Sensor de partícules de publicació ESP-01S
Guia d'usuari

Sensor de partícules de publicació ESP-01S

Publicació de dades del sensor de partícules a Adafruit IO amb Maker Pi Pico i ESP-01S
per kevinjwalters
Aquest article mostra com publicar dades de tres sensors de partícules de baix cost al servei Adafruit IO IoT mitjançant el Cytron Maker Pi Pico que executa un programa CircuitPython que transmet les sortides dels sensors per Wi-Fi amb un mòdul ESP-01S que executa AT rmware.
L'OMS identifica les partícules PM2.5 com un dels majors riscos ambientals per a la salut, ja que el 99% de la població mundial vivia en llocs on no es van complir els nivells de les directrius de qualitat de l'aire de l'OMS el 2019. Es calcula que 4.2 milions de morts prematures van ser causades per això. el 2016.
Els tres sensors de partícules que es mostren en aquest article són:

• el Plantower PMS5003 utilitzant una connexió en sèrie;
• el Sensirion SPS30 amb i2c;
• l'Omron B5W LD0101 amb sortides d'impulsos.

Aquests sensors òptics són similars als que es troben en un tipus d'alarma de fum domèstica, però moren en el seu intent de comptar partícules de diferents mides en lloc de només alarmar a una concentració llindar.
El PMS5003 basat en làser vermell és un sensor aficionat d'ús habitual i es pot trobar al sensor de qualitat de l'aire PurpleAir PA-II. L'SPS30 és un sensor més recent que utilitza el mateix principi i es pot trobar al sensor de qualitat de l'aire Clarity Node-S. El sensor B5W LD0101 basat en LED infrarojos té una interfície més primitiva, però és útil per la seva capacitat per detectar partícules de més de 2.5 micres; els altres dos sensors no poden mesurar-les de manera fiable.
Adafruit IO ofereix un nivell gratuït amb un nombre limitat de fonts i taulers de control: són suficients per a aquest projecte. Les dades del nivell gratuït es conserven durant 30 dies, però les dades es poden descarregar fàcilment.
El tauler Maker Pi Pico d'aquest article és comample Cytron m'ha enviat amablement per avaluar-lo. L'única diferència amb la versió de producció és l'addició de components passius per eliminar els tres botons.
És probable que el mòdul ESP-01S necessiti una actualització del rmware AT. Aquest és un procés relativament complex i poc complicat i pot consumir molt de temps. Cytron ven el mòdul amb el rmware AT adequat.
Malauradament, el sensor Omron B5W LD0101 està sent interromput pel fabricant amb les darreres comandes el març de 2022.
Subministraments:

• Cytron Maker Pi Pico – Tecla digital | PiHut
• ESP-01S: la placa de Cytron ve amb un ATrmware adequat.
• Adaptador/programador USB ESP-01 amb botó de reinici – Cytron.
• Tauler.
• Cables de pont femella a mascle, potser una longitud mínima de 20 cm (8 polzades).
• Plantower PMS5003 amb cable i adaptador de placa de prova – Adafruit
• o Plantower PMS5003 + adaptador de placa de prova Pimoroni – Pimoroni + Pimoroni
• Sensirion SPS30 – Tecla digital
  • Cable Sparkfun SPS30 JST-ZHR a 5 pins mascles - Digi-key
  • 2 resistències de 2.2 k.
• Omron B5W LD0101 – Mouser
  • Cable Omron descrit com a arnès (2JCIE-HARNESS-05) – Mouser
  • Capçalera mascle de 5 pins (per adaptar el cable a la placa de prova).
  • soldadura: les pinces de cocodril (cocodril) podrien funcionar com a alternativa a la soldadura.
  • 2 resistències de 4.7 k.
  • 3 resistències de 10 k.
  • Condensador de 0.1 uF.
  • Alimentació de la bateria per a Omron B5W LD0101:
    • Suport de piles 4AA per a bateries recarregables NiMH (millor opció).
    • o suport de batedora 3AA per a piles alcalines.
• Un paquet d'alimentació USB pot ser útil si voleu córrer fora d'una font d'alimentació USB.

