ESP-01S Publicazione Sensore di Particulate Matter
Guida d'usu

ESP-01S Publicazione Sensore di Particulate Matter

Publication des données du capteur de particules sur Adafruit IO grâce à Maker Pi Pico et ESP-01S
da kevinjwalters
Questu articulu mostra cumu pubblicà e dati da trè sensori di particulate à pocu costu à u serviziu Adafruit IO IoT utilizendu Cytron Maker Pi Pico chì esegue un prugramma CircuitPython chì trasmette l'output di i sensori per Wi-Fi cun un modulu ESP-01S chì funziona AT rmware.
L'OMS identifica a materia particulata PM2.5 cum'è unu di i più grandi risichi ambientali per a salute cù u 99% di a pupulazione di u mondu chì vive in i lochi induve i livelli di guida di qualità di l'aria di l'OMS ùn sò micca stati rispettati in 2019. Stima chì 4.2 milioni di morti premature sò state causate da questu. in 2016.
I trè sensori di particulate chì mostranu in questu articulu sò:

• u Plantower PMS5003 utilizendu una cunnessione seriale;
• u Sensirion SPS30 cù i2c;
• l'Omron B5W LD0101 cù uscite di impulsi.

Questi sensori ottici sò simili à quelli chì si trovanu in un tipu di alarme di fumu domesticu, ma mori in u so tentativu di cuntà particelle di dimensioni diverse piuttostu cà solu alarme à una concentrazione di soglia.
U PMS5003 basatu in laser rossu hè un sensoru di hobbyist cumunimenti utilizatu è pò esse truvatu in u sensoru di qualità di l'aria PurpleAir PA-II. U SPS30 hè un sensoru più recente chì usa u listessu principiu è pò esse truvatu in u sensoru di qualità di l'aria Clarity Node-S. U sensoru B5W LD0101 basatu in LED infrared hà una interfaccia più primitiva, ma hè utile per a so capacità di detect particeddi più grande di 2.5 microns - l'altri dui sensori ùn ponu micca misurà questi in modu affidabile.
Adafruit IO offre un livellu gratuitu cù un numeru limitatu di feed è dashboards - questi sò abbastanza per stu prughjettu. I dati di u livellu gratuitu sò conservati per 30 ghjorni, ma i dati ponu esse facilmente scaricati.
A tavola Maker Pi Pico in questu articulu hè cum'èample Cytron m'hà mandatu gentilmente per valutà. L'unica dierenza à a versione di pruduzzione hè l'aghjunzione di cumpunenti passivi per debounce i trè buttoni.
U modulu ESP-01S hè prubabilmente bisognu di un aghjurnamentu AT rmware. Questu hè un prucessu relativamente cumplessu, ddly è pò esse di tempu. Cytron vende u modulu cù u rmware AT appropritatu nantu à questu.
U sensoru Omron B5W LD0101 hè sfurtunatamenti interrotta da u fabricatore cù l'ultimi ordini in marzu 2022.
Forniture:

• Cytron Maker Pi Pico – Digi-key | PiHut
• ESP-01S - U bordu di Cytron vene cun ATrmware adattatu.
• Adattatore / prugrammatore USB ESP-01 cù buttone di reset - Cytron.
• Breadboard.
• Fili jumper femmina à maschile, forse 20 cm (8in) lunghezza minima.
• Plantower PMS5003 cù cable è adattatore breadboard - Adafruit
• o Plantower PMS5003 + Pimoroni breadboard adapter – Pimoroni + Pimoroni
• Sensirion SPS30 - Digi-key
  • Cavo Sparkfun SPS30 JST-ZHR à 5 pin maschi - Digi-key
  • 2x resistori 2.2k.
• Omron B5W LD0101 – Mouser
  • U cable Omron deskrittu cum'è un cablaggio (2JCIE-HARNESS-05) – Mouser
  • Connettore maschio a 5 pin (per adattare il cavo alla scheda di prova).
  • saldatura - i clips di crocodile (alligator) puderanu travaglià cum'è una alternativa à a saldatura.
  • 2x resistori 4.7k.
  • 3x resistori 10k.
  • condensatore 0.1uF.
  • Batteria per Omron B5W LD0101:
    • Porta batterie 4AA per batterie NiMH ricaricabili (scelta megliu).
    • o 3 AA porta pastella per batterie alcaline.
• Un pacchettu di energia USB pò esse utile se vulete scappà fora da una fonte di energia USB.

