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自製Arduino檢測器關注空氣質量

本文編譯自 Air Quality Monitoring,原作者為Chris Nafis。DIYer Yeelink姜工對原文進行了翻譯,並基於原文中的原理,製作出了自己的空氣質量檢測器。

譯文

自製Arduino檢測器關注空氣質量

自製Arduino檢測器關注空氣質量

因為過敏和哮喘,我特別關心室內和室外的空氣質量。我使用Quadrafire木炭火爐——一個應該是比較乾淨的柴爐做飯,打算看看它對我家中的室內空氣質量(灰塵)和室外空氣質量(煙)的影響。紐約州在多個地方監控空氣質量;認證的過敏和哮喘顧問在紐約州的Albany發布空氣污染指數,美國肺協會寫過一篇非常棒的論文叫做《美國的空氣》(State of the AIR)談論顆粒污染。

自製Arduino檢測器關注空氣質量

自製Arduino檢測器關注空氣質量

1.1 材料

6針的 mini TE接口 $2

夏普光學粉塵傳感器 GP2Y1010AUoF $12

Arduino Uno Ethernet $65

9VDC電壓 $7

Davis 屏蔽罩(紅外屏蔽罩) $67.5

40毫米風扇 $13

1.2 檢測

290刀的 Dolys “DC1100 Pro Air Quality”是一個真正的激光顆粒檢測器,帶兩種不同的測量範圍。小的通道(0.5>微米)應該可以看到細菌和黴菌。

高一點的通道(2.5>微米)可以看到灰塵和花粉。LCD顯示器持續的顯示小通道和大通道的長條圖和讀數,本設備能保存長達30天的空氣質量數據。

我購買了一個帶有PC接口的產品,並把它連接到了Arduino ethernet板上,這樣我就能自動的發送數據到Pachube了。如果空氣質量有問題,我的手機就能收到通過Twitter發布的報警信息。

自製Arduino檢測器關注空氣質量

這個產品非常的靈敏。它可以非常容易的檢測到走過地毯時掀起的灰塵,或者是炒菜時候的煙。下面的圖中你能看到非常有趣的事情。

自製Arduino檢測器關注空氣質量

自製Arduino檢測器關注空氣質量

首先在晚上的時候大家都休息了,讀數會非常的低。你也能看到在中午的時候我女兒炒菜,數據會特別高,並且要花很長的時間才會逐漸降低。

1.3 實現流程

Arduino Ethernet板連接夏普傳感器的圖紙可以參閱 夏普GP2Y1010AU0F的datasheet

1.4 採樣流程

點亮連接到pin2 的LED,過0.28毫秒,對連接到A0的模塊Vo進行採樣

過0.04毫秒,關閉LED,並且等待9.680毫秒。

這個10毫秒的採樣周期會不停的進行重複,代碼可以參考 arduino Source Code

自製Arduino檢測器關注空氣質量

自製Arduino檢測器關注空氣質量

Sharp pin 1 (V-LED) => 5V (通過一個150歐的電阻連接)

Sharp pin 2 (LED-GND) => Arduino GND pin

Sharp pin 3 (LED) => Arduino pin 2

Sharp pin 4 (S-GND) => Arduino GND pin

Sharp pin 5 (Vo) => Arduino A0 pin

Sharp pin 6 (Vcc) => 5V

自製Arduino檢測器關注空氣質量

我使用了一個小型的40毫米風扇保證空氣能夠被送到夏普傳感器中,可能並沒有必要,因為我將一個傳感器安裝到了防護罩內,所以希望確認能看到有粉塵飛入。

1.5 測試和校準

自製Arduino檢測器關注空氣質量

使用烤盤進行測試。

自製Arduino檢測器關注空氣質量

如果您閱讀 夏普GP2Y1010AU0F的datasheet ,就會發現圖中提供的顆粒濃度(毫克/平方米)與電壓相對值的比較圖。但是這個圖片僅僅從0.5V才有對應數據,而我的大部分試驗中,電壓值都是相對比較低的。所以我手工輸入該圖中沒有涵蓋的數據,並得出了一個線性方程組來近似模擬出大致的(毫克/平米) 對電壓輸出的關係圖。

