Air Pollution Detector

11 Schritt:Schritt 1: Materialien Schritt 2: Gesamtschaltplan Schritt 3: Particulate Matter Sensor Schritt 4: Gas Sensor Circuit Board Schritt 5: Ozon und NO2-Sensoren Schritt 6: MQ Giftgassensoren Schritt 7: Temperatur- und Feuchtefühler Schritt 8: Stromversorgung und Lüfter Schritt 9: Container Schritt 10: Codierung Schritt 11: Interpretation der Daten

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Dieses Gerät ist für den Benutzer mit einer kostengünstigen Einrichtung zur Bestimmung der Luftqualität liefern. Unsere Sensor konzentriert sich auf die fünf Komponenten des Luftqualitätsindex der Environmental Protection Agency: Ozon, Feinstaub, Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid und Stickoxid. Diese Vorrichtung detektiert alle dieser Schadstoffe außer Schwefeldioxid. Das Gerät enthält auch einen Stadtgas-Sensor, um den Benutzer zu Gaslecks oder das Vorhandensein von entflammbaren Gasen warnen. Ferner ist ein Temperatur- und Feuchtigkeitssensor enthalten, da diese Bedingungen kann die Leistung der Gassensoren auswirken.
Wir haben noch unser Gerät vollständig zu kalibrieren, aber wir haben Daten aus Sensordatenblättern extrahiert, um einige vorläufige Schätzungen zu machen. Die verwendeten Sensoren sind relativ preiswert und sehr unterschiedlich von einer Komponente auf, so müssen sie mit bekannten Konzentrationen der Zielgase kalibriert werden. Wir haben noch nicht die Gelegenheit hatte, so zu tun.

Schritt 1: Materialien

  1. Air Pollution Detector

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    Control und Power
    Arduino Uno 5V Netzteil RGB 16x2 LCD Schirm
    Sensoren
    Shinyei PPD42 Particulate Matter Detector MQ-2-Gas-Sensor MQ-9 Gas Sensor MiCS-2714 Gas Sensor (NO2) Misc-2614 Gas Sensor (Ozon) Keyes DHT11 Temperatur und Feuchtigkeitssensor
    Box und Montage
    Zugang zum 3D-Drucker Solder Karten 5V Lüfter 10 bis 15 Leitungen der Mess 24

Schritt 2: Gesamtschaltplan

  1. Air Pollution Detector

    Das Schaltbild oben ist die Gesamtheit der Verschmutzung Detektor funktioniert. Ein detailliertes Schaltbild für das Lot Bord folgt später. Beachten Sie, dass die meisten der Digital-Ports und analoge Ports, die Sensoren geben sollte, dies zu tun (aus irgendeinem Grund) müssen geändert werden; dies wird nur erforderlich, dass Sie den Code, den wir zur Berücksichtigung dieser Änderungen vorgesehenen bearbeiten.

Schritt 3: Particulate Matter Sensor

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    Wir verwenden zwei Shinyei PPD42 Staubsensoren, um Daten über Feinstaub sammeln.
    Jedes Shinyei Detektor verfügt über zwei Signalausgänge: einen für kleine Partikel (links gelbe Kabel in das Bild oben) und eine für größere Partikel. Diese Ausgangssignale werden die digitalen Eingänge des Ardiuno verbunden. Der Detektor muss durch Zufuhr von +5 V und Masse mit den Anschlüssen am Detektor geregelt werden. Siehe den Gesamtschaltplan für Details.
    Jeder Detektor verwendet eine Infrarot-LED und einen Fotodetektor, um Streuung an der kleinen Schwebeteilchen messen. Interne Schaltung schaltet den Photodetektorausgangs in digitale Ausgangssignale. Allgemein der Sensor ein + 5V-Signal, wenn es erkennt, Teilchen sendet ein Niedrigspannungsimpuls. Der Bruchteil der Zeit, die das Ausgangssignal niedrig ist oder der "low-Impuls Belegung Prozentsatz" ist proportional zu der Konzentration von Partikeln in der Luft.
    Eine detaillierte Reverse Engineering Analyse der Shinyei PPD42 von Tracy Allen finden Sie unter http: //takingspace.org/wp-content/uploads/ShinyeiP ...

