PyonAir - një monitor i ndotjes së ajrit me burim të hapur: 10 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:12

PyonAir është një sistem me kosto të ulët për monitorimin e niveleve lokale të ndotjes së ajrit - veçanërisht, grimcat. Bazuar në bordin Pycom LoPy4 dhe pajisjen e përputhshme me Grove, sistemi mund të transmetojë të dhëna si në LoRa ashtu edhe në WiFi.

Unë e ndërmora këtë projekt në Universitetin e Southampton, duke punuar në një ekip studiuesish. Përgjegjësia ime kryesore ishte hartimi dhe zhvillimi i PCB. Kjo ishte hera ime e parë duke përdorur Eagle kështu që ishte padyshim një përvojë mësimi!

Qëllimi i projektit PyonAir është të vendosë një rrjet monitorues të ndotjes me kosto të ulët, IoT që do të na lejojë të mbledhim informacione vendimtare në lidhje me shpërndarjen dhe shkaqet e ndotjes së ajrit. Ndërsa ka shumë monitorues të ndotjes në treg, shumica ofrojnë vetëm "Indeksin e Cilësisë së Ajrit", në vend të të dhënave të papërpunuara të PM - veçanërisht me çmime të përballueshme. Duke e bërë projektin me burim të hapur, me udhëzime të thjeshta të konfigurimit, ne shpresojmë që ta bëjmë pajisjen PyonAir të arritshme për këdo që është i interesuar për cilësinë e ajrit, personalisht ose profesionalisht. Për shembull, kjo pajisje mund të përdoret për të mbledhur të dhëna për projektet e studentëve, doktoraturat dhe palët e pavarura, duke e bërë kërkimin jetësor që ka një reputacion për kostot e larta shumë më të arritshme. Projekti gjithashtu mund të përdoret për qëllime shtrirjeje, duke komunikuar me anëtarët e publikut për cilësinë e ajrit të tyre lokal dhe hapat që mund të ndërmerren për ta përmirësuar atë.

Qëllimet tona për thjeshtësinë dhe lehtësinë e përdorimit frymëzuan vendimin tonë për të përdorur sistemin Grove si shtylla kurrizore e dizajnit tonë. Gama e gjerë e moduleve të pajtueshme do t'i lejojë përdoruesit e sistemit të personalizojnë pajisjen PyonAir sipas nevojave të tyre, pa u detyruar të ridizajnojnë pajisjen themelore. Ndërkohë, LoPy4 i Pycom ofron mundësi të shumta për komunikim pa tel në një paketë të vetme, të pastër.

Në këtë udhëzues, unë do të përshkruaj udhëtimin e projektimit dhe hapat për prodhimin e PCB, të ndjekur nga udhëzimet se si të montoni njësinë e plotë të PyonAir.

Furnizimet

Përbërësit:

• LoPy4: Bordi kryesor (https://pycom.io/product/lopy4/)
• PyonAirPCB: Lidhje e lehtë me sensorët Grove
• Plantower PMS5003: Sensori i ndotjes së ajrit (https://shop.pimoroni.com/products/pms5003-particu…
• Sensirion SPS30: Sensori i ndotjes së ajrit (https://www.mouser.co.uk/ProductDetail/Sensirion/SPS30?qs=lc2O%252bfHJPVbEPY0RBeZmPA==)
• Sensori SHT35: Sensori i temperaturës dhe lagështisë (https://www.seeedstudio.com/Grove-I2C-High-Accurac…
• Ora në kohë reale: Njësia rezervë e orës (https://s-u-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/hardware/…
• Moduli GPS: Marrësi GPS për kohën dhe vendndodhjen (https://www.seeedstudio.com/Grove-GPS-Module.html)
• Kabllo Grove:
• Antena Pycom: Aftësia LoRa (https://pycom.io/product/lora-868mhz-915mhz-sigfox…
• Kartë MicroSD
• Furnizimi me energji: Furnizimi me energji primare (Rekomanduar:
• Kasa: IP66 115x90x65 mm kuti ABS rezistente ndaj motit (https://www.ebay.co.uk/itm/173630987055?ul_noapp=t…

Mjetet:

• Makine per ngjitjen e metalit
• Multimetër
• Kaçavidë e vogël
• Kabllo FTDI (opsionale):

Hapi 1: Rreth PCB

Lidhësit e Grove janë një standard gjithnjë e më i popullarizuar në ekosistemin elektronik hobi. Lidhësit plug-and-play e bëjnë lidhjen dhe shkëmbimin e një game të gjerë modulesh të lehtë dhe të shpejtë, pa pasur nevojë të rishitni nyjet.

