NAM mierzy hałas – NAM DNMS kit

NAM DNMS (Digital Noise Measurement Sensor) kit to zestaw, który pozwala rozszerzyć możliwości NAM o pomiar natężenia hałasu. Kwestia pomiaru hałasu występującego w naszym otoczeniu zyskuje ostatnio uwagę wśród wielu osób. Przygotowując ten zestaw chcemy wyjść naprzeciw tym osobom by ułatwić monitorowanie zanieczyszczenie hałