PyonAir - ochiq manbali havo ifloslanishini kuzatuvchi: 10 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:23

PyonAir - bu havoning mahalliy ifloslanish darajasini, xususan, zarrachalarni nazorat qilishning arzon tizimi. Pycom LoPy4 taxtasi va Grove-ga mos keladigan apparat asosida, tizim LoRa va WiFi orqali ma'lumotlarni uzatishi mumkin.

Men bu loyihani Sautgempton universitetida, tadqiqotchilar guruhida ish olib borganman. Mening asosiy mas'uliyatim - bu tenglikni ishlab chiqish va ishlab chiqish. Bu men Eagle -dan birinchi marta foydalanishim edi, shuning uchun bu albatta o'rganish tajribasi edi!

PyonAir loyihasining maqsadi-havo ifloslanishining tarqalishi va sabablari to'g'risida muhim ma'lumotlarni to'plashga imkon beradigan, arzon narxlardagi, Internetni ifloslantiruvchi monitorlar tarmog'ini joylashtirish. Bozorda ifloslanish monitorlari ko'p bo'lsa -da, ularning aksariyati xom ashyo ma'lumotlarini emas, balki faqat "havo sifati indeksini" taklif qiladi - ayniqsa, arzon narxlarda. Loyihani ochiq manba qilib, oson o'rnatish yo'riqnomalari yordamida, biz PyonAir qurilmasini havoning sifatiga qiziqqan har bir kishiga, xoh shaxsiy, xoh professional, ochiq bo'lishini umid qilamiz. Masalan, ushbu qurilma talabalar loyihalari, fan nomzodi va mustaqil partiyalar to'g'risidagi ma'lumotlarni to'plash uchun ishlatilishi mumkin, bu esa harajatlarni ko'tarilishi bilan mashhur bo'lgan muhim tadqiqotlarni amalga oshirish imkonini beradi. Loyiha aholi bilan mahalliy havo sifati va uni takomillashtirish bo'yicha ko'riladigan choralar to'g'risida xabardor qilish maqsadida ham tushuntirish ishlarida ishlatilishi mumkin.

Bizning soddaligi va qulayligi haqidagi maqsadlarimiz Grove tizimini dizaynimizning asosi sifatida ishlatishga qaror qildi. Mos keluvchi modullarning keng assortimenti tizim foydalanuvchilariga asosiy qurilmani qayta loyihalashtirishga majbur qilmasdan, PyonAir qurilmasini o'z ehtiyojlariga moslashtirish imkonini beradi. Shu bilan birga, Pycom -ning LoPy4 simsiz aloqa uchun bir nechta variantni bitta toza to'plamda taqdim etadi.

Bu yo'riqnomada men dizayn sayohati va tenglikni ishlab chiqarish bosqichlarini tasvirlab beraman, so'ngra to'liq PyonAir qurilmasini yig'ish bo'yicha ko'rsatma beraman.

Ta'minotlar

Komponentlar:

• LoPy4: Asosiy karta (https://pycom.io/product/lopy4/)
• PyonAirPCB: Grove sensorlariga oson ulanish
• Plantower PMS5003: Havoning ifloslanishi sensori (https://shop.pimoroni.com/products/pms5003-particu…
• Sensirion SPS30: Havoning ifloslanishi sensori (https://www.mouser.co.uk/ProductDetail/Sensirion/SPS30?qs=lc2O%252bfHJPVbEPY0RBeZmPA==)
• SHT35 sensori: harorat va namlik sensori (https://www.seeedstudio.com/Grove-I2C-High-Accurac…
• Haqiqiy vaqt soati: zaxira soat birligi (https://s-u-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/hardware/…
• GPS moduli: vaqt va joylashuv bo'yicha GPS qabul qiluvchisi (https://www.seeedstudio.com/Grove-GPS-Module.html)
• Grove kabellari:
• Pycom antennasi: LoRa qobiliyati (https://pycom.io/product/lora-868mhz-915mhz-sigfox…
• MicroSD karta
• Quvvat manbai: Asosiy quvvat manbai (Tavsiya etiladi:
• Koson: IP66 115x90x65 mm havoga chidamli ABS qutisi (https://www.ebay.co.uk/itm/173630987055?ul_noapp=t…

