Contador de micropartículas portátil PM1 PM2.5 PM10: 20 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Hoy en día, la contaminación del aire es omnipresente y más particularmente en nuestras ciudades. Las grandes ciudades son presa durante todo el año con niveles de contaminación que a veces alcanzan (y a menudo con certeza) niveles muy peligrosos para la salud humana. Los niños son extremadamente sensibles a la calidad del aire que respiran. Este aire contaminado les provoca, entre otros problemas de alergia. El aire está contaminado fuera de nuestra casa, pero también a niveles de los momentos más importantes, dentro de nuestras casas y coches. El nivel de calidad del aire está disponible en el siguiente sitio. Este sitio chino reúne todas las mediciones de la calidad del aire de los sensores de todo el modo. El nivel de calidad del aire está formateado de acuerdo con un índice AQI, que puede variar ligeramente de un país a otro. Este documento explica cómo calcular este índice. Este otro documento es una guía de comprensión.

Para conocer la calidad del aire que respiramos, vayamos donde vayamos y en tiempo real, me propuse crear un contador de partículas atmosféricas portátil (al que llamaremos CPA más adelante)., capaz de caber en el bolsillo. Fue creado para:

• Sostén en el bolsillo.
• Tener una gran autonomía de funcionamiento.
• Ser fácil de entender
• Puede guardar las medidas en la PC.
• Ser recargable.
• Poder acceder a él con tu teléfono sin la presencia de las redes locales de comunicación Wifi.
• Ser capaz de controlar un dispositivo de purificación de aire si la contaminación supera un cierto umbral.

Caracteristicas

• Tamaño: 65x57x23mm
• Partículas medidas: PM1, PM2.5 y PM10
• Autonomía: entre 3 horas y varias semanas según el modo de funcionamiento elegido.
• Batería de iones de litio 3v7 - 680 mAh
• Interfaz micro USB para carga y transferencia de datos.
• Memoria de 2038 medidas (680 por tipo de PMxx)
• Período de muestreo: continuo, 5min, 15min, 30min, 1h
• Salida de comando 3v3 según nivel de contaminación.
• Interfaz LED multicolor para facilitar la comprensión
• Interfaz de control en PC, tableta, teléfono (Android, iOS) a través de Wifi.

Paso 1: los prototipos de Box

Empecé pensando en la forma que podría darle a la caja, inspirada en diseños modernos de objetos.

Aquí hay algunas cajas dibujadas.

Al final, elegí el estuche más simple de hacer y el más pequeño: vea la foto principal en este instructivo.

Paso 2: Prototipos de tarjetas

Tengo en las 3 tarjetas prototipo. Pero solo 2 son visibles aquí.

Los prototipos han permitido desarrollar las fuentes de alimentación de 5V y 3v3. Estos fueron difíciles de desarrollar porque tuve que encontrar los componentes para obtener la potencia necesaria para iniciar el microcontrolador WiFi (ESP8266 - 12). La parte de carga electrónica de la batería de iones de litio fue más rápida de operar. Después, cambié varias veces la ubicación de los diversos interruptores y conectores para una buena ergonomía del dispositivo.

Paso 3: la caja

Los LED son visibles por transparencia a través de la carcasa. Las entradas de aire están en el lado izquierdo de la caja. En el lado derecho encontramos:

• El botón de selección del modo de visualización.
• El interruptor de encendido / apagado.
• El interruptor de selección para transferir medidas a la PC. Permite cambiar entre un enlace en serie entre el ESP8266 y el sensor de partículas o entre el ESP8266 y el puerto micro USB. Atención, si éste no está bien posicionado, la comunicación entre la tarjeta electrónica y el sensor ya no estará asegurada y el CAP no podrá arrancar correctamente.
• La toma micro USB para recargar la batería o las medidas de transferencia del protocolo serie.

Paso 4: el sensor

Probé dos sensores diferentes. El sensor láser SDS011 V1.2 PM2.5 de Nova Fitness Co. Ltd. (doc) con la clave de interfaz de serie USB.

El otro sensor (carcasa metálica) es el PMS7003M de PLANTOWER (doc).

Este es el que utilizo en mi caso. Es capaz de medir la concentración de partículas finas de menos de 1μm (PM1); menos de 2.5μm (PM2.5) y menos de 10μm (PM10). El principio de funcionamiento del sensor PSM7003M es el siguiente: un láser ilumina el polvo del aire. Un sensor óptico captura la luz láser y genera una señal eléctrica proporcional a la tasa y tamaño del polvo en el aire.

Sus características se muestran en la tabla de características.

Paso 5: Montaje

Solo está el lugar de la batería en el costado del sensor.