Pas 1: Programador USB per actualitzar Flash a l'ESP-01S

És poc probable que el mòdul ESP-01S vingui amb el rmware AT adequat tret que sigui de Cytron. La manera més senzilla d'actualitzar-lo és utilitzar un escriptori o un ordinador portàtil de Windows amb un adaptador USB que permet l'escriptura de la cendra i té un botó de reinici.
Malauradament, un adaptador molt comú i sense marca sovint descrit com un "adaptador de programador ESP-01 UART" no té botons ni interruptors per controlar-los. El vídeo de dalt mostra com es pot recuperar ràpidament
amb uns interruptors improvisats fets de dos cables de pont mascle a femella tallats en dos i soldats als pins de la part inferior de la placa programadora. A Hackaday es pot veure un enfocament alternatiu amb una placa de prova:
ESPHome al flux de treball de Windows ESP-01.
https://www.youtube.com/watch?v=wXXXgaePZX8

Pas 2: Actualització del firmware a l'ESP-01S mitjançant Windows

Es pot utilitzar un programa de terminal com PuTTY amb el programador ESP-01 per comprovar la versió del rmware. El rmware fa que l'ESP8266 actuï una mica com un mòdem amb ordres inspirades en el conjunt d'ordres Hayes. L'ordre AT+GMR AT+GMR mostra la versió del rmware.
AT+GMR
Versió AT: 1.1.0.0 (11 de maig de 2016 18:09:56)
Versió SDK: 1.5.4 (baaeaebb)
temps de compilació: 20 de maig de 2016 15:08:19
Cytron té una guia que descriu com aplicar l'actualització de rmware mitjançant l'Eina de descàrrega de Flash Espressif (només per a Windows) a GitHub: CytronTechnologies/esp-at-binaries. Cytron també proporciona una còpia del binari rmware, Cytron_ESP-01S_AT_Firmware_V2.2.0.bin.
Després d'una actualització satisfactòria, el nou rmware s'informarà com a versió 2.2.0.0
AT+GMR
Versió AT: 2.2.0.0 (b097cdf – ESP8266 – 17 de juny de 2021 12:57:45)
Versió SDK: v3.4-22-g967752e2
temps de compilació (6800286): 4 d'agost de 2021 17:20:05
Versió bin: 2.2.0(Cytron_ESP-01S)
Un programa de línia d'ordres anomenat esptool està disponible com a alternativa per programar l'ESP-8266S basat en ESP01 i es pot utilitzar a Linux o macOS.
El rmware de l'ESP-01S es pot provar al Maker Pi Pico mitjançant el simpletest.py de Cytron. Això envia un ping ICMP a un servei conegut a Internet cada 10 segons i mostra el temps d'anada i tornada (rtt) en mil·lisegons. Això necessita un secrets.py file amb el SSID (nom) i la contrasenya de Wi-Fi; això es descriu més endavant en aquest article.
EL BÉEL MAL

Pas 3: connectar els sensors

Es va utilitzar una placa de mida mitjana per connectar els tres sensors i controlar el voltage de les quatre bateries NiMH recarregables. S'inclou una foto d'alta resolució de la configuració completa anterior i els passos següents descriuen com es pot connectar cada sensor.
Els rails d'alimentació de la placa s'alimenten des del Pi Pico amb

• VBUS (5V) i GND als rails d'alimentació del costat esquerre i
• 3V3 i GND al costat dret.

Els carrils d'alimentació estan marcats amb una línia vermella propera per al carril positiu i blava per al carril negatiu (o terra). En una placa de mida completa (830 forats), poden tenir un conjunt superior de rails que no estan connectats al conjunt inferior de rails.
Les bateries només s'utilitzen per alimentar l'Omron B5W LD0101 que necessita un volum constant.tage. L'alimentació USB d'un ordinador sovint és sorollosa, per la qual cosa no és adequada.

Pas 4: connectar el Plantower PMS5003

El Plantower PMS5003 requereix una potència de 5 V, però la seva interfície sèrie "estil TTL" és segura de 3.3 V. Les connexions des del
PMS5003 a través del tauler de ruptura al Pi Pico són:

• VCC a 5V (vermell) mitjançant la fila de 6 a 5V carril;
• GND a GND (negre) a través de la fila 5 a GND;
• SET a EN (blau) a través de la fila 1 a GP2;
• RX a RX (blanc) a través de la fila 3 a GP5;
• TX a TX (gris) a través de la fila 4 a GP4;
• RESET a RESET (morat) a través de la fila 2 a GP3;
• NC (no connectat);
• NC.

El full de dades inclou una advertència sobre la caixa metàl·lica.
La carcassa metàl·lica està connectada al GND, així que aneu amb compte de no deixar-lo curt [sic] amb les altres parts del circuit excepte GND.
El component acostuma a enviar-se amb fllm de plàstic blau a la caixa per protegir la superfície de les rascades, però no s'ha de confiar en això per a l'aïllament elèctric.

Pas 5: connectar el Sensirion SPS30

El Sensirion SPS30 requereix una potència de 5 V, però la seva interfície i2c és segura de 3.3 V. Els únics components addicionals són dues resistències de 2.2 k per actuar com a pull-ups per al bus i2c. Les connexions de l'SPS30 al Pi Pico són:

• VDD (vermell) a rail 5V5V;
• SDA (blanc) a GP0 (gris) a través de la fila 11 amb una resistència de 2.2 k a un carril de 3.3 V;
• SCL (morat) a GP1 (morat) mitjançant la fila 10 amb una resistència de 2.2 k a un carril de 3.3 V;
• SEL (verd) a GND;
• GND (negre) a GND.

