Nettigo Air Monitor – zbuduj własny czujnik smogowy! – wersja 0.2.1

Czym jest Nettigo Air Monitor?

To to system monitorowania czystości powietrza zbudowany w oparciu o dokładny czujnik NovaFitness SDS011. Cały projekt ma kompaktowe rozmiary, wychodzące niewiele ponad obrys samego czujnika.

NAM rozwija społecznościową koncepcję zapoczątkowaną przez projekt Luftdaten.info. Dlatego na wzór tego projektu, zmontowana płytka mieści się w dwóch kolankach hydraulicznych 75 mm (DN 75 87°). Sprawa czystości powietrza jest dla nas bardzo ważna i chcielibyśmy zachęcić/zainspirować innych do podjęcia walki o czystsze powietrze. Z tego powodu od samego początku stawiamy na otwartość – cały kod, jak i pliki źródłowe są wypuszczane na otwartych licencjach. Schematy i projekty kolejnych wersji płytek znajdziesz w serwisie easyeda.com/nettigo/Nettigo-Air-Monitor.

Nettigo Air Monitor to o wiele więcej niż tylko czujnik stężenie pyłu. W praktyce, możesz do niego podłączyć masę dodatkowych czujników. Oprócz standardowych złącz dla SDS011 oraz DHT22, płytka PCB ma wyprowadzone dodatkowe złącza I2C oraz złącze GPS. Umożliwia to podłączenie czujników Bosch BMP280BME280, BME680, wyświetlaczy I2C 2×16, 4×20,itp. Złącze GPS przygotowane zostało pod moduł GPS VK2828U7G5LF. Do złącza opisanego jako PTC podłączysz grzałkę poprawiającą wiarygodność odczytów PM10 i PM2.5. Musisz wiedzieć, że laserowe czujniki poziomu pyłu takie jak SDS011 czy PMS5003 przy wilgotności względnej powietrza powyżej 70% zawyżają pomiary. Dzieje się tak dlatego, że w powietrzu jest masa mikroskopijnych kropelek wody. Na tych kropelkach, podobnie jak na mgle światło lasera rozprasza się identycznie jak na pyle. Rozwiązaniem jest podgrzanie powietrza, które ma trafić do sensora. Ta prosta czynność znacząco zmniejsza wilgotność względną i poprawia wiarygodność odczytów.

Zestaw do samodzielnego montażu

Zestaw Nettigo Air Monitor w wersji 0.2.1 dostępny jest w naszym sklepie. Z przyczyn logistycznych nie są to wszystkie elementy, których będziesz potrzebować do budowy czujnika.

W zestawie znajdziesz:

Do ukończenia projektu będziesz potrzebować:

  • Części do kupienia w sklepie hydraulicznym – posłużą za obudowę:
    • 2 x Kolanko 90 stopni (87,5) o średnicy 75 mm
    • 1 x Korek do rur o średnicy 75 mm
    • 1 x Rurka kanalizacyjna o średnicy 32 mm z kołnierzem L250 mm (krótszych niestety nie robią)
    • 1 x Korek do rur o średnicy 32 mm
    • 1 x Izolacja termiczna – otulina na rurę 32 mm – dosłownie kilka centymetrów, można ją też pominąć.
  • Narzędzi:
    • Wiertła (można się bez nich obejść i użyć nożyka do tapet, pilników, itp):
      • Wiertło stopniowe lub otwornica, aby zrobić otwór 32 mm w korku 75 mm.
      • Wiertło 8-9 mm
      • Wiertło 5-6 mm
    • Piła do plastiku, brzeszczot, coś do ucięcia plastikowej rury 32 mm
    • Lutownica, cyna, kalafonia, itp – aby polutować elementy elektroniczne
    • Cążki – obcinaczki boczne – ułatwiają ucinanie opasek i przycinanie złącz
    • Śrubokręt “krzyżakowego” PH1 – aby skręcić dystanse
  • Opasek zaciskowych – małych do mocowania kabli i dużych do zamocowania czujnika np: za oknem czy na balustradzie
  • Źródła zasilania 5V. Może to być ładowarka USB. Przeszukaj szuflady, zapewne znajdzie się coś od starego telefonu. Im lepsza jakościowo, tym stabilniej będzie działać. Wydajność na poziomie 1A będzie w zupełności wystarczająca.

Instrukcja montażu czujnika

Programowanie płytki Wemos D1 mini

Podłącz płytkę Wemos D1 mini kablem micro USB do komputera. Ze strony https://dropbox.inf.re/luftdaten/ pobierz instalator i wgraj oprogramowanie. Wersja latest_pl.bin jest z reguły dobrym wyborem. Jest to najnowsza stabilna wersja w języku polskim. Jeżeli z jakiegoś powodu twój komputer nie widzi płytki, zainstaluj sterowniki do układu CH340.