Passu 1: Programmatore USB per l'aghjurnà Flash nantu à l'ESP-01S

U modulu ESP-01S hè improbabile di vene cun rmware AT appropritatu, salvu chì ùn sia da Cytron. A manera più faciule d'aghjurnà hè di utilizà un desktop di Windows o un laptop cun un adattatore USB chì permette a scrittura di cendra è hà un buttone di reset.
Sfortunatamente, un adattatore assai cumuni, senza marca, spessu deskrittu cum'è qualcosa cum'è un "Adapter Programmer ESP-01 UART" ùn hà micca buttone o switch per cuntrullà questi. U video sopra mostra cumu si pò esse rapidamente retrottatu
cù qualchi interruttori improvisati fatti da dui fili di jumper maschile-femmina tagliati in dui è saldati nantu à i pin in a parte sottu di a scheda di prugrammazione. Un approcciu alternativu à questu utilizendu una breadboard pò esse vistu in Hackaday:
ESPHome nantu à ESP-01 Windows Workflow.
https://www.youtube.com/watch?v=wXXXgaePZX8

Passu 2: Aghjurnà u Firmware in ESP-01S Utilizendu Windows

Un prugramma di terminale cum'è PuTTY pò esse usatu cù u Programatore ESP-01 per verificà a versione rmware. U rmware face chì l'ESP8266 agisce un pocu cum'è un modem cù cumandamenti inspirati da u set di cumandamenti Hayes. U cumandimu AT + GMR AT + GMR mostra a versione rmware.
AT + GMR
Versione AT: 1.1.0.0 (11 di maghju 2016 18:09:56)
Versione SDK: 1.5.4 (baaeaebb)
tempu di compilazione: 20 di maghju 2016 15:08:19
Cytron hà una guida chì descrive cumu applicà l'aghjurnamentu di rmware utilizendu l'Espressif Flash Download Tool (solu Windows) in GitHub: CytronTechnologies/esp-at-binaries. Cytron furnisce ancu una copia di u binariu rmware, Cytron_ESP-01S_AT_Firmware_V2.2.0.bin.
Dopu un aghjurnamentu successu, u novu rmware serà informatu cum'è versione 2.2.0.0
AT + GMR
Versione AT: 2.2.0.0 (b097cdf - ESP8266 - 17 ghjugnu 2021 12:57:45)
Versione SDK: v3.4-22-g967752e2
tempu di compilazione (6800286): 4 d'Agostu 2021 17:20:05
Versione Bin: 2.2.0 (Cytron_ESP-01S)
Un prugramma di linea di cummanda chjamatu esptool hè dispunibule cum'è una alternativa per programà l'ESP-8266S basatu in ESP01 è puderia esse usatu in Linux o macOS.
U rmware nantu à l'ESP-01S pò esse pruvatu nantu à u Maker Pi Pico cù u simpletest.py di Cytron. Questu manda un ping ICMP à un serviziu ben cunnisciutu in Internet ogni 10 seconde è mostra u tempu di andata (rtt) in millisecondi. Questu hà bisognu di un secrets.py file cù u Wi-Fi SSID (nome) è password - questu hè descrittu più tardi in questu articulu.
U BONEU GALLU

Passu 3: Cunnessu i Sensori

Un breadboard half-size hè stata utilizata per cunnette i trè sensori è per monitorà u voltage da e quattru batterie NiMH ricaricabili. Una foto d'alta risoluzione hè inclusa di a stallazione cumpleta sopra è i prossimi passi descrizanu cumu ogni sensore pò esse cunnessu.
I rails di putere nantu à u breadboard sò alimentati da u Pi Pico cù

• VBUS (5V) è GND à i rails di putenza à u latu manca è
• 3V3 è GND à u latu drittu.

I rails di putenza sò marcati cù una linea rossa vicina per a ferrovia positiva è blu per a ferrovia negativa (o in terra). Nant'à una breadboard full-size (830 buchi) questi ponu avè un inseme superiore di rails chì ùn sò micca cunnessi à u fondu di rails.
E batterie sò solu aduprate per alimentà l'Omron B5W LD0101 chì hà bisognu di un vol stabile.tage. A putenza USB da un urdinatore hè spessu rumoroso chì u rende micca adattatu.

Passu 4: Cunnessu u Plantower PMS5003

U Plantower PMS5003 necessita una putenza di 5V ma a so interfaccia seriale "stile TTL" hè 3.3V sicura. I cunnessione da u
PMS5003 via scheda di breakout à u Pi Pico sò:

• VCC à 5V (rossu) via a fila 6 à 5V rail;
• GND à GND (neru) via a fila 5 à GND;
• SET à EN (blu) via a fila 1 à GP2;
• RX à RX (biancu) via a fila 3 à GP5;
• TX à TX (grisgiu) via a fila 4 à GP4;
• RESET à RESET (viola) via a fila 2 à GP3;
• NC (micca cunnessu);
• NC.

A datasheet include un avvisu annantu à u casu di metallo.
A cunchiglia di metallu hè cunnessu à u GND, cusì attentu à ùn lassà micca scurciatu [sic] cù l'altri parti di u circuitu eccettu GND.
U cumpunente tende à spedinu cù fllm di plastica blu nantu à u casu per prutege a superficia da i graffii, ma questu ùn deve esse affidatu per l'insulazione elettrica.