Asboblar:

• Lehimlash temir
• Multimetr
• Kichik tornavida
• FTDI kabeli (ixtiyoriy):

1 -qadam: PCB haqida

Grove ulagichlari havaskor elektronika ekotizimida tobora ommalashib borayotgan standart hisoblanadi. Plug-and-play konnektorlari ulanishlarni qayta lehimlashga hojat qoldirmasdan, keng doiradagi modullarni ulash va almashtirishni oson va tez bajaradi.

Shu bilan birga, Pycomning LoPy4 kartasi PyonAir uchun asosiy mikrokontroller sifatida tanlandi, chunki u 4 simsiz aloqa rejimini taklif qiladi: LoRa, Sigfox, WiFi va Bluetooth va MicroPython yordamida dasturlashtirilgan.

Arduino va Raspberry Pi allaqachon Grove konnektor qalqonlarini qo'llab -quvvatlaydi, lekin Pycom tizimi uchun hali hech kim chiqarilmagan. Shunday qilib, biz LoPy4 kartasiga mos keladigan o'z shaxsiy kengaytirish kartamizni yaratdik. PCB tarkibiga quyidagilar kiradi:

• 2 I2C uyasi (harorat sensori va RTC)
• 3 UART uyasi (2x PM sensori va GPS)
• USB ma'lumotlari uchun pinlar
• PM sensorlaridagi quvvatni boshqarish uchun tranzistorli sxemalar
• GPS qabul qilgich quvvatini boshqarish uchun tranzistorli sxema
• Micro SD uyasi
• Foydalanuvchi tugmasi
• Quvvat kiritish ulagichlari (Barrel, JST yoki vintli terminal)
• Voltaj regulyatori

2-qadam: PCB V1-V3

PCB V1

PCBdagi birinchi urinishim "shim" kontseptsiyasiga asoslangan edi, bu erda yupqa PCB LoPy taxtasi va Pytrack kabi Pycom kengaytirish taxtasi orasiga mos keladi (SAPR chizilganiga qarang). Shunday qilib, o'rnatish teshiklari yo'q edi va taxta juda oddiy edi, faqat ulagichlar va PM sensorlarini yoqish yoki o'chirish uchun bir juft tranzistorlar.

Rostini aytsam, bu taxtada juda ko'p xato bor edi:

• Yo'llar juda nozik edi
• Yer samolyoti yo'q
• G'alati tranzistor yo'nalishlari
• Foydalanilmaydigan joy
• Versiya yorlig'i silkscreen emas, trek qatlamida yozilgan

PCB V2

V2 ga ko'ra, biz PyonAir -ni kengaytirish kartasiz ishlashimiz kerakligi ayon bo'ldi, shuning uchun dizaynga quvvat manbalari, UART terminali va SD uyasi qo'shildi.

Muammolar:

• Yo'llar o'rnatish teshiklari zonalarini kesib o'tdi
• LoPy yo'nalish bo'yicha qo'llanma yo'q
• DC barreli uyasi yo'nalishi noto'g'ri

PCB V3

V2 va V3 o'rtasida nisbatan kichik o'zgarishlar kiritildi - asosan yuqoridagi muammolarni tuzatish.

