mitte

b. Nutitelefoni kasutamine

Avage rakendus oma telefonis. Logige sisse või registreerige Particle'i konto, kui teil seda pole

Pärast sisselogimist vajutage plussikooni ja valige seade, mille soovite lisada. Seejärel järgige seadme Wi-Fi-ga ühendamiseks ekraanil kuvatavaid juhiseid. Kui ühendate oma Photoniga esimest korda, vilgub värskenduste allalaadimisel mõni minut lillalt. Värskenduste lõpuleviimiseks võib sõltuvalt teie Interneti-ühendusest kuluda 6–12 minutit, kusjuures footon taastub mõne korra. Ärge taaskäivitage ega eemaldage selle aja jooksul toitejuhet

Kui olete oma seadme ühendanud, on ta selle võrgu õppinud. Teie seade võib salvestada kuni viis võrku. Uue võrgu lisamiseks pärast esmast seadistamist lülitage seade uuesti kuulamisrežiimi ja toimige nagu eespool. Kui tunnete, et teie seadmel on liiga palju võrke, võite seadme mälust kustutada kõik õpitud WiFi-võrgud. Selleks hoidke seadistusnuppu 10 sekundit all, kuni RGB LED vilgub kiiresti siniselt, andes märku, et kõik profiilid on kustutatud.

Režiimid

• Cyan, teie Photon on Internetiga ühendatud.
• Magenta, see laadib praegu rakendust või värskendab püsivara. Selle oleku käivitab püsivara värskendus või Web IDE või töölaua IDE vilkuv kood. Seda režiimi näete, kui ühendate oma fotoni esmakordselt pilvega.
• Roheline, see üritab Interneti -ühendust luua.
• Valge, WiFi-moodul on välja lülitatud.

Veebi IDEParticle Build on integreeritud arenduskeskkond ehk IDE, mis tähendab, et saate tarkvaraarendust teha hõlpsasti kasutatavas rakenduses, mis juhtub just teie veebibrauseris.

• Ehituse avamiseks logige sisse oma osakeste kontole ja seejärel klõpsake Web IDE, nagu on näidatud pildil.

  

• Kui klõpsate, näete sellist konsooli.

  

• Uue loomise rakenduse loomiseks klõpsake nuppu Loo uus rakendus.

  

• Programmi kontrollimiseks. Klõpsake nuppu Kinnita.

  

• Koodi üleslaadimiseks klõpsake välklambil, kuid enne seda valige seade. Kui teil on mitu seadet, peate veenduma, et olete valinud, millist seadet soovite välgutada. Klõpsake navigeerimispaanil vasakus alanurgas ikooni "Seadmed", siis kui hõljutate kursorit seadme nime kohal, ilmub vasakule täht. Värskendatava seadme määramiseks klõpsake sellel (see pole nähtav, kui teil on ainult üks seade). Kui olete seadme valinud, muutub sellega seotud täht kollaseks. (Kui teil on ainult üks seade, pole vaja seda valida, võite jätkata.

8. samm: ühendused

Osakeste footon ==> PPD42NJ andur (paigutatud vertikaalsuunas)

GND ==> Pin1 (GND)

D6 ==> Pin2 (väljund)

Vin ==> Pin3 (5V)

GND ==> 10k takisti ==> Pin5 (sisend)

Osakeste footon ==> RGB LED

D1 ==> R

D2 ==> G

D3 ==> B

GND ==> Ühine katood (-)

9. samm: programm

10. samm: tulemus

Samm 11: Kuidas teha PCB -d kotkas

Mis on PCB

PCB on trükkplaat, mis ühendab elektriliselt elektroonikakomponentide komplekti, kasutades mittejuhtival plaadil vaseradasid. PCB -s on kõik komponendid ühendatud ilma juhtmeteta, kõik komponendid on sisemiselt ühendatud, nii et see vähendab ahela üldise disaini keerukust.

PCB tüübid

1. Ühepoolne PCB

2. Kahepoolne PCB

3. Mitmekihiline PCB

Siinkohal räägin ainult ühepoolsest PCB-st

Ühepoolne trükkplaat

Ühekihiline trükkplaat on tuntud ka kui ühepoolne trükkplaat. Seda tüüpi PCB on lihtne ja enim kasutatud PCB, kuna neid PCB -sid on lihtne kujundada ja toota. Selle PCB üks külg on kaetud mis tahes juhtiva materjali kihiga. Juhtmaterjalina kasutatakse vaske, kuna sellel on väga hea juhtivusomadus. PCB kaitsmiseks oksüdeerumise eest kasutatakse jootmismaski kihti, millele järgneb siiditrükk, et märgistada kõik PCB komponendid. Seda tüüpi PCB puhul kasutatakse erinevat tüüpi komponentide ühendamiseks ainult ühte PCB külge.