Passu 5: Cunnessu u Sensirion SPS30

U Sensirion SPS30 necessita una putenza di 5V ma a so interfaccia i2c hè 3.3V sicura. L'unichi cumpunenti supplementari sò dui resistori 2.2k per agisce cum'è pull-ups per u bus i2c. I cunnessione da u SPS30 à u Pi Pico sò:

• VDD (rossu) à rail 5V5V;
• SDA (biancu) à GP0 (grisgiu) via fila 11 cù resistenza 2.2k à rail 3.3V;
• SCL (viola) à GP1 (viola) via a fila 10 cù resistenza 2.2k à rail 3.3V;
• SEL (verde) à GND;
• GND (neru) à GND.

U connettore nantu à u piombu pò esse bisognu di una spinta ferma per inserisce bè in u SPS30.
U SPS30 supporta ancu una interfaccia seriale chì Sensirion ricumanda in a datasheet.
Certi cunzidirazioni deve esse fattu nantu à l'usu di l'interfaccia I2C. I2C hè stata urigginariamente cuncepitu per cunnette dui chips in un PCB. Quandu u sensoru hè cunnessu à u PCB principale via un cable, una attenzione particulari deve esse pagata à l'interferenza elettromagnetica è a diafonia. Aduprate cavi di cunnessione u più brevi (< 10 cm) è/o ben schermati.
Hè ricumandemu di utilizà l'interfaccia UART invece, sempre chì hè pussibule: hè più robusta contr'à l'interferenza elettromagnetica, soprattuttu cù cavi di cunnessione longu.
Ci hè ancu un avvisu nantu à e parti metalliche di u casu.
Nota chì ci hè una cunnessione elettrica interna trà u pin GND (5) è a schermatura metallica. Mantene sta schermatura metallica elettricamente oating per evità ogni currente imprevisu attraversu sta cunnessione interna. Se questu ùn hè micca una opzione, l'equalizazione di potenziale esternu propiu trà u pin GND è qualsiasi potenziale cunnessu à a schermatura hè obligatoria. Qualchese currente chì a cunnessione trà GND è schermatura metallica pò dannà u pruduttu è ponu un risicu per a sicurità per u surriscaldamentu.

Passu 6: Cunnessu l'Omron B5W LD0101

U cable Omron ùn hè micca pensatu per l'usu cù una breadboard. Un modu rapidu di cunvertisce à l'usu di breaboard hè di cutà u socket, striscia i fili è saldali à una lunghezza di cinque pin di pins header maschili. I clips di crocodile (alligator) ponu esse usatu cum'è un approcciu alternativu per evità a saldatura.
L'Omron B5W LD0101 richiede una alimentazione fissa di 5V. I so dui outputs sò ancu à un livellu 5V chì hè incompatibile cù l'inputs 3.3V di Pi Pico. A prisenza di resistori nantu à u bordu di u sensoru facenu fàciule abbandunà questu à un valore sicuru aghjunghjendu una resistenza 4.7k à a terra per output. I resistori di bordu sò documentati in a datasheet chì facenu questu un approcciu raghjone.
I cunnessione da u B5W LD0101 à u Pi Pico sò:

• Vcc (russu) à 5V (russu) rail via fila 25;
• OUT1 (giallu) à GP10GP10 (giallu) via a fila 24 cù resistenza 4.7k à GND;
• GND (nìuru) à GND (nìuru) via a fila 23;
• Vth (verde) à GP26GP26 (verde) via a fila 22 cun condensatore 0.1uF à GND;
• OUT2 (aranciu) à GP11 (aranciu) via a fila 21 cù resistenza 4.7k à GND.

U GP12 (verde) da u Pi Pico si cunnetta à a fila 17 è una resistenza 10k cunnetta a fila 17 à a fila 22.
A datasheet descrive l'esigenza di alimentazione cum'è:
Minimu 4.5V, tipicu 5.0V, massimu 5.5V, ripple voltagU range 30mV o menu hè cunsigliatu. Assicuratevi chì ùn ci hè micca un rumore sottu à 300 Hz. Cun
rm l'ondulazione permessa voltagu valore cù una macchina reale.
Trè batterie alcaline o quattru batterie ricaricabili (NiMH) sò u modu più faciule per furnisce un vol stabile è stabile.tage di circa 5V à u sensoru. Un pacchettu di putenza USB hè prubabile di esse una scelta povira perchè u voltage hè tipicamenti da una batteria di lithium cù un convertitore buck-boost chì face u rumore.
U B5W LD0101 usa a cunvezione per u so flussu di l'aire è deve esse piazzatu ghjustu per travaglià bè. Un cambiamentu di supply voltage pò influenzà a temperatura di u riscaldatore è u flussu d'aria assuciatu. A temperatura ambientale deve ancu avè un effettu.