Ndërkohë, bordi LoPy4 i Pycom u zgjodh si mikrokontrolluesi kryesor për PyonAir pasi ofron 4 mënyra komunikimi pa tel: LoRa, Sigfox, WiFi & Bluetooth dhe programohet duke përdorur MicroPython.

Arduino dhe Raspberry Pi tashmë mbështesin mburojat e lidhësve Grove, por asnjë nuk ishte lëshuar ende për sistemin Pycom. Prandaj, ne projektuam bordin tonë të zgjerimit PCB, i cili përshtatet në bordin LoPy4. PCB përmban:

• 2 baza I2C (Sensori i temperaturës & RTC)
• 3 baza UART (sensor 2x PM & GPS)
• Kunjat për të dhënat USB
• Një tranzistor qarkon për kontrollin e fuqisë te sensorët PM
• Një qark transistor për kontrollin e energjisë në marrësin GPS
• Fole Micro SD
• Butoni i përdoruesit
• Lidhësit e hyrjes së energjisë (fuçi, JST ose terminal vidhos)
• Rregullator tensioni

Hapi 2: PCB V1-V3

PCB V1

Përpjekja ime e parë në PCB u bazua në një koncept "shim", ku një PCB i hollë do të përshtatet midis bordit LoPy dhe një bordi zgjerimi Pycom, siç është Pytrack (shiko vizatimin CAD). Si e tillë, nuk kishte vrima montimi dhe bordi ishte shumë themelor, duke shfaqur vetëm lidhës dhe një palë transistorë për ndezjen ose fikjen e sensorëve PM.

Për të qenë i sinqertë, kishte shumë gabim me këtë tabelë:

• Gjurmët ishin shumë të holla
• Asnjë aeroplan tokësor
• Orientime të çuditshme të tranzistorit
• Hapësira e papërdorur
• Etiketa e versionit ishte shkruar në një shtresë gjurmësh, jo ekran mëndafshi

PCB V2

Nga V2, ishte bërë e qartë se ne kishim nevojë për PyonAir për të funksionuar pa një bord zgjerimi, kështu që inputet e energjisë, një terminal UART dhe një slot SD u shtuan në dizajn.

Çështjet:

• Gjurmët kaluan zonat e vrimave të montimit
• Asnjë udhëzues orientimi LoPy
• Orientimi i pasaktë i folesë së fuçisë DC

PCB V3

Ndryshime relativisht të vogla u bënë midis V2 dhe V3 - kryesisht korrigjime në çështjet e mësipërme.

Hapi 3: PCB V4

V4 paraqiti një ridizajnim të plotë të të gjithë PCB, në të cilin u bënë ndryshimet e mëposhtme:

• Pothuajse çdo përbërës mund të bashkohet me dorë ose të montohet paraprakisht duke përdorur PCBA
• Montimi i vrimave në qoshe
• Komponentët e grupuar në zonat "Përhershëm", "Fuqia" dhe "Përdoruesi"

• Etiketat për:

  • Gama e tensionit të hyrjes
  • Lidhja e dokumentacionit
  • Vendndodhja LoPy LED
• 2 opsione të mbajtësit të SD
• Jastekë testimi
• Foleja e fuçisë DC mund të montohet në majë ose nën dërrasë
• Rutim më i mirë
• Komponentë të paketuar në mënyrë më efikase
• U shtuan rreshta më të gjatë të titujve femra, kështu që një përdorues do të jetë në gjendje të përdorë tituj 4x me 8 kunja, në vend të 2 palëve kokë me 8 kunja dhe 6 kunja, duke e bërë atë pak më të lirë.

Hapi 4: PCB V5

Versioni përfundimtar

Këto rregullime të fundit u bënë në V5 para se të paraqitej për prodhimin e PCBA nga Seeed Studio:

• Drejtimi edhe më i rregullt
• Pozicionimi i përmirësuar i etiketës
• Lidhja e përditësuar e faqes në internet
• Mbulesa me ekran mëndafshi për etiketimin e PCB -ve gjatë testimit
• Qoshe më të rrumbullakosura (për tu përshtatur më mirë në rrethimin e zgjedhur)
• Gjatësia e rregulluar e PCB për t'iu përshtatur binarëve të rrethimit

Hapi 5: Si ta bëni tuajin: PCBA

Nëse planifikoni të prodhoni më pak se 5 PCB, shihni "Si ta bëni vetë: Saldim me dorë" (hapi tjetër).

