PyonAir - ауаның ластануының ашық көзі бар монитор: 10 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

PyonAir - бұл атмосфералық ауаның ластану деңгейін бақылаудың арзан жүйесі, атап айтқанда, бөлшектер. Pycom LoPy4 тақтасы мен Grove үйлесімді аппаратурасына негізделген жүйе LoRa және WiFi арқылы деректерді жібере алады.

Мен бұл жобаны Саутгемптон университетінде зерттеушілер тобында жұмыс істей бастадым. Менің негізгі жауапкершілігім ПХД құрастыру мен әзірлеу болды. Мен Eagle -ды бірінші рет қолдандым, сондықтан бұл үйрену тәжірибесі болды!

PyonAir жобасының мақсаты-ауаның ластануының таралуы мен себептері туралы маңызды ақпаратты жинауға мүмкіндік беретін, бағасы төмен, IoT ластану мониторларының желісін орналастыру. Нарықта ластану мониторлары көп болғанымен, олардың көпшілігі шикі PM деректерін емес, «ауа сапасының индексін» ұсынады, әсіресе қол жетімді бағамен. Жобаны ашық көзге айналдыра отырып, қарапайым орнату нұсқауларымен, біз PyonAir құрылғысын жеке немесе кәсіби түрде ауа сапасына қызығушылық танытатындардың барлығына қол жетімді етеміз деп үміттенеміз. Мысалы, бұл құрылғыны студенттік жобаларға, PhD докторларына және тәуелсіз партияларға арналған деректерді жинау үшін пайдалануға болады, бұл өте маңызды зерттеулерге қол жеткізуге мүмкіндік береді. Жоба сонымен қатар жұртшылық өкілдерімен жергілікті ауаның сапасы және оны жақсарту үшін жасалатын шаралар туралы ақпарат беру мақсатында қолданылуы мүмкін.

Біздің қарапайымдылық пен пайдаланудың қарапайымдылығы біздің мақсатымыз Grove жүйесін біздің дизайнның тірегі ретінде пайдалану туралы шешім қабылдауға түрткі болды. Үйлесімді модульдердің кең спектрі жүйенің пайдаланушыларына PyonAir құрылғысын негізгі жабдықты қайта жасамай -ақ өз қажеттіліктеріне қарай реттеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, Pycom LoPy4 бірыңғай пакетте сымсыз байланыстың көптеген нұсқаларын ұсынады.

Бұл нұсқаулықта мен ПХД жасаудың дизайн жолдары мен қадамдарын сипаттайтын боламын, содан кейін PyonAir қондырғысын толық жинау бойынша нұсқаулар беремін.

Жабдықтар

Компоненттер:

• LoPy4: Негізгі тақта (https://pycom.io/product/lopy4/)
• PyonAirPCB: Grove сенсорларына оңай қосылу
• Plantower PMS5003: Ауаның ластану датчигі (https://shop.pimoroni.com/products/pms5003-particu…
• Sensirion SPS30: ауаның ластану датчигі (https://www.mouser.co.uk/ProductDetail/Sensirion/SPS30?qs=lc2O%252bfHJPVbEPY0RBeZmPA==)
• SHT35 сенсоры: температура мен ылғалдылық сенсоры (https://www.seeedstudio.com/Grove-I2C-High-Accurac…
• Нақты уақыттағы сағат: резервтік сағат бірлігі (https://s-u-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/hardware/…
• GPS модулі: уақыт пен орналасу үшін GPS қабылдағышы (https://www.seeedstudio.com/Grove-GPS-Module.html)
• Grove кабельдері:
• Pycom антеннасы: LoRa мүмкіндігі (https://pycom.io/product/lora-868mhz-915mhz-sigfox…
• MicroSD картасы
• Қуат көзі: Негізгі қуат көзі (Ұсынылады:
• Корпус: IP66 115x90x65 мм ауа райына төзімді ABS қорабы (https://www.ebay.co.uk/itm/173630987055?ul_noapp=t…

Құралдар:

• Пісіру темірі
• Мультиметр
• Кішкентай бұрағыш
• FTDI кабелі (міндетті емес):

1 -қадам: ПХД туралы

Grove коннекторлары - бұл электрониканың әуесқойлық экожүйесінде танымал стандарт. Қосылатын қосқыштар модульдердің кең ассортиментін қосуды және ауыстыруды жеңілдетеді және буындарды қайта дәнекерлеуді қажет етпейді.