Passu 7: Surveglianza di a Batteria cù u Divisore Potenziale

A batteria voltage supera u livellu 3.3V di l'inputs di u processatore RP2040 di Pi Pico. Un divisore potenzale simplice pò riduce stu voltage per esse in quellu intervallu. Questu permette à l'RP2040 di misurà u livellu di a bateria nantu à un input analogicu (GP26 à GP28).
Un paru di resistori 10k hè stata utilizata sopra à a mità di u voltage. Hè cumunu per vede i valori più alti utilizati cum'è 100k per minimizzà u currente perdu. I cunnessione sò:

• B5W LD0101 Vcc (rossu) filu jumper à a fila 29 latu manca;
• Resistenza 10k nantu à a fila 29 trà a manca è a diritta in a fila 29;
• Fil de pont marron à Pi Pico GP27;
• Resistenza 10k da u latu drittu di a fila 29 à a vicina GND rail.

GP28 nantu à u Maker Pi Pico pò esse usatu cum'è un input analogicu, ma postu chì hè ancu cunnessu à u pixel RGB chì pò avè un effettu affittu nantu à u valore è pò ancu illuminate o cambià se l'input s'assumiglia à u protocolu WS2812!

Passu 8: Installazione di CircuitPython è u prugramma di Publicazione di Dati Sensor

Se ùn site micca familiarizatu cù CircuitPython allora vale a pena leghje a guida Benvenuti à CircuitPython prima.

1. Installa e seguenti sette librerie da a versione 7.x bundle from https://circuitpython.org/libraries in u cartulare lib nantu à l'unità 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. Scaricate queste duie biblioteche extra à u repertoriu lib clicchendu Salvà u ligame cum'è ... nantu à u files in u cartulare o nant'à u file:
   1. adafruit_sps30 da https://github.com/kevinjwalters/Adafruit_CircuitPython_SPS30
   2. b5wld0101.py da https://github.com/kevinjwalters/CircuitPython_B5WLD0101
3. Crea u secrets.py file (vede example sottu) è compie i valori.
4. Scaricate u prugramma à CIRCUITPY clicchendu Salvà u ligame cum'è ... nantu à pmsensors_adafruitio.py
5. Rename o sguassate qualsiasi code.py esistenti file su CIRCUITPY poi rinominate u pmsensors_adafruitio.py à code.py Questu file hè eseguitu quandu l'interprete CircuitPython principia o ricaricà.

# Stu schedariu hè induve tenete paràmetri secreti, password è tokens!
# Se li mette in u codice, risicheghjate di cummette quella infurmazione o di sparte
sicreti = {
“ssid” : “INSERT-WIFI-NAME-HERE”,
"password" : "INSERT-WIFI-PASSWORD-HERE",
"aio_username" : "INSERT-ADAFRUIT-IO-USERNAME-HERE",
"aio_key" : "INSERT-ADAFRUIT-IO-APPLICATION-KEY-HERE"
# http://worldtimeapi.org/timezones
“timezone” : “America/New_York”,
}
E versioni aduprate per stu prughjettu eranu:
CircuitPython 7.0.0
CircuitPython libreria bundle adafruit-circuitpython-bundle-7.x-mpy-20211029.zip- e versioni precedenti da settembre / ottobre ùn deve micca esse usata cum'è adafruit_espatcontrol
A biblioteca era buggy è a mità travaglia in una manera confusa.

Passu 9: Adafruit IO Setup

Adafruit hà parechje guide nantu à u so serviziu Adafruit IO, i più pertinenti sò:
Benvenuti à Adafruit IO
Adafruit IO Basics: Feeds
Adafruit IO Basics: Dashboards
Una volta chì avete familiarizatu cù i feed è i dashboards, seguite sti passi.

1. Crea un contu Adafruit s'ellu ùn l'avete micca digià.
2. Fate un novu gruppu chjamatu mpp-pm sottu Feeds
3. Fate nove feed in stu novu gruppu clicchendu nantu à u buttone + New Feed, i nomi sò:
   1. b5wld0101-raw-out1
   2. b5wld0101-raw-out2
   3. b5wld0101-vcc
   4. b5wld0101-vth
   5. CPU-temperature
   6. pms5003-pm10-standard
   7. pms5003-pm25-standard
   8. sps30-pm10-standard
   9. sps30-pm25-standard
4. Fate un dashboard per questi valori, i blocchi suggeriti sò:
   1. Trè blocchi Line Chart, unu per ogni sensore cù duie linee per graficu.
   2. Tre blocchi Gauge per i dui voltages è a temperatura.
      

Passu 10: Verificate a Publicazione di Dati

A pagina Monitor sottu Pro file hè utile à verificà i dati hè ghjuntu in tempu reale, fighjendu i Dati Live file sezione. U prugramma torna u píxel RGB blu per 2-3 seconde quandu manda a dati à Adafruit IO è poi torna in verde.
A temperatura da u RP2040 pare varià largamente trà e diverse CPU è hè improbabile di currisponde à a temperatura ambiente.
Se questu ùn hè micca travagliatu, quì sò uni pochi di cose per verificà.