Po wgraniu oprogramowania w stopce okna narzędzia do programowania powinno być “Zakończono w … sekundy. ID sensora: …”. Oznacza to, że wgrywanie oprogramowania przebiegło pomyślnie i można kontynuować pracę. Jeżeli wgrywanie się nie powiodło, spróbuj jeszcze raz. Zdarza się, że windows zaraz po instalacji sterowników restartuje jakąś usługę związaną z obsługą USB.

Montaż części elektronicznej

Do zielonej płytki PCB wlutuj następujące złącza:

  • Dwa złącza kołkowe 1×8-pin pod płytkę Wemos D1 mini (są w zestawie z Wemosem D1 mini)
  • Złącze kołkowe do DHT22 1×3-pin (utnij lub delikatnie odłam 3-piny z listwy 1×40)
  • [Opcjonalnie] Złącza kołkowe I2C 5V, I2C 3V3 1×4-pin (polecamy, bo się przydają)
  • Gniazdo śrubowe pod grzałkę PTC
  • [Opcjonalnie] Gniazdo śrubowe dodatkowego zasilania 5V (przydatne jeżeli zamierzasz zasilać czujnik długim kablem 2-żyłowym zamiast kabla micro USB)

Na zdjęciu brakuje niebieskich złącz śrubowych. Zapomniałem ich zamówić – na szczęście są w zestawie. Nie zapomnij ich przylutować – są super pomocne :)

Zlutowana płytka powinna wyglądać mniej więcej tak. Plus oczywiście dwa niebieskie złącza, których w czasie sporządzania instrukcji nie miałem. Z praktycznych uwag dotyczących lutowania – pola lutownicze oznaczone jako GND wymagają dużo dłuższego podgrzewania. Są połączone z dużymi powierzchniami miedzi, przez co ciepło jest odprowadzane z nich błyskawicznie. Jak pewnie się domyślasz nie sprzyja to lutowaniu.

Czas wziąć śrubokręt w dłoń. Z pomocą 3 śrub M3 8mm przykręć 3 dystanse o długości 18 mm do sensora SDS011. Całość ma wyglądać jak na zdjęciu powyżej.

Włóż złącze 6-pin z przelotką do drugiego identycznego złącza. Następnie wygnij o 90, tak aby stworzyć złączkę kątową.

Wepnij tak wygiętą przelotkę w gniazdo czujnika SDS011. Pamiętaj, że pin NC ma pozostać pusty. Stosujemy złączkę 6-pin z prozaicznego powodu – złączki 7-pin i 5-pin są mniej popularne.

Następnie załóż płytkę PCB tak aby przelotki przeszły przez odpowiednie otwory. Otwór NC ma pozostać pusty. Z pomocą 3 kolejnych śrub M3 8mm przykręć zieloną płytkę PCB do dystansów wystających z SDS011. Całość zaczyna już jakoś wyglądać :)

Teraz wystarczy przylutować złącze do płytki, a wystające kilka mm ponad powierzchnię piny uciąć cążkami bocznymi.

Wepnij kabel USB do płytki Wemos D1 mini, po czym ułóż płytkę na wlutowanych uprzednio wystających złączach kołkowych. Wemos nie oprze się na plastikowych dystansach, będzie nieco wyżej, z uwagi na grubość wtyczki kabla micro USB. Tak ma być. Wyrównaj płytkę, żeby była równolegle do powierzchni zielonej płytki PCB, następnie przylutuj.

Zepnij kabel USB małą trytką korzystając z otworów podpisanych jako “CABLE TIE”.

Montaż części mechanicznej

Rurkę o średnicy 32 mm, skróć do długości około 10 -11 cm. To będzie nasza komora grzewcza, w której umieścimy grzałkę.

W korku o średnicy 32 mm zrób trzy otwory:

  • o średnicy 9-10 mm na rurkę, którym powietrze będzie transportowane do czujnika SDS011
  • o średnicy 5-6 mm na przewody grzałki
  • o średnicy 5-6 mm na przewody podłączeniowe czujnika DHT22

Ja do ich wykonania użyłem wiertła stopniowego. Zrobiłem je bez użycia wiertarki, trzymając wiertło w dłoni. Uwielbiam łatwość z jaką można robić otwory o dużych średnicach w cienkich materiałach z pomocą tych wierteł. Jeżeli jeszcze ich nie masz – polecam!

Do grzałki małą opaską zaciskową przymocuj czujnik DHT22. Takie umiejscowienie czujnika zamiast temperatury otoczenia będzie nami mierzyć temperaturę i wilgotność panującą w komorze grzewczej. W ten sposób przekonamy się że wilgotność względna jest poniżej 70%. W przyszłości czujnik DHT22 będziemy umieszczać na zewnątrz, a w komorze znajdzie się specjalny moduł mierzący parametry powietrza i sterujący grzałką. Póki co – pozostaje nam taka prowizorka. Co ważne, można to łatwo poprawić w przyszłości.

Teraz do całości dokładamy rurkę i spinamy kolejną opaską. Chwytamy czujnik, rurkę i przewody naraz.

Przeciągnij przewody i rurkę przez otwory zrobione w korku. Następnie przewody zabezpiecz kolejną opaską zaciskową.

Włóż korek do uciętej rurki o średnicy 32 mm. Zespół grzałki jest gotowy. Jest tak zrobiony, że można go zamontować również do klasycznego sensora Luftdaten.

Podłącz zespół grzałki do płyty czujnika. Czarne kable grzałki do niebieskiego złącza śrubowego. Kolejność kabli grzałki nie ma znaczenia. Ja musiałem je przylutować – bo zapomniałem złącz. Ale złącza są tutaj lepsze niż lutowanie, bo pozwalają rozebrać całość bez konieczności sięgania po lutownicę.

Grzałkę podłączamy pod złącze PTC, czujnik DHT22 pod tak samo opisane złącze. Tutaj kolejność ma znaczenie. “+” z czujnika pod 3V3, “out” pod DAT, “-” pod GND. Rurkę podłączamy do czujnika. Należy ją skrócić kilka centymetrów aby wszystko się ładnie układało. Kable grzałki są dobrym wyznacznikiem odległości.

To jest doskonały moment aby sprawdzić czy wszystko działa jak należy. Podłącz czujnik do ładowarki USB. Nie podłączaj czujnika z zimną grzałką do komputera! Zimna grzałka na starcie pobiera więcej niż 0.5A, więc jest ryzyko że uszkodzisz port USB lub zrestartujesz komputer. Jeżeli musisz coś sprawdzić w logach za pośrednictwem połączenia USB to odepnij grzałkę lub wstępnie ją nagrzej z użyciem ładowarki.

Jeżeli wszystko działa tak jak powinno – przystępujemy do montażu obudowy. Jeżeli coś nie działa, należy w pierwszej kolejności sprawdzić kable i połączenia lutowane.

Umieść wszystko w kolanku, najpierw przełóż zespół grzałki, następnie czujnik. Pamiętaj aby płyta znajdowała się w pionie. Taka pozycja jest zalecana w specyfikacji czujnika SDS011.

W korku o średnicy 75 mm wykonaj otwór o średnicy 32 mm. Technika dowolna. Ja użyłem otwornicy, bo akurat 32 mm było w zestawie. Możesz użyć wiertła Forstnera, wiertła nastawnego lub wiertła stopniowego. Otwór można wykonać także nożykiem do tapet i pilnikiem. Ale to już grubsza rzeźba.

Zamknij korek, tak aby zespół grzałki oparł się na kołnierzu. Dzięki temu nie wypadnie, a wszystko będzie wyglądać estetycznie.

Jeżeli masz trochę izolacji do rur, to możesz ją wykorzystać ocieplając komorę grzewczą. Nie jest to wymagane, ale na pewno nie zaszkodzi.

Przesadź kabel micro USB przez drugie kolanko i zamknij całość. Czujnik lekko deformuje kolanko, więc założenie długiego kolanka wymaga odrobinę wprawy. Pomaga ściśnięcie kołnierza tak aby również się lekko zdeformował.

Drugi wylot czujnika możesz zabezpieczyć siatką przeciw owadom, którą zabezpieczysz gumką, trytką, taśmą czy silikonową opaską na rękę. Wszelkie techniki dozwolone.

Gratulacje! Oto gotowy czujnik!

12 thoughts on “Nettigo Air Monitor – zbuduj własny czujnik smogowy! – wersja 0.2.1

  1. Lukasz

    Witam,

    Czy można prosić o informacje – dlaczego kolanko, a nie np prosty odcinek, albo jakaś bardziej standardowa obudowa? Czy czujnik musi być umieszczony w ‘przewiewnym’ miejscu?
    Jak wygląda monitorowanie danych z czujnika? Czy idzie to do jakiejś usługi zewnętrznej? Lokalnie?
    Pomysłem na inny sposób wykorzystania czujnika jest monitorowanie jakości powietrza w pomieszczeniu – coś jak rozwiązania Netatmo. Czy taki czujnik nadaje się do monitorowania miejsc z mniejszym ruchem powietrza?

    Pozdrawiam

    Odpowiedz
    1. Krzysztof Daszuta Autor wpisu

      Dlaczego kolanko? Zaszłość historyczna z projektu luftdaten.info. Trwają prace nad portem do obudowy Kradex Z59. Projekt jest dość zaawansowany: https://easyeda.com/nettigo/Nettigo-Air-Monitor-0.3 i ma wyświetlacz :) Jak najbardziej nadaje się do pomieszczeń. Zajmuje mniej miejsca i ładnie wygląda.
      Dane z czujnika mogą być wysyłane do internetów we wszelkiej postaci. Grafana + influxdb, własne API, CSV, luftdaten, opensense map, itp.

