PyonAir - Chanzo wazi cha Uchafuzi wa Hewa: Hatua 10 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:50

PyonAir ni mfumo wa gharama nafuu wa kufuatilia viwango vya uchafuzi wa hewa wa ndani - haswa, chembechembe. Kulingana na bodi ya Pycom LoPy4 na vifaa vinavyoendana na Grove, mfumo unaweza kusambaza data juu ya LoRa na WiFi.

Nilifanya mradi huu katika Chuo Kikuu cha Southampton, nikifanya kazi katika timu ya watafiti. Jukumu langu la msingi lilikuwa muundo na ukuzaji wa PCB. Hii ilikuwa mara yangu ya kwanza kutumia Tai kwa hivyo ilikuwa uzoefu wa kujifunza!

Lengo la mradi wa PyonAir ni kupeleka mtandao wa wachunguzi wa uchafuzi wa gharama nafuu, wa IoT ambao utatuwezesha kukusanya habari muhimu juu ya usambazaji na sababu za uchafuzi wa hewa. Wakati kuna wachunguzi wengi wa uchafuzi wa mazingira kwenye soko, wengi wao hutoa "Kielelezo cha Ubora wa Hewa", badala ya data ghafi ya PM - haswa kwa bei rahisi. Kwa kufanya mradi uwe chanzo-wazi, na maagizo rahisi ya usanidi, tunatarajia kufanya kifaa cha PyonAir kupatikana kwa mtu yeyote anayevutiwa na hali ya hewa, iwe kibinafsi au kwa weledi. Kwa mfano, kifaa hiki kinaweza kutumiwa kukusanya data ya miradi ya wanafunzi, PhD na vyama huru, ikifanya utafiti muhimu ambao una sifa ya kuongezeka kwa gharama kupatikana zaidi. Mradi unaweza pia kutumiwa kwa madhumuni ya kufikia, kuwasiliana na watu wa umma juu ya hali yao ya hewa na hatua zinazoweza kuchukuliwa kuiboresha.

Malengo yetu ya unyenyekevu na urahisi wa matumizi yalichochea uamuzi wetu wa kutumia mfumo wa Grove kama uti wa mgongo wa muundo wetu. Aina anuwai za moduli zinazoendana zitaruhusu watumiaji wa mfumo kubadilisha kifaa cha PyonAir kwa mahitaji yao, bila kulazimishwa kuunda upya vifaa vya msingi. Wakati huo huo, Pycom's LoPy4 inatoa chaguzi nyingi kwa mawasiliano ya waya bila kifurushi kimoja nadhifu.

Katika hii inayoweza kufundishwa, nitaelezea safari ya kubuni na hatua za kutengeneza PCB, ikifuatiwa na maagizo ya jinsi ya kukusanya kitengo kamili cha PyonAir.

Vifaa

Vipengele:

• LoPy4: Bodi kuu (https://pycom.io/product/lopy4/)
• PyonAirPCB: Uunganisho rahisi kwa sensorer za Grove
• Mpandaji PMS5003: sensa ya uchafuzi wa hewa (https://shop.pimoroni.com/products/pms5003-particu…
• SPS30 ya sensorer: sensa ya uchafuzi wa hewa (https://www.mouser.co.uk/ProductDetail/Sensirion/SPS30?qs=lc2O%252bfHJPVbEPY0RBeZmPA==)
• Sensor ya SHT35: Joto na sensorer ya unyevu (https://www.seeedstudio.com/Grove-I2C-High-Accurac…
• Saa Saa Saa: Kitengo cha saa chelezo (https://s-u-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/hardware/…
• Moduli ya GPS: mpokeaji wa GPS kwa wakati na eneo (https://www.seeedstudio.com/Grove-GPS-Module.html)
• Kamba za Grove:
• Antena ya Pycom: Uwezo wa LoRa (https://pycom.io/product/lora-868mhz-915mhz-sigfox…
• Kadi ya MicroSD
• Ugavi wa umeme: Ugavi wa umeme wa msingi (Inapendekezwa:
• Uchunguzi: IP66 115x90x65 mm sanduku la kuzuia hali ya hewa la ABS (https://www.ebay.co.uk/itm/173630987055?ul_noapp=t…

Zana:

• Chuma cha kulehemu
• Multimeter
• Bisibisi ndogo
• Cable ya FTDI (hiari):

Hatua ya 1: Kuhusu PCB

Viunganishi vya Grove ni kiwango kinachozidi kuwa maarufu katika mfumo wa elektroniki wa vifaa vya kupendeza. Viunganishi vya kuziba-na-uchezaji hufanya kushikamana na kubadilisha moduli anuwai rahisi na haraka, bila hitaji la kuziunganisha viungo tena.

