Мониторинг на качеството на въздуха с помощта на фотони от частици: 11 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

В този проект сензорът за частици PPD42NJ се използва за измерване на качеството на въздуха (PM 2.5), присъстващо във въздуха с частичен фотон. Той не само показва данните на Particle console и dweet.io, но също така показва качеството на въздуха, използвайки RGB LED, като променя цвета му.

Стъпка 1: Компоненти

Хардуер

• Фотон на частици ==> $ 19
• Видян сензор за прах PPD42NJ ==> 7,20 долара
• RGB LED анод / катод ==> $ 1
• 10k резистор ==> 0,04 $
• 3 x 220 Ω резистор ==> 0,06

Софтуер

• Частична уеб IDE
• dweet.io

Общата цена е около $ 28

Стъпка 2: За PM

Какво е PM ниво

Частиците (PM) в атмосферния въздух или в който и да е друг газ не могат да бъдат изразени чрез ppmv, обемни проценти или мол проценти. PM се изразява като mg/m^3 или μg/m^3 въздух или друг газ при определена температура и налягане.

Забележка:- Един обемен процент = 10 000 ppmv (части на милион по обем), като милион се определя като 10^6.

Трябва да се внимава с концентрациите, изразени като обемни части на милиард (ppbv), за да се направи разлика между британския милиард, който е 10^12, и американския милиард, който е 10^9.

Праховите частици са сумата от всички твърди и течни частици, суспендирани във въздуха, много от които са опасни. Тази сложна смес включва както органични, така и неорганични частици.

В зависимост от размера, праховите частици често се разделят на две групи.

1. Грубите частици (PM 10-2,5), като тези, открити в близост до пътни платна и прашни промишлени предприятия, са с диаметър от 2,5 до 10 микрометра (или микрона). Съществуващият стандарт за груби частици (известен като PM 10) включва всички частици с размер по -малък от 10 микрона.

2. "Фини частици" (или PM 2.5) са тези, открити в дим и мъгла, с диаметри по -малки от 2.5 микрона. PM 2.5 се нарича "първичен", ако се излъчва директно във въздуха като твърди или течни частици и се нарича "вторичен", ако се образува от химични реакции на газове в атмосферата.

Кое от PM2.5 и PM10 е по -вредно?

По -малките частици или PM2.5 са по -леки и навлизат по -дълбоко в белите дробове и причиняват по -големи щети в дългосрочен план. Те също остават по -дълго във въздуха и пътуват по -далеч. Частиците PM10 (големи) могат да останат във въздуха минути или часове, докато PM2.5 (малки) частици могат да останат във въздуха дни или седмици.

Забележка:- Данните за PM2.5 или PM10 на онлайн уебсайтове се представят като AQI или ug/m3. Ако стойността на PM2.5 е 100, тогава, ако е представена като AQI, тя ще попадне в категорията „Задоволително“, но ако е представена като ug/m3, тя ще попадне в категорията „Лоша“.

Стъпка 3: Датчик за прах PPD42NJ

Въз основа на метода на разсейване на светлината, той открива непрекъснато въздушни частици. Импулсният изход, който съответства на концентрацията на единица обем частици, може да бъде получен с използване на оригинален метод за откриване, основан на принципа на разсейване на светлината, подобен на брояча на частици.

Предната страна

Отпред има 2 тенджери с етикет VR1 и VR3, които вече са фабрично калибрирани. Инфрачервеният детектор е покрит под металната кутия. Интересното е, че отстрани има надпис SL2, който не се използва.

Задната страна

Веригата се състои до голяма степен от пасиви и оп-усилвател. RH1 е резисторният нагревател, който на теория би могъл да бъде премахнат, за да се пести енергия, ако има някакъв друг метод за циркулация на въздуха.

Описание на щифта

Поставяне на сензора Има няколко точки, които трябва да се спазват, когато се решава как да се постави сензорът.

• Сензорът трябва да бъде поставен във вертикална ориентация. Всяка друга ориентация не би постигнала желания въздушен поток.
• Сензорът трябва да се съхранява в тъмно състояние.
• Необходим е мек амортизиращ материал за запечатване на пролуката между сензора и корпуса.