      Odpowiedz
      1. Robert

        Czy do luftdaten trzeba koniecznie użyć instalatora? Dostępny jest gdzieś aktualny kod do luftdaten który można przerobić by równolegle zasilać inne platformy?

        Odpowiedz
  2. Robert

    1. Czy przewiduje się, aby wyświetlacz był w pomieszczeniu a czujnik za zewnątrz? 2. Są może jakieś wyświetlacze o zmiennym podświetleniu (w zależności od stanu powietrza można by zmieniać kolor)? Jest szansa, że będzie można w oparciu o platformę NAM monitorować poziom promieniowania?

    Odpowiedz
  3. Krzysztof Daszuta Autor wpisu

    W zasadzie ani wersja 0.2.1 ani 0.3.0 nie przewiduje takiej możliwości. Jednakże kable sygnałowe I2C od wyświetlacza można ciągnąć z powodzeniem do ok 1-1.5m. Większa odległość to w zasadzie już loteria. Może działać ale nie musi. W teorii można użyć modułu https://www.sparkfun.com/products/14589 i takie sygnały przesyłać nawet na 30m. Jednakże wydaje mi się, że lepszym wyjściem byłoby zbudowanie dodatkowego modułu wyświetlacz + wemos i prezentowanie na nim wyników. Oczywiście wymagałoby to przerobienia oprogramowania, ale taka opcja jest bardzo kusząca :)

    Co do drugiej części pytania. NAM w serii 0.4 będzie miał tubę Geigera Muellera do monitorowania poziomu promieniowania jonizującego. Obecnie trwają prace nad budową taniej i niezawodnej przetwornicy wysokiego napięcia, która posłuży do zasilania tuby.

    Odpowiedz
  4. Kuba

    Cześć, fajny projekt jednak nie bardzo rozumiem zastosowania grzałki. Czy aby czujnik działał potrzebuje on określonej temperatury, wilgotności bądź innego parametru? A może grzałka jest w zupełnie innym celu?

    Odpowiedz
    1. Krzysztof Daszuta Autor wpisu

      Czujnik do działania potrzebuje jedynie powietrza, zaś do dokładnego działania powietrza suchego.

      Laserowe czujniki poziomu pyłu takie jak SDS011 czy PMS5003 działają na zasadzie rejestracji rozproszenia światła laserowego. Im więcej pyłu tym bardziej światło się na tych drobinkach rozprasza. Rejestruje to fotosensor. Zasada działania jest prosta i skuteczna, ale ma też swoje konsekwencje – przy wilgotności względnej powietrza powyżej 70% czujniki takie diametralnie zawyżają pomiary. Jest tak dlatego, że w powietrzu jest masa mikroskopijnych kropelek wody. Na tych kropelkach światło lasera rozprasza się identycznie jak na pyle. Jak bardzo zawyżają? 200% – 300%

      Rozwiązaniem tego problemu jest podgrzanie powietrza, które ma trafić do sensora. Ta prosta czynność znacząco zmniejsza wilgotność względną i poprawia wiarygodność odczytów. W powietrzu nadal jest tyle samo wody, ale w wyższej temperaturze nie dochodzi do jej kondensacji. Z kolei pył – to nadal pył – podgrzanie powietrza nie ma widocznego wpływu na ilość pyłu. W ten sposób można znacząco poprawić dokładność czujników w warunkach zimowych. Szczególnie w przedziale temperaturowym -5~15C, gdzie wilgotność względna wieczorami i porankami to często 80-100% RH.

      Odpowiedz
  5. L250 mm

    rura fi32 250mm to tylko 25cm :)
    Koszt: 4,38pln [https://www.casto…]/produkty/instalacja/instalacje-wodne/systemy-kanalizacyjne/rury/rura-kanalizacyjna-z-kielichem-pipelife-32-250-mm-biala.html

    Odpowiedz
    1. Krzysztof Daszuta Autor wpisu

      Tak to prawda. Ale z każdej takiej rurki jest 15 cm odpadu. A produkcji śmieci bardzo nie lubimy.

      Odpowiedz
  6. geobart

    Czy jest gdzieś instrukcja jak podłączyć do płytki czujnik ciśnienia, wilgotności i temperatury Bosch BME280?

    Odpowiedz
    1. Krzysztof Daszuta Autor wpisu

      Czujnik BME280 podpinamy po I2C używając złącza I2C 3V3. 4 kabelki. Zasilanie VCC=3V3, masa GND, Dane SDA i zegar SCL.

      Odpowiedz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.