El connector del cable pot requerir una empenta ferma per inserir-lo correctament a l'SPS30.
L'SPS30 també admet una interfície sèrie que Sensirion recomana al full de dades.
Cal fer algunes consideracions sobre l'ús de la interfície I2C. I2C va ser dissenyat originalment per connectar dos xips en una PCB. Quan el sensor està connectat a la PCB principal mitjançant un cable, s'ha de prestar especial atenció a les interferències electromagnètiques i la diafonia. Utilitzeu cables de connexió el més curts possibles (< 10 cm) i/o ben apantallats.
Recomanem utilitzar la interfície UART, sempre que sigui possible: és més robusta contra les interferències electromagnètiques, especialment amb cables de connexió llargs.
També hi ha un avís sobre les parts metàl·liques de la caixa.
Tingueu en compte que hi ha una connexió elèctrica interna entre el pin GND (5) i el blindatge metàl·lic. Mantingueu aquest blindatge metàl·lic elèctric per evitar corrents no desitjades a través d'aquesta connexió interna. Si aquesta no és una opció, és obligatòria una igualació de potencial extern adequada entre el pin GND i qualsevol potencial connectat al blindatge. Qualsevol corrent a través de la connexió entre GND i el blindatge metàl·lic pot danyar el producte i suposar un risc de seguretat a causa del sobreescalfament.

Pas 6: connectar l'Omron B5W LD0101

El cable Omron no està dissenyat per utilitzar-lo amb una placa de prova. Una manera ràpida de convertir-lo a l'ús de la placa és tallar l'endoll, tallar els cables i soldar-los a una longitud de cinc pins de capçalera masculina. Les pinces de cocodril (cocodril) es podrien utilitzar com a alternativa per evitar la soldadura.
L'Omron B5W LD0101 requereix una font d'alimentació constant de 5 V. Les seves dues sortides també estan a un nivell de 5 V, que és incompatible amb les entrades de 3.3 V del Pi Pico. La presència de resistències a la placa del sensor fa que sigui fàcil de baixar-lo a un valor segur afegint una resistència de 4.7 k a terra per sortida. Les resistències a bord es documenten al full de dades, cosa que fa que sigui un enfocament raonable.
Les connexions del B5W LD0101 al Pi Pico són:

• Vcc (vermell) a rail de 5V (vermell) a través de la fila 25;
• OUT1 (groc) a GP10GP10 (groc) a través de la fila 24 amb una resistència de 4.7 k a GND;
• GND (negre) a GND (negre) a través de la fila 23;
• Vth (verd) a GP26GP26 (verd) mitjançant la fila 22 amb un condensador de 0.1 uF a GND;
• OUT2 (taronja) a GP11 (taronja) a través de la fila 21 amb una resistència de 4.7 k a GND.

El GP12 (verd) del Pi Pico es connecta a la fila 17 i una resistència de 10k connecta la fila 17 a la fila 22.
El full de dades descriu el requisit d'alimentació com:
Mínim 4.5 V, típic 5.0 V, màxim 5.5 V, ondulació voltagEs recomana un rang de 30 mV o menys. Assegureu-vos que no hi hagi soroll per sota dels 300 Hz. Con
rm la ondulació admissible voltage valor utilitzant una màquina real.
Tres piles alcalines o quatre bateries recarregables (NiMH) són la manera més senzilla de proporcionar un volum estable i estable.tage d'uns 5V al sensor. És probable que un paquet d'alimentació USB sigui una mala elecció perquè el voltage prové típicament d'una bateria de liti que utilitza un convertidor buck-boost que el fa sorollós.
El B5W LD0101 utilitza la convecció per al seu flux d'aire i s'ha de col·locar en posició vertical per funcionar correctament. Un canvi d'oferta voltagÉs probable que afecti la temperatura de l'escalfador i el flux d'aire associat. La temperatura ambient també ha de tenir un efecte.

Pas 7: Monitorització de la bateria amb divisor de potencial

La bateria voltage supera el nivell de 3.3 V de les entrades del processador RP2040 del Pi Pico. Un simple divisor de potencial pot reduir aquest volumtage estar dins d'aquest rang. Això permet que l'RP2040 mesura el nivell de la bateria en una entrada analògica (GP26 a GP28).
A dalt es va utilitzar un parell de resistències de 10k per reduir a la meitat el volumtage. És habitual veure que s'utilitzen valors més alts com 100k per minimitzar el corrent malgastat. Les connexions són:

• B5W LD0101 Cable de pont Vcc (vermell) a la fila 29 del costat esquerre;
• Resistència de 10k a la fila 29 entre el costat esquerre i dret a la fila 29;
• Cable de pont marró a Pi Pico GP27;
• Resistència de 10k des del costat dret de la fila 29 fins al carril GND proper.