3 -qadam: PCB V4

V4 butun tenglikni to'liq qayta loyihalashni o'z ichiga oldi, unda quyidagi o'zgarishlar kiritildi:

• Deyarli har bir komponent qo'lda lehimlanishi yoki PCBA yordamida oldindan yig'ilishi mumkin
• Burchaklardagi teshiklarni o'rnatish
• Komponentlar "Doimiy", "Quvvat" va "Foydalanuvchi" zonalariga guruhlangan

• Yorliqlar:

  • Kirish kuchlanish diapazoni
  • Hujjatlar havolasi
  • LoPy LED joylashuvi
• 2 ta SD -karta ushlagichi
• Sinov maydonchalari
• DC barreli uyasi taxtaning tepasiga yoki ostiga o'rnatilishi mumkin
• Yaxshilab marshrutlash
• Samarali qadoqlangan komponentlar
• Uzunroq ayol sarlavhali qatorlar qo'shildi, shuning uchun foydalanuvchi 2 ta 8 va 6 pinli sarlavhalar o'rniga 4x 8 pinli sarlavhalarni ishlatishi mumkin, bu esa uni biroz arzonlashtiradi.

4 -qadam: PCB V5

Oxirgi versiya

Bu so'nggi bir nechta o'zgarishlar V5 -ga Seeed Studio tomonidan PCBA ishlab chiqarishga topshirilishidan oldin qilingan:

• Hatto toza marshrutlash
• Yorliq joylashuvi yaxshilandi
• Veb -sayt havolasi yangilandi
• Sinov paytida PCBlarni markalash uchun ipak ekranli prokladkalar
• Ko'proq yumaloq burchaklar (tanlangan korpusga yaxshiroq joylashishi uchun)
• Korpus relslariga mos keladigan tenglikni uzunligi sozlangan

5 -qadam: Qanday qilib o'zingizni qilish kerak: PCBA

Agar siz 5 ta PCB dan kam ishlab chiqarishni rejalashtirmoqchi bo'lsangiz, "Qanday qilib o'z qo'llaringiz bilan: qo'l bilan lehimlash" (keyingi qadam) ga qarang.

Seeed Studio -dan PCBA buyurtma berish

1. Https://www.seeedstudio.com/fusion.html saytiga kiring yoki hisob yarating
2. "Hozir buyurtma berish" ni bosing.
3. Gerber fayllarni yuklash.
4. Sozlamalarni rostlang (tenglikni miqdori va yuzasi: HASL qo'rg'oshinsiz).
5. O'rnatish chizmasini qo'shing va faylni tanlang va joylashtiring.
6. PCBA miqdorini tanlang.
7. BOM qo'shish. (N. B.: Agar siz uni lehimlashdan saqlanmoqchi bo'lsangiz va uzoq kutishga qarshi bo'lmasangiz, BOMga TSRN 1-2450 kuchlanish regulyatorini qo'shishingiz mumkin.
8. Savatga qo'shing va buyurtma bering!

Iltimos, kerakli fayllar uchun https://s-u-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/extra-inf… saytiga tashrif buyuring.

Voltaj regulyatorini lehimlash

Seeed PCBA xizmatidan foydalanganda lehimlashni talab qiladigan yagona qism-bu TSRN 1-2450 kuchlanish regulyatori. Yuqorida aytib o'tilganidek, siz buni BOM yig'ilishiga kiritishingiz mumkin, lekin bu buyurtmaga ko'proq vaqt qo'shishi mumkin.

Agar siz uni qo'l bilan lehimlashdan mamnun bo'lsangiz, regulyatorni silkscreen ko'rsatgan joyga qo'shing, yo'nalishning to'g'riligiga ishonch hosil qiling. Ipak ekranidagi oq nuqta regulyator ustidagi oq nuqta bilan to'g'ri kelishi kerak (rasmga qarang).

6 -qadam: Qanday qilib o'zingizni qilish kerak: qo'l bilan lehim

Agar siz ko'p sonli PCB ishlab chiqarishni rejalashtirmoqchi bo'lsangiz, uning o'rniga "O'z qo'lingiz bilan: PCBA" (oldingi qadam) ga qarang.

PCBga buyurtma berish

Siz PCB -ni ko'plab veb -saytlardan, shu jumladan Seeed Studio -dan sotib olishingiz mumkin, ba'zilari bir hafta ichida etkazib bera oladi. Biz Seeed Fusion -dan foydalandik, lekin bu qadamlar boshqa saytlarga juda o'xshash bo'lishi kerak.

