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基于esp8266的便携式无线PM2.5检测电路设计
发布时间:2020-02-07
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基于esp8266的便携式无线PM2.5检测电路设计
发布时间:2020-02-07
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如今,空气污染无处不在,特别是在我们的城市。大城市全年都污染,污染程度有时达到(通常是某些)对人类健康非常危险的程度。儿童的呼吸系统极为敏感。除了其他过敏问题外,这种污染的空气会导致疾病。空气在室外被污染,大多数时间还在家里和汽车里。
空气质量可在以下站点获得。这个中国站点收集了所有空气质量测量值。空气质量水平根据AQI指数进行格式化,该指数可能因国家/地区而略有不同。本文档介绍了如何计算这些值。这个其他文件是理解指南。

为了了解我们呼吸的空气质量,我们无论何时何地何时,我都着手创建一个能够放入口袋的便携式大气颗粒计数器(我们稍后会称之为CPA)。
它的特点有:

可放在口袋里。

拥有很好的自主设计。

容易理解

可以在PC上保存测量值。

可充电。

能够在没有本地Wifi通信网络的情况下使用手机访问它。

如果污染超过一定阈值,则能够控制空气净化装置。

参数

尺寸:65x57x23mm

测量的颗粒:PM1,PM2.5和PM10

续航:根据所选的操作模式,在3小时到几周之间。

锂离子电池3v7 - 680 mAh

Micro USB接口,用于充电和数据传输。

记忆2038次测量(每种PMxx 680次)

采样周期:连续,5分钟,15分钟,30分钟,1小时

根据污染程度输出3v3命令。

多彩多姿的LED接口,便于理解

通过Wifi在PC,平板电脑,手机(Android,iOS)上控制界面。

第1步:计数器原型

我开始考虑我可以给计数器的形状,灵感来自现代的物体设计。

这是一些绘制的外观。

最后,我选择了最简单的方案。

第2步:卡片原型

我有3张原型卡。但这里只有2个可见。

这些原型使得开发5V和3v3电源成为可能。这些很难开发,因为我必须找到用来启动WiFi微控制器的电源。锂离子电池的充电比较快。之后,我改变了各种开关和连接器的位置,以获得良好的操作体验

第3步:盒子

通过透明的外壳,可以看到LED。进气口位于外壳的左侧。在右侧有:

显示模式选择按钮。

开关。

选择开关,用于将测量值传输到PC。它允许在ESP8266和粒子传感器之间或ESP8266和微型USB端口之间的串行链路之间切换。注意,如果这个位置不正确,电子卡和传感器之间的通信将不能工作,CAP将无法正确启动。

微型USB插座,用于为电池充电或串行协议传输。

第4步:传感器

我测试了两种不同的传感器来自Nova Fitness Co. Ltd.(doc)的SDS011 V1.2 PM2.5激光传感器,带有usb串行接口密钥。

另一个传感器(金属外壳)是PLANTOWER(doc)的PMS7003M。

这是我在我的案例中使用的那个。它能够测量小于1μm(PM1)的细颗粒浓度;小于2.5μm(PM2.5)且小于10μm(PM10)的。 PSM7003M传感器的工作原理如下:激光照射空气中的灰尘。光学传感器捕获激光并产生与空气中灰尘的速率和大小成比例的电信号。

其特点见于特征表。

第5步:安装

传感器侧面只有电池的位置

第6步:操作

该系统的核心是ESP8266(ESP-12F型)。该微控制器配有Wifi发射器。 ESP8266有多种型号可供选择。 ESP8266通过串口与PMS7003传感器通信。它测量了颗粒浓度值和颗粒数量。然后,它计算质量指标AQI,如果输出的控制模式是“自动”,PM2.5的污染水平高于50(空气质量指数AQI PM2.5> 50) ,输出设置为高(3v3)。否则,它设置为低(0v)。

ESP8266配置在接入点 - > AP(Wifi点)。也就是说,它被认为是手机可以连接的Wifi终端。手机必须选择此Wifi终端并输入代码APPSK(有点像ADSL盒的WEP代码)才能访问它。然后,手机输入要访问的IP地址。也就是192.168.4.1。然后,在手机上显示网页,从中控制并显示污染值。程序中配置的APPSK代码为“AQI_index”。 APPSK代码可以由程序员修改,因为它包含在ESP8266中加载的程序中。加载集成网页的地址是:“192.168.4.1”。

ESP8266测量电池电压。如果低于其极限电压(3v2 = 0%),则设备处于待机状态。当电压为4v2时,电池为100%。

ESP可存储多达2038个PM1,PM2.5和PM10颗粒浓度值。每粒粒度约680个。可以通过连接配备USB /串行转换器的电缆并通过嵌入式应用程序启动传输来下载这些测量值。传输样本的值按如下方式归一化,以节省存储空间:

PM1:(μg/ cm3)/ 5

PM2.5:(μg/ cm3)/ 5

PM10:(μg/ cm3)/ 6

要找到正确的浓度值,请根据具体情况将该值乘以5或6。

第7步:Web 接口1/4

请参阅Web界面的视频

它是CPA和手机连接后可用的接口。它允许可视化PM1,PM2.5和PM10的微粒浓度值,单位为μg/ m3。根据AQI指数的定义表,空气质量指数是AQI,由数字和文字表达式表示。
还有电池电量表。