Paso 6: Operación

El corazón del sistema es el ESP8266 (tipo ESP-12F). Este microcontrolador está equipado con un transmisor Wifi. El ESP8266 está disponible en varias variantes. El ESP8266 se comunica con el sensor PMS7003 a través de un enlace en serie. Recupera los valores de concentración de partículas y el número de partículas. Luego, calcula el índice de calidad AQI, si el modo de control de la salida está en "Automático" y el nivel de contaminación en PM2.5 es superior a 50 (índice de calidad del aire AQI PM2.5> 50), la salida se establece en alto (3v3). De lo contrario, se establece bajo (0v). El ESP8266 se configura en Punto de acceso -> AP (punto de Wifi). Es decir, se reconoce como un terminal Wifi al que se puede conectar el teléfono. El teléfono debe seleccionar este terminal Wifi e ingresar el código APPSK (un poco como un código WEP de una caja ADSL) para acceder a él. Luego, el teléfono ingresa la dirección IP para alcanzar. Aquí será 192.168.4.1. Luego, se muestra la página web en el teléfono, desde la cual se controla la caja y se visualizan los valores de contaminación. El código APPSK configurado en el programa es "AQI_index". El programador puede modificar el código APPSK porque está contenido en el programa cargado en el ESP8266. La dirección para cargar la página web integrada es: "192.168.4.1".

El ESP8266 mide el voltaje de la batería. Si está por debajo de su voltaje límite (3v2 = 0%), el dispositivo se pone en espera. La batería está al 100% cuando el voltaje es de 4v2.

El ESP puede almacenar hasta 2038 muestras de valores de concentración de partículas PM1, PM2.5 y PM10. Aproximadamente 680 muestras por tamaño de partícula. Estas medidas se pueden descargar conectando un cable equipado con un convertidor USB / Serie e iniciando la transferencia a través de la aplicación integrada. Los valores de las muestras transferidas se normalizan de la siguiente manera para ahorrar espacio en la memoria:

• PM1: (μg / cm3) / 5
• PM2.5: (μg / cm3) / 5
• PM10: (μg / cm3) / 6

Para encontrar el valor de concentración correcto, multiplique el valor por 5 o 6 según el caso.

Paso 7: Interfaz web 1/4

Ver el video de la interfaz web

Es la interfaz disponible después de la conexión entre el CPA y el teléfono. Permite visualizar los valores de concentración de micropartículas para PM1, PM2.5 y PM10, en μg / m3. El índice de calidad del aire es AQI, representado por un número y una expresión literal, según la tabla de definición del índice AQI. También está el indicador de batería.

Una sección está dedicada al control automático de la salida de control del CPA, bajo el nombre de Configuración del Ventilador. Después del ":" del título de la sección, se muestra el modo actual (Automático, Inicio, Parada). En la base, esta salida controlaría un dispositivo de purificación de aire (ventilador = ventilador). Por tanto, es posible forzar el encendido o apagado, o dejarlo en modo automático con un disparo cuando el aire supera un índice AQI de 50.

Una sección está dedicada a la medición "Configuración de medida". Después de ":" se indica el modo actual (continuo, periódico 5min, 15min, 30min, 1h, parada). Por lo tanto, es posible tomar medidas de forma continua (de hecho, el período de muestreo es cercano a 2 segundos), o cada 5, 15, 30 min, 1 h, o detener el muestreo.

La sección "Modo de visualización" permite elegir cómo se mostrará la información (todas las disponibles en la interfaz web) en la caja a través de LED multicolores. Después de ":" se indica el modo actual (Compilado, PM1.0, PM2.5, PM10). Cada pulsación de "Modo de visualización" cambia de un modo de visualización a otro en el siguiente orden:

• Compilado
• PM1.0
• PM2.5
• PM10

Paso 8: Interfaz web 2/4

El significado del color del LED en el modo "Compilado" es el siguiente: Nivel de batería:

• > 30% = verde
• > 10% y <30%: naranja
• <10% = rojo

Nivel de memoria:

• > 30% = verde
• > 10% y <30%: naranja
• <10% = rojo

Salida de control:

• Alto rendimiento: verde
• Salida baja: rojo
• Modo de control automático: azul

Paso 9: Interfaz web 3/4

Salida PM1.0, PM2.5 y PM10: El color del LED es el correspondiente a la tabla de colores del índice AQI. El significado del color de los 10 LED en el modo "PM1.0, PM2.5, PM10" es el siguiente:

