PyonAir - ачык булактын абанын булганышына мониторинг: 10 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:38

PyonAir - бул жергиликтүү абанын булганышынын деңгээлин, тактап айтканда, бөлүкчөлөрдү көзөмөлдөө үчүн арзан баадагы система. Pycom LoPy4 тактасынын жана Groveге шайкеш келген жабдыктын тегерегине негизделген система LoRa жана WiFi аркылуу маалыматтарды өткөрө алат.

Мен бул долбоорду Саутгемптон университетинде, изилдөөчүлөр тобунда иштеп жатып ишке ашырдым. Менин негизги жоопкерчилигим ПХБны иштеп чыгуу жана иштеп чыгуу болгон. Бул Eagle'ди биринчи жолу колдонуп жатканым үчүн, албетте, үйрөнүү тажрыйбасы болду!

PyonAir долбоорунун максаты-абанын булганышынын бөлүштүрүлүшү жана себептери жөнүндө маанилүү маалыматты чогултууга мүмкүндүк бере турган, баасы төмөн, IoT булгануу мониторлорунун тармагын жайылтуу. Базарда булгануу боюнча көптөгөн мониторлор бар, бирок көбү чийки PM маалыматын эмес, "Аба сапатынын индексин" гана сунушташат - өзгөчө жеткиликтүү баада. Долбоорду ачык булак кылып, оңой орнотуу көрсөтмөлөрү менен, биз PyonAir түзмөгүн абанын сапатына кызыккан, жеке же кесиптик жактан жеткиликтүү кылабыз деп үмүттөнөбүз. Мисалы, бул түзмөк студенттик долбоорлорго, илимдин докторлоруна жана көз карандысыз партияларга маалымат чогултуу үчүн колдонулушу мүмкүн, бул абдан маанилүү чыгымдарды көтөрүү үчүн абройго ээ. Долбоор коомчулуктун мүчөлөрү менен жергиликтүү аба сапаты жана аны жакшыртуу үчүн көрүлө турган кадамдар тууралуу маалымат берүү максатында да колдонулушу мүмкүн.

Биздин жөнөкөйлүк жана колдонуунун оңойлугу боюнча максаттарыбыз Grove системасын биздин дизайндын негизи катары колдонуу чечимине шыктандырды. Шайкеш модулдардын кеңири диапазону системанын колдонуучуларына негизги жабдыкты кайра иштеп чыгууга мажбур болбостон, PyonAir түзмөгүн керектөөлөрүнө ылайыкташтырууга мүмкүндүк берет. Ошол эле учурда, Pycomдун LoPy4 бир, тыкан пакетте зымсыз байланыштын бир нече варианттарын сунуштайт.

Бул нускамада мен ПКБны өндүрүү үчүн дизайн жолун жана кадамдарын сүрөттөп берем, андан кийин толук PyonAir агрегатын кантип чогултуу боюнча көрсөтмөлөрдү берем.

Жабдуулар

Компоненттер:

• LoPy4: Башкы такта (https://pycom.io/product/lopy4/)
• PyonAirPCB: Grove сенсорлоруна оңой туташуу
• Plantower PMS5003: Абанын булганышы сенсору (https://shop.pimoroni.com/products/pms5003-particu…
• Sensirion SPS30: Абанын булганышы сенсору (https://www.mouser.co.uk/ProductDetail/Sensirion/SPS30?qs=lc2O%252bfHJPVbEPY0RBeZmPA==)
• SHT35 сенсор: Температура жана нымдуулук сенсору (https://www.seeedstudio.com/Grove-I2C-High-Accurac…
• Реалдуу убакыт сааты: Камдык саат бирдиги (https://s-u-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/hardware/…
• GPS модулу: GPS кабыл алгыч жана убакыт (https://www.seeedstudio.com/Grove-GPS-Module.html)
• Grove кабелдери:
• Pycom антеннасы: LoRa мүмкүнчүлүгү (https://pycom.io/product/lora-868mhz-915mhz-sigfox…
• MicroSD карта
• Электр энергиясы менен камсыздоо: Негизги электр менен камсыздоо (Сунушталат:
• Кап: IP66 115x90x65 мм аба ырайына каршы ABS кутусу (https://www.ebay.co.uk/itm/173630987055?ul_noapp=t…

