PyonAir - Açıq Mənbə Hava Çirkliliyi Monitoru: 10 Addım (Şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:44

PyonAir, yerli hava çirkliliyinin səviyyələrini, xüsusən də hissəcikləri izləmək üçün aşağı qiymətli bir sistemdir. Pycom LoPy4 lövhəsi və Grove uyğun aparatı ətrafında qurulmuş sistem həm LoRa, həm də WiFi üzərindən məlumat ötürə bilər.

Bu layihəni Southampton Universitetində, tədqiqatçılar qrupunda çalışaraq həyata keçirdim. Əsas məsuliyyətim PCB -nin dizaynı və inkişafı idi. Eagle'ı ilk dəfə istifadə etdiyim üçün mütləq öyrənmə təcrübəsi oldu!

PyonAir layihəsinin məqsədi, hava çirkliliyinin yayılması və səbəbləri haqqında vacib məlumatlar toplamağımıza imkan verəcək aşağı qiymətli, IoT çirklənmə monitorları şəbəkəsini yerləşdirməkdir. Bazarda bir çox çirklənmə monitoru olsa da, əksəriyyəti xam PM məlumatlarını deyil, yalnız "Hava Keyfiyyəti İndeksini" təklif edir - xüsusilə əlverişli qiymətlərlə. Layihəni açıq mənbə halına gətirərək, asan quraşdırma təlimatları ilə, PyonAir cihazını istər şəxsən, istərsə də peşəkar olaraq hava keyfiyyəti ilə maraqlanan hər kəs üçün əlçatan hala gətirəcəyik. Məsələn, bu cihaz tələbə layihələri, elmlər namizədi və müstəqil partiyalar üçün məlumat toplamaq üçün istifadə edilə bilər, bu da xərclərin artması ilə məşhurlaşan həyati əhəmiyyətli tədqiqatların əldə olunmasını xeyli asanlaşdırır. Layihə, yerli havanın keyfiyyəti və onu yaxşılaşdırmaq üçün atıla biləcək addımlar haqqında ictimaiyyət nümayəndələri ilə ünsiyyət qurmaq üçün də təbliğat məqsədləri üçün istifadə edilə bilər.

Sadəlik və istifadə rahatlığı məqsədlərimiz, Grove sistemini dizaynımızın onurğası kimi istifadə etməyimizə ilham verdi. Uyğun modulların geniş çeşidi, sistem istifadəçilərinə PyonAir cihazını əsas avadanlıqları yenidən dizayn etməyə məcbur etmədən ehtiyaclarına uyğun olaraq düzəltməyə imkan verəcəkdir. Eyni zamanda, Pycom -un LoPy4 -ü tək, səliqəli bir paketdə simsiz ünsiyyət üçün bir çox variant təklif edir.

Bu təlimatda, dizayn səyahətini və PCB istehsal etmək üçün addımları izah edəcəyəm, ardınca tam PyonAir qurğusunu necə yığacağınıza dair təlimatlar verəcəyəm.

Təchizat

Komponentlər:

• LoPy4: Ana kart (https://pycom.io/product/lopy4/)
• PyonAirPCB: Grove sensorları ilə asan əlaqə
• Plantower PMS5003: Hava çirkliliyi sensoru (https://shop.pimoroni.com/products/pms5003-particu…
• Sensirion SPS30: Hava çirkliliyi sensoru (https://www.mouser.co.uk/ProductDetail/Sensirion/SPS30?qs=lc2O%252bfHJPVbEPY0RBeZmPA==)
• SHT35 sensoru: Temperatur və rütubət sensoru (https://www.seeedstudio.com/Grove-I2C-High-Accurac…
• Real Zaman Saatı: Yedek saat vahidi (https://s-u-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/hardware/…
• GPS modulu: Zaman və məkan üçün GPS qəbuledicisi (https://www.seeedstudio.com/Grove-GPS-Module.html)
• Grove kabelləri:
• Pycom antenası: LoRa qabiliyyəti (https://pycom.io/product/lora-868mhz-915mhz-sigfox…
• MicroSD kartı
• Enerji təchizatı: Əsas enerji təchizatı (Tövsiyə olunur:
• Dava: IP66 115x90x65 mm hava şəraitinə davamlı ABS qutusu (https://www.ebay.co.uk/itm/173630987055?ul_noapp=t…