• El color de los LED representa el nivel de contaminación del aire como se indica en la tabla del índice AQI. Por ejemplo, si los LED están en rojo, significa que el nivel de contaminación es malo para la salud.
• El número de LED encendidos representa el valor del índice AQI para el color en cuestión, como se indica en la tabla del índice AQI. Por ejemplo, si solo hay un LED verde en 10, el índice es 1/10 del índice verde máximo, es decir, 50/10 = 5. Si 5 LED verdes en 10, el valor es 50 / 10x5 = 25. Si 5 Los LED violetas están encendidos, el valor es (300-201) /10x5+201=250.5.
• Cada vez que se presiona el botón pulsador, uno de los 4 LED de la derecha parpadea en naranja. Indica cuál es el modo de visualización seleccionado:

Paso 10: Interfaz web 4/4

La sección "Datos restantes" indica el espacio de memoria restante para guardar las mediciones. Después del ":" se indica el% restante. Al presionar el botón "borrar memoria" se borra la memoria. Al presionar el botón "descargar" se inicia la transferencia de las muestras a la PC. Al final de la interfaz web, se muestra la tabla del índice AQI.

Paso 11: Comenzando

1. Coloque el interruptor de encendido / apagado en la posición de encendido.
2. Aparece un arco iris de LED para asegurarse de que todos los LED funcionen…. y luego es bonito.
3. Los LED de color turquesa se iluminan uno tras otro. Esto permite que el sensor de partículas se inicialice.
4. Aparece uno de los modos de visualización LED.
5. En el teléfono o PC, elija la red Wifi que comience con "AQI_I3D-"
6. Ingrese el código "AQI_index"
7. Abra, por ejemplo, Google y escriba en la barra de direcciones: 192.168.4.1
8. Se muestra la página web

El video

Paso 12: Transferencia de datos a la PC

Para transferir los datos de la caja a la PC debe:

1. Conecte un cable micro USB / enlace en serie (nivel de voltaje de 5 V) a la PC USB.
2. Abra un terminal serial en la PC y configúrelo de la siguiente manera: 9600 BAUDIOS, 1 bit de parada, paridad NINGUNA, 1 bit de inicio.
3. Cambie el microinterruptor "habilitar carga de datos"
4. En la interfaz, presione "Descargar"
5. En el terminal serie, espere a que finalice la transferencia y copie los datos.
6. Cambie el microinterruptor "habilitar carga de datos" a la posición original

Si el CAP parece no funcionar, es posible que el interruptor no se vuelva a colocar en su lugar.

Paso 13: Espera entre la fase de muestreo

En los modos de muestreo de 5 min, 15 min, 30 min y 1 h, el CAP entra automáticamente en reposo después de tomar su muestra de medición y no se despierta hasta 5, 15, 30 o 60 minutos después. Por tanto, la autonomía de la PAC aumenta enormemente.

Paso 14: Restablecer al modo de fábrica

En el caso de que el CAP tenga algunos problemas operativos, es posible restablecer todos los parámetros operativos y reiniciar el CAP de manera confiable. Para eso:

1. Apague el CAP Permanezca en el pulsador Encienda el CAP.
2. Aparece el arco iris de LED
3. Aparece una tira de LED turquesa en menos de un segundo
4. Apaga el CAP
5. El CAP está ahora reiniciado.

Paso 15: el programa bajo Arduino

Está disponible aquí

Para programar la tarjeta es necesario:

1. Abra Arduino en la PC
2. Configurar Arduino para la placa ESP8266
3. Conecte el cable serie / micro USB de UBS (3v3) entre la tarjeta y la PC
4. Cambia el botón SW3 a "prgm"
5. Mantente en el botón "SW1"
6. Encienda el dispositivo -> El dispositivo entra en modo de programación
7. Liberando "SW1"
8. Bajo Arduino, comience a programar
9. Una vez finalizada la programación, cambie "SW3" a "SW3"
10. Apague y reinicie el dispositivo

Paso 16: Diagramas eléctricos

Paso 17: PCB

Paso 18: Nomenclatura

Aquí está

Paso 19: Hágalo usted mismo

Quieres hacerlo, no te preocupes, te propongo varios kits posibles dependiendo del presupuesto que quieras poner

Visite mi sitio web (versión en francés disponible)

Paso 20: Y más …

El siguiente paso es asociar el dispositivo con un ionizador. Para que el aire se contamine, el dispositivo enciende el ionizador. Un ionizador permite de alguna manera dejar caer las partículas finas al suelo. Genera electrones negativos que se asocian con el gas y el polvo circundantes, convirtiendo su carga eléctrica positiva en una carga negativa. Como el suelo y la mayoría de los objetos tienen carga positiva, las partículas cargadas negativamente por el ionizador son atraídas y se adhieren a ellas. De este modo se limpia el aire. La ionización del aire también tiene muchos otros beneficios para la salud. Hoy, el ionizador funciona. Esta presentación será el tema de un próximo blog.