• Se u pixel RGB resta per o se i dati ùn sò micca ricevuti da Adafruit IO allora verificate a cunsola seriale USB per output / errori. L'output numericu per Mu in a cunsola seriale mostrarà se i sensori travaglianu cù novi linee stampate ogni 2-3 seconde - vede quì sottu per ex.ample output.
• A rùbbrica Live Errors in a pagina Monitor vale a pena di verificà se i dati sò mandati, ma ùn si prisentanu micca.
• A variabile di debug in u prugramma pò esse stabilitu da 0 à 5 per cuntrullà u voluminu di l'infurmazioni di debugging. I livelli più alti disattivanu a stampa di tuple per Mu.
• U prugramma simpletest.py hè un modu utile per pruvà a cunnessione Wi-Fi hè fatta è a cunnessione à Internet travaglia per u trafficu ICMP.
• Assicuratevi di utilizà una versione recente di a libreria adafruit_espatcontrol.
• I LED blu di u Maker Pi Pico nantu à ogni GPIO sò assai utili per ottene una visuale immediataview di u statu GPIO. Tutti i GPIO cunnessi seranu attivati ​​cù l'eccezzioni di:
  • GP26 serà off perchè u vol lisciatutage (circa 500mV) hè troppu bassu;
  • GP12 serà scuru perchè hè un signalu PWM di u ciclu di duty ~ 15%;
  • GP5 serà attivu, ma sferiscerà mentre i dati sò mandati da u PMS5003;
  • GP10 sarà spenta, ma sferiscerà cum'è picculi particelle sò rilevate da u B5W LD0101;
  • GP11 sarà spento ma sferiscerà assai occasionalmente, salvu chì ùn site in un locu eccezziunale di fumu.

L'output destinatu à u plotter in Mu sarà cusì cusì in una stanza:
(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 stanza cù aria più pulita:
(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)
I sei valori per linea in ordine sò:

1. PMS5003 PM1.0 è PM2.5 (valori interi);
2. SPS30 PM1.0 è PM2.5;
3. B5W LD0101 raw OUT1 è OUT2 cunti.
   

Passu 11: Testa i Sensori Inside cù Mu è Adafruit IO

U video sopra mostra i sensori chì reagiscenu à una partita chì hè colpita per accende u bastone di incensu. I valori di punta di PM2.5 da u PMS5003 è SPS30 sò 51 è 21.5605, rispettivamente. U B5W LD0101 hà scupertu l'ottica è hè sfurtunatamenti affettatu da l'illuminazione alogena di tungstenu utilizata per stu video. Ci hè un livellu elevatu di particelle in l'aria da una prova precedente.
Ricurdatevi di disconnect the battery pack quandu ùn hè micca in usu, altrimenti u riscaldatore di u B5W LD0101 drenerà e batterie.
https://www.youtube.com/watch?v=lg5e6KOiMnA

Passu 12: Particulate Matter Fora in a Notte di Guy Fawkes

A Notte di Guy Fawkes hè assuciata à i bonfires è i pirotecni chì ponu cuntribuisce à un aumentu di a contaminazione di l'aria per una sera o duie. I grafici sopra mostranu i trè sensori chì sò stati posti fora appena dopu à 7 ore di sera u venneri 5 di nuvembre 2021. Ùn ci era micca focu d'artificiu in a vicinanza immediata, ma si pudianu sente à a distanza. Nota: a scala di a mosca varieghja trà e trè carte.
I dati di l'alimentazione almacenati in Adafruit IO mostranu chì i sensori chì rilevanu l'aria avianu digià un livellu ligeramente elevatu di PM2.5 basatu annantu à i numeri 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
U piccu era intornu à 46ug per metru cubu pocu prima di 11pm:
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
Ci sò picculi brevi in ​​altrò in i dati quandu i sensori eranu fora. Quessi ponu esse dovuti à i fugliali da:

• scarico da u riscaldamentu cintrali di gas,
• ghjente chì fuma vicinu è / o
• odori/fumi da cucina.

Verificate u clima prima di mette l'elettronica esposta fora!

Passu 13: Particulate Matter Inside With Cooking

I grafici sopra mostranu cumu i sensori reagiscenu à u bacon è i funghi chì sò fritti in una cucina vicinu cù estrazione mediocre. I sensori eranu à circa 5m (16ft) da a placa. Nota: a scala y varieghja trà i trè grafici.
I dati di l'alimentazione almacenati in Adafruit IO mostranu i sensori cù un brevi livellu di PM2.5 piccu di circa 93ug per metru cubi basatu annantu à i numeri 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
I contaminanti seranu assai diffirenti da quelli di rilavorazioni. Questu hè un ex interessanteampLe di e diverse fonti di particulate in l'aria chì respiramu.

Passu 14: Sensori Public Particulate Matter

I dati grafichi sopra sò da sensori publichi vicini.