Куралдар:

• Кандооч
• Мультиметр
• Чакан отвертка
• FTDI кабели (милдеттүү эмес):

1 -кадам: PCB жөнүндө

Grove коннекторлору хоббистик электроника экосистемасында барган сайын популярдуу стандарт болуп саналат. Плагин жана ойноткуч туташтыргычтары модулдардын кеңири спектрин туташтырууну жана алмаштырууну жеңилдетет жана муундарды кайра сатуунун кажети жок.

Ошол эле учурда, Pycomнун LoPy4 тактасы PyonAir үчүн негизги микроконтроллер катары тандалып алынган, анткени ал 4 зымсыз байланыш режимин сунуш кылат: LoRa, Sigfox, WiFi & Bluetooth жана MicroPython аркылуу программаланган.

Arduino жана Raspberry Pi буга чейин Grove туташтыргыч калкандарын колдошот, бирок Pycom системасы үчүн эч ким чыга элек. Ошондуктан, биз LoPy4 тактасына туура келген өзүбүздүн кеңейтүү тактабыз ПХБны иштеп чыктык. PCB камтыйт:

• 2 I2C розеткасы (Температура сенсору жана RTC)
• 3 UART розеткасы (2x PM сенсор жана GPS)
• USB маалыматы үчүн казыктар
• PM сенсорлорунун кубатын көзөмөлдөө үчүн транзистордук схемалар
• GPS кабыл алгычтын кубатын көзөмөлдөө үчүн транзистордук схема
• Micro SD уячасы
• Колдонуучу баскычы
• Power киргизүү бириктиргичтери (Barrel, JST же сай терминал)
• Чыңалуу жөндөгүчү

2-кадам: PCB V1-V3

PCB V1

Менин ПХБдагы биринчи аракетим "шим" концепциясына негизделген, мында ичке ПХБ LoPy тактасы менен Pycom кеңейтүү тактасынын ортосуна туура келет, мисалы Pytrack (CAD сүрөтүн караңыз). Ошентип, эч кандай монтаж тешиктери болгон эмес жана такта өтө жөнөкөй болгон, анда жалаң коннекторлор жана PM сенсорлорун күйгүзүү же өчүрүү үчүн бир жуп транзистор бар болчу.

Чынын айтсам, бул тактада көп каталар бар болчу:

• Тректер өтө ичке болчу
• Жер учагы жок
• Кызык транзистордук багыттар
• Колдонулбаган боштук
• Версия энбелгиси жибек экранда эмес, трек катмарында жазылган

PCB V2

V2ге караганда, PyonAir кеңейтүү тактасы жок иштеши керек экени көрүнүп калды, ошондуктан дизайнга кубатуу, UART терминалы жана SD уячасы кошулду.

Маселелер:

• Тректер тешик зоналарын кесип өттү
• LoPy багыттамасы жок
• DC баррелинин джек багыты туура эмес

PCB V3

Салыштырмалуу анча чоң эмес өзгөртүүлөр V2 & V3 ортосунда жасалды - негизинен жогорудагы маселелерди оңдоо.

3 -кадам: PCB V4

V4 төмөнкүдөй өзгөртүүлөр киргизилген бүт ПХБнын толук дизайнын камтыйт:

• Дээрлик ар бир компонент кол менен ширетилиши же PCBA аркылуу алдын ала чогултулушу мүмкүн
• Бурчтарга тешиктерди орнотуу
• Компоненттер "Туруктуу", "Күч" жана "Колдонуучу" зоналарына топтолгон

• Этикеткалар:

  • Киргизүү чыңалуу диапазону
  • Документтерге шилтеме
  • LoPy LED жайгашкан жери
• 2 SD кармагычтын параметрлери
• Сыноо аянтчалары
• DC баррель уячасы тактанын үстүнө же астына орнотулушу мүмкүн
• Жакшыраак багыттоо
• Эффективдүү пакеттелген компоненттер
• Узунураак ургаачы саптар кошулду, андыктан колдонуучу 2 жуп 8-жана 6-шиштүү баштардын ордуна 4x 8-pin headers колдоно алмак, бул бир аз арзаныраак болот.

4 -кадам: PCB V5

Акыркы версия

Бул акыркы бир нече түзөтүүлөр Seeed Studio тарабынан PCBA өндүрүшүнө тапшырылганга чейин V5ке киргизилген:

• Андан да тыкан маршрут
• Жакшыртылган энбелгинин жайгашуусу
• Вебсайттын шилтемеси жаңыртылды
• Сыноо учурунда ПКБларды маркалоо үчүн Silkscreen төшөмөлөрү
• Дагы тегеректелген бурчтар (тандалган корпуска жакшыраак батуу үчүн)
• Корпустун рельстерине туура келүү үчүн ПХБнын туураланган узундугу

5 -кадам: Өзүңүздү кантип жасоо керек: PCBA

Эгерде сиз 5 ПКБдан азыраак өндүрүүнү пландап жатсаңыз, анын ордуна "Кантип өз алдынча жасоо керек: Кол менен ширетүү" (кийинки кадам) бөлүмүн караңыз.

Seeed Studioдон PCBA буйрутмасы

1. Https://www.seeedstudio.com/fusion.html дарегине кириңиз же каттоо эсебин түзүңүз
2. "Азыр заказ кылуу" дегенди басыңыз.
3. Gerber файлдарын жүктөө.
4. Орнотууларды тууралаңыз (ПХБ саны жана үстүнкү катмары: HASL Коргошунсуз).
5. Чогултуу чиймесин кошуп, файлды тандап, жайгаштырыңыз.
6. PCBA санын тандоо.
7. BOM кошуу. (Н. Б.: Эгерде сиз аны өзүңүздүн ширетүүдөн качкыңыз келсе жана көпкө күтүүгө каршы болбосоңуз, анда TSRN 1-2450 чыңалуу жөндөгүчүн БОМго кошсоңуз болот.
8. Себетке кошуп, заказ кылыңыз!

Сураныч, барыңыз: https://s-u-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/extra-inf… керектүү файлдар үчүн.

Чыңалуу жөндөгүчүн ширетүү

Seeedдин PCBA кызматын колдонууда ширетүүнү талап кылган бир гана бөлүк-TSRN 1-2450 чыңалуу жөндөгүчү. Жогоруда айтылгандай, сиз муну БОМ жыйынына кошо аласыз, бирок ал буйрукка дагы бир топ убакытты кошушу мүмкүн.

Эгерде сиз аны кол менен ширетүүгө кубанычта болсоңуз, жөнгө салуучуну жибек экраны көрсөткөн жерге кошуп, ориентациянын туура экенине ишениңиз. Жибек экрандын ак чекити жөндөгүчтөгү ак чекит менен катарлаш болушу керек (сүрөттү караңыз).

6 -кадам: Өзүңүздү кантип жасоо керек: Кол менен ширетүү

Эгерде сиз көп ПХБ өндүрүүнү пландап жатсаңыз, анын ордуна "Кантип өз алдынча жасоо керек: PCBA" (мурунку кадам) дегенди караңыз.

ПКБ заказ кылуу

ПКБларды көптөгөн веб -сайттардан, анын ичинде Seeed Studioдон сатып алсаңыз болот, кээ бирлери бир жуманын ичинде жеткире алышат. Биз Seeed Fusion колдондук, бирок бул кадамдар башка сайттарга абдан окшош болушу керек.