Wakati huo huo, bodi ya Pycom ya LoPy4 ilichaguliwa kama mdhibiti mkuu wa PyonAir kwani inatoa njia 4 za mawasiliano zisizo na waya: LoRa, Sigfox, WiFi & Bluetooth na imewekwa kwa kutumia MicroPython.

Arduino na Raspberry Pi tayari wanasaidia ngao za kiunganishi cha Grove lakini hakuna bado iliyotolewa kwa mfumo wa Pycom. Kwa hivyo, tuliunda bodi yetu ya upanuzi wa PCB, ambayo inafaa kwa bodi ya LoPy4. PCB ina:

• Soketi 2 za I2C (sensa ya Joto na RTC)
• Soketi 3 za UART (sensorer 2x PM na GPS)
• Pini za data ya USB
• Mizunguko ya transistor ya kudhibiti nguvu kwa sensorer PM
• Mzunguko wa transistor wa kudhibiti nguvu kwa mpokeaji wa GPS
• Slot ndogo ya SD
• Kitufe cha mtumiaji
• Viunganisho vya kuingiza nguvu (Pipa, JST au terminal ya screw)
• Mdhibiti wa voltage

Hatua ya 2: PCB V1-V3

PCB V1

Jaribio langu la kwanza kwenye PCB lilikuwa msingi wa dhana ya "shim", ambapo PCB nyembamba ingefaa kati ya bodi ya LoPy na bodi ya upanuzi ya Pycom, kama Pytrack (angalia kuchora kwa CAD). Kwa hivyo, hakukuwa na mashimo ya kupanda na bodi ilikuwa ya msingi sana, ikiwa na viungio tu na jozi ya transistors kwa kuwasha au kuzima sensorer za PM.

Kusema kweli, kulikuwa na makosa mengi na bodi hii:

• Nyimbo hizo zilikuwa nyembamba sana
• Hakuna ndege ya ardhini
• Mwelekeo wa ajabu wa transistor
• Nafasi isiyotumika
• Lebo ya toleo iliandikwa kwa safu ya wimbo, sio skrini ya silks

PCB V2

Na V2, ilikuwa imeonekana kuwa tunahitaji PyonAir kufanya kazi bila bodi ya upanuzi, kwa hivyo pembejeo za umeme, terminal ya UART na slot ya SD ziliongezwa kwenye muundo.

Mambo:

• Nyimbo zinavuka maeneo ya shimo yanayopanda
• Hakuna mwongozo wa mwelekeo wa LoPy
• Mwelekeo sahihi wa pipa ya DC

PCB V3

Mabadiliko madogo yalifanywa kati ya V2 & V3 - haswa marekebisho kwa maswala hapo juu.

Hatua ya 3: PCB V4

V4 ilionyesha urekebishaji kamili wa PCB nzima, ambayo mabadiliko yafuatayo yalifanywa:

• Karibu kila sehemu inaweza kuuzwa kwa mkono au kukusanyika mapema kwa kutumia PCBA
• Kuweka mashimo kwenye pembe
• Vipengele vilivyopangwa katika maeneo ya "Kudumu", "Nguvu" na "Mtumiaji"

• Lebo za:

  • Pembejeo ya voltage
  • Kiunga cha nyaraka
  • Eneo la LED la LoPy
• Chaguzi 2 za mmiliki wa SD
• Vipimo vya mtihani
• Jack ya pipa ya DC inaweza kuwekwa juu au chini ya bodi
• Utaratibu bora
• Vipengele vilivyojaa vyema
• Mistari mirefu ya vichwa vya kike iliongezwa, kwa hivyo mtumiaji ataweza kutumia vichwa 4-8 vya pini, badala ya jozi 2 za vichwa 8 vya pini na pini 6, na kuifanya iwe rahisi.

Hatua ya 4: PCB V5

Toleo la mwisho

Marekebisho haya machache yalifanywa kwa V5 kabla ya kuwasilishwa kwa utengenezaji wa PCBA na Seeed Studio:

• Utaratibu mzuri hata
• Uboreshaji wa uwekaji lebo
• Kiungo kilichosasishwa cha wavuti
• Vitambaa vya silkscreen kwa kupachika PCB wakati wa kupima
• Pembe zenye mviringo zaidi (ili kutoshea vyema kwenye ua uliochaguliwa)
• Kurekebisha urefu wa PCB ili kutoshea reli zilizofungwa

Hatua ya 5: Jinsi ya Kufanya Yako mwenyewe: PCBA

Ikiwa unapanga kutengeneza PCB chini ya 5, angalia "Jinsi ya kutengeneza yako mwenyewe: Soldering Hand" (hatua inayofuata) badala yake.