• Respirate Londra
  • Clarity Movement Node-S
    • tbps
    • oss
    • rl
• OpenAQ
  • PurpleAir PA-II
    • sr
• Rete di qualità di l'aria di Londra
  • Qualità di riferimentu (Met One BAM 1020 è altri)
    • FS
    • AS
    • TBR

I sensori tbps è TBR sò guasi colocati è sò graficati inseme per mostrà a correlazione trà u dispositivu basatu in SPS30 è u riferimentu vicinu. L'SPS30 pare di leghje in modu significativu in a sera di u 5 è u 6 di nuvembre, quandu hè ragiunate per suppone chì l'aumentu di a sera hè dovutu à rielaborazioni. Questu puderia esse duvuta à a diffarenza di a massa di e particelle chì i sensori utilizati per questu articulu ponu solu detectà u voluminu è avè bisognu di guessà a densità di e particeddi per pruduce valori in microgrammi per metru cúbicu.
U PMS5003 in u PurpleAir PA-II pare avè una lettura eccessiva significativamente per qualsiasi livelli elevati di PM2.5 basatu annantu à stu cortu periodu. Questu puderia currisponde à i risultati mostrati in e pagine precedenti o ci ponu esse altri fattori vicinu chì causanu questu.
L'SPS30 è PMS5003 producenu dati per particelle più grande di 2.5 microns, ma e pagine seguenti mostranu perchè questu deve esse trattatu cun prudenza.

Passu 15: Paraguni di Sensors - Particle Size

I grafici sopra sò da l'evaluazione di u Laboratoriu di a selettività di particella di i sensori ottici di particulate low-cost da l'Istitutu Meteorologicu Finlandese. Trè sensori di ogni tipu sò stati pruvati cù diverse dimensioni di particelle mostrate nantu à l'assi x logaritmicu. E linee culurite indicanu i valori calculati di e bande di dimensioni di particella specifiche basate nantu à l'output di u sensoru, a banda mostra a distribuzione. I trè valori SPS30 sopra 1 micron si sovrapponenu assai chì li rende assai difficiuli di distingue.
I metrici cumuni per i particulati sò PM2.5 è PM10. Mentre u numeru in u nome si riferisce à a dimensione massima di a particella, l'unità sò in microgrammi per metru cubu. I sensori di pocu prezzu ponu solu misurà u diametru di particella (volume) è anu da fà qualchì ipotesi nantu à a densità per calculà i probabili valori PM2.5 è PM10.
U PMS5003 usa un valore di densità constante, Sensirion descrizanu u so approcciu di densità per u SPS30 cum'è:
A maiò parte di i sensori PM à prezzu bassu nantu à u mercatu assumenu una densità di massa constante in calibrazione è calculanu a cuncentrazione di massa multiplicendu u conte di particelle rilevate per questa densità di massa. Questa supposizione funziona solu se u sensore misura un tipu di particella unicu (per esempiu, u fumu di tabacco), ma in realtà truvemu parechji tippi di particelle diffirenti cù parechje proprietà ottiche diverse in a vita di ogni ghjornu, da a polvera di casa "pesante" à e particelle di combustione "leggeri". . L'algoritmi proprietarii di Sensirion utilizanu un approcciu avanzatu chì permette una stima propria di a concentrazione di massa, indipendentemente da u tipu di particella misurata. In più, un tali approcciu permette una stima curretta di i pezzi di taglia.
A metrica PM include tutte e particelle sottu à u paràmetru di dimensione, vale à dì
PM1 + massa di tutte e particelle trà 1.0 è 2.5 microns = PM2.5,
PM2.5 + massa di tutte e particelle trà 2.5 è 10 microns = PM10.
U PMS5003 è SPS30 ùn sò micca capaci di detectà e particelle in questa prova di laboratoriu sopra 2-3 microns. Hè pussibule chì ponu detectà altri tipi di particeddi sopra à questa dimensione.
U B5W LD0101 pare credibile da questa prova di laboratoriu per a misurazione di PM10.

Passu 16: Comparazione di Sensors - Design

U riscaldatore Omron (una resistenza di 100 ohm +/- 2%!) Pò esse vistu se u sensoru hè giratu à l'inversu. U disignu hè discutitu in detail in Omron: Sviluppu di sensori di qualità di l'aria per purificatore d'aria. L'usu di a cunvezione pare cruda, ma pò esse una soluzione di affidabilità più altu paragunata à un cumpunente meccanicu cum'è un fan chì hà una vita di vita è una vita chì pò esse ridutta operandu in un ambiente polveroso. U fan SPS30 pare esse pensatu per esse facilmente rimpiazzabile senza apre u casu. L'altri mudelli Plantower anu a listessa funzione di disignu.
Tutti i trè sensori seranu propensi à l'effetti di l'alta umidità relativa chì, sfurtunatamenti, aumentanu erroneamente i valori PM.
I sensori certificati di qualità di riferimentu (lista DEFRA di u Regnu Unitu) chì monitoranu a materia particulata ùn utilizanu micca un approcciu otticu per a misurazione. U Met One BAM 1020 travaglia da

1. siparà è scaccià i particeddi più grande chè u limitu di taglia da l 'aria sample,
2. riscalda l'aria per cuntrullà / riduce l'umidità relativa,
3. dipositu i particeddi nantu à una nova seccione di una cinta brous cuntinuu è
4. poi misurà l'attenuazione di una fonte di radiazione beta da i particeddi accumulati nantu à a cinta per calculà una bona stima di a massa tutale di e particeddi.