Alətlər:

• Lehimleme dəmir
• Multimetr
• Kiçik tornavida
• FTDI kabeli (isteğe bağlı):

Addım 1: PCB haqqında

Grove bağlayıcıları, həvəskar elektronik ekosistemində getdikcə populyarlaşan bir standartdır. Plug-and-play konnektorları, birləşmələri yenidən lehimləməyə ehtiyac olmadan, geniş çeşidli modulların bağlanmasını və dəyişdirilməsini asanlaşdırır.

Eyni zamanda, 4 simsiz əlaqə rejimi: LoRa, Sigfox, WiFi və Bluetooth təklif etdiyi və MicroPython istifadə edərək proqramlaşdırıldığı üçün Pycom -un LoPy4 lövhəsi PyonAir üçün əsas mikro nəzarətçi olaraq seçildi.

Arduino və Raspberry Pi artıq Grove bağlayıcı ekranlarını dəstəkləyir, lakin Pycom sistemi üçün hələ heç biri buraxılmamışdır. Buna görə LoPy4 lövhəsinə uyğun olan öz genişləndirmə lövhəsi PCB -ni hazırladıq. PCB ehtiva edir:

• 2 I2C priz (temperatur sensoru və RTC)
• 3 UART yuvası (2x PM sensoru və GPS)
• USB məlumatları üçün pinlər
• PM sensorlarının gücünü idarə etmək üçün bir transistor dövrə
• GPS alıcısının gücünü idarə etmək üçün bir tranzistor dövrəsi
• Micro SD yuvası
• İstifadəçi düyməsi
• Güc giriş konnektorları (Barrel, JST və ya vidalı terminal)
• Gərginlik tənzimləyicisi

Addım 2: PCB V1-V3

PCB V1

PCB -dəki ilk cəhdim, LoPy lövhəsi ilə Pytrack kimi Pycom genişləndirmə lövhəsi arasında nazik bir PCB -nin yerləşəcəyi "shim" konsepsiyasına əsaslanır. Beləliklə, montaj delikləri yox idi və lövhə çox sadə idi, yalnız bağlayıcılar və PM sensorlarını açmaq və ya söndürmək üçün bir cüt tranzistor idi.

Düzünü desəm, bu lövhədə çox səhvlər vardı:

• İzlər çox incə idi
• Yerüstü təyyarə yoxdur
• Qəribə tranzistor istiqamətləri
• İstifadə olunmamış yer
• Versiya etiketi silkscreen deyil, trek qatında yazılmışdır

PCB V2

V2 -yə gəldikdə, PyonAir -in genişləndirici lövhəsiz işləməsinə ehtiyacımız olduğu aydın oldu, buna görə də dizayna güc girişləri, UART terminalı və SD yuvası əlavə edildi.

Məsələlər:

• Parçalar montaj deşik zonalarını keçdi
• LoPy oriyentasiya bələdçisi yoxdur
• Yanlış DC barel yuvası istiqaməti

PCB V3

V2 və V3 arasında nisbətən kiçik dəyişikliklər edildi - əsasən yuxarıdakı məsələlər düzəldildi.