Renditja PCBA nga Studio e Shikuar

1. Hyni ose krijoni një llogari në
2. Klikoni në 'Porosit Tani'.
3. Ngarko skedarët Gerber.
4. Rregulloni cilësimet (sasia e PCB dhe përfundimi i sipërfaqes: HASL Pa Plumb).
5. Shtoni vizatimin e montimit dhe zgjidhni dhe vendosni skedarin.
6. Zgjidhni sasinë e PCBA.
7. Shto BOM. (NB: Nëse doni të shmangni lidhjen e tij vetë dhe nuk ju shqetëson pritja më e gjatë, mund të shtoni rregullatorin e tensionit TSRN 1-2450 në BOM.
8. Shtoni në shportë dhe porositni!

Ju lutemi vizitoni: https://s-u-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/extra-inf… për skedarët e kërkuar.

Lidhja e rregullatorit të tensionit

Pjesa e vetme që kërkon bashkim kur përdorni shërbimin PCBA të Seeed është rregullatori i tensionit TSRN 1-2450. Siç u përmend më lart, ju mund ta përfshini këtë në kuvendin BOM, por mund të shtojë shumë më tepër kohë në porosi.

Nëse jeni të lumtur ta lidhni me dorë, thjesht shtoni rregullatorin në vendin e treguar nga ekrani i mëndafshit, duke u siguruar që orientimi është i saktë. Pika e bardhë në ekranin e mëndafshit duhet të përputhet me pikën e bardhë në rregullatorin (shiko figurën).

Hapi 6: Si ta bëni vetë: Saldim me dorë

Nëse jeni duke planifikuar të prodhoni një numër të madh të PCB -ve, shihni "Si ta bëni vetë: PCBA" (hapi i mëparshëm).

Renditja e PCB -ve

Ju mund të blini PCB nga shumë faqe në internet, përfshirë Seeed Studio, me disa që mund të dorëzohen në më pak se një javë. Ne përdorëm Seeed Fusion, por këto hapa duhet të jenë shumë të ngjashëm me faqet e tjera.

1. Hyni ose krijoni një llogari në
2. Klikoni në 'Porosit Tani'.
3. Ngarko skedarët Gerber.
4. Rregulloni cilësimet (sasia e PCB dhe përfundimi i sipërfaqes: HASL pa plumb)
5. Shtoni në shportë dhe porositni!

Ju lutemi vizitoni: https://s-u-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/extra-inf… për skedarët e kërkuar.

Renditja e pjesëve

Meqenëse bordi ka jastëkë shtesë për opsionet e montimit SMD/përmes vrimës, nuk keni nevojë të mbushni çdo pjesë. Nëse jeni duke u bashkuar me dorë, është më e lehtë të shmangni të gjitha SMD -të duke e mbushur tabelën sipas tabelës së treguar në fotografi.

N. B. Nëse jeni të sigurt me një hekur bashkues, është më efikas në hapësirë dhe më e lirë të përdorni një vend i caktuar për sipërfaqe Micro SD në vend të kokës me 8 kunja + bordit të prishjes.

Hapi 7: Si ta bëni vetë: Asamble

Modifikimet e kabllove Grove

Në mënyrë që të lidhni sensorët tuaj PM me lidhësit e korijeve, do t'ju duhet të bashkoni kabllot e sensorit në kabllot e korijeve, siç tregohet në figurën e mësipërme. Ju mund ta bëni këtë duke përdorur crimps ose saldim dhe tkurrje të nxehtësisë. Në varësi të sensorit që përdorni, do t'ju duhet të siguroheni që pinout përputhet me hyrjet në PCB.

Hapat e montimit

1. Zgjidhni një nga hyrjet e energjisë që dëshironi të përdorni (prizë fuçi / JST / terminal vidhos) dhe lidhni furnizimin e duhur.
2. Përdorni një multimetër për të kontrolluar testet V_IN dhe 5V në pjesën e pasme të PCB.
3. Kur të jeni të kënaqur që bordi është mundësuar siç duhet, hiqni furnizimin me energji elektrike. (Nëse jo provoni furnizimin me energji alternative)
4. Lidheni LoPy4 me titujt me 16 kunja, duke siguruar që LED të jetë në krye (siç tregohet në ekranin e mëndafshit). 4 vrimat e poshtme në titujt nuk përdoren.
5. Lidhni secilën nga pajisjet Grove në prizat që përputhen në PCB.
6. Lidhni kartën micro SD.
7. Rilidhni furnizimin me energji elektrike. LED -të në LoPy4 dhe GPS duhet të ndizen të dyja.
8. Përdorni një multimetër për të kontrolluar jastëkët e mbetur të provës në pjesën e pasme të PCB.
9. PyonAir juaj tani duhet të jetë gati për programim!

N. B. Sigurohuni që ta zbrazni kartën SD dhe ta formatoni si FAT32 para se ta futni në tabelë.

KUJDES: Lidhni vetëm një burim energjie në të njëjtën kohë. Lidhja e furnizimeve të shumta në të njëjtën kohë mund të shkurtojë një bateri ose energji elektrike!

Hapi 8: Si ta bëni tuajin: Softuer

Për zhvillimin tonë të softuerit, ne përdorëm Atom dhe pymakr. Të dyja këto janë me burim të hapur dhe duhet të funksionojnë në shumicën e kompjuterëve. Ne rekomandojmë instalimin e tyre para se të shkarkoni kodin për tabelën LoPy4.

Pycom rekomandon azhurnimin e firmuerit të pajisjeve të tyre para se të përpiqeni t'i përdorni ato. Udhëzimet e plota se si ta bëni këtë mund t'i gjeni këtu:

Instalimi

1. Për të vënë në punë pajisjen tuaj të sensorit PM, shkarkoni versionin më të fundit të kodit tonë nga GitHub: https://github.com/pyonair/PyonAir-pycom Sigurohuni që të nxirrni të gjithë skedarët në një vend të përshtatshëm në kompjuterin ose laptopin tuaj dhe shmangni riemërimin e ndonjë prej skedarëve.
2. Hapni Atom dhe mbyllni çdo skedar aktual duke klikuar me të djathtën në dosjen e nivelit të lartë dhe duke klikuar "Hiq Dosjen e Projektit" në menunë që shfaqet.
3. Shkoni te File> Open Folder dhe zgjidhni dosjen "lopy". Të gjithë skedarët dhe dosjet e përmbajtura duhet të shfaqen në panelin "Project" në të majtë në Atom.
4. Lidheni PCB-në PyonAir në kompjuterin ose laptopin tuaj duke përdorur një kabllo FTDI-USB dhe kunjat RX, TX dhe GND në kokën në të djathtë të tabelës.
5. Bordi duhet të shfaqet në Atom dhe të lidhet automatikisht.
6. Për të ngarkuar kodin, thjesht klikoni butonin "Ngarko" në panelin e poshtëm. Procesi mund të zgjasë disa minuta, varësisht nga sa skedarë duhet të hiqen dhe instalohen. Pasi ngarkimi të ketë sukses, shtypni Ctrl + c në tastierën tuaj për të ndaluar kodin, pastaj shkëputni kabllon FTDI-USB.

Konfigurimi

Kur vendosni një pajisje të re për herë të parë ose nëse doni të ndryshoni cilësimet, do t'ju duhet ta konfiguroni atë përmes WiFi.

1. Hiqni monitorin tuaj të ndotjes së ajrit nga çdo rast i tillë që të keni qasje në butonin e përdoruesit.
2. Përgatitni një telefon ose kompjuter që është në gjendje të lidhet me rrjetet lokale WiFi.
3. Furnizoni pajisjen PyonAir.
4. Kur vendosni pajisjen për herë të parë, ajo duhet të kalojë automatikisht në modalitetin e konfigurimit, të treguar nga drita blu LED. Përndryshe, shtypni dhe mbani butonin e përdoruesit në PCB -në e Grove (të etiketuar CONFIG) për 3 sekonda. RGB LED duhet të kthehet në ngjyrë blu të fortë.
5. Lidhuni me WiFi të pajisjes PyonAir. (Kjo do të quhet 'NewPyonAir' ose çfarëdo që e keni quajtur më parë pajisjen.) Fjalëkalimi është 'newpyonair'.
6. Futni https://192.168.4.10/ në shfletuesin tuaj të internetit. Faqja e konfigurimit duhet të shfaqet.
7. Plotësoni të gjitha fushat e kërkuara në faqe dhe klikoni 'Ruaj' kur të përfundoni. (Ju do të duhet të siguroni detajet e lidhjes me LoRa dhe WiFi, të caktoni një ID unike për secilin sensor dhe të specifikoni preferencat tuaja në lidhje me marrjen e të dhënave.)
8. Pajisja PyonAir tani duhet të rindizet dhe do të përdorë cilësimet që keni dhënë.