El GP28 del Maker Pi Pico es pot utilitzar com a entrada analògica, però com que també està connectat al píxel RGB, això pot tenir un petit efecte sobre el valor i fins i tot pot il·luminar-se o canviar si l'entrada sembla el protocol WS2812!

Pas 8: instal·lar CircuitPython i el programa de publicació de dades del sensor

Si no esteu familiaritzat amb CircuitPython, val la pena llegir primer la guia de Benvinguts a CircuitPython.

1. Instal·leu les set biblioteques següents del paquet de la versió 7.x de https://circuitpython.org/libraries al directori lib de la unitat CIRCUITPY:
   1. dispositiu_bus_adafruit
   2. adafruit_minimqtt
   3. adafruit_io
   4. adafruit_espatcontrol
   5. adafruit_pm25
   6. adafruit_requests.mpy
   7. neopixel.mpy
2. Baixeu aquestes dues biblioteques addicionals al directori lib fent clic a Desa l'enllaç com... a files dins del directori o al file:
   1. adafruit_sps30 de https://github.com/kevinjwalters/Adafruit_CircuitPython_SPS30
   2. b5wld0101.py de https://github.com/kevinjwalters/CircuitPython_B5WLD0101
3. Creeu el secrets.py file (veure example més avall) i ompliu els valors.
4. Baixeu el programa a CIRCUITPY fent clic a Desa l'enllaç com a... a pmsensors_adafruitio.py
5. Canvieu el nom o suprimiu qualsevol code.py existent file a CIRCUITPY i després canvieu el nom de pmsensors_adafruitio.py a code.py This file s'executa quan s'inicia o es torna a carregar l'intèrpret CircuitPython.

# Aquest fitxer és on deseu la configuració secreta, les contrasenyes i les fitxes!
# Si els poseu al codi, correu el risc de cometre aquesta informació o compartir-la
secrets = {
“ssid” : “INSERT-WIFI-NAME-HERE”,
“contrasenya”: “INSERT-WIFI-PASSWORD-HERE”,
“aio_username” : “INSERT-ADAFRUIT-IO-USERNAME-HERE”,
“aio_key”: “INSERT-ADAFRUIT-IO-APPLICATION-KEY-HERE”
# http://worldtimeapi.org/timezones
“timezone”: “Amèrica/Nova_York”,
}
Les versions utilitzades per a aquest projecte van ser:
CircuitPython 7.0.0
Paquet de la biblioteca CircuitPython adafruit-circuitpython-bundle-7.x-mpy-20211029.zip- les versions anteriors de setembre/octubre no s'han d'utilitzar com a adafruit_espatcontrol
La biblioteca tenia errors i la meitat funciona de manera confusa.

Pas 9: Configuració d'Adafruit IO

Adafruit té moltes guies sobre el seu servei Adafruit IO, les més rellevants són:
Benvingut a Adafruit IO
Adafruit IO Basics: Feeds
Conceptes bàsics d'Adafruit IO: taulers de control
Quan estigueu familiaritzat amb els canals i els taulers de control, seguiu aquests passos.

1. Creeu un compte d'Adafruit si encara no en teniu cap.
2. Feu un grup nou anomenat mpp-pm a Feeds
3. Feu nou canals en aquest grup nou fent clic al botó + Nou canal, els noms són:
   1. b5wld0101-raw-out1
   2. b5wld0101-raw-out2
   3. b5wld0101-vcc
   4. b5wld0101-vth
   5. temperatura de la CPU
   6. pms5003-pm10-estàndard
   7. pms5003-pm25-estàndard
   8. sps30-pm10-estàndard
   9. sps30-pm25-estàndard
4. Feu un tauler per a aquests valors, els blocs suggerits són:
   1. Tres blocs de gràfics de línies, un per a cada sensor amb dues línies per gràfic.
   2. Tres blocs de calibre per als dos voltages i temperatura.
      

Pas 10: verificació de la publicació de dades

La pàgina Monitor a Pro file és útil per verificar que les dades arriben en temps real mirant les dades en directe file secció. El programa torna a blau el píxel RGB durant 2-3 segons quan envia les dades a Adafruit IO i després torna al verd.
La temperatura de l'RP2040 sembla variar molt entre diferents CPU i és poc probable que coincideixi amb la temperatura ambient.
Si això no funciona, aquí teniu algunes coses per comprovar.