Kuagiza PCBA kutoka Studio ya Seeed

1. Ingia au fungua akaunti kwa
2. Bonyeza 'Agiza Sasa'.
3. Pakia faili za Gerber.
4. Rekebisha mipangilio (Wingi wa PCB na kumaliza uso: HASL Haina Kiongozi).
5. Ongeza kuchora kwa mkutano na chagua na uweke faili.
6. Chagua wingi wa PCBA.
7. Ongeza BOM. (NB: Ikiwa unataka kuzuia kujiuza mwenyewe na usijali kusubiri zaidi, unaweza kuongeza mdhibiti wa voltage ya TSRN 1-2450 kwa BOM.
8. Ongeza kwenye gari na kuagiza!

Tafadhali tembelea: https://s-u-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/extra-inf… kwa faili zinazohitajika.

Kuunganisha mdhibiti wa voltage

Sehemu pekee ambayo inahitaji kutengenezea wakati wa kutumia huduma ya PCED ya Seeed ni mdhibiti wa voltage ya TSRN 1-2450. Kama ilivyoelezwa hapo juu, unaweza kujumuisha hii katika Mkutano wa BOM lakini inaweza kuongeza muda mwingi zaidi kwa agizo.

Ikiwa unafurahi kuiuza kwa mkono, ongeza tu mdhibiti mahali panapoonyeshwa na skrini ya hariri, hakikisha mwelekeo ni sahihi. Nukta nyeupe kwenye skrini ya hariri inapaswa kujipanga na nukta nyeupe kwenye kidhibiti (tazama picha).

Hatua ya 6: Jinsi ya Kufanya Yako mwenyewe: Kuunganisha mikono

Ikiwa unapanga kutengeneza idadi kubwa ya PCB, angalia "Jinsi ya kutengeneza yako mwenyewe: PCBA" (hatua ya awali) badala yake.

Kuagiza PCBs

Unaweza kununua PCB kutoka kwa wavuti nyingi, pamoja na Studio ya Seeed, na zingine zinaweza kuingia chini ya wiki. Tulitumia Fusion Fusion, lakini hatua hizi zinapaswa kuwa sawa na tovuti zingine.

1. Ingia au fungua akaunti kwa
2. Bonyeza 'Agiza Sasa'.
3. Pakia Faili za Gerber.
4. Rekebisha mipangilio (Wingi wa PCB na kumaliza uso: HASL Haina Kiongozi)
5. Ongeza kwenye gari na kuagiza!

Tafadhali tembelea: https://s-u-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/extra-inf… kwa faili zinazohitajika.

Kuagiza sehemu

Kwa kuwa bodi ina pedi za ziada za chaguzi za upandaji wa SMD / kupitia-shimo, hauitaji kujaza kila sehemu. Ikiwa unauza kwa mkono, ni rahisi kuzuia SMD zote kwa kujaza bodi kulingana na meza iliyoonyeshwa kwenye picha.

N. B. Ikiwa una ujasiri na chuma cha kutengeneza, ni nafasi nzuri zaidi na ni rahisi kutumia uso wa mlima Micro SD yanayopangwa badala ya kichwa cha pini-8 + cha kuzuka.

Hatua ya 7: Jinsi ya Kufanya yako mwenyewe: Mkutano

Grove marekebisho ya kebo

Ili kuunganisha sensorer zako za PM kwa viunganishi vya grove, utahitaji kugawanya nyaya za sensorer kwenye nyaya za grove, kama inavyoonyeshwa kwenye picha hapo juu. Unaweza kufanya hivyo kwa kutumia crimps au solder na shrink ya joto. Kulingana na sensa unayotumia, utahitaji kuhakikisha kuwa pinout inalingana na pembejeo kwa PCB.