Un'altra tecnica cumuna hè u Microbalance Oscillante Elementu Tapered (TEOM) chì deposita particelle nantu à un ltru rimpiazzabile nantu à l'estremità libera di un tubu conico chì hè fissatu à l'altra estremità. A misurazione precisa di a frequenza d'oscillazione di u tubu di risonanza naturali permette di calculà a massa minuscula addiziale di e particelle da a minuscula variazione di frequenza. Stu approcciu hè adattatu per creà valori PM più altu.

Passu 17: Andendu più luntanu

Una volta chì avete cunfiguratu i vostri sensori è publicate dati in Adafruit IO, eccu alcune altre idee per esplurà:

• Pruvate ogni stanza in a vostra casa cù u tempu nutendu l'attività è a ventilazione. Pruvate a vostra casa quandu site in cucina. Pruvate un barbecue.
• Aduprate i trè buttoni nantu à u Maker Pi Pico. Quessi sò cunnessi à GP20, GP21 è GP22 chì sò stati intenzionalmente lasciati inutilizati per permette l'usu di u buttone.
• Sè vo campate vicinu à una stazione di monitoraghju di a qualità di l'aria publica paragunate i vostri dati cun ella.
• Aghjunghjite un display per l'usu assistitu chì mostra i valori di i sensori. U SSD1306 hè chjucu, un ordable è faciule d'aghjunghje / aduprà in CircuitPython. Vede Instructables: Soil Moisture Sensing
• Cù u Maker Pi Pico per un exampu so usu.
• Investigate a libreria MQTT per vede s'ellu tutti i dati di i sensori ponu esse mandati in un batch. Questu deve esse più efficace.
• Integrate in qualchì modu cù u sensoru di qualità di l'aria IKEA Vindriktning autonomu.
  • A connettività MQTT di Soren Beye per l'Ikea ​​VINDRIKTNING mostra cumu aghjunghje un ESP8266 à u sensoru è identifica u sensore di particulate (polvere) cum'è "Cubic PM1006-like".
  • Un prughjettu avanzatu seria di rimpiazzà u PCB principale cù una scheda basata ESP32-S2 cù sensori ambientali digitali extra per creà un dispositivu basatu in CircuitPython attivatu per Wi-Fi.
  • Stu dispusitivu hè discututu nantu à u Forum Assistant Home: IKEA Vindriktning Air Quality Sensor.
  • LaskaKit pruduce un PCB di sustituzione basatu in ESP32 per u sensoru per permettenu di esse facilmente utilizatu cù ESPHome.
• Studià l'effetti di varià u fornimentu voltage in i intervalli permessi per i sensori. Questu puderia cambià a velocità di u ventilatore o a temperatura di u riscaldatore affettendu i risultati.
• Custruite un recintu à prova di u clima è di a fauna salvatica cun un disignu attentu per l'ingressu, l'output è u flussu d'aria passati sensori. Un ombrello appiccicatu à una ringhiera hè stata utilizata per prutege l'elettronica aperta è esposta per a cullizzioni di dati in u weekend per questu articulu.

Prughjetti cunnessi:

• Costas Vav: Sensore di qualità di l'aria portatile
• Pimoroni: Una stazione di qualità di l'aria esterna cù Enviro+ è Luftdaten
• Instructables: Utilizà u Pimoroni Enviro+ FeatherWing cù l'Adafruit Feather NRF52840 Express - u
• Enviro+ FeatherWing include un connettore per u PMS5003. U SPS30 pò esse usatu cù pins i2c è ci sò abbastanza pins per aduprà ancu u B5W LD0101.
• L'nRF52840 ùn sustene micca u Wi-Fi per quessa ùn pò micca esse usatu per sè stessu per publicà e dati nantu à Internet.
• Adafruit Learn: Air Quality Sensor 3D Printed Enclosure . - usa l'Adafruit Feather M4 cù Airlift FeatherWing basatu in ESP32 è PMS5003.
• Adafruit Learn: Quickstart IoT - Raspberry Pi Pico RP2040 cù WiFi - usa una scheda di partenza Adafruit AirLift basata in ESP32.
• GitHub: CytronTechnologies/MAKER-PI-PICO Example Code/CircuitPython/IoT - exampu codice per Adafruit IO, Blynk è Thinkspeak.
• Cytron: Monitoraghju di l'aria cù u telefuninu mobile - usa un scudo Arduino basatu in ESP8266 per mandà dati da un
• Sensore di particulate Honeywell HPM32322550 à Blynk, ùn hè micca necessariu un telefunu (smart).