1. Https://www.seeedstudio.com/fusion.html дарегине кириңиз же каттоо эсебин түзүңүз
2. "Азыр заказ кылуу" дегенди басыңыз.
3. Gerber файлдарын жүктөө.
4. Орнотууларды тууралаңыз (ПХБ саны жана беттик бүтүм: HASL Коргошунсуз)
5. Себетке кошуп, заказ кылыңыз!

Сураныч, барыңыз: https://s-u-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/extra-inf… керектүү файлдар үчүн.

Бөлүктөргө заказ

Тактада SMD/тешик аркылуу орнотуу үчүн кошумча аянтчалар болгондуктан, ар бир бөлүктү толтуруунун кажети жок. Эгерде сиз кол менен ширетип жатсаңыз, анда сүрөттөрдө көрсөтүлгөн таблицага ылайык тактаны толтуруу менен бардык SMDлерден качуу оңой.

Н. Б. Эгерде сиз ширетүүчү темирге ишенсеңиз, мейкиндикти үнөмдөөчү жана 8-пин баш + сынык тактасынын ордуна жер үстүндөгү Micro SD уячасын колдонуу арзаныраак.

7 -кадам: Өзүңүздү кантип жасоо керек: Ассамблея

Grove кабелдик өзгөртүүлөр

PM сенсорлоруңузду тоолордун туташтыргычтарына туташтыруу үчүн, жогорудагы сүрөттө көрсөтүлгөндөй, сенсор кабелдерин тоолордун кабелдерине бөлүшүңүз керек болот. Сиз муну бышыруу же ширетүү жана жылуулукту азайтуу аркылуу жасай аласыз. Сиз колдонгон сенсорго жараша, пинту ПКБга киргенине дал келиши керек.

Ассамблея кадамдары

1. Колдонууну каалаган кубаттуулуктун кайсынысын тандаңыз (баррель джек / JST / винт терминалы) жана тиешелүү жабдууну туташтырыңыз.
2. ПКБнын арт жагындагы V_IN жана 5V сыноо аянтчаларын текшерүү үчүн мультиметрди колдонуңуз.
3. Такта туура кубатталганына кубанганыңызда, электр энергиясын алып салыңыз. (Эгерде башка энергия менен камсыздоону колдонуп көрбөсөңүз)
4. LoPy4'ти 16-төөнөгүчтөрдүн башына сайып, LEDдин үстү жагында болушун камсыздаңыз (жибектей экранда көрсөтүлгөндөй). Аталыштардагы астыңкы 4 тешик колдонулбайт.
5. PCBдеги дал келген розеткаларга Grove түзмөктөрүнүн ар бирин туташтырыңыз.
6. Micro SD картаны сайыңыз.
7. Электр энергиясын кайра туташтырыңыз. LoPy4 жана GPSтин диоддору күйгүзүлүшү керек.
8. ПХБнын артындагы калган сыноо аянтчаларын текшерүү үчүн мультиметрди колдонуңуз.
9. Сиздин PyonAir азыр программага даяр болушу керек!

Н. Б. Тактага туташтыруудан мурун SD картаны бошотуп, аны FAT32 катары форматтаңыз.

ЭСКЕРТҮҮ: Бир убакта бир гана энергия булагын туташтырыңыз. Бир эле учурда бир нече жабдыкты туташтыруу батареяны же электр энергиясын өчүрүп коюшу мүмкүн!

8 -кадам: Кантип менчиктеш керек: Программалык камсыздоо

Программалык камсыздоону иштеп чыгуу үчүн биз Atom жана pymakr колдондук. Бул экөө тең ачык булак жана көпчүлүк компьютерлерде иштеши керек. Биз LoPy4 тактасынын кодун жүктөөдөн мурун муну орнотууну сунуштайбыз.