Hatua za Bunge

1. Chagua ni moja ya pembejeo za nguvu unayotaka kutumia (pipa jack / JST / terminal screw) na unganisha usambazaji unaofaa.
2. Tumia multimeter kuangalia V_IN na 5V pedi za majaribio nyuma ya PCB.
3. Unapofurahi kuwa bodi imetumiwa kwa usahihi, ondoa usambazaji wa umeme. (Ikiwa sio kujaribu usambazaji mbadala wa umeme)
4. Chomeka LoPy4 kwenye vichwa 16 vya pini, kuhakikisha kuwa LED iko juu (kama inavyoonyeshwa kwenye skrini ya hariri). Mashimo 4 ya chini kwenye vichwa vya habari hayatumiki.
5. Unganisha kila moja ya vifaa vya Grove kwenye soketi zinazofanana kwenye PCB.
6. Chomeka kadi ndogo ya SD.
7. Unganisha tena usambazaji wa umeme. LED kwenye LoPy4 na GPS zinapaswa kuwasha zote.
8. Tumia multimeter kuangalia usafi uliobaki nyuma ya PCB.
9. PyonAir yako inapaswa sasa kuwa tayari kupanga!

N. B. Hakikisha unatoa kadi ya SD na uifomatie kama FAT32 kabla ya kuiingiza kwenye ubao.

ONYO: Daima unganisha chanzo kimoja cha nguvu kwa wakati mmoja. Kuunganisha vifaa vingi kwa wakati mmoja kunaweza kupunguza nguvu ya betri au nguvu kuu!

Hatua ya 8: Jinsi ya Kufanya Yako mwenyewe: Programu

Kwa maendeleo yetu ya programu, tulitumia Atom na pymakr. Zote hizi ni chanzo wazi na zinapaswa kufanya kazi kwenye kompyuta nyingi. Tunapendekeza usanikishe hizi kabla ya kupakua nambari ya bodi ya LoPy4.

Pycom inapendekeza kusasisha firmware ya vifaa vyao kabla ya kujaribu kuitumia. Maagizo kamili ya jinsi ya kufanya hivyo yanaweza kupatikana hapa:

Ufungaji

1. Ili kupata kifaa chako cha sensorer cha PM kuanza, pakua toleo la hivi punde la nambari yetu kutoka GitHub: https://github.com/pyonair/PyonAir-pycom Hakikisha unatoa faili zote mahali pazuri kwenye PC au kompyuta yako na epuka kubadilisha jina la faili.
2. Fungua Atomu na funga faili zozote za sasa kwa kubofya kulia folda ya kiwango cha juu na kubofya "Ondoa Folda ya Mradi" kwenye menyu inayoonekana.
3. Nenda kwenye Faili> Fungua Folda na uchague folda ya "lopy". Faili na folda zote zilizomo zinapaswa kuonekana kwenye kidirisha cha "Mradi" upande wa kushoto wa Atom.
4. Chomeka PyonAir PCB kwenye PC yako au laptop kwa kutumia kebo ya FTDI-USB na pini za RX, TX na GND kwenye kichwa kulia kwa ubao.
5. Bodi inapaswa kujitokeza katika Atomu na kuungana kiatomati.
6. Ili kupakia nambari hiyo, bonyeza tu kitufe cha "Pakia" kwenye kidirisha cha chini. Mchakato unaweza kuchukua dakika chache, kulingana na faili ngapi zinahitaji kuondolewa na kusanikishwa. Mara baada ya kupakia kufanikiwa, bonyeza Ctrl + c kwenye kibodi yako ili kusimamisha nambari, kisha ondoa kebo ya FTDI-USB.

Usanidi

Unapoweka kifaa kipya kwa mara ya kwanza au ikiwa unataka kubadilisha mipangilio yoyote, utahitaji kuisanidi kupitia WiFi.

1. Ondoa kifuatiliaji chako cha uchafuzi wa hewa kutoka kwa visa vyovyote vile unaweza kupata kitufe cha mtumiaji.
2. Andaa simu au kompyuta ambayo inaweza kuungana na mitandao ya ndani ya WiFi.
3. Weka nguvu kifaa cha PyonAir.
4. Wakati wa kuanzisha kifaa kwa mara ya kwanza, inapaswa kujibadilisha kiatomati katika hali ya usanidi, iliyoonyeshwa na taa ya bluu ya LED. Vinginevyo, bonyeza na ushikilie kitufe cha mtumiaji kwenye PCB ya tundu la Grove (iliyoitwa CONFIG) kwa sekunde 3. RGB LED inapaswa kugeuka kuwa bluu safi.
5. Unganisha kwenye WiFi ya kifaa cha PyonAir. (Hii itaitwa 'NewPyonAir' au chochote kile ulichokipa kifaa hapo awali.) Nenosiri ni 'newpyonair'.
6. Ingiza https:// 192.168.4.10/ kwenye kivinjari chako. Ukurasa wa usanidi unapaswa kuonekana.
7. Jaza sehemu zote zinazohitajika kwenye ukurasa na bonyeza 'Hifadhi' ukimaliza. (Utahitaji kutoa maelezo ya unganisho kwa LoRa na WiFi, toa kitambulisho cha kipekee kwa kila sensa, na ueleze upendeleo wako kuhusu ununuzi wa data.)
8. Kifaa cha PyonAir sasa kinapaswa kuwasha upya na kitatumia mipangilio uliyotoa.