Запечатайте пролуката с фолио, както е показано по -долу

Говорейки за изхода на сензора Изходът на сензора обикновено е висок, но е нисък пропорционално на концентрацията на PM, поради което чрез измерване на това, което те наричат ниска пулсова заетост (LPO), може да се определи концентрацията на PM. Този LPO се препоръчва да се измерва за единица време от 30 секунди.

Стъпка 4: RGB LED

Има два вида RGB светодиоди:

Общ аноден светодиод

В общ аноден RGB LED, трите светодиода споделят положителна връзка (анод).

Общ катоден светодиод

В общ катоден RGB LED и трите светодиода споделят отрицателна връзка (катод).

RGB LED щифтове

Стъпка 5: Фотон от частици

Photon е популярна платка за IOT. Платката разполага с микроконтролер STM32F205 120Mhz ARM Cortex M3 и има 1 MB флаш памет, 128 Kb RAM и 18 пина за общ вход със смесен сигнал (GPIO) с усъвършенствани периферни устройства. Модулът има вграден Wi-Fi чип Cypress BCM43362 за Wi-Fi свързаност и еднолентов 2.4GHz IEEE 802.11b/g/n за Bluetooth. Платката е оборудвана с 2 SPI, един I2S, един I2C, един CAN и един USB интерфейс. Трябва да се отбележи, че 3V3 е филтриран изход, използван за аналогови сензори. Този извод е изходът на бордовия регулатор и е вътрешно свързан към VDD на Wi-Fi модула. Когато захранвате Photon чрез VIN или USB порт, този щифт ще изведе напрежение от 3.3VDC. Този щифт може да се използва и за директно захранване на фотона (макс. Вход 3.3VDC). Когато се използва като изход, максималното натоварване на 3V3 е 100mA. ШИМ сигналите са с резолюция 8 бита и работят на честота 500 Hz.

Пин диаграма

Описание на щифта

Стъпка 6: Dweet.io

dweet.io дава възможност на данните от вашата машина и сензори да станат лесно достъпни чрез уеб базиран RESTful API, което ви позволява бързо да правите приложения или просто да споделяте данни.

1. Отидете на dweet.io

н

2. Отидете в секцията dweets и създайте dweet за нещо

3. Ще видите страница като тази. Въведете уникално име на нещо. Това име ще бъде използвано в частица фотон.

Сега приключихме с настройката на dweet.io

Стъпка 7: Web IDE на частици

За да напише програмния код за всеки Photon, разработчикът трябва да създаде акаунт на уебсайта на Particle и да регистрира Photon борда с потребителския си акаунт. След това програмният код може да бъде записан в Web IDE на уебсайта на частиците и да бъде прехвърлен на регистриран фотон през интернет. Ако избраната ПДЧ, Photon тук, е включена и свързана с облачната услуга на Частицата, кодът се записва към избраната платка по въздуха чрез интернет връзка и платката започва да работи според прехвърления код. За управление на борда през интернет е проектирана уеб страница, която използва Ajax и JQuery за изпращане на данни към дъската, използвайки HTTP POST метода. Уеб страницата идентифицира дъската по идентификатор на устройство и се свързва с облачната услуга на частиците чрез маркер за достъп.

Как да свържете фотон с интернет1. Захранвайте устройството си

• Включете USB кабела във вашия източник на захранване.
• Веднага след като е включен, RGB светодиодът на вашето устройство трябва да започне да мига в синьо. оранжев цвят, може да не получава достатъчно енергия. Опитайте да смените източника на захранване или USB кабела.

2. Свържете вашия Photon към интернет

Има два начина да използвате уеб приложение или мобилно приложение. Използване на уеб приложение

• Стъпка 1 Отидете на particle.io
• Стъпка 2 Щракнете върху настройка на фотон
• Стъпка 3 След като щракнете върху СЛЕДВАЩ, трябва да ви бъде представен файл (photonsetup.html)
• Стъпка 4 Отворете файла.
• Стъпка 5 След отваряне на файла свържете вашия компютър към Photon, като се свържете към мрежата с име PHOTON.
• Стъпка 6 Конфигурирайте вашите идентификационни данни за Wi-Fi.