Сонымен қатар, PyonAir үшін негізгі микроконтроллер ретінде Pycom LoPy4 тақтасы таңдалды, себебі ол 4 сымсыз байланыс режимін ұсынады: LoRa, Sigfox, WiFi & Bluetooth және MicroPython көмегімен бағдарламаланған.

Arduino мен Raspberry Pi Grove коннекторлық қалқандарын қолдайды, бірақ Pycom жүйесі үшін әлі шығарылған жоқ. Сондықтан біз LoPy4 тақтасына сәйкес келетін PCB кеңейту тақтасын жасадық. ПХД құрамында:

• 2 I2C ұясы (температура сенсоры және RTC)
• 3 UART ұясы (2x PM сенсоры және GPS)
• USB деректеріне арналған түйреуіштер
• PM датчиктерінің қуатын басқаруға арналған транзисторлық тізбектер
• GPS қабылдағышының қуатын басқаруға арналған транзисторлық схема
• Micro SD ұясы
• Қолданушы түймесі
• Қуат кіріс коннекторлары (баррель, JST немесе бұрандалы терминал)
• Кернеу реттегіші

2-қадам: PCB V1-V3

PCB V1

Менің ПХД -дағы бірінші әрекетім «шим» тұжырымдамасына негізделген, онда LoPy тақтасы мен Pytrack сияқты Pycom кеңейту тақтасы арасында жұқа ПХД орналасады (CAD сызбасын қараңыз). Осылайша, монтаждау тесіктері болмады және тақта өте қарапайым болды, тек коннекторлар мен PM сенсорларын қосуға немесе өшіруге арналған транзисторлар жұбы болды.

Шынымды айтсам, бұл тақтада көп қателік болды:

• Жолдар тым жұқа болды
• Жердегі ұшақ жоқ
• Біртүрлі транзисторлық бағдар
• Пайдаланылмаған кеңістік
• Нұсқа жапсырмасы жібек экранда емес, жол қабатында жазылған

PCB V2

V2 бойынша, бізге PyonAir кеңейту тақтасы жоқ жұмыс істеуі керек екені белгілі болды, сондықтан дизайнға қуат кірістері, UART терминалы мен SD ұясы қосылды.

Мәселелер:

• Жолдар монтаждық тесік аймақтарын кесіп өтті
• LoPy бағдарлау нұсқаулығы жоқ
• Тұрақты DC баррель ұясының бағыты дұрыс емес

PCB V3

V2 & V3 арасында салыстырмалы түрде шамалы өзгерістер енгізілді - негізінен жоғарыда келтірілген мәселелерді түзету.

3 -қадам: PCB V4

V4 барлық ПХД -нің толық қайта дизайнымен ерекшеленді, онда келесі өзгерістер енгізілді:

• Барлық дерлік компоненттерді қолмен дәнекерлеуге немесе PCBA көмегімен алдын ала жинауға болады
• Бұрыштарда тесіктерді орнату
• Компоненттер «Тұрақты», «Қуат» және «Қолданушы» аймақтарына топтастырылған

• Белгілер:

  • Кіріс кернеуінің диапазоны
  • Құжаттама сілтемесі
  • LoPy жарықдиодты орналасуы
• 2 SD ұстағышының опциялары
• Сынақ алаңдары
• Тұрақты DC баррель ұясын тақтаның үстіне немесе астына орнатуға болады
• Жақсырақ бағыттау
• Неғұрлым тиімді оралған компоненттер
• Ұзын әйел тақырыптары жолдары қосылды, сондықтан пайдаланушы 8 және 6 істікшелі 2 жұптың орнына 4x 8 істікшелі тақырыптарды қолдана алады, бұл оны біршама арзандатады.

4 -қадам: PCB V5

Соңғы нұсқа

Бұл соңғы бірнеше түзетулер V5 -ке Seeed Studio PCBA өндірісіне жібермес бұрын енгізілді:

• Тіпті маршруттау
• Жапсырманың орналасуын жақсарту
• Веб -сайт сілтемесі жаңартылды
• Тестілеу кезінде ПХД таңбалауға арналған жібек экрандар
• Дөңгеленген бұрыштар (таңдалған корпуста жақсы орналасуы үшін)
• ПХД ұзындығы корпус рельстеріне сәйкес келеді

5 -қадам: Өзіңізді қалай құруға болады: PCBA

Егер сіз 5 -тен кем ПХД шығаруды жоспарласаңыз, оның орнына «Өз қолыңызбен қалай жасауға болады: қолмен дәнекерлеу» (келесі қадам) бөлімін қараңыз.