1. Https://www.seeedstudio.com/fusion.html saytiga kiring yoki hisob yarating
2. "Hozir buyurtma berish" ni bosing.
3. Gerber fayllarni yuklash.
4. Sozlamalarni rostlang (tenglikni miqdori va sirt qoplamasi: HASL qo'rg'oshinsiz)
5. Savatga qo'shing va buyurtma bering!

Iltimos, kerakli fayllar uchun https://s-u-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/extra-inf… saytiga tashrif buyuring.

Qismlarga buyurtma berish

Kengashda SMD/teshik orqali o'rnatish imkoniyatlari uchun qo'shimcha yostiqlar mavjud bo'lgani uchun, har bir qismni to'ldirish shart emas. Agar siz qo'l bilan lehimlayotgan bo'lsangiz, rasmda ko'rsatilgan jadvalga muvofiq taxtani to'ldirib, barcha SMDlardan saqlaning.

N. B. Agar siz lehimlantiruvchi temirga ishonchingiz komil bo'lsa, 8-pinli sarlavha + kesish taxtasi o'rniga sirtga o'rnatiladigan Micro SD uyasini ishlatish tejamkor va arzonroq bo'ladi.

7 -qadam: Qanday qilib o'zingizni qilish kerak: yig'ilish

Grove kabelining modifikatsiyasi

PM sensorlaringizni o'rmonli ulagichlarga ulash uchun, yuqoridagi rasmda ko'rsatilgandek, datchik kabellarini o'rmon kabellariga ulashingiz kerak bo'ladi. Siz buni qisqichlar yoki lehim va issiqlik qisish yordamida qilishingiz mumkin. Siz foydalanadigan sensorga qarab, pinout PCB kirishlariga mos kelishiga ishonch hosil qilishingiz kerak.

O'rnatish bosqichlari

1. Qaysi quvvat manbalaridan foydalanishni xohlayotganingizni tanlang (bochka / JST / vintli terminal) va mos keladigan manbani ulang.
2. PCB ning orqa tarafidagi V_IN va 5V sinov yostiqchalarini tekshirish uchun multimetrdan foydalaning.
3. Agar karta to'g'ri quvvatlanganidan xursand bo'lsangiz, quvvat manbaidan uzing. (Agar muqobil quvvat manbasini sinab ko'rmasangiz)
4. LoPy4-ni 16-pinli sarlavhalarga ulang, shunda LED yuqori qismida (ipak ekranida ko'rsatilgandek). Sarlavhadagi pastki 4 teshik ishlatilmayapti.
5. Grove qurilmalarining har birini tenglikni mos keladigan rozetkalarga ulang.
6. Micro SD kartani ulang.
7. Elektr ta'minotini qayta ulang. LoPy4 va GPS -dagi LEDlar yonishi kerak.
8. PCB orqasidagi qolgan sinov yostiqchalarini tekshirish uchun multimetrdan foydalaning.
9. Sizning PyonAir endi dasturga tayyor bo'lishi kerak!

N. B. Kartaga ulashdan oldin SD -kartani bo'shatib, uni FAT32 sifatida formatlaganingizga ishonch hosil qiling.

Ogohlantirish: bir vaqtning o'zida faqat bitta quvvat manbasini ulang. Bir vaqtning o'zida bir nechta quvvat manbalarini ulash batareyani yoki tarmoqni uzib qo'yishi mumkin!

8 -qadam: Qanday qilib o'zingizni qilish kerak: dasturiy ta'minot

Dasturiy ta'minotni ishlab chiqish uchun biz Atom va pymakrdan foydalanardik. Ularning ikkalasi ham ochiq manbali va ko'pgina kompyuterlarda ishlashi kerak. LoPy4 karta kodini yuklamasdan oldin ularni o'rnatishni tavsiya etamiz.

Pycom o'z qurilmalarining dasturiy ta'minotini ishlatishdan oldin ularni yangilashni tavsiya qiladi. Buni qanday qilish haqida to'liq ko'rsatmalarni bu erda topishingiz mumkin:

O'rnatish

1. PM sensori qurilmasini ishga tushirish uchun kodimizning so'nggi versiyasini GitHub-dan yuklab oling: https://github.com/pyonair/PyonAir-pycom Barcha fayllarni kompyuter yoki noutbukda qulay joyga ko'chirganingizga ishonch hosil qiling. va fayllarning nomini o'zgartirishdan saqlaning.
2. Atom-ni oching va yuqori darajadagi papkani o'ng tugmasini bosib, paydo bo'lgan menyuda "Loyiha papkasini o'chirish" tugmasini bosib, mavjud fayllarni yoping.
3. Fayl> Jildni ochish -ga o'ting va "lopy" papkasini tanlang. Barcha fayllar va papkalar Atomning chap tomonidagi "Loyiha" panelida paydo bo'lishi kerak.
4. FTDI-USB kabeli va plataning o'ng tomonidagi sarlavhadagi RX, TX va GND pinlari yordamida PyonAir PCB-ni shaxsiy kompyuter yoki noutbukga ulang.
5. Kengash Atom -da paydo bo'lishi va avtomatik ulanishi kerak.
6. Kodni yuklash uchun pastki oynadagi "Yuklab olish" tugmasini bosish kifoya. Qancha faylni olib tashlash va o'rnatish kerakligiga qarab, jarayon bir necha daqiqa davom etishi mumkin. Yuklash muvaffaqiyatli bo'lgandan so'ng, kodni to'xtatish uchun klaviaturadagi Ctrl + c tugmachalarini bosing, so'ng FTDI-USB kabelini ajratib oling.

Konfiguratsiya

Yangi qurilmani birinchi marta o'rnatganingizda yoki sozlamalarni o'zgartirmoqchi bo'lsangiz, uni WiFi orqali sozlashingiz kerak bo'ladi.

1. Foydalanuvchi tugmachasini bosish uchun havoning ifloslanish monitorini har qanday holatdan olib tashlang.
2. Mahalliy WiFi tarmoqlariga ulanadigan telefon yoki kompyuter tayyorlang.
3. PyonAir qurilmasini quvvatlantiring.
4. Qurilmani birinchi marta o'rnatayotganda, u avtomatik ravishda ko'k LED yonib -o'chib turadigan konfiguratsiya rejimiga o'tishi kerak. Aks holda, Grove soket PCB (CONFIG bilan belgilangan) foydalanuvchi tugmachasini 3 soniya bosib turing. RGB svetodiod ko'k rangga aylanishi kerak.
5. PyonAir qurilmasining WiFi -ga ulaning. (Bu "NewPyonAir" deb nomlanadi yoki siz ilgari qurilmaga qanday nom bergan bo'lsangiz.) Parol "newpyonair" dir.
6. Veb -brauzeringizga https://192.168.4.10/ kiriting. Konfiguratsiya sahifasi paydo bo'lishi kerak.
7. Sahifadagi barcha kerakli maydonlarni to'ldiring va tugagandan so'ng "Saqlash" tugmasini bosing. (Siz LoRa va WiFi -ga ulanish tafsilotlarini taqdim etishingiz, har bir sensorga yagona identifikatorni belgilashingiz va ma'lumotlarni yig'ish bo'yicha o'z xohishingizni belgilashingiz kerak bo'ladi.)
8. PyonAir qurilmasi endi qayta ishga tushishi kerak va siz ko'rsatgan sozlamalardan foydalanadi.

Qurilmangizni LoRa -ga ulash uchun uni Things Network orqali ro'yxatdan o'tkazing. Qurilma EUI konfiguratsiya sahifasida ko'rsatilgan yangi qurilma yarating va TTN -dan Application EUI va App Key -ni konfiguratsiyalarga ko'chiring.