自製Arduino檢測器關注空氣質量

我非常想了解這個便宜的夏普傳感器的靈敏度,並建立起輸出電壓與顆粒數量的對應關係,下面我搞了一個實驗(底下的圖片中就是我讓鍋的煙吹過傳感器的效果)。煙霧迅速使得傳感器飽和,就做了一個稍長時間的實驗。在我女兒做完午餐后,我決定做一個”pan cake“ (鬆餅) 實驗。你有沒有注意到當在一個老式的鑄鐵鍋用黃油做鬆餅的時候,滿屋子都是煙?我同時將夏普傳感器與專業的Dylos DC1100的讀數同步上傳到Pachube上,這樣我就可以進行對兩個傳感器的對比和校準了。

從上面看出兩個圖有驚人的相似之處。使用一個簡單的補償和倍增因數將兩組數據疊加到一起看看效果:

自製Arduino檢測器關注空氣質量

(V-0.0356)*120000

有趣的是,Dylos公司有個列表來評估您的空氣質量與住宅環境的關係。

由於我們做的“烤鬆餅”實驗事實上超過了常見標準達50倍。所以夏普傳感器對非常小的顆粒讀數的準確性和靈敏度可能還需要一些驗證。

空氣質量圖:小顆粒讀數(大於0.5微米)

3000 + = 很差很差

1050-3000 = 差

300-1050 = 還行

150-300 = 好

75-150 = 非常好

0-75 = 棒極了

1.6 結論

用戶也可以通過互聯網社區來分享其他的數據。比如,Weather Underground就是一個很好的分享我的氣象站信息的地方。而StrikeStar是一個很好的處理光照傳感器數據並生成實時地圖的好地方。

Pachube”發音 Patch-bay“ 將人與機器相連,與應用相連,與物聯網相連。作為一個基於web的服務,整合全球的實時數據, Pachube賦予人們分享數據,合作,並利用周邊世界數據的能力。

我的Dylos 空氣質量和夏普空氣質量數據一直在上傳到Pachube上。它提供了一個簡單的HTTP接口,能讓你將數據發送到服務器,並生成數據圖表,引用到你自己的網站上。

製作

自製Arduino檢測器關注空氣質量

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自製Arduino檢測器關注空氣質量

自製Arduino檢測器關注空氣質量

基於以上原理,我們製作了這個盒子。該盒子的製作人是來自北京聯合大學的張老師,張老師決定公開所有的設計和代碼,來方便更多的人能夠進行改進,做出更好的東西來。

我們覺得,這個盒子能夠讓廣大的創客朋友們能很快的使用起Yeelink來,而且不需要花費太多的鈔票,而且,自己不去做Hack,也能放在家裡當一個非常準的電子錶使用哦。

功能如下:

插上網線即可使用,自動獲取IP並連入Yeelink平台

可以顯示當前的精確時間(從UTC時間服務器獲取),無須對錶

可以讀取當前的溫濕度信息並顯示

可以讀取當前環境的可吸入顆粒指數。

可以Hack,隨意的燒寫板子,兼容Arduino程序

可以自己擴展新功能

未來計劃增加的功能(需要您懂如何下載Arduino程序)

讀取weibo消息數量

與微信,人人等交互。

自己擴展想要的傳感器

它給您的好處,我覺得有以下幾條:

低成本,可聯網,帶殼子,帶LCD的arduino,適合交付小型的項目。

可以當Android nano + ENC網卡 + LCD用、滿足一定的交互性。

非常豐富的使用和範例文檔(正在做…)。

能夠使用Yeelink平台上面的所有資源。

作者:Yeelink姜工