PCB1 erinevad osad. Kihid

Ülemine ja alumine kiht: PCB ülemises kihis kasutatakse kõiki SMD komponente. Üldiselt on see kiht punane. PCB alumises kihis joodetakse kõik komponendid läbi augu ja komponentide plii on tuntud kui PCB alumine kiht. Selles kasutatakse DIP komponente ja kiht on sinine.

Üldiselt on see elektrijuhtmete vooluahelate komponentide vahel juhtiv tee või rööbastee on juhtiv tee, mida kasutatakse PCB kahe punkti ühendamiseks. Näiteks 2 padja ühendamine või padja ühendamine via või vahel. Rööbasteed võivad olla erineva laiusega, sõltuvalt neid läbivatest vooludest.

Kasutame vaske, kuna see on väga juhtiv. See tähendab, et see suudab hõlpsalt signaale edastada, kaotamata samal ajal elektrit. Kõige tavalisemas konfiguratsioonis saab untsi vasest muuta 35 mikromeetrit umbes 1,4 tuhandiku tolli paksuseks, mis võib katta kogu PCB substraadi ruutjalga.

Padjake on väike vasest pind trükkplaadil, mis võimaldab komponendi jootmist plaadile või võib öelda trükkplaadi punkte, kus komponentide klemmid on joodetud.

Padju on 2 tüüpi; läbi augu ja SMD (pinnakinnitus).

• Läbilaskvad padjad on ette nähtud komponentide tihvtide sisestamiseks, nii et neid saab joota vastasküljelt, kust komponent sisestati.
• SMD padjad on ette nähtud pinnale kinnitamiseks või teisisõnu komponendi jootmiseks samale pinnale, kuhu see paigutati.

Padjade kujud

1. Ringkiri
2. Ovaalne
3. Ruut

Soldermask Elektriliste komponentide paigaldamiseks trükkplaatidele on vajalik kokkupanek. Seda protsessi saab teha käsitsi või spetsiaalse masina abil. Koostamisprotsess nõuab komponentide plaadile paigutamiseks jootet. Vältimaks või vältimaks jootet juhuslikult kahe võrgu erinevatest võrkudest lühistamist, panevad trükkplaatide tootjad plaadi mõlemale pinnale lakki, mida nimetatakse joodamaskiks. Trükkplaatidel kasutatava joodamaski kõige tavalisem värv on roheline. Seda isoleerkihti kasutatakse selleks, et vältida padjade juhuslikku kokkupuudet muu juhtiva materjaliga PCB -l.

Siiditrükk Siiditrükk (ülekate) on protsess, mille käigus tootja prindib joodamaskile teavet, mis hõlbustab kokkupanekut, kontrollimist ja silumist. Üldiselt trükitakse siiditrükk nii testpunktide kui ka vooluahelasse kuuluvate elektroonikakomponentide asukoha, orientatsiooni ja viite näitamiseks. Siiditrükki saab trükkida tahvli mõlemale pinnale.

ViaA via on kaetud auk, mis laseb voolu läbi plaadi. Seda kasutatakse mitmekihilises trükkplaadis, et ühendada rohkemate kihtidega.

Via tüübid

Läbi aukude Vias või Full Stack Vias

Kui ühendus tuleb teha komponendist, mis asub trükkplaadi pealmisel kihil teisega, mis asub alumisel kihil. Voolu juhtimiseks ülemisest kihist alumisse kihti kasutatakse iga raja jaoks via.

Roheline ==> Ülemine ja alumine joodamask

Punane ==> pealmine kiht (juhtiv)

Violetne ==> Teine kiht. Sel juhul kasutatakse seda kihti võimsustasandina (st Vcc või Gnd)

Kollane ==> Kolmas kiht. Sel juhul kasutatakse seda kihti võimsustasandina (st Vcc või Gnd)

Sinine ==> alumine kiht (juhtiv)

2. Kasutatakse pimekatteid, mis võimaldavad ühendada väliskihi minimaalse läbikõrgusega sisemise kihiga. Pime kaudu algab väliskihist ja lõpeb sisemise kihiga, seetõttu on sellel eesliide "pime". Mitmekihiliste süsteemide konstruktsioonides, kus on palju integraallülitusi, kasutatakse toiteplaate (Vcc või GND), et vältida liigpingejõu liigutamist.

Et teada saada, kas teatud läbivõtja on pime, võite trükkplaadi asetada valgusallika vastu ja vaadata, kas näete allikast tuleva valguse kaudu valgust. Kui näete valgust, siis on via läbi augu, vastasel juhul on via pime.

Seda tüüpi viasid on väga kasulik kasutada trükkplaadi kujundamisel, kui teil pole komponentide paigutamiseks ja marsruutimiseks liiga palju ruumi. Saate komponente mõlemale küljele panna ja ruumi maksimeerida. Kui vias oleks pime asemel auk, siis oleks mõlemal küljel lisaruumi.