Pybytes - bu Pycom -ning Internetdagi IoT uyasi bo'lib, u orqali siz dasturiy ta'minotni yangilashingiz, OTA yangilanishlarini bajarishingiz va ulangan qurilmalardan ma'lumotlarni ingl. Birinchidan, siz bu erga kirishingiz yoki hisob yaratishingiz kerak: https://pyauth.pybytes.pycom.io/login, so'ngra yangi qurilmani ro'yxatdan o'tkazish uchun quyidagi amallarni bajaring.

Sinov

Havoning ifloslanishi monitorining to'g'ri ishlashini tekshirishning eng oson usuli-bu FTDI-USB kabeli va Grove Socket PCB-dagi RX, TX & GND pin sarlavhalari. Qurilmani shu tarzda ulash Atom -dagi barcha xabarlar va o'qishlarni ko'rish imkonini beradi.

LoPy doskasidagi RGB svetodiod taxtaning holatini ko'rsatadi:

• Boshlanish = amber
• Boshlanish muvaffaqiyatli bo'ldi = Yashil chiroq ikki marta yonadi
• SD -kartaga kirish mumkin emas = Qizil chiroq yuklashdan so'ng darhol yonib -o'chib turadi
• Boshqa muammo = Boshlash paytida qizil chiroq yonadi
• Ish vaqti xatosi = Qizil yonib -o'chib turadi

Odatiy bo'lib, PyonAir ma'lumotlari Sautgempton universiteti serveriga yuboriladi. Siz xohlagan joyga yo'naltirish uchun qurilmani joylashtirishdan oldin kodni o'zgartirishingiz mumkin.

9 -qadam: Qanday qilib o'z egalik qilish kerak: tarqatish

Endi sizning havo ifloslanish monitoringiz to'liq tuzilgan, siz qurilmani joylashtirishga tayyor bo'lishingiz kerak!

Vaziyat bo'yicha maslahat

Qurilmalarimiz uchun biz tanlagan holat bu edi: https://www.ebay.co.uk/itm/173630987055?ul_noapp=t… Biroq, boshqa korpus sotib oling yoki o'zingiznikini yarating. SolidWorks fayllari biz ishlatadigan qo'shimcha qurilmalar uchun maxsus ishlarni loyihalashda yordam berish uchun Qo'shimcha ma'lumotlar bo'limida keltirilgan. Datchiklarni joylashtirish va korpusdagi teshiklarni kesishning taklif qilingan usullaridan biri ham yuqoridagi rasmda ko'rsatilgan.

Shuni esda tutingki, sizning ishingiz quyidagicha bo'lishi kerak:

• Elektronni suv va changdan saqlang
• Qurilmani joyida o'rnatishga ruxsat bering
• PM sensori (lar) ga havo kirishiga ruxsat bering
• Elektronikani haddan tashqari qizib ketishining oldini oling
• Koson ichida elektronikani mahkam ushlang

Manzil bo'yicha maslahat

Joylashtirish uchun ideal joy quyidagi mezonlarga javob beradi:

• Atmosfera ifloslanishiga qiziqqan mintaqada
• To'g'ridan -to'g'ri quyosh nurlaridan
• LoRa shlyuzi oralig'ida
• WiFi oralig'ida
• Quvvat manbaiga yaqin
• Ishonchli o'rnatish joylari
• GPS signallarini qabul qilishga qodir

10 -qadam: Fayllar va kreditlar

O'zingizning to'liq PyonAir-ni yaratish uchun kerak bo'lgan barcha fayllarni quyidagi manzilda topishingiz mumkin: https://su-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/extra-inf… (Zip fayllarini Instructables-ga yuklash mumkin emas, uzr!) Gitbook shuningdek, apparat va dasturiy ta'minot haqida qo'shimcha ma'lumotlarni o'z ichiga oladi.

Kreditlar

Loyiha doktor Stiven J Ossont, doktor Fil Basford va Florentin Bulot tomonidan nazorat qilinadi

Daneil Xausner va Piter Varga kodlari

O'chirish dizayni va Hazel Mitchell ko'rsatmalari