Ili kuunganisha kifaa chako kwa LoRa, sajili kupitia Mtandao wa Vitu. Unda kifaa kipya na Kifaa cha EUI kilichoonyeshwa kwenye ukurasa wa usanidi, na nakili EUI ya Maombi na Ufunguo wa Programu kutoka TTN hadi usanidi.

Pybytes ni kitovu cha Pyto cha mtandaoni cha Pycom, kupitia ambayo unaweza kusasisha firmware, kufanya visasisho vya OTA na kuibua data kutoka kwa vifaa vilivyounganishwa. Kwanza, utahitaji kuingia au kuunda akaunti hapa: https://pyauth.pybytes.pycom.io/login kisha fuata hatua za kusajili kifaa kipya.

Upimaji

Njia rahisi zaidi ya kujaribu kuwa mfuatiliaji wako wa uchafuzi wa hewa unafanya kazi kwa usahihi ni kutumia kebo ya FTDI-USB na vichwa vya pini vya RX, TX & GND kwenye PCB ya Grove Socket. Kuunganisha kifaa kwa njia hii hukuruhusu kuona ujumbe na usomaji wote katika Atom.

RGB LED kwenye bodi ya LoPy inaonyesha hali ya bodi:

• Kuanzisha = Amber
• Uanzishaji ulifanikiwa = taa nyepesi huangaza mara mbili
• Haiwezi kupata kadi ya SD = Taa nyekundu ikiangaza mara moja baada ya boot
• Suala jingine = Taa nyekundu inayowaka wakati wa uanzishaji
• Makosa ya kukimbia = kupepesa nyekundu

Kwa msingi, data kutoka PyonAir itatumwa kwa seva ya Chuo Kikuu cha Southampton. Unaweza kuhariri nambari kabla ya kupeleka kifaa kukielekeza tena mahali unapopenda.

Hatua ya 9: Jinsi ya Kufanya Yako mwenyewe: Kupelekwa

Sasa kwa kuwa mfuatiliaji wako wa uchafuzi wa hewa umesanidiwa kikamilifu, unapaswa kuwa tayari kupeleka kifaa!

Ushauri wa kesi

Kesi tuliyochagua kwa vifaa vyetu ilikuwa: https://www.ebay.co.uk/itm/173630987055?ul_noapp=t… Walakini, jisikie huru kununua kesi tofauti au kubuni yako mwenyewe. Faili za SolidWorks kwa vifaa vingi tulivyotumia hutolewa katika sehemu ya Maelezo ya Ziada, kusaidia kubuni kesi maalum. Njia moja iliyopendekezwa ya kupanga sensorer na mashimo ya kukata katika kesi hiyo pia imeonyeshwa kwenye picha hapo juu.

Kumbuka tu kwamba kesi yako inapaswa:

• Kinga umeme kutoka kwa maji na vumbi
• Ruhusu kuweka kifaa kwenye tovuti
• Ruhusu hewa ifikie vitambuzi vya PM
• Kuzuia umeme kutokana na joto kali
• Shikilia vifaa vya elektroniki kwa usalama ndani ya kesi hiyo

Ushauri wa eneo

Eneo bora la kupelekwa litatimiza vigezo vifuatavyo:

• Katika mkoa unaovutia uchafuzi wa hewa
• Nje ya jua moja kwa moja
• Ndani ya lango la LoRa
• Ndani ya anuwai ya WiFi
• Karibu na chanzo cha umeme
• Salama mounting pointi
• Uwezo wa kupokea ishara za GPS

Hatua ya 10: Faili na Mikopo

Faili zote unazohitaji kufanya PyonAir yako kamili inaweza kupatikana kwa: https://su-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/extra-inf ……. Gitbook pia inajumuisha habari ya ziada juu ya vifaa na programu.

Mikopo

Mradi unasimamiwa na Dr Steven J Ossont, Dr Phil Basford & Florentin Bulot

Nambari na Daneil Hausner & Peter Varga

Ubunifu wa mzunguko na maagizo na Hazel Mitchell