• Si el píxel RGB es manté o si l'Adafruit IO no rep dades, comproveu si hi ha sortides/errors a la consola sèrie USB. La sortida numèrica de Mu a la consola sèrie mostrarà si els sensors estan treballant amb noves línies que s'imprimeixen cada 2-3 segons; vegeu a continuació per exempleample sortida.
• A la secció Errors en directe de la pàgina Monitor val la pena comprovar si les dades s'envien però no es mostren.
• La variable de depuració del programa es pot configurar de 0 a 5 per controlar el volum d'informació de depuració. Els nivells més alts desactiven la impressió de tuples per a Mu.
• El programa simpletest.py és una manera útil de demostrar que la connexió Wi-Fi està feta i que la connectivitat a Internet funciona per al trànsit ICMP.
• Assegureu-vos que feu servir una versió recent de la biblioteca adafruit_espatcontrol.
• Els LED blaus del Maker Pi Pico a cada GPIO són ​​molt útils per obtenir una visualització instantàniaview de l'estat GPIO. Tot el GPIO connectat s'activarà amb l'excepció de:
  • GP26 estarà apagat perquè el vol suavitzattage (al voltant de 500 mV) és massa baix;
  • GP12 serà tènue perquè és un senyal PWM de cicle de treball del ~ 15%;
  • GP5 estarà activat però parpellejarà a mesura que s'enviïn dades des del PMS5003;
  • GP10 estarà apagat, però parpellejarà a mesura que el B5W LD0101 detecti partícules petites;
  • El GP11 estarà apagat, però parpellejarà molt de tant en tant tret que estigueu en un lloc excepcionalment fumador.

La sortida destinada al traçador a Mu tindrà un aspecte semblant a això en una habitació:
(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)
O una habitació amb aire més net:
(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)
Els sis valors per línia en ordre són:

1. PMS5003 PM1.0 i PM2.5 (valors enters);
2. SPS30 PM1.0 i PM2.5;
3. B5W LD0101 recomptes OUT1 i OUT2 en brut.
   

Pas 11: provant els sensors interiors amb Mu i Adafruit IO

El vídeo de dalt mostra els sensors que reaccionen a l'encesa d'un lluminós per encendre el pal d'encens. Els valors màxims de PM2.5 del PMS5003 i SPS30 són 51 i 21.5605, respectivament. El B5W LD0101 ha descobert l'òptica i, malauradament, es veu afectat per la il·luminació halògena de tungstè utilitzada per a aquest vídeo. Hi ha un nivell elevat de partícules a l'aire d'una prova anterior.
Recordeu desconnectar el paquet de bateries quan no l'utilitzeu, en cas contrari, l'escalfador del B5W LD0101 esgotarà les bateries.
https://www.youtube.com/watch?v=lg5e6KOiMnA

Pas 12: partícules exteriors a la nit de Guy Fawkes

La nit de Guy Fawkes s'associa amb fogueres i focs artificials que poden contribuir a augmentar la contaminació de l'aire durant una o dues nits. Els gràfics anteriors mostren els tres sensors que es col·locaven a l'exterior just després de les 7 hores del divendres 5 de novembre de 2021. No hi havia focs artificials a les proximitats immediates, però es podia escoltar a la distància. Nota: l'escala de la mosca varia entre els tres gràfics.
Les dades d'alimentació emmagatzemades a Adafruit IO mostren que els sensors que detecten l'aire ja tenien un nivell lleugerament elevat de PM2.5 segons els números 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
El pic va ser d'uns 46 ug per metre cúbic poc abans de les 11:XNUMX:
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
Hi ha pics curts en altres llocs de les dades quan els sensors estaven fora. Aquests poden ser deguts a fluïdes de:

• escapament de la calefacció central de gas,
• persones que fumen a prop i/o
• olors/fums de la cuina.

Comproveu el temps abans de posar l'electrònica exposada a l'exterior!

Pas 13: partícules a l'interior amb la cocció

Els gràfics anteriors mostren com reaccionen els sensors a la cansalada i els bolets que es fregeixen en una cuina propera amb extracció mediocre. Els sensors estaven a uns 5 m (16 peus) de la placa. Nota: l'escala y varia entre els tres gràfics.
Les dades d'alimentació emmagatzemades a Adafruit IO mostren els sensors amb un nivell màxim de PM2.5 breu d'uns 93 ug per metre cúbic basat en els números 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
Els contaminants seran molt diferents als de les reelaboracions. Aquest és un ex interessantamples diferents fonts de partícules en l'aire que respirem.

Pas 14: sensors públics de partícules

Les dades gràfics anteriors provenen de sensors públics propers.