Забележка: Ако погрешно въведете идентификационните си данни, Photon ще мига тъмно синьо или зелено. Трябва да преминете отново през процеса (като опресните страницата или щракнете върху частта за повторен процес)

Стъпка 7 Преименувайте устройството си. Ще видите също потвърждение дали устройството е било заявено или не

б. Използване на смартфон

Отворете приложението на телефона си. Влезте или се регистрирайте за акаунт с Particle, ако нямате такъв

След влизане натиснете иконата плюс и изберете устройството, което искате да добавите. След това следвайте инструкциите на екрана, за да свържете устройството си с Wi-Fi. Ако това е първото свързване на вашия Photon, той ще мига лилаво за няколко минути, докато изтегля актуализации. Актуализациите могат да отнемат 6-12 минути, в зависимост от вашата интернет връзка, като Photon се рестартира няколко пъти в процеса. Не рестартирайте и не изключвайте вашия Photon през това време

След като свържете устройството си, то е научило тази мрежа. Вашето устройство може да съхранява до пет мрежи. За да добавите нова мрежа след първоначалната си настройка, отново бихте поставили устройството си в режим на слушане и продължете както по -горе. Ако смятате, че устройството ви има твърде много мрежи, можете да изтриете паметта на устройството от всички Wi-Fi мрежи, които е научил. Можете да направите това, като продължите да държите бутона за настройка в продължение на 10 секунди, докато RGB светодиодът премигва бързо в синьо, като сигнализира, че всички профили са изтрити.

Режими

• Циан, вашият Photon е свързан с интернет.
• Magenta, в момента зарежда приложение или актуализира своя фърмуер. Това състояние се задейства от актуализация на фърмуера или от мигащ код от Web IDE или Desktop IDE. Може да видите този режим, когато свържете вашия Photon с облака за първи път.
• Зелено, той се опитва да се свърже с интернет.
• Бяло, Wi-Fi модулът е изключен.

Web IDEParticle Build е интегрирана среда за разработка или IDE, което означава, че можете да правите разработка на софтуер в лесно за използване приложение, което просто така се изпълнява във вашия уеб браузър.

• За да отворите компилация, влезте в акаунта си за частици и след това щракнете върху Web IDE, както е показано на изображението.

  

• След като щракнете, ще видите такава конзола.

  

• За да създадете ново приложение за създаване, кликнете върху създаване на ново приложение.

  

• За да проверите програмата. Кликнете върху проверка.

  

• За да качите кода, кликнете върху флаш, но преди да направите това, изберете устройство. Ако имате повече от едно устройство, трябва да се уверите, че сте избрали на кое от вашите устройства да мигате код. Кликнете върху иконата „Устройства“в долната лява част на навигационния панел, след което, когато задържите курсора на мишката върху името на устройството, звездата ще се появи вляво. Кликнете върху него, за да настроите устройството, което искате да актуализирате (няма да се вижда, ако имате само едно устройство). След като изберете устройство, звездата, свързана с него, ще стане жълта. (Ако имате само едно устройство, няма нужда да го избирате, можете да продължите.

Стъпка 8: Връзки

Частичен фотон ==> PPD42NJ сензор (поставен във вертикална посока)

GND ==> Pin1 (GND)

D6 ==> Pin2 (изход)

Vin ==> Pin3 (5V)

GND ==> 10k резистор ==> Pin5 (вход)

Фотон на частици ==> RGB LED

D1 ==> R

D2 ==> G

D3 ==> B

GND ==> Общ катод (-)

Стъпка 9: Програма

Стъпка 10: Резултат

Стъпка 11: Как да направите печатна платка в Eagle

Какво е PCB

Печатната платка е печатна платка, която електрически свързва набор от електронни компоненти, като използва медни релси върху непроводима платка. В печатната платка всички компоненти са свързани без проводници, всички компоненти са свързани вътрешно, така че това ще намали сложността на цялостния дизайн на веригата.

Видове печатни платки

1. Едностранна печатна платка

2. Двустранна печатна платка

3. Многопластова печатна платка

Тук говоря само за едностранна печатна платка

Едностранна печатна платка

Еднослойна печатна платка е известна също като едностранна печатна платка. Този тип печатни платки са прости и най -използвани печатни платки, тъй като тези платки са лесни за проектиране и производство. Едната страна на тази платка е покрита със слой от всеки проводящ материал. Медта се използва като проводящ материал, тъй като има много добра проводима характеристика. Слой спояваща маска се използва за защита на печатни платки от окисляване, последвано от копринено сито, за да се маркират всички компоненти на печатната платка. В този тип печатни платки само едната страна на печатната платка се използва за свързване на различни видове компоненти.