Sensori intermedi, più caru, ma cù una capacità megliu per detectà dimensioni di particella più grande:

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

Lettura in più:

• Sensori
  • Istitutu Meteorologicu Finlandese: Valutazione di u Laboratoriu di a selettività di a dimensione di e particella di i sensori ottici di particulate à pocu costu (Maghju 2020)
  • Gough Lui: Review, Teardown: Plantower PMS5003 Laser Particulate Monitor Sensor include un paragone cù Sensirion SPS30.
  • Karl Koerner: Cumu apre è pulisce un sensor d'aria PMS 5003
  • Met One Instruments, Inc., BAM-1020 EPA TSA Training Video (YouTube) - mostra ciò chì ci hè dentru è cumu funziona.
  • CITRIS Research Exchange: Sean Wihera (Clarity Movement) talk (YouTube) - conversazione cumprese dettagli nantu à u sensor Node-S chì usa u Sensirion SPS30.
• Legislazione è Organizzazioni implicati in a qualità di l'aria
  • Regolamenti di Norme di Qualità di l'Aria 2010 (UK)
  • L'Organizazione Mondiale di a Salute (OMS) Linee guida di a contaminazione di l'aria
  • British Lung Foundation - Qualità di l'aria (PM2.5 è NO2)
• Ricerca
  • Imperial College London: U Cuntinuu di a Polluzione di l'Aria Indoor-Outdoor (YouTube)
  • I zitelli di a scola primaria chì riuniscenu dati di qualità di l'aria utilizendu sacchetti in Londra in 2019:
    • Dyson: Segui a contaminazione in a scola. Breathe London (YouTube)
    • King's College London: Gruppu di Ricerca Ambientale: U studiu di Breathe London Wearables
  • Atmosphere Journal: Inquinamentu di l'aria interna da stufa residenziale: Esaminendu l'inundazioni di particulate in e case durante l'usu di u mondu reale
• News è Blogs
  • The Economist: Celu di mezzanotte - U riscaldamentu di a casa di carbone di Pulonia crea una contaminazione diffusa (ghjennaghju 2021)
  • NPR di i Stati Uniti: Un rifughju à l'internu ùn pò micca prutegge da i periculi di u fumu salvaticu?
  • Reuters: A festa hè finita: Diwali lascia Delhi sibilante in aria periculosamente malsana
  • Blog Pimoroni: A notte più inquinata di l'annu (in u Regnu Unitu)
  • Movimentu di Clarità: Fume di u focu salvaticu, Salute Publica è Ghjustizia Ambientale: Megliu
  • Decision Making with Air Monitoring (YouTube) - presentazione è discussione nantu à a qualità di l'aria di i Stati Uniti occidentali in particulare intornu à u 2020 u fumu di u focu salvaticu.
  • Guardian: L'aria sporca afecta u 97% di e case di u Regnu Unitu, i dati mostranu
• Particulate Monitoring è data warehousing
  • Paesi Bassi Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (Istitutu Naziunale per a Salute Publica è l'Ambiente): Vuurwerkexperiment (Esperimentu di Fireworks) 2018-2019
  • Google: Strada per strada: Cumu cartografiamu a qualità di l'aria in Europa - strada view cars cugliera particulate materia è gas pollutant data.London Air Quality Network
  • Breathe London - una rete per cumplementà a Rete di Qualità di l'Aria di Londra cù "un sensori di qualità di l'aria ordinabile, faciule da installà è mantene à qualcunu", attualmente utilizendu u Clarity Movement Node-S.
  • Cunsigliu di l'Ambasciata di i Stati Uniti in Pechino (Twitter)
  • Indice Mundiale di Qualità di l'Aria - raccoglie dati da parechje fonti diverse cù a mappa views è dati storichi.
  • Sensor.Community (precedentemente cunnisciutu cum'è Luftdaten) - "fendu u mondu un locu megliu per mezu di a cumunità guidata, dati ambientali aperti".
• Biblioteche di software
  • Bugs di software in una libreria di sensori di particulate - l'adafruit_pm25 soffre di almenu unu di i prublemi descritti chì necessitanu a gestione di eccezzioni intornu à read () per seriale (UART).
• Corsi
  • HarvardX: Inquinamentu di l'aria particulata (YouTube) - video di cinque minuti da u cursu brevi EdX: Energy Within Environmental Constraints

A rilevazione critica di sicurezza è l'allarmi sò megliu lasciate à l'apparecchi commerciali da fornitori reputati.
https://www.youtube.com/watch?v=A5R8osNXGyo
Publicazione di dati di sensori di particulate in Adafruit IO cù Maker Pi Pico è ESP-01S:

Documenti / Risorse

instructables ESP-01S Publishing Sensore di particulate [pdfGuida di l'utente ESP-01S Publicazione Sensore di Particulate, ESP-01S, Publicazione Sensore di Particulate, Sensore di Particulate, Sensore di Materia

Referenze

• Manuale d'usu