Seeed Studio -дан PCBA тапсырысы

1. Https://www.seeedstudio.com/fusion.html сайтына кіріңіз немесе тіркелгі жасаңыз
2. «Қазір тапсырыс беру» түймесін басыңыз.
3. Gerber файлдарын жүктеңіз.
4. Параметрлерді реттеңіз (ПХД саны мен беткі қабаты: HASL қорғасынсыз).
5. Құрастыру сызбасын қосыңыз және файлды таңдап, орналастырыңыз.
6. PCBA мөлшерін таңдаңыз.
7. BOM қосу. (Н. Б.: Егер сіз оны өздігінен дәнекерлеуге жол бермеуді қаласаңыз және ұзақ күтуге қарсы болмасаңыз, BOM-ға TSRN 1-2450 кернеу реттегішін қосуға болады.
8. Себетке қосыңыз және тапсырыс беріңіз!

Қажетті файлдар үшін https://s-u-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/extra-inf… сайтына кіріңіз.

Кернеу реттегішін дәнекерлеу

Seeed PCBA қызметін пайдалану кезінде дәнекерлеуді қажет ететін жалғыз бөлшек-TSRN 1-2450 кернеу реттегіші. Жоғарыда айтылғандай, сіз оны BOM жинағына қосуға болады, бірақ бұл тапсырысқа көп уақыт қосуы мүмкін.

Егер сіз оны қолмен дәнекерлеуге қуанышты болсаңыз, реттегішті жібек экранда көрсетілген жерге қосыңыз, бағдар дұрыс екеніне көз жеткізіңіз. Жібек экрандағы ақ нүкте реттегіштегі ақ нүктемен сәйкес келуі керек (суретті қараңыз).

6 -қадам: Өз қолыңызбен қалай жасауға болады: қолмен дәнекерлеу

Егер сіз көптеген ПХД шығаруды жоспарлап отырсаңыз, оның орнына «Өз қолыңызбен қалай жасауға болады: PCBA» (алдыңғы қадам) бөлімін қараңыз.

ПХД -ге тапсырыс беру

Сіз ПХД -ны көптеген веб -сайттардан, соның ішінде Seeed Studio -дан сатып ала аласыз, кейбіреулері бір апта ішінде жеткізе алады. Біз Seeed Fusion қолдандық, бірақ бұл қадамдар басқа сайттарға өте ұқсас болуы керек.

1. Https://www.seeedstudio.com/fusion.html сайтына кіріңіз немесе тіркелгі жасаңыз
2. «Қазір тапсырыс беру» түймесін басыңыз.
3. Gerber файлдарын жүктеңіз.
4. Параметрлерді реттеу (ПХД саны мен беттік өңдеу: HASL қорғасынсыз)
5. Себетке қосыңыз және тапсырыс беріңіз!

Қажетті файлдар үшін https://s-u-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/extra-inf… сайтына кіріңіз.

Бөлшектерге тапсырыс беру

Тақтада SMD/тесік арқылы орнату опциялары үшін қосымша алаңдар болғандықтан, әр бөлікті толтырудың қажеті жоқ. Егер сіз қолмен дәнекерлесеңіз, суретте көрсетілген кестеге сәйкес тақтаны толтыру арқылы барлық SMD -тен аулақ болу оңай.

Н. Б. Егер сіз дәнекерлеу үтігіне сенімді болсаңыз, 8 істікшелі үстіңгі тақтаның + ажырату тақтасының орнына жер үсті бекітетін Micro SD ұяшығын пайдалану тиімді әрі үнемді.

7 -қадам: Өзіңізді қалай құруға болады: Ассамблея

Grove кабелінің модификациясы

PM сенсорларын тоғай қосқыштарына қосу үшін жоғарыдағы суретте көрсетілгендей сенсорлық кабельдерді тоғай кабельдеріне жалғау қажет. Сіз мұны қысқыштарды немесе дәнекерлеуді және жылуды азайтуды қолдана аласыз. Сіз қолданатын сенсорға байланысты, түйреуіш ПХД кірістеріне сәйкес келетініне көз жеткізуіңіз керек.