带有风扇配置的一页自动控制CPA的输出。在节标题的“:”之后,显示当前模式(自动,开始,停止)。在底部,此输出将控制空气净化装置(风扇=风扇)。因此,当空气超过AQI指数50时,可以强制打开或关闭,或者使其保持自动模式。

另一页用于“测量配置”测量。在“:”之后指示当前模式(继续,周期性5分钟,15分钟,30分钟,1小时,停止)。因此可以连续进行测量(实际上采样周期接近2秒),或者每5,15,30分钟,1小时或停止采样。

“显示模式”部分允许选择如何通过多色LED在盒子上显示信息(Web界面上的所有信息)。在“:”之后指示当前模式(Compiled,PM1.0,PM2.5,PM10)。每按一次“显示模式”,按以下顺序从一种显示模式切换到另一种显示模式:

编译

PM1.0

PM2.5

PM10

第8步:Web接口2/4

“编译”模式下LED颜色的含义如下:

电池电量:

> 30%=绿色

> 10%且<30%:橙色

<10%=红色

记忆水平:

> 30%=绿色

> 10%且<30%:橙色

<10%=红色

控制输出:

高输出:绿色

低输出:红色

自动控制模式:蓝色

第9步:Web 接口 ¾

输出PM1.0,PM2.5和PM10:

LED的颜色对应于AQI指数的颜色表。 “PM1.0,PM2.5,PM10”模式下10个LED的颜色含义如下:

LED的颜色代表空气污染水平,如AQI指数表所示。例如,如果LED是红色的,则意味着污染程度对健康有害。

点亮的LED数量表示所示颜色的AQI指数的值,如AQI指数表中所示。例如,如果10上只有一个绿色LED,则索引是最大绿色指数的1/10,即50/10 = 5.如果10上有5个绿色LED,则值为50 / 10x5 = 25.如果为5紫色LED点亮,值为(300-201)/10x5+201=250.5。

每次按下按钮,右侧的4个LED中的一个闪烁橙色。它指示哪个是所选的显示模式:

第10步:Web界面4/4

“剩余数据”部分,用于保存测量的剩余存储空间。在“:”之后指示剩余的%。按“清除内存”按钮会删除内存。按“下载”按钮开始将样品传输到PC。

在Web界面的末尾,显示AQI索引的表。

第11步:入门

将开关的On / Off切换到On位置。

LED的闪烁以确保所有LED工作。

绿色LED一个接一个地点亮。这是粒子传感器初始化过程。

并显示一种LED显示模式。

在手机或PC上,选择以“AQI_I3D-”开头的Wifi网络

输入代码“AQI_index”

打开例如Google并输入地址栏:192.168.4.1

将显示该网页

步骤12:将数据传输到PC

要将数据从计数器传输到PC,您必须:

将micro USB线/串行链路(5v电压电平)连接到USB PC。

在PC上打开串行终端并按如下方式进行配置:9600 波特率,1个停止位,奇偶校验NONE,1个起始位。

切换微动开关“启用数据上传”

在界面上,按“下载”

在串行终端上,等待传输结束并复制数据。

将微动开关“启用数据上传”切换到原始位置

如果CAP似乎不起作用,则可能没有将开关放回原位。

步骤13:在采样阶段之间待机

在5分钟,15分钟,30分钟和1小时采样模式下,CAP在测量样品后自动进入睡眠状态,直到5,15,30或60分钟后才会唤醒。因此极大地增加了CAP的自主性。

步骤14:重置为出厂模式

在CAP存在一些操作问题的情况下,可以重置所有操作参数并可靠地重新启动CAP。为了那个原因 :

关闭CAP按住按钮点亮CAP。

LED的闪烁出现了

绿色LED灯条出现一秒钟

关掉CAP

CAP现在已重置。

第15步:Arduino下载程序

可以在这里找到

要对板卡进行编程,必须:

在PC上打开Arduino

为ESP8266板配置Arduino

在板卡和PC之间连接UBS Micro USB /串行电缆(3v3)

将SW3按钮切换为“prgm”

保留“SW1”按钮的位置不动

打开设备 - >设备进入编程模式

拔动“SW1”

在Arduino下,开始编程

编程结束后,将“SW3”切换为“SW3”

关闭并重新启动设备

步骤16:电气图

第17步:PCB

第18步:命名法

这里是(链接)

第19步:自己动手

你想要做一个这样的小项目,可以根据你预算购买几个可用的套件。

第20步:更多

下一步是将设备与离子发生器相关联。为了治理空气污染,设备启动电离器,电离器允许以某种方式将细颗粒吸落到地面上。它会产生与周围气体和尘埃相关的负电子,将其正电荷转化为负电荷。由于地面和大多数物体具有正电荷,离子发生器带负电的粒子被吸引并粘附在它们上面。因此清洁空气。空气的电离也有许多其他健康益处。
现在,离子发生器工作。

 

文章来源网络

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