• Respira Londres
  • Clarity Movement Node-S
    • tbps
    • oss
    • rl
• OpenAQ
  • PurpleAir PA-II
    • sr
• Xarxa de qualitat de l'aire de Londres
  • Qualitat de referència (Met One BAM 1020 i altres)
    • FS
    • AS
    • TBR

Els sensors tbps i TBR estan gairebé ubicats i es representen gràficament junts per mostrar la correlació entre el dispositiu basat en SPS30 i el de referència proper. Sembla que l'SPS30 no llegeix significativament les nits del 5 i 6 de novembre quan és raonable suposar que l'augment de la tarda es deu a reelaboracions. Això podria ser degut a la diferència en la massa de les partícules, ja que els sensors utilitzats per a aquest article només poden detectar el volum i necessiten endevinar la densitat de les partícules per produir valors en micrograms per metre cúbic.
El PMS5003 del PurpleAir PA-II sembla sobrellegir de manera significativa per a qualsevol nivell elevat de PM2.5 basat en aquest curt període. Això podria coincidir amb els resultats mostrats a les pàgines anteriors o podria haver-hi altres factors a prop que ho provoquin.
L'SPS30 i el PMS5003 produeixen dades per a partícules de més de 2.5 micres, però les pàgines següents mostren per què s'ha de tractar amb precaució.

Pas 15: Comparació de sensors: mida de partícules

Els gràfics anteriors provenen de l'avaluació del laboratori de la selectivitat de la mida de les partícules de sensors òptics de partícules de baix cost per part de l'Institut Meteorològic de Finlandia. Es van provar tres sensors de cada tipus amb diferents mides de partícules mostrades a l'eix x logarítmic. Les línies de colors indiquen els valors calculats de bandes específiques de mida de partícules en funció de les sortides del sensor, les bandes mostra la distribució. Els tres valors SPS30 per sobre d'1 micra es superposen molt, cosa que fa que sigui molt difícil de distingir.
Les mètriques comunes per a les partícules són PM2.5 i PM10. Mentre que el nombre del nom fa referència a la mida màxima de la partícula, les unitats estan en micrograms per metre cúbic. Els sensors econòmics només poden mesurar el diàmetre de partícules (volum) i han de fer algunes conjectures sobre la densitat per calcular els valors probables de PM2.5 i PM10.
El PMS5003 utilitza un valor de densitat constant, Sensirion descriu el seu enfocament de densitat per a l'SPS30 com:
La majoria dels sensors de PM de baix cost del mercat assumeixen una densitat de massa constant en el calibratge i calculen la concentració de massa multiplicant el recompte de partícules detectades per aquesta densitat de massa. Aquesta hipòtesi només funciona si el sensor mesura un sol tipus de partícula (per exemple, el fum del tabac), però en realitat trobem molts tipus de partícules diferents amb moltes propietats òptiques diferents a la vida quotidiana, des de pols domèstica "pesada" fins a partícules de combustió "lleugeres". . Els algorismes propietaris de Sensirion utilitzen un enfocament avançat que permet una estimació adequada de la concentració de massa, independentment del tipus de partícula mesurada. A més, aquest enfocament permet una estimació correcta de la mida dels contenidors.
Les mètriques PM engloben totes les partícules per sota del paràmetre de mida, és a dir
PM1 + massa de totes les partícules entre 1.0 i 2.5 micres = PM2.5,
PM2.5 + massa de totes les partícules entre 2.5 i 10 micres = PM10.
El PMS5003 i l'SPS30 no poden detectar les partícules en aquesta prova de laboratori per sobre de 2-3 micres. És possible que detectin altres tipus de partícules per sobre d'aquesta mida.
El B5W LD0101 sembla creïble d'aquesta prova de laboratori per mesurar PM10.

Pas 16: Comparació de sensors - Disseny

L'escalfador Omron (una resistència de 100 ohms +/- 2%!) Es pot veure si el sensor està cap per avall. El disseny es discuteix en detall a Omron: Desenvolupament del sensor de qualitat de l'aire per al purificador d'aire. L'ús de la convecció sembla cru, però pot ser una solució de més fiabilitat en comparació amb un component mecànic com un ventilador que té una vida útil limitada i una vida útil que es pot reduir si funciona en un entorn polsós. El ventilador SPS30 sembla estar dissenyat per ser fàcilment substituïble sense obrir la caixa. Altres models de Plantower tenen la mateixa característica de disseny.
Els tres sensors seran propensos als efectes de l'alta humitat relativa que, malauradament, augmenta erròniament els valors de PM.
Els sensors de qualitat de referència certificats (llista DEFRA del Regne Unit) que controlen les partícules no utilitzen un enfocament òptic per a la mesura. El Met One BAM 1020 treballa per

1. separant i descartant les partícules més grans que el límit de mida de l'aire sampel,
2. escalfar l'aire per controlar/reduir la humitat relativa,
3. dipositant les partícules en una nova secció d'una cinta broussa contínua i
4. després mesurant l'atenuació d'una font de radiació beta per part de les partícules acumulades a la cinta per calcular una bona estimació de la massa total de les partícules.