Жинау қадамдары

1. Қандай қуат кірістерін қолданғыңыз келетінін таңдаңыз (баррель ұясы / JST / бұрандалы терминал) және сәйкес қорек көзін қосыңыз.
2. ПХД артындағы V_IN және 5V сынақ алаңдарын тексеру үшін мультиметрді қолданыңыз.
3. Егер тақта дұрыс қуаттандырылғанына қуанышты болсаңыз, қуат көзін алып тастаңыз. (Егер балама қуат көзін қолданбасаңыз)
4. Светодиод жоғарғы жағында (жібек экранда көрсетілгендей) болуын қамтамасыз ету үшін LoPy4-ті 16 істікшелі тақырыптарға қосыңыз. Тақырыптардағы төменгі 4 тесік пайдаланылмайды.
5. Grove құрылғыларының әрқайсысын ПХД сәйкес ұяларына қосыңыз.
6. Micro SD картасын қосыңыз.
7. Қуат көзін қайта қосыңыз. LoPy4 және GPS светодиодтары қосылуы керек.
8. ПХД артындағы қалған сынақ алаңдарын тексеру үшін мультиметрді қолданыңыз.
9. Сіздің PyonAir енді бағдарламаға дайын болуы керек!

Н. Б. Тақтаға қоспас бұрын, SD картасын босатып, оны FAT32 ретінде пішімдеңіз.

ЕСКЕРТУ: бір уақытта тек бір қуат көзін жалғаңыз. Бір уақытта бірнеше қорек көзін қосу батареяны немесе электр қуатын өшіруі мүмкін!

8 -қадам: Өзіңізді қалай құруға болады: бағдарламалық қамтамасыз ету

Бағдарламалық қамтамасыз етуді әзірлеу үшін біз Atom мен pymakr қолдандық. Бұл екеуі де ашық көзі болып табылады және көптеген компьютерлерде жұмыс істеуі керек. LoPy4 тақтасының кодын жүктемес бұрын оларды орнатуды ұсынамыз.

Pycom оларды қолданар алдында өз құрылғыларының микробағдарламасын жаңартуды ұсынады. Мұны қалай жасау керектігі туралы толық нұсқауларды мына жерден табуға болады:

Орнату

1. PM сенсорлық құрылғысын іске қосу үшін GitHub-тен біздің кодтың соңғы нұсқасын жүктеп алыңыз: https://github.com/pyonair/PyonAir-pycom Барлық файлдарды компьютерден немесе ноутбуктен ыңғайлы жерге шығарғаныңызға көз жеткізіңіз. және кез келген файлдың атын өзгертуден аулақ болыңыз.
2. Atom бағдарламасын ашып, жоғарғы деңгейдегі қалтаны тінтуірдің оң жақ түймесімен нұқып, пайда болған мәзірде «Жоба қалтасын жою» түймесін басу арқылы ағымдағы файлдарды жабыңыз.
3. Файл> Қалтаны ашу тармағына өтіп, «lopy» қалтасын таңдаңыз. Барлық файлдар мен қалталар Атомның сол жағындағы «Жоба» тақтасында пайда болуы керек.
4. PyonAir PCB картасын компьютерге немесе ноутбукке FTDI-USB кабелі мен тақтаның оң жағындағы тақырыптағы RX, TX және GND түйреуіштерін қолданып қосыңыз.
5. Тақта Atom -да пайда болып, автоматты түрде қосылуы керек.
6. Кодты жүктеу үшін төменгі тақтадағы «Жүктеу» түймесін басу жеткілікті. Қанша файлды жою және орнату қажет екеніне байланысты процесс бірнеше минутты алуы мүмкін. Жүктеу сәтті аяқталғаннан кейін кодты тоқтату үшін пернетақтадағы Ctrl + c пернелерін басыңыз, содан кейін FTDI-USB кабелін ажыратыңыз.

Конфигурация

Жаңа құрылғыны алғаш рет орнатқанда немесе параметрлерді өзгерткіңіз келсе, оны WiFi арқылы конфигурациялау қажет болады.

1. Ауа ластану мониторын пайдаланушы түймешігіне қол жеткізуге болатын кез келген жағдайдан алып тастаңыз.
2. Жергілікті WiFi желілеріне қосыла алатын телефонды немесе компьютерді дайындаңыз.
3. PyonAir құрылғысын қосыңыз.
4. Құрылғыны алғаш рет орнатқан кезде, ол автоматты түрде көк жарық диодты жыпылықтаумен көрсетілген конфигурация режиміне ауысуы керек. Әйтпесе, Grove розеткасындағы PCB (CONFIG белгісі бар) пайдаланушы түймесін 3 секунд басып тұрыңыз. RGB жарық диоды тұрақты көк түске айналуы керек.
5. PyonAir құрылғысының WiFi желісіне қосылыңыз. (Бұл «NewPyonAir» деп аталады немесе сіз бұрын құрылғыны қалай атаған болсаңыз да.) Құпия сөз - «newpyonair».
6. Веб -шолғышқа https://192.168.4.10/ енгізіңіз. Конфигурация беті пайда болуы керек.
7. Беттегі барлық қажетті өрістерді толтырыңыз және аяқтағаннан кейін «Сақтау» түймесін басыңыз. (Сіз LoRa мен WiFi -ге қосылу мәліметтерін беруіңіз керек, әр сенсорға бірегей идентификатор тағайындауыңыз және деректерді алуға қатысты өз қалауыңызды көрсетуіңіз керек.)
8. PyonAir құрылғысы енді қайта жүктелуі керек және сіз берген параметрлерді қолданады.

Құрылғыңызды LoRa -ға қосу үшін Things Network арқылы тіркеңіз. Конфигурация бетінде көрсетілген Device EUI көмегімен жаңа құрылғы жасаңыз және TTN -ден Application EUI мен App Key пернелерін конфигурацияларға көшіріңіз.

Pybytes - бұл Pycom -дың Интернеттегі IoT хабы, оның көмегімен сіз микробағдарламаны жаңарта аласыз, OTA жаңартуларын орындай аласыз және қосылған құрылғылардағы деректерді визуализациялай аласыз. Алдымен мына жерден кіру немесе тіркелгі жасау қажет: https://pyauth.pybytes.pycom.io/login, содан кейін жаңа құрылғыны тіркеу үшін қадамдарды орындаңыз.

Сынақ

Ауаның ластану мониторының дұрыс жұмыс жасайтынын тексерудің ең оңай жолы-FTDI-USB кабелі мен Grove Socket ПХД-дағы RX, TX & GND түйреуіштері. Құрылғыны осылай қосу сізге Atom ішіндегі барлық хабарламалар мен оқуларды қарауға мүмкіндік береді.

LoPy тақтасындағы RGB жарықдиодты тақтаның күйін көрсетеді:

• Бастау = Кәріптас
• Бастау сәтті болды = Жасыл жарық екі рет жыпылықтайды
• SD картасына кіру мүмкін емес = Жүктелгеннен кейін бірден қызыл шам жыпылықтайды
• Басқа мәселе = Инициализация кезінде қызыл шам жыпылықтайды
• Орындау қателері = Қызыл жыпылықтайды

Әдепкі бойынша, PyonAir деректері Саутгемптон университетінің серверіне жіберіледі. Сіз қалаған жерге қайта бағыттау үшін құрылғыны қолданар алдында кодты өңдей аласыз.

9 -қадам: Өзіңізді қалай құруға болады: орналастыру

Енді сіздің ауаның ластану мониторы толық конфигурацияланған, сіз құрылғыны орналастыруға дайын болуыңыз керек!

Іс бойынша кеңес

Құрылғылар үшін біз таңдаған жағдай: https://www.ebay.co.uk/itm/173630987055?ul_noapp=t… Дегенмен, басқа қорапты сатып алуға немесе өз қолыңызбен дизайн жасауға болады. Біз қолданатын жабдықтың көп бөлігіне арналған SolidWorks файлдары арнайы жағдайларды жобалауға көмектесу үшін Қосымша ақпарат бөлімінде берілген. Датчиктерді орналастырудың және корпустағы тесіктерді кесудің ұсынылған бір әдісі жоғарыдағы суретте де көрсетілген.

Есіңізде болсын, сіздің ісіңіз:

• Электрониканы судан және шаңнан қорғаңыз
• Құрылғыны орнында орнатуға рұқсат етіңіз
• PM сенсорына ауаның түсуіне рұқсат етіңіз
• Электрониканың қызып кетуіне жол бермеңіз
• Корпустың ішінде электрониканы мықтап ұстаңыз

Орналасу кеңесі

Орналастырудың тамаша орны келесі критерийлерге сәйкес келеді:

• Атмосфераның ластануына қызығушылық танытатын аймақта
• Тікелей күн сәулесінен
• LoRa шлюзінің ауқымында
• WiFi ауқымында
• Қуат көзіне жақын
• Қауіпсіз бекіту нүктелері
• GPS сигналдарын қабылдай алады

10 -қадам: Файлдар мен несиелер

Толық PyonAir жасау үшін қажет барлық файлдарды мына жерден табуға болады: https://su-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/extra-inf… (Zip файлдарын Instructables-ке жүктеу мүмкін емес, кешіріңіз!) Gitbook сонымен қатар аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз ету туралы қосымша ақпаратты қамтиды.

Несие

Доктор Стивен Дж Оссонт, Фил Басфорд және Флорентин Булот жетекшілік ететін жоба

Дэйнил Хауснер мен Питер Варга коды

Хазель Митчеллдің контур дизайны мен нұсқаулары