Për ta lidhur pajisjen tuaj me LoRa, regjistrojeni atë përmes The Things Network. Krijoni një pajisje të re me Pajisjen EUI të treguar në faqen e konfigurimit dhe kopjoni Aplikacionin EUI dhe Çelësin e Aplikacionit nga TTN në konfigurimet.

Pybytes është qendra online IoT e Pycom, përmes së cilës mund të azhurnoni firmuerin, të kryeni përditësime OTA dhe të vizualizoni të dhënat nga pajisjet e lidhura. Së pari, do t'ju duhet të regjistroheni ose të krijoni një llogari këtu: https://pyauth.pybytes.pycom.io/login pastaj ndiqni hapat për të regjistruar një pajisje të re.

Duke testuar

Mënyra më e lehtë për të provuar që monitori juaj i ndotjes së ajrit po punon si duhet është duke përdorur një kabllo FTDI-USB dhe titujt e pin-ve RX, TX & GND në PCB Grove Socket. Lidhja e pajisjes në këtë mënyrë ju lejon të shihni të gjitha mesazhet dhe leximet në Atom.

LED RGB në tabelën LoPy tregon statusin e tabelës:

• Fillimi = qelibar
• Fillimi ka arritur = Drita jeshile pulson dy herë
• Nuk mund të hyj në kartën SD = Drita e kuqe pulson menjëherë pas nisjes
• Çështje tjetër = Drita e kuqe ndizet gjatë fillimit
• Gabime gjatë kohës = Kuq pulson

Si parazgjedhje, të dhënat nga PyonAir do të dërgohen në serverin e Universitetit të Southampton. Ju mund ta redaktoni kodin para se të vendosni pajisjen për ta përcjellë atë në një vend të zgjedhur nga ju.

Hapi 9: Si të bëni tuajin: Vendosja

Tani që monitori juaj i ndotjes së ajrit është konfiguruar plotësisht, duhet të jeni gati për të vendosur pajisjen!

Këshilla për rastin

Rasti që kemi zgjedhur për pajisjet tona ishte: https://www.ebay.co.uk/itm/173630987055?ul_noapp=t… Megjithatë, mos ngurroni të blini një kuti tjetër ose të dizajnoni tuajin. Skedarët SolidWorks për shumicën e harduerit që kemi përdorur janë dhënë në seksionin Info Extra, për të ndihmuar në hartimin e rasteve me porosi. Një metodë e propozuar për rregullimin e sensorëve dhe prerjen e vrimave në kuti është treguar gjithashtu në figurën e mësipërme.

Vetëm mos harroni se rasti juaj duhet:

• Mbroni pajisjet elektronike nga uji dhe pluhuri
• Lejo montimin e pajisjes në vend
• Lejo që ajri të arrijë në sensorët (et) PM
• Parandaloni mbinxehjen e pajisjeve elektronike
• Mbajini pajisjet elektronike të sigurta brenda kasës

Këshilla për vendndodhjen

Një vend ideal i vendosjes do të plotësojë kriteret e mëposhtme:

• Në një rajon me interes për ndotjen e ajrit
• Pa rrezet e diellit direkte
• Brenda rrezes së një porte LoRa
• Brenda rrezes së WiFi
• Pranë një burimi energjie
• Pikat e sigurta të montimit
• Në gjendje të marrë sinjale GPS

Hapi 10: Skedarët & Kreditë

Të gjithë skedarët që ju nevojiten për ta bërë PyonAir-in tuaj të plotë mund t'i gjeni në: https://su-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/extra-inf… (Skedarët zip nuk mund të ngarkohen te Instructables, më fal!) Gitbook gjithashtu përfshin informacion shtesë në lidhje me harduerin dhe softuerin.

Kredite

Projekti mbikëqyret nga Dr Steven J Ossont, Dr Phil Basford & Florentin Bulot

Kodi nga Daneil Hausner & Peter Varga

Dizajni dhe udhëzimet e qarkut nga Hazel Mitchell