Una altra tècnica comuna és el Tapered Element Oscillating Microbalance (TEOM) que diposita partícules en un filtre reemplaçable a l'extrem lliure d'un tub cònic que es fixa a l'altre extrem. La mesura precisa de la freqüència d'oscil·lació del tub de ressonància natural permet calcular la petita massa addicional de les partícules a partir de la minúscula variació de freqüència. Aquest enfocament és adequat per crear valors de PM més alts.

Pas 17: Anar més enllà

Un cop hàgiu configurat els vostres sensors i publiqueu dades a Adafruit IO, aquí teniu algunes altres idees per explorar:

• Proveu cada habitació de la vostra llar al llarg del temps observant l'activitat i la ventilació. Posa a prova la teva llar quan estàs cuinant. Prova una barbacoa.
• Utilitzeu els tres botons del Maker Pi Pico. Aquests estan connectats a GP20, GP21 i GP22 que es van deixar sense utilitzar intencionadament per permetre l'ús del botó.
• Si vius a prop d'una estació pública de control de la qualitat de l'aire, compara les teves dades amb ella.
• Afegiu una pantalla per a ús assistit que mostri els valors del sensor. El SSD1306 és petit, ordenable i fàcil d'afegir/utilitzar a CircuitPython. Vegeu Instructables: detecció d'humitat del sòl
• Amb el Maker Pi Pico per a un exampla del seu ús.
• Investigueu la biblioteca MQTT per veure si totes les dades del sensor es poden enviar en un sol lot. Això hauria de ser més eficient.
• Integreu-vos d'alguna manera amb el sensor de qualitat de l'aire Vindriktning d'IKEA autònom.
  • La connectivitat MQTT de Soren Beye per a Ikea VINDRIKTNING mostra com afegir un ESP8266 al sensor i identifica el sensor de partícules (pols) com a "cubic PM1006".
  • Un projecte avançat seria substituir la PCB principal per una placa basada en ESP32-S2 amb sensors ambientals digitals addicionals per crear un dispositiu basat en CircuitPython habilitat per Wi-Fi.
  • Aquest dispositiu es parla al fòrum de l'Assistent de la llar: IKEA Vindriktning Air Quality Sensor.
  • LaskaKit produeix una PCB de recanvi basada en ESP32 per al sensor per permetre que es pugui utilitzar fàcilment amb ESPHome.
• Estudiar els efectes de variar l'oferta voltage dins dels intervals permesos per als sensors. Això pot canviar la velocitat del ventilador o la temperatura de l'escalfador afectant els resultats.
• Construeix un recinte a prova de clima i vida salvatge amb un disseny acurat per als sensors d'entrada, sortida i flux d'aire. Es va utilitzar un paraigua enganxat a una barana per protegir l'electrònica oberta i exposada per a la recollida de dades durant el cap de setmana d'aquest article.

Projectes relacionats:

• Costas Vav: Sensor de qualitat de l'aire portàtil
• Pimoroni: una estació de qualitat de l'aire exterior amb Enviro+ i Luftdaten
• Instruccions: ús del Pimoroni Enviro+ FeatherWing amb l'Adafruit Feather NRF52840 Express: el
• Enviro+ FeatherWing inclou un connector per al PMS5003. El SPS30 es pot utilitzar amb pins i2c i també hi ha prou pins per utilitzar el B5W LD0101.
• El nRF52840 no admet Wi-Fi, de manera que no es pot utilitzar per si sol per publicar dades a Internet.
• Adafruit Learn: carcassa imprès en 3D del sensor de qualitat de l'aire . – utilitza l'Adafruit Feather M4 amb Airlift FeatherWing basat en ESP32 i PMS5003.
• Adafruit Learn: Quickstart IoT - Raspberry Pi Pico RP2040 amb WiFi - utilitza un tauler Adafruit AirLift basat en ESP32.
• GitHub: CytronTechnologies/MAKER-PI-PICO Example Code/CircuitPython/IoT – exampcodi per a Adafruit IO, Blynk i Thinkspeak.
• Cytron: Monitorització de l'aire mitjançant un telèfon mòbil: utilitza un escut Arduino basat en ESP8266 per enviar dades des d'un
• Sensor de partícules Honeywell HPM32322550 a Blynk, no cal telèfon (intel·ligent).

Sensors intermedis, més cars però amb millor capacitat per detectar mides de partícules més grans:

• Piera Systems IPS-7100
• Alphasense OPC-N3 i OPC-R2

Lectures addicionals:

• Sensors
  • Institut meteorològic finlandès: avaluació de laboratori de la selectivitat de la mida de les partícules de sensors òptics de partícules de baix cost (maig de 2020)
  • Gough Lui: Review, Desmuntatge: el sensor de monitor de partícules làser Plantower PMS5003 inclou una comparació amb Sensirion SPS30.
  • Karl Koerner: Com obrir i netejar un sensor d'aire PMS 5003
  • Met One Instruments, Inc., BAM-1020 EPA TSA Training Video (YouTube): mostra què hi ha dins i com funciona.
  • CITRIS Research Exchange: xerrada de Sean Wihera (Clarity Movement) (YouTube): xerrada que inclou detalls sobre el sensor Node-S que utilitza Sensirion SPS30.
• Legislació i Organitzacions relacionades amb la qualitat de l'aire
  • Normes de qualitat de l'aire de 2010 (Regne Unit)
  • Directrius sobre la contaminació de l'aire de l'Organització Mundial de la Salut (OMS).
  • British Lung Foundation: qualitat de l'aire (PM2.5 i NO2)
• Recerca
  • Imperial College London: The Indoor-Outdoor Air-Pollution Continuum (YouTube)
  • Nens de primària recollint dades de qualitat de l'aire amb motxilles a Londres el 2019:
    • Dyson: Seguiment de la contaminació a l'escola. Breathe London (YouTube)
    • King's College de Londres: Grup de recerca ambiental: l'estudi Breathe London Wearables
  • Atmosphere Journal: contaminació de l'aire interior per estufes residencials: examinant la inundació de partícules a les llars durant l'ús del món real
• Notícies i Blogs
  • The Economist: Cel de mitjanit: la calefacció domèstica de color vermell carbó de Polònia crea una contaminació generalitzada (gener de 2021)
  • NPR dels EUA: refugiar-se a l'interior pot no protegir-vos dels perills del fum salvatge?
  • Reuters: La festa s'ha acabat: Diwali deixa Delhi sibilant en un aire perillosament insalubre
  • Bloc Pimoroni: La nit més contaminada de l'any (al Regne Unit)
  • Moviment de claredat: Fum d'incendi salvatge, salut pública i justícia ambiental: millor
  • Presa de decisions amb monitoratge de l'aire (YouTube): presentació i discussió sobre la qualitat de l'aire de l'oest dels Estats Units, especialment al voltant del fum d'incendis salvatges del 2020.
  • Guardian: l'aire brut afecta el 97% de les llars del Regne Unit, segons les dades
• Monitorització de partícules i emmagatzematge de dades
  • Països Baixos Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (Institut Nacional de Salut Pública i Medi Ambient): Vuurwerkexperiment (Experiment de focs artificials) 2018-2019
  • Google: Carrer a carrer: com estem cartografiant la qualitat de l'aire a Europa: carrer view els cotxes recullen dades de partícules i gasos contaminants. Xarxa de qualitat de l'aire de Londres
  • Breathe London: una xarxa que complementa la Xarxa de qualitat de l'aire de Londres amb "sensors de qualitat de l'aire ordenables, fàcils d'instal·lar i mantenir per a qualsevol", que actualment utilitza el Clarity Movement Node-S.
  • Monitorització de partícules de l'ambaixada dels EUA a Pequín (Twitter)
  • Índex de qualitat de l'aire mundial: recopila dades de moltes fonts diferents amb un mapa views i dades històriques.
  • Sensor.Community (abans coneguda com a Luftdaten): "fer del món un lloc millor mitjançant dades ambientals obertes i impulsades per la comunitat".
• Biblioteques de programari
  • Errors de programari en una biblioteca de sensors de partícules: l'adafruit_pm25 pateix almenys un dels problemes descrits que requereixen la gestió d'excepcions al voltant de read() per a sèrie (UART).
• Cursos
  • HarvardX: Contaminació de l'aire amb partícules (YouTube): vídeo de cinc minuts del curs breu EdX: Energy Within Environmental Constraints

La detecció i les alarmes crítiques de seguretat són millor deixar-los als aparells comercials de proveïdors de confiança.
https://www.youtube.com/watch?v=A5R8osNXGyo
Publicació de dades del sensor de partícules a Adafruit IO amb Maker Pi Pico i ESP-01S:

Documents/Recursos

instructables ESP-01S Publishing Sensor de partícules [pdfGuia de l'usuari Sensor de partícules de publicació ESP-01S, ESP-01S, sensor de partícules de publicació, sensor de partícules, sensor de matèria

Referències

• Manual d'usuari