Autor: Dariusz Borowski.
Od czasu ostatniego wpisu dotyczącego naszych planów, kwestii technicznych i zastosowanych rozwiązań przy w budowie miernika stężenia pyłu zawieszonego, przeszliśmy bardzo długą drogę. Pierwsze miesiące roku były niezwykle pracowitym okresem. Przez ten czas zdążyliśmy przetestować 4 czujniki pyłu, z podziałem na sposób pomiaru: 2 optyczne i 2 laserowe oraz dopracować sposób wysyłania i zapisu zmierzonych wartości w bazie danych. Przemysław Mierzejewski zbudował zgrabne skrzynki pomiarowe, które zapewnią czujnikowi swobodny dostęp do powietrza przy jednoczesnym zabezpieczeniu układu pomiarowego przed trudnymi warunkami atmosferycznymi (np. wilgoć, silne promienie słoneczne). Skrzynka wewnątrz pomalowana jest na czarno, na zewnątrz zaś białą farbą, pozwala to na osiągnięcie stabilnych temperatur, bez zbędnego nagrzewania się całości.
Jak się okazuje, bez gruntownych testów, próbnych pomiarów i korelacji między warunkami atmosferycznymi a dokładnością pomiaru, wszelkie dalsze prace i inwestowanie czasu w wybrane rozwiązanie byłoby kompletnie bez sensu. Dlatego też sumiennie przyłożyliśmy się do zbadania konkretnych zachowań czujników wobec wilgotności, temperatury i niepożądanego dostępu światła (dotyczy tylko czujników optycznych).
W tym tygodniu wybraliśmy ostateczne rozwiązanie, ustaliliśmy listę niezbędnych komponentów i sytuacja przedstawia się następująco:
- Głównym instrumentem pomiarowym jest laserowy czujnik PMS3003 firmy Plantower. Wybraliśmy go ze względu na szeroki zakres temperatury pracy -20~+50 oraz znacznie lepsze dopuszczalne parametry wilgotności 0~99%. Odczyty z czujnika są stabilne, z częstotliwością 1Hz dane są wysyłane na port szeregowy RS232 i można je odebrać dowolnym urządzeniem obsługującym standard TTL.
Warto od razu wyjaśnić przyczyny odrzucenia innych rozwiązań. W trakcie testowych pomiarów czujnikami optycznymi Shinyei PPD42NS i Sharp GP2Y1010AU0F wyszło na jaw, że czujniki te nie nadają się do pomiarów stężenia pyłów zawieszonych. Są to zwykłe „zabawki”, które pracują w sposób zerojedynkowy (jest zapylenie, nie ma zapylenia) a już na pewno nie można polegać na nich jako instrumencie pomiarowym. Dodam jeszcze, że dziesiątki stron internetowych z projektami opartymi na tych czujnikach, wprowadza w błąd osoby takie tak my, osoby poszukujące najlepszego rozwiązania pomiarowego pyłów PM10 i PM2,5. Zapłaciliśmy frycowe, musieliśmy samodzielnie przejść tę ścieżkę, aby z całą pewnością wykluczyć błędne założenia projektowe.
W międzyczasie użyliśmy jeszcze laserowego czujnika SDS021 producenta Nova Fitness, został on jednak wykluczony ze względu na niższy zakres temperatur pracy -10 ~ +50°C oraz mniejszy zakres wilgotności pracy 0-70%.
2. Sposób odczytu danych pomiarowych z czujnika (1) nie zmienił się. Pozostajemy przy Arduino Nano, którego moc obliczeniowa i dostępne porty we/wy są zdecydowanie wystarczające do obsłużenia czujnika pyłów zawieszonych oraz przekazania pomiarów do kolejnego urządzenia (3).
Bezpośrednio do mikrokontrolera podłączony jest również czujnik wilgotności i temperatury DHT22 o szerokim zakresie mierzonych temperatur -40~80°C. Oprócz tego w układzie znajdzie się również czujnik mierzący ciśnienie atmosferyczne BME280. Zastosowanie tych dodatkowych układów zapewni nam komplet informacji pogodowych a jeżeli wartości maksymalne wilgotności czy ciśnienia zostaną przekroczone to umieścimy informację, że wyniki pomiaru pyłu zawieszonego może być zawyżony.
3. Nadal pozostajemy przy routerze TP-LINK WR-740N z systemem OpenWRT na pokładzie. Jak do tej pory sprawuje się niemal niezawodnie, jego obsługa i aktualizacja jest nad wyraz łatwa a dzięki niemu możemy podłączyć się do dowolnej sieci WIFI. Jego główną rolą jest zapewnienie dostępu do internetu, odczyt danych pomiarowych z układu Arduino Nano oraz wysłanie ich do API, które umieści je bazie danych.
Wszystkie komponenty (oprócz czujnika pyłu i temperatury/wilgotności) zamknięte są w obudowie S-BOX 306 o szczelności IP65. Obudowa jest dobrana do największego elementu w układzie (płytka routera), tak, aby zapewnić mu właściwą temperaturę pracy a wszystkie niezbędne okablowanie było wyprowadzone na zewnątrz przy zachowaniu maksymalnej szczelności.
Elementy umieszczone w obudowie przymocowane są do podstawy skrzynki pomiarowej pomiarowej i nakryte obudową wyposażoną w 6 wywietrzników, zapewniających nieustanny dopływ powietrza.
4. Jesteśmy w trakcie przygotowania wizualizacji danych pomiarowych. Tymczasowo w prostej, testowej formie dostępne są na stronie http://nowytomysl.org/ompnt/
Na wykresach dostępne mamy parametry pyłów zawieszonych PM10 i PM2,5 oraz wilgotność.
Obecnie przystępujemy do akcji promocyjnej naszego przedsięwzięcia. Przygotujemy kosztorys wszystkich użytych komponentów i wycenimy ile wynosi koszt jednego kompletnego urządzenia. Kolejną fazą będzie prawdopodobnie zbiórka publiczna, mająca na celu zebranie odpowiedniej kwoty, która pokryje koszt elementów i montażu kilku stacji pomiarowych, które zostaną umieszczone na prywatnych posesjach, również w obszarach wiejskich.
Finalnie dane będą prezentowane również na mapie gminy Nowy Tomyśl, tak aby można było w łatwy sposób porównać stężenie pyłów zawieszonych w różnych częściach miasta.