Poniższy tekst został przeniesiony z wątku Niezależnego Forum Nowego Tomyśla dotyczącego problemu złej jakości powietrza w Nowym Tomyślu oraz zostały uzupełnione w nim niektóre dodatkowe informacje.

Z naszego wstępnego rozeznania postanowiliśmy skorzystać z poniższych rozwiązań. Z pewnością nie są to jedyne solucje naszego zagadnienia, przyjęliśmy jednak pewne kryteria, którymi kierowaliśmy się w doborze elementów. Przede wszystkim zależy nam na czasie, powtarzalności i możliwości ewentualnego zarządzania zbudowanym miernikiem (np. zdalna aktualizacja oprogramowania czy zmiana częstotliwości pomiaru).

1. Czujnik – Pierwszym stopniem pomiaru jest czujnik cząstek powietrza. Wybraliśmy 2 rodzaje czujników, które chcemy przetestować pod kątem dokładności pomiaru i poprawności odwzorowania w stosunku do stacji pomiarowej WIOŚ. Kryterium doboru czujnika były istniejące rozwiązania, na których zrealizowano pomiar cząstek powietrza w podobny lub inny sposób.

a. pierwszy czujnik to PPD42NS produkcji firmy Shinyei

Odczyt pomiaru z czujnika polega na pomiarze czasu trwania stanu wysokiego H i niskiego L na poszczególnych pinach czujnika. Pomiaru dokonuje się z 2 nóżek, odpowiednio dla PM2,5 i PM10. Potrafi wykrywać cząstki o rozmiarze ok. 1μm. Zaletą czujnika jest łatwość pomiaru.

b. drugi czujnik to GP2Y1010AU0F produkcji firmy Sharp

Wynik pomiaru podawany jest na wyjście analogowe, którego wartość napięcia jest liniowo proporcjonalna do ilości pyłu z typową czułością wynoszącą 0.5V na każde 100μg/m3. Potrafi wykrywać cząstki o rozmiarze ok. 0,8μm.

2. Konwerter – Drugim stopniem pomiaru jest układ oparty o mikrokontroler, który dokona odczytu wyniku pomiaru z czujnika i dokona konwersji na wartości docelowe. Użyjemy do tego układ Arduino Nano z procesorem ATmega328 na pokładzie. Zaletą tego układu jest łatwość programowania i niewysoka cena (ok. 40zł).

Dodatkową rolą tego układu jest wystawienie zmierzonej i obrobionej wartości pomiaru na port RS232 do dalszej obróbki i rejestracji.

3. Rejestrator – Trzecim i ostatnim krokiem jest użycie mini-komputera wyposażonego w dystrybucję OpenWRT.
Zadaniem mikrokomputera jest odczyt zmierzonych wartości z portu RS232 Arduino Nano a następnie przesłanie go na wybrany przez nas serwer. Prawdopodobnie będzie to zwykły request GET, gdzie w parametrze będą umieszczone odczytane wartości. Do przemyślenia pozostaje częstotliwość wysyłania pomiarów (co n minut).

Zdecydowaliśmy się użyć gotowego rozwiązania tj. płytki bazowej routera, który jest wyposażony w obsługę WIFI (a) oraz można się z nim komunikować w protokole RS232 (b). Ostatnim warunkiem jest możliwość uruchomienia na nim dystrybucji OpenWRT (c).

Wśród routerów, które spełniają warunki (a) (b) i (c) wybraliśmy następujące modele:
– TP LINK TL-WR740N
– HUAWEI HG553

W pierwszej kolejności przyjrzymy się TP-LINKOWI. Obawiam się, że mogą wystąpić jeszcze dodatkowe warunki, które musi spełnić router, na przykład szeroki zakres temperatur pracy (a zwłaszcza ujemne).

4. Internet – Do poprawnej implementacji urządzenia niezbędne jest połączenie z siecią WIFI, do której urządzenie musi posiadać login i hasło. Urządzenie ma znikomy wpływ na parametry łącza internetowego i właściwie obciążą je w minimalnym stopniu. Zakładamy, że znajdą się osoby, które wyrażą zgodę na umieszczenie miernika na swoich posesjach oraz zapewnią dostęp do internetu.

5. Obudowa – Całość należy umieścić w szczelnej skrzynce (obudowie) zapewniającym odporność na wilgoć i trudne warunki atmosferyczne (IP65) a jednocześnie czujnik musi mieć dostęp do powietrza. Prawdopodobnie umieścimy czujnik na zewnątrz obudowy od spodu. Dodatkowym warunkiem jest informacja, że czujnik pracuje w odpowiedniej pozycji „góra/dół” bowiem jeden z jego elementów (rezystor) wymusza ruch powietrza do pomiaru przez jego podgrzanie.

---

Wady.

• żywotność – producenci czujników sugerują ich pracę maksymalnie 5 lat
• jakość i niezawodność detekcji w przypadku ujemnych temperatur,
• producenci deklarują zakres pracy 0~45°C, prawdopodobnie przy ujemnych temperaturach pomiar należy wyłączyć lub go ignorować, wymusza to nas zastosowanie jeszcze czujnika temperatury, aby skorelować temperaturę powietrza z istotą pomiaru,
• tylko dostęp do internetu nadaje sens rejestracji pomiaru i prezentowania go online,

Koszty pojedynczego urządzenia.

• czujnik cząstek powietrza: 50-60 zł
• mikrokontroler Arduino Nano: 40-50 zł
• router TP LINK TL-WR740N: używany do 50 zł, nowy 60-90 zł
• obudowa AWP161609 (IP65): 40 zł

Wszystkie wycenione wyżej elementy nie zawierają kosztów wysyłki oraz kosztów montażu, dodatkowo koszt zapewnienia dostępu do internetu spoczywa na społeczności zaangażowanej w projekt.

Miejmy nadzieję, że koszt złożenia jednego urządzenia nie przekroczy 200 zł.

Chętnie skorzystamy z propozycji jednego z forumowiczów (clou) i wypożyczymy do testów Arduino Nano. Zanim otrzymamy zamówione czujniki będziemy mieli okazję sprawdzić komunikację Arduino Nano z routerem (przez protokół RS232) oraz instalacje dystrybucji OpenWRT na routerze TP-LINK.

Prezentacja wyników.

Wyniki pomiarów będą prezentowane na specjalnie przygotowanej na ten cel stronie internetowej, będą to zarówno dane tabelaryczne jak i zestawienia wykresów wszystkich czujników zastosowanych w gminie. Jesteśmy przekonani, że tak przystępna forma w idealny sposób zobrazuje skalę problemu w gminie.

Wątek będzie uzupełniany wraz z rozwojem projektu.

Obrazki pobrane z domen: arduino.cc, phobosk.files.wordpress.com, sklep.rettpol.com.pl, watterott.com, seeedstudio.com