3. Maetud ViasNeed vias on sarnased pimedatega, selle erinevusega, et need algavad ja lõpevad sisekihil.

Pärast skemaatilise ja kommenteeriva vooluahela loomist on vaja kontrollida, kas vooluahelal pole elektrilisi vigu, näiteks kui võrgud pole korralikult ühendatud, pole sisend sisendtihvtiga ühendatud, Vcc ja GND on kuskil vooluahelas lühised või mis tahes tihvti elektritüüp pole õigesti valitud jne. Kõik need on elektrivea tüübid. Kui oleme skeemil sellise vea teinud ja kui me ei tee ühtegi ERC -d, siis pärast trükkplaadi valmimist ei saa me vooluringilt soovitud tulemust.

ERC detail

Kujunduseeskirjade kontroll DRC detail

Kuidas teha kotkas PCB -d

Tehke skemaatiline diagramm

1. Skeemi koostamiseks avage Fail ==> uus ==> Skeem Näete sellist lehte

Kuna osakeste osi pole, peame lisama osakeste seadmete teegid.

osakeste lib

Seejärel teisaldage see pärast allalaadimist kausta C: / Users \….. / Documents / EAGLE / libraries

Avage Eagle'i avatud skeemides teek ==> avage teegihaldur

näete sellist lehte, minge valikule Saadaval ja leidke teek particledevices.lbr

Pärast avamist klõpsake nuppu Kasutage

Nüüd näeme osakeste seadmeid.

Järgmine samm on teha skeem, mille jaoks kasutame lisaosa, nagu on näidatud joonisel

Kui klõpsate nuppu Lisa osa, näete sellist lehte

Vajalikud komponendid on osakeste footon, päised, takistid, GND, Vcc. Otsige komponente osade lisamiseks

• Takisti jaoks on kahte tüüpi USA ja EL. Siin kasutan euroopalikku
• Päiseotsingu päise jaoks näete palju päiseid, mis valitakse vastavalt teie omale.
• Maapealse otsingu jaoks gnd
• VCC otsing vcc
• Osakeste footonite jaoks otsige seda

Kui komponendid on valitud, on järgmine samm selle ühendamine, et saaksite kasutada liini või võrke või mõlemat.

Liituge sellega, nagu on näidatud alloleval pildil

Järgmine samm on nime ja väärtuse andmine.

Nimede andmiseks valige nimi ja seejärel klõpsake komponendile, millele soovite nime anda.

Väärtuste andmiseks valige väärtus ja seejärel klõpsake komponendile, millele tahame nime anda.

Pärast seda kontrollige ERC -d

Pärast kontrollimist oleme skeemiga lõpetanud. Järgmine samm on skeemidelt tahvlitele üleminek

Tahvlitele liikudes näete plaadi vasakul küljel kõiki komponente, nii et peate selle trükkplaadile teisaldama. Selleks klõpsake rühmal ja valige kõik komponendid ning kasutage selle teisaldamiseks tööriista.

Pärast seda pange kõik komponendid kokku vastavalt oma mugavusele. Komponentide ühendamiseks kasutage marsruudi juhtmeid, veenduge, et kasutate alumist kihti, võre on millimeetrites ja marsruudi õhujuhtme laius 0,4064

Pärast kõigi komponentide ühendamist Kasutage peeglitööriista väärtuste ja nimede pildi loomiseks.

Peegli kasutamiseks valige esmalt peeglitööriist ja seejärel väärtused, nimed. Seejärel salvestage plaat mis tahes nimega, kontrollige vigade kontrollimiseks DRC -d. Kui vigu pole, on hea edasi minna.

Plaadi eelvaate nägemiseks minge tootmise juurde.

Nüüd oleme plaadi osaga valmis.

Järgmine samm on printida ckt läikivale paberile. Selleks klõpsake printimisel nuppu, nagu allpool näidatud.

Valige suvandis must, kui kasutate mitut kihti, peate valima ka peegli

Valige skaalategur 1.042 Seejärel salvestage see pdf -failiks või printige välja

Pärast ckt printimist 1. Eemaldage oksüdatsioonikiht liivapaberiga (400) kerge käega.

2. Puhastage seda isopropanooli või propaan-2-ooliga või soovi korral võite kasutada ka vedeldit.

3. Asetage prinditud ckt paberlindiga FR4 lehele.

4. Kuumutage seda kuumutusrauaga (5-10 minutit), nii et ckt prinditakse FR4 -lehele. Leota plaati vees 2-3 minutit. Pärast seda eemaldage lint ja paber.

5. Asetage see 10 minutiks raudkloriidi lahusesse, et eemaldada juurdepääsuvase, seejärel peske seda veega.

6. Eemaldage kiht liivapaberiga (400) või atsetooniga.