Различни части на печатни платки1. Слоеве

Горен и долен слой: В горния слой на печатни платки се използват всички SMD компоненти. Обикновено този слой е с червен цвят. В долния слой на печатни платки всички компоненти са запоени през отвора и проводникът на компонентите е известен като долния слой на печатни платки. В този DIP компоненти се използват и слоят е син.

Медни релси Обикновено това е проводящ път между компоненти във веригите за електрически контакт или следа е проводим път, който се използва за свързване на 2 точки в печатната платка. Например, свързване на 2 подложки или свързване на подложка и през или между виа. Пистите могат да имат различна ширина в зависимост от теченията, които преминават през тях.

Ние използваме мед, защото тя е много проводима. Това означава, че може лесно да предава сигнали, без да губи електричество по пътя. В най -често срещаната конфигурация една унция мед може да се превърне в 35 микрометра с дебелина около 1,4 хилядни инча, които могат да покрият цял квадратен фут от субстрата на печатни платки.

Подложката е малка повърхност от мед в печатна платка, която позволява запояване на компонента към платката или можем да кажем точки на платката, където терминалите на компонентите са запоени.

Има 2 вида подложки; през отвор и SMD (повърхностен монтаж).

• Подложките с отвори са предназначени за въвеждане на щифтовете на компонентите, така че те могат да бъдат запоени от противоположната страна, от която е поставен компонентът.
• SMD подложките са предназначени за устройства за повърхностно монтиране или с други думи, за запояване на компонента върху същата повърхност, на която е поставен.

Форми на подложки

1. Кръгови
2. овал
3. Квадрат

Маска за запояване За монтаж на електрическите компоненти върху печатните платки е необходим процес на сглобяване. Този процес може да се извърши ръчно или чрез специализирани машини. Процесът на сглобяване изисква използването на спойка за поставяне на компонентите на дъската. За да се избегне или да се предотврати случайното късо съединение на две писти от различни мрежи, производителите на печатни платки нанасят лак, наречен спойка, върху двете повърхности на дъската. Най -често срещаният цвят на спояващата маска, използван в печатните платки, е зелен. Този изолационен слой се използва за предотвратяване на случаен контакт на подложки с друг проводящ материал върху печатни платки.

Silkcreen Silk screening (Overlay) е процесът, при който производителят отпечатва информация за спояващата маска, благоприятна за улесняване на процесите на сглобяване, проверка и отстраняване на грешки. По принцип коприненият екран се отпечатва за посочване на тестови точки, както и за позицията, ориентацията и препратката на електронните компоненти, които са част от веригата. Копринен печат може да бъде отпечатан върху двете повърхности на дъската.

ViaA via е покрит отвор, който позволява на тока да преминава през платката. Използва се в многослойната платка за свързване към повече слоеве.

Видове Via

Виас през дупки или пълен стек

Когато взаимовръзката трябва да бъде направена от компонент, който се намира на горния слой на печатната платка, с друг, който се намира в долния слой. За провеждане на тока от горния слой към долния слой се използва проход за всяка песен.

Зелено ==> Горни и долни запояващи маски

Червено ==> Най -горният слой (проводим)

Виолетов ==> Втори слой. В този случай този слой се използва като равнина на мощност (т.е. Vcc или Gnd)

Жълто ==> Трети слой. В този случай този слой се използва като равнина на мощност (т.е. Vcc или Gnd)

Синьо ==> Долен слой (проводим)

2. Използват се слепи виазови слепи виаси, което позволява да се осъществи връзка от външен слой към вътрешен слой с минимална височина. Сляпото пускане започва на външен слой и завършва на вътрешен слой, затова има префикса „сляпо“. При проектирането на многослойни системи, където има много интегрални схеми, се използват силови равнини (Vcc или GND), за да се избегне прекомерното маршрутизиране на захранващи релси.

За да разберете дали даден канал е сляп, можете да поставите печатната платка срещу източник на светлина и да видите дали можете да видите светлината, идваща от източника през прохода. Ако можете да видите светлината, проходът е през дупка, в противен случай проходът е сляп.

Много е полезно да използвате тези видове проходи в дизайна на печатни платки, когато нямате твърде много място за поставяне на компоненти и маршрутизиране. Можете да поставите компоненти от двете страни и да увеличите максимално пространството. Ако виасите бяха през дупка, вместо на щори, щеше да има допълнително пространство, използвано от виа от двете страни.

3. Заровени виази Тези виа са подобни на слепите, с тази разлика, че започват и завършват на вътрешен слой.

ERCA След създаването на схематичната и анотираща верига е необходимо да се провери дали веригата има някакви електрически грешки, като например, ако мрежите не са свързани правилно, входът не е свързан към входния щифт, Vcc и GND късо навсякъде във веригата, или всеки тип електрически щифт, който не е избран правилно и т.н. Всичко това са видове електрически грешки. Ако сме допуснали такава грешка в схемата и ако не изпълняваме ERC, след завършване на печатната платка не можем да получим желания резултат от веригата.

Подробности за ERC

Проверка на правилата за проектиране Детайли на DRC

Как да направите печатни платки в Eagle

Направете схематична диаграма

1. За да направите схема, отидете на File ==> new ==> Schematic Ще видите страница като тази

Тъй като няма частици, трябва да добавим библиотеки с устройства за частици.

частица lib

След това, след като го изтеглите, го преместете в папката C: / Users / ….. / Documents / EAGLE / libraries

В Eagle open Schematics отидете на Library ==> open manager manager

ще видите страница като тази, отидете на опция Available и прегледайте библиотеката particledevices.lbr

След като го отворите, кликнете върху използването

Сега можем да видим устройства с частици.

Следващата стъпка е да направим схема, за която използваме част за добавяне, както е показано на фигурата

Когато кликнете върху добавяне на част, ще видите страница като тази

Компонентите, от които се нуждаем, са фотони от частици, заглавки, резистори, GND, Vcc. Търсете компоненти в добавяне на части

• За резистор има два типа САЩ и ЕС. Тук използвам европейски
• За заглавка за търсене на заглавки и ще видите много заглавки, избрани според вашите.
• За наземно търсене gnd
• За VCC търсене vcc
• За частичен фотон го потърсете

След като компонентите са избрани, следващата стъпка е да ги обедините, за да можете да използвате линия или мрежи или и двете.

Присъединете се към него, както е показано на изображението по -долу

Следващата стъпка е даване на име и стойност.

За даване на имена изберете име и след това щракнете върху компонента, на който искате да дадете име.

За даване на стойности изберете стойност и след това щракнете върху компонента, на който искаме да дадем име.

След това проверете ERC

След като проверим, приключваме със схемата. Следващата стъпка е да преминете към платки от схеми

Когато преминете към платки, ще видите всички компоненти от лявата страна на платката, така че трябва да я преместите към печатната платка. За това кликнете върху групата и изберете всички компоненти и използвайте инструмента за преместване, за да я преместите.

След това сглобете всички компоненти според вашето удобство. За присъединяване на компонентите използвайте трасмен въздушен проводник, уверете се, че ще използвате долния слой, решетката ще бъде в мм и ширината на въздушния проводник по маршрута 0,4064

След присъединяване на всички компоненти Използвайте огледален инструмент, за да генерирате изображение на стойности и имена.

За използване на огледало първо изберете огледален инструмент и след това стойности, имена. След това запишете дъската с произволно име, проверете DRC, за да проверите грешките. Ако няма грешка, добре е да продължим.

За да видите предварителен преглед на платката, преминете към производството.

Сега приключихме с частта на дъската.

Следващата стъпка е да отпечатате ckt върху лъскава хартия. За това щракване върху печат ще видите страница, както е показано по -долу.

Изберете черно в опцията, ако използвате няколко слоя, тогава трябва да изберете и огледало

Изберете мащабен коефициент 1.042 След това го запишете в pdf или го отпечатайте

След отпечатване на ckt, 1. Отстранете окислителния слой с помощта на шкурка (400) използвайте лека ръка.

2. Почистете го с изопропанол или пропан-2-ол или ако искате, можете да използвате и разредител.

3. Поставете отпечатания ckt върху лист FR4 с помощта на хартиена лента.

4. Загрейте го с помощта на нагревателна ютия (5 -10 минути), така че ckt да отпечата върху лист FR4. Накиснете дъската във вода за 2-3 минути. След това премахнете лентата и хартията.

5. Поставете го в разтвор на железен хлорид за 10 минути, за да отстраните медта за достъп, след което го измийте с вода.

6. Отстранете слоя с шкурка (400) или ацетон.