Addım 3: PCB V4

V4, aşağıdakı dəyişikliklərin edildiyi bütün PCB -nin tam yenidən dizaynını təqdim etdi:

• Demək olar ki, hər bir komponent əl ilə lehimlənə bilər və ya PCBA istifadə edərək əvvəlcədən yığılmışdır
• Künclərdə deşiklərin quraşdırılması
• Komponentlər "Daimi", "Güc" və "İstifadəçi" zonalarına bölünür

• Etiketlər:

  • Giriş gərginliyi aralığı
  • Sənədləşmə linki
  • LoPy LED yeri
• 2 SD tutucu seçimi
• Test pedləri
• DC barel krikosu lövhənin üstünə və ya altına quraşdırıla bilər
• Daha yaxşı marşrutlaşdırma
• Daha səmərəli paketlənmiş komponentlər
• Daha uzun qadın başlıq satırları əlavə edildi, buna görə bir istifadəçi 2 cüt 8 və 6 pinli başlıqlar əvəzinə 4x 8 pinli başlıqlardan istifadə edə bilər və bu da onu bir qədər ucuzlaşdırır.

Addım 4: PCB V5

Son versiya

Bu son bir neçə düzəliş V5 -də Seeed Studio tərəfindən PCBA istehsalına təqdim edilməzdən əvvəl edildi:

• Daha səliqəli marşrutlaşdırma
• Təkmilləşdirilmiş etiket yerləşdirmə
• Veb sayt linki yeniləndi
• Test zamanı PCB -lərin etiketlənməsi üçün ipək ekran yastıqları
• Daha çox yuvarlaq künclər (seçilmiş korpusa daha yaxşı uyğunlaşmaq üçün)
• Korpus raylarına uyğun olaraq PCB uzunluğu tənzimlənir

Addım 5: Özünüzü necə qurmalısınız: PCBA

5 -dən az PCB istehsal etməyi planlaşdırırsınızsa, bunun əvəzinə "Öz əlinizlə necə hazırlanır: Əl Lehimləmə" (növbəti addım) bölməsinə baxın.

Seeed Studio -dan PCBA Sifarişi

1. Https://www.seeedstudio.com/fusion.html ünvanına daxil olun və ya hesab yaradın
2. 'İndi sifariş et' düyməsini basın.
3. Gerber fayllarını yükləyin.
4. Parametrləri tənzimləyin (PCB miqdarı və səthi: HASL Qurğuşunsuz).
5. Montaj rəsmini əlavə edin və fayl seçin və yerləşdirin.
6. PCBA miqdarını seçin.
7. BOM əlavə edin. (N. B.: Özünüz lehimləməkdən çəkinmək və daha uzun müddət gözləməyinizi istəmirsinizsə, TSRN 1-2450 gərginlik tənzimləyicisini BOM-a əlavə edə bilərsiniz.
8. Səbətə əlavə et və sifariş et!

Zəhmət olmasa tələb olunan fayllar üçün https://s-u-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/extra-inf… ünvanına daxil olun.

Gərginlik tənzimləyicisinin lehimlənməsi

Seeed PCBA xidmətindən istifadə edərkən lehim tələb edən yeganə hissə TSRN 1-2450 gərginlik tənzimləyicisidir. Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, bunu BOM montajına daxil edə bilərsiniz, lakin sifarişə daha çox vaxt əlavə edə bilər.

Əl ilə lehimləməkdən məmnunsunuzsa, oriyentasiyanın düzgün olduğundan əmin olaraq tənzimləyicini ipək ekranında göstərilən yerə əlavə edin. İpək ekranındakı ağ nöqtə tənzimləyicidəki ağ nöqtə ilə üst -üstə düşməlidir (şəkilə bax).

Addım 6: Özünüzü necə əldə edəcəksiniz: Əl Lehimləmə

Çox sayda PCB istehsal etməyi planlaşdırırsınızsa, bunun əvəzinə "Öz əlinizlə necə etmək olar: PCBA" (əvvəlki addım).

PCB sifarişi

PCB'ləri Seeed Studio da daxil olmaqla bir çox internet saytından satın ala bilərsiniz, bəziləri bir həftədən az müddətdə çatdıra bilər. Seeed Fusion istifadə etdik, amma bu addımlar digər saytlara çox bənzəməlidir.

1. Https://www.seeedstudio.com/fusion.html ünvanına daxil olun və ya hesab yaradın
2. 'İndi sifariş et' düyməsini basın.
3. Gerber fayllarını yükləyin.
4. Parametrləri tənzimləyin (PCB miqdarı və Səthi bitirmə: HASL Qurğuşunsuz)
5. Səbətə əlavə edin və sifariş edin!

Zəhmət olmasa tələb olunan fayllar üçün https://s-u-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/extra-inf… ünvanına daxil olun.

Parçaların sifarişi

Lövhədə SMD/delikdən montaj variantları üçün əlavə yastıqlar olduğu üçün hər hissəni doldurmağa ehtiyac yoxdur. Əl ilə lehim edirsinizsə, lövhəni şəkillərdə göstərilən cədvələ uyğun olaraq dolduraraq bütün SMD -lərdən qaçınmaq ən asandır.

N. B. Bir lehimləmə dəmirindən əminsinizsə, 8 pinli başlıq + qırılma lövhəsi yerinə yerüstü Micro SD yuvası istifadə etmək daha qənaətli və daha ucuzdur.

Addım 7: Özünüzü necə qurmalısınız: Məclis

Grove kabel dəyişiklikləri

PM sensorlarınızı bağ bağlayıcılarına bağlamaq üçün yuxarıdakı şəkildə göstərildiyi kimi, sensor kabellərini bağ bağlarına bağlamalısınız. Bunu ya qıvrımlar, ya da lehim və istilik büzücü istifadə edərək edə bilərsiniz. İstifadə etdiyiniz sensordan asılı olaraq, pinoutun PCB girişlərinə uyğun olduğundan əmin olmalısınız.

Montaj addımları

1. İstifadə etmək istədiyiniz güc girişlərindən birini seçin (barel krikosu / JST / vintli terminal) və uyğun təchizatı qoşun.
2. PCB -nin arxasındakı V_IN və 5V test yastıqlarını yoxlamaq üçün multimetrdən istifadə edin.
3. Lövhənin düzgün təchiz olunduğundan məmnun olduğunuzda, enerji təchizatını çıxarın. (Alternativ enerji təchizatı sınamırsınızsa)
4. LED-in yuxarıda olmasını təmin etmək üçün LoPy4-ü 16 pinli başlıqlara qoşun (ipək ekranda göstərildiyi kimi). Başlıqların altındakı 4 deşik istifadə edilməmişdir.
5. Hər bir Grove cihazını PCB üzərindəki uyğun yuvalara qoşun.
6. Mikro SD kartı qoşun.
7. Enerji təchizatını yenidən bağlayın. LoPy4 və GPS -də LED -lər yandırılmalıdır.
8. PCB -nin arxasındakı qalan test yastıqlarını yoxlamaq üçün multimetrdən istifadə edin.
9. PyonAir proqramınız artıq proqrama hazır olmalıdır!

N. B. Kartı taxmadan əvvəl SD kartı boşaltdığınızdan və FAT32 olaraq formatladığınızdan əmin olun.

XƏBƏRDARLIQ: Bir anda yalnız bir enerji mənbəyinə qoşun. Eyni anda birdən çox təchizatı bağlamaq batareyanı və ya elektrik enerjisini kəsə bilər!

Addım 8: Necə Öz Sahibisiniz: Proqram

Proqram inkişaf etdirmək üçün Atom və pymakr istifadə etdik. Hər ikisi də açıq mənbəyidir və əksər kompüterlərdə işləməlidir. LoPy4 lövhəsi üçün kodu yükləməzdən əvvəl bunları quraşdırmanızı məsləhət görürük.

Pycom, istifadə etməzdən əvvəl cihazlarının firmware proqramını yeniləməyi məsləhət görür. Bunu necə edəcəyinizə dair tam təlimatları burada tapa bilərsiniz:

Quraşdırma

1. PM sensor cihazınızı işə salmaq üçün kodumuzun ən son versiyasını GitHub-dan yükləyin: https://github.com/pyonair/PyonAir-pycom Bütün faylları PC və ya dizüstü kompüterinizdə əlverişli bir yerə çıxardığınızdan əmin olun. və faylların adını dəyişməyin.
2. Atomu açın və yuxarıdakı qovluğu sağ tıklayarak və görünən menyuda "Layihə Qovluğunu Sil" düyməsini basaraq mövcud faylları bağlayın.
3. Fayl> Qovluğu Aç bölməsinə gedin və "lopy" qovluğunu seçin. İçərisində olan bütün fayllar və qovluqlar Atomun solundakı "Layihə" bölməsində görünməlidir.
4. FTDI-USB kabelindən və lövhənin sağındakı başlıqdakı RX, TX və GND pinlərindən istifadə edərək PyonAir PCB-ni kompüterinizə və ya dizüstü kompüterinizə qoşun.
5. Lövhə Atomda görünməli və avtomatik bağlanmalıdır.
6. Kodu yükləmək üçün alt bölmədə "Yüklə" düyməsini basmaq kifayətdir. Neçə faylın silinməsi və quraşdırılması lazım olduğuna bağlı olaraq proses bir neçə dəqiqə çəkə bilər. Yükləmə müvəffəqiyyətli olduqdan sonra kodu dayandırmaq üçün klaviaturanızdakı Ctrl + c düymələrini basın və sonra FTDI-USB kabelini ayırın.

Konfiqurasiya

İlk dəfə yeni bir cihaz qurduğunuzda və ya hər hansı bir parametr dəyişdirmək istəyirsinizsə, onu WiFi üzərindən konfiqurasiya etməlisiniz.

1. İstifadəçi düyməsinə daxil ola biləcəyiniz hava çirkliliyi monitorunuzu istənilən haldan çıxarın.
2. Yerli WiFi şəbəkələrinə qoşula bilən bir telefon və ya kompüter hazırlayın.
3. PyonAir cihazını gücləndirin.
4. Cihazı ilk dəfə qurarkən, avtomatik olaraq mavi LED yanıp sönmə ilə göstərilən konfiqurasiya rejiminə keçməlidir. Əks təqdirdə, Grove yuva PCB -də (CONFIG etiketli) istifadəçi düyməsini 3 saniyə basıb saxlayın. RGB LED mavi rəngə çevrilməlidir.
5. PyonAir cihazının WiFi şəbəkəsinə qoşulun. (Buna 'NewPyonAir' və ya daha əvvəl cihazın adını verdiyiniz hər şey veriləcək.) Şifrə 'newpyonair' dir.
6. Veb brauzerinizə https://192.168.4.10/ daxil edin. Konfiqurasiya səhifəsi görünməlidir.
7. Səhifədə lazım olan bütün sahələri doldurun və bitirdikdə 'Saxla' düyməsini basın. (LoRa və WiFi -yə qoşulma təfərrüatlarını verməlisiniz, hər sensora özünəməxsus bir şəxsiyyət vəsiqəsi verməlisiniz və məlumat əldə etmə ilə bağlı seçimlərinizi göstərməlisiniz.)
8. PyonAir cihazı indi yenidən başlamalı və təmin etdiyiniz parametrlərdən istifadə etməlidir.

Cihazınızı LoRa -ya bağlamaq üçün Things Network vasitəsilə qeydiyyatdan keçin. Konfiqurasiya səhifəsində göstərilən Cihaz EUI ilə yeni bir cihaz yaradın və TTN -dən Application EUI və Tətbiq Açarını konfiqurasiyalara kopyalayın.

Pybytes, proqram təminatını yeniləyə, OTA yeniləmələrini həyata keçirə və bağlı cihazlardan məlumatları görüntüləyə biləcəyiniz Pycom -un onlayn IoT mərkəzidir. Əvvəlcə buraya daxil olmalı və ya hesab yaratmalısınız: https://pyauth.pybytes.pycom.io/login sonra yeni bir cihaz qeydiyyatdan keçmək üçün addımları izləyin.

Test

Hava çirkliliyi monitorunuzun düzgün işlədiyini yoxlamağın ən asan yolu, FTDI-USB kabeli və Grove Socket PCB üzərindəki RX, TX & GND pin başlıqlarından istifadə etməkdir. Cihazı bu şəkildə bağlamaq, Atomdakı bütün mesajları və oxunuşları görməyə imkan verir.

LoPy lövhəsindəki RGB LED lövhənin vəziyyətini göstərir:

• Başlatmaq = Kəhrəba
• Başlatma müvəffəq oldu = Yaşıl işıq iki dəfə yanıb -sönür
• SD karta daxil olmaq mümkün deyil = Açıldıqdan dərhal sonra qırmızı işıq yanıb sönür
• Digər məsələ = Başlatma zamanı qırmızı işıq yanıb -sönür
• İşləmə səhvləri = Qırmızı yanıb -sönür

Varsayılan olaraq, PyonAir -dən məlumatlar Southampton Universitetinin serverinə göndəriləcək. İstədiyiniz yerə yönləndirmək üçün cihazı yerləşdirməzdən əvvəl kodu düzəldə bilərsiniz.

Addım 9: Necə Sahib Olmalısınız: Yerləşdirmə

Hava çirkliliyinizin monitoru tam konfiqurasiya edildikdən sonra cihazı yerləşdirməyə hazır olmalısınız!

Məsələ ilə bağlı məsləhət

Cihazlarımız üçün seçdiyimiz hal belə idi: https://www.ebay.co.uk/itm/173630987055?ul_noapp=t… Ancaq fərqli bir qutu almaqdan və ya özünüz üçün dizayn etməkdən çekinmeyin. İstifadə etdiyimiz aparatların əksəriyyəti üçün SolidWorks faylları, xüsusi halların dizaynına kömək etmək üçün Əlavə Məlumat bölməsində verilir. Sensorları düzəltmək və korpusdakı delikləri kəsmək üçün təklif olunan bir üsul da yuxarıdakı şəkildə göstərilmişdir.

Yalnız işinizin aşağıdakıları etməli olduğunu unutmayın:

• Elektronikanı sudan və tozdan qoruyun
• Cihazın yerində quraşdırılmasına icazə verin
• PM sensorlarına havanın daxil olmasına icazə verin
• Elektronikanın həddindən artıq istiləşməsinin qarşısını alın
• Çantanın içərisində elektronikanı möhkəm tutun

Məkan məsləhətləri

İdeal yerləşdirmə yeri aşağıdakı meyarlara cavab verəcəkdir:

• Hava çirkliliyi ilə maraqlanan bir bölgədə
• Birbaşa günəş işığından
• LoRa şlüzünün daxilində
• WiFi daxilində
• Güc mənbəyinə yaxındır
• Təhlükəsiz montaj nöqtələri
• GPS siqnallarını qəbul edə bilir

Addım 10: Fayllar və Kreditlər

Tam PyonAir hazırlamaq üçün lazım olan bütün faylları aşağıdakı ünvanda tapa bilərsiniz: https://su-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/extra-inf… (Zip faylları Instructables-a yüklənə bilməz, üzr istəyirik!) Gitbook da hardware və proqram təminatı haqqında əlavə məlumatları ehtiva edir.

Kreditlər

Layihə Dr Steven J Ossont, Dr Phil Basford və Florentin Bulot tərəfindən idarə olunur

Daneil Hausner və Peter Varga tərəfindən kod

Dövrə dizaynı və Hazel Mitchell təlimatları