Pycom аларды колдонууга аракет кылардан мурун, алардын түзмөктөрүнүн камтылган программасын жаңыртууну сунуштайт. Муну кантип кылуу боюнча толук көрсөтмөлөрдү бул жерден тапса болот:

Орнотуу

1. PM сенсордук түзмөгүңүздү иштетүү үчүн GitHubдан биздин коддун акыркы версиясын жүктөп алыңыз: https://github.com/pyonair/PyonAir-pycom Бардык файлдарды PC же ноутбуктан ыңгайлуу жерге чыгарганыңызды текшериңиз. жана файлдардын атын өзгөртүүдөн качыңыз.
2. Atomду ачыңыз жана учурдагы файлдарды жабыңыз, жогорку деңгээлдеги папканы оң баскыч менен чыкылдатыңыз жана пайда болгон менюдан "Проект папкасын алып салуу" баскычын басыңыз.
3. Файл> Ачык Папканы басып, "lopy" папкасын тандаңыз. Бардык камтылган файлдар жана папкалар Атомдун сол жагындагы "Проект" панелинде көрүнүшү керек.
4. PyonAir ПКБны FTDI-USB кабелин жана тактанын оң жагында жайгашкан RX, TX жана GND казыктарын колдонуп, PC же ноутбукка сайыңыз.
5. Такта Atomдо көрүнүп, автоматтык түрдө туташуусу керек.
6. Кодду жүктөө үчүн, төмөнкү панелдеги "Жүктөө" баскычын чыкылдатыңыз. Процесс канча файлды алып салуу жана орнотуу керек экендигине жараша бир нече мүнөткө созулушу мүмкүн. Жүктөө ийгиликтүү болгондон кийин, кодду токтотуу үчүн клавиатураңыздагы Ctrl + c басыңыз, андан кийин FTDI-USB кабелин ажыратыңыз.

Конфигурация

Жаңы түзмөктү биринчи жолу орноткондо же кандайдыр бир жөндөөлөрдү өзгөрткүңүз келсе, аны WiFi аркылуу конфигурациялашыңыз керек болот.

1. Колдонуучу баскычына кире турган абанын булганышын көзөмөлдөгөн бардык учурлардан алып салыңыз.
2. Жергиликтүү WiFi тармактарына туташа турган телефонду же компьютерди даярдаңыз.
3. PyonAir түзмөгүн кубаттаңыз.
4. Түзмөктү биринчи жолу орнотууда, ал автоматтык түрдө конфигурация режимине өтүшү керек. Болбосо, Grove розеткасындагы колдонуучу баскычын басып туруңуз (CONFIG деп белгиленген) 3 секунд. RGB LED катуу көккө айланышы керек.
5. PyonAir түзмөгүнүн WiFi тармагына туташыңыз. (Бул "NewPyonAir" деп аталат же буга чейин сиз түзмөктү кандай деп атасаңыз.) Сырсөз "newpyonair".
6. Веб -браузериңизге https://192.168.4.10/ киргизиңиз. Конфигурация баракчасы пайда болушу керек.
7. Барактагы бардык керектүү талааларды толтуруңуз жана аяктагандан кийин "Сактоо" баскычын чыкылдатыңыз. (Сиз LoRa менен WiFiга туташуу маалыматын берип, ар бир сенсорго уникалдуу идентификаторду дайындооңуз жана маалымат алуу боюнча каалооңузду көрсөтүшүңүз керек болот.)
8. PyonAir түзмөгү азыр кайра жүктөлүшү керек жана сиз берген орнотууларды колдонот.

Түзмөгүңүздү LoRa менен туташтыруу үчүн Things Network аркылуу каттоодон өтүңүз. Конфигурация баракчасында көрсөтүлгөн Түзмөк EUI менен жаңы түзмөк түзүңүз жана TTNден Application EUI жана App Keyти конфигурацияларга көчүрүңүз.

Pybytes - бул Pycomдун IoT онлайн түйүнү, анын жардамы менен сиз программалык камсыздоону жаңырта аласыз, OTA жаңыртууларын аткара аласыз жана туташкан түзмөктөрдөн маалыматтарды элестете аласыз. Биринчиден, сиз бул жерге киришиңиз же каттоо эсебин түзүшүңүз керек: https://pyauth.pybytes.pycom.io/login, андан кийин жаңы түзмөктү каттоо үчүн кадамдарды аткарыңыз.

Тестирлөө

Абанын булганышы мониторуңуздун туура иштеп жатканын текшерүүнүн эң оңой жолу-бул FTDI-USB кабелин жана Grove Socket PCBдеги RX, TX & GND пин баштарын колдонуу. Түзмөктү ушинтип туташтыруу Атомдогу бардык билдирүүлөрдү жана окууларды көрүүгө мүмкүнчүлүк берет.

LoPy тактасындагы RGB LEDи тактанын абалын көрсөтөт:

• Баштоо = Эмбер
• Баштоо ийгиликтүү болду = Жашыл жарык эки ирет жанат
• SD картага кирүү мүмкүн эмес = Жүктөлгөндөн кийин дароо кызыл жарык күйөт
• Башка маселе = Баштоо учурунда кызыл жарык күйүп турат
• Иштөө убактысынын каталары = Кызыл жанып турат

Демейки боюнча, PyonAirден алынган маалыматтар Саутгемптон университетинин серверине жөнөтүлөт. Сиз тандаган жерге багыттоо үчүн аппаратты жайылтуудан мурун кодду түзөтө аласыз.

9 -кадам: Кантип жеке менчикке ээ болуу керек: жайгаштыруу

Эми абанын булганышы боюнча монитор толугу менен конфигурациялангандыктан, сиз аппаратты жайылтууга даяр болушуңуз керек!

Маселе боюнча кеңеш

Биздин түзмөктөр үчүн биз тандаган корпус: https://www.ebay.co.uk/itm/173630987055?ul_noapp=t… Бирок, башка корпус сатып алуудан же өзүңүздүн дизайныңыздан тартынбаңыз. Биз колдонгон көптөгөн жабдыктар үчүн SolidWorks файлдары кошумча иштер бөлүмүндө берилген, бул жеке колдонмолорду иштеп чыгууга жардам берет. Сенсорлорду уюштуруунун жана корпустагы тешиктерди кесүүнүн бир сунушталган ыкмасы дагы жогорудагы сүрөттө көрсөтүлгөн.

Эсиңизде болсун, сиздин ишиңиз:

• Электрониканы суудан жана чаңдан коргоңуз
• Түзмөктү жеринде орнотууга уруксат берүү
• PM сенсоруна аба жетүүсүнө уруксат бериңиз
• Электрониканын ысып кетишине жол бербеңиз
• Корпустун ичинде электрониканы бекем кармаңыз

Locationadvice

Идеалдуу жайгаштыруу жери төмөнкү критерийлерге жооп берет:

• Абанын булганышына кызыккан аймакта
• Күндүн түз нурунан алыс
• LoRa шлюзунун чегинде
• WiFi чегинде
• Күч булагына жакын
• Коопсуз орнотуу чекиттери
• GPS сигналдарын кабыл алууга жөндөмдүү

10 -кадам: Файлдар жана Кредиттер

Өзүңүздүн толук PyonAir түзүшүңүз керек болгон бардык файлдарды бул жерден тапса болот: https://su-pm-sensor.gitbook.io/pyonair/extra-inf… (Zip файлдары Instructablesке жүктөлбөйт, кечиресиз!) Gitbook ошондой эле аппараттык жана программалык камсыздоо жөнүндө кошумча маалыматты камтыйт.

Кредиттер

Долбоор Стивен Дж Оссонт, Фил Басфорд жана Флорентин Булот тарабынан көзөмөлдөнөт

Код Данил Хауснер жана Питер Варга

Райондук дизайн жана көрсөтмөлөр Хазел Митчелл тарабынан