Schritt 4: Gas Sensor Circuit Board

  1. Air Pollution Detector

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    Oben ist der Schaltplan für die Leiterplatte die Ausrichtung der Gas-Sensoren und Temperatur- / Feuchtigkeitssensor. Einzelheiten über die Montage jeder der getrennten Geräte sind in den folgenden Schritten. Beachten Sie, dass Ihre Leiterplatte verschieden von der unsrigen körperlich aussehen. In der Tat, empfehlen wir Ihnen, eine Leiterplatte für die Oberflächenmontage-Geräte anstelle der Verwendung eines Lots Platte drucken. Es sollte genau so gut, solange Sie den Schaltplan folgen zu arbeiten.

Schritt 5: Ozon und NO2-Sensoren

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    Wir verwenden Surface-Mount-Sensoren MiCS-2614 und MiCS-2714, um Ozon und Stickstoffdioxid bzw. zu erkennen.
    Beide entwirft einen internen Widerstand als Sensorelement. Der Sensorwiderstand ist zwischen den Stiften (G) und (K) in dem obigen Diagramm verbunden sind. Mit einem Ohmmeter prüfen, ob Sie die richtigen Stifte gefunden zu haben. Der Widerstand sollte in der Größenordnung von 10-20 kOhm sein.
    Beide Vorrichtungen ein Heizelement zwischen den Stiften (A) und (H) ebenfalls. Dieses Heizelement hält das Sensorelement bei der entsprechenden Temperatur. Der Widerstand des Heizelements 50-60Ω.
    Im Idealfall sollten diese Geräte Fläche auf einer Leiterplatte montiert werden. In Abwesenheit einer Platine Drucker ist es jedoch immer noch möglich, sorgfältig löten zur Rückseite dieser Vorrichtungen mit sehr niedriger Temperatur Lot und viel Sorgfalt.
    Wie in dem Lot Board Schaltplan legen wir 82Ω Widerstand und den 131Ω Widerstand in Serie mit den Heizelementen des MICS-2614 und MiCS-2714 Einheiten. Diese sorgen dafür, dass die Heizelemente erhalten die richtige Ebene der Macht. Wenn Sie keinen Zugang zu einem 131Ω Widerstand (es ist nicht ein Standard-Wert) mit einem 120Ω Widerstand und einen 12Ω Widerstand in Serie.
    Wir legen die Erfassungswiderstände in beiden -geräte in Reihe mit 22kΩ Widerstände einen Spannungsteiler zu schaffen. Von der Spannung am Ausgang des Spannungsteilers können wir den Sensorwiderstand zu berechnen.
    Rsenor = 22kΩ * (5V / Vout - 1)

Schritt 6: MQ Giftgassensoren

  1. Air Pollution Detector

    Wir verwendeten MQ-2 und MQ-9 Gassensoren, um giftige Gase wie Propan, Butan, LPG und Kohlenmonoxid zu messen.
    Die MQ-2 und MQ-9 sind sehr ähnlich zu den MiCS Detektoren. Sie verwenden eine gasempfindlichen Widerstand (SnO2), um Konzentrationen von toxischen Gasen zu erfassen und einen Innen Heizelement, um den Sensor mit der richtigen Temperatur zu halten. Die Schaltungen, die wir für diese -geräte sind praktisch die gleichen wie die Schaltungen für die MiCS Sensoren, ausgenommen, dass wir einen Transistor anstatt einen Widerstand an Heizleistung im MQ-9 regulieren.
    Finden Sie auf der Platine löten Schaltbild für die Montage Details. Für die MQ-2-Sensor, verbinden die Stifte mit A an den 5V-Strom, schließen Sie den Stift markiert G auf Masse, und verbinden Sie den Stift markiert S ist mit der in Serie mit einem 47 kOhm Widerstand an Masse. Für die MQ-9-Gassensor, verbinden Sie den Stift mit A an den Transistor, markiert der Stift B auf die 5-V-Strom, markiert der Stift G auf Masse, und der Stift markiert S in Serie mit einem 10 k Widerstand auf Masse.

Schritt 7: Temperatur- und Feuchtefühler

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    Dieser Sensor ist vorgesehen, da Temperatur und Feuchtigkeit eine Rolle spielen bei der Gaskonzentrationen, die unsere Sensoren. Hoher Luftfeuchtigkeit und Temperatur sowie dramatische Änderungen in entweder würden nachteilige Auswirkungen auf die Genauigkeit der Messwerte ist es daher hilfreich, wenn diese Variablen verfolgen zu können. Sowohl Temperatur und Luftfeuchtigkeit können von diesem einzigen Sensor ausgelesen werden. Ausgerichtet, wie es auf dem Foto oben ist, ist die linke Pin an die Macht zu befestigen, der mittlere Pin ist das Ausgangssignal, und das Recht der Stift an Masse. Das Ausgangssignal für diese Komponente geht zu einem Digital-Port auf der Arduino. Unser Code wird so eingestellt, erwartet das Temperatursignal in digitaler Port 2. Dieser kann auf einen anderen Digital-Port geändert werden soll, muss das; einfach ändern Sie den Code in Übereinstimmung zu dem, was Port, den Sie gewählt haben. Finden Sie auf der Platine löten Diagramm, um diese Komponente zu verwenden.

Schritt 8: Stromversorgung und Lüfter

  1. Air Pollution Detector

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    Wenn Sie an der Schaltplan für das gesamte Projekt zu suchen, werden Sie sehen, dass wir nur eine Eingangsspannung von 5 V. Eine gemeinsame Adapter wie der oben gezeigte kann verwendet werden, um das Projekt anzutreiben. Darüber hinaus werden Sie ein Fan muss der Luftstrom durch den Strafraum zu gewährleisten und eine Überhitzung zu vermeiden. Wir nutzten die Lüfter oben, aber jeder Fan, dass 5 V verwendet und ist in der entsprechenden Größe verwendet werden.

Schritt 9: Container

  1. Air Pollution Detector

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    Zwar gibt es viele Möglichkeiten, um eine wirksame Feld zu machen, haben wir uns für eine UP 3D-Drucker für unsere Box. Wir haben die STL, die wir für die endgültige Druck verwendet beigefügt.

Schritt 10: Codierung


  1. Der Code zum Extrahieren von Rohdaten von der Vorrichtung oberhalb angebracht ist. Dieser Code wird die Sensorwiderstandswerte, Shinyei PPD42 Niedrigimpulsbelegungsprozentsätze und Temperatur- und Feuchtigkeitsmessungen an den Computer über die serielle Monitor zu drucken. Es durchläuft den Rohdaten auf LCD-Bildschirm auch.
    Um den Code funktioniert müssen Sie zunächst die Bibliotheken für die LCD-Schirm und Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren herunterladen. Sie finden die Bibliotheken auf folgenden Websites zu finden
    LCD-Schirm-Code: https: //learn.adafruit.com/rgb-lcd-shield/using-th ...
    Temperatur- und Feuchtigkeitssensor-Code: https://github.com/adafruit/DHT-sensor-library

Schritt 11: Interpretation der Daten


  1. Wir sind in den Prozess der Festlegung, wie rohen Sensorwerte in sinnvolle Ausgaben zu verwandeln. Kalibrierung gegen bekannte Schadstoffquellen schließlich notwendig sein, um die Genauigkeit zu gewährleisten. In Inzwischen haben wir Sensor Datenblätter und vor Forschung verwendet, um Näherungen zu machen.
    Zur Abschätzung Feinstaubkonzentration verwenden wir Informationen aus einer Forschungsarbeit von David Holstius. Das Papier korreliert die Shinyei PPD42 Staubsensor-Ausgänge mit EPA-Messungen. Die Diagramme im Anhang zeigen geeignetsten Geraden für die Daten. Wir haben die Graphen zu PM2,5-Konzentration in Mikrogramm pro Kubikmeter als annähernd:
    PM2.5 = 5 + 5 * (kleine PM Low-Impuls Belegung in Prozent)
    Um Gaskonzentrationen von MiCS Gassensoren abzuschätzen, nutzen wir die Graphen in den Datenblättern ( NO2 und O3 ), um Aufgaben im Zusammenhang Sensorwiderstand, um die Gaskonzentration zu extrahieren.
    Für MQ-Sensoren verwenden wir die Diagramme auf der Gerätedatenblätter, um die Daten qualitativ zu bewerten. Wenn der Widerstandswert auf weniger als die Hälfte des Widerstandes der Luft, ist es wahrscheinlich, dass Gerätes ist Detektieren der Zielgase. Wenn der Widerstand sinkt um den Faktor 10, sind die Ebenen der Zielgas wahrscheinlich um 1000 ppm, in der Nähe des Rechtssicherheitsgrenze.
    Sobald wir erhalten ungefähren Konzentrationen der Zielgase, verschieben wir die US-Regierung Standards, um die Daten zu interpretieren. Wir verwenden in erster Linie die EPA Technical Assistance Document für die Berichterstattung über Tagesluftqualität und einer CDC Informationsblatt über die Gefahren von Propan.
    Leider ist unser Code, der die Rohdaten interpretiert noch nicht voll funktionsfähig. Wir hoffen, laden Sie sie zu einem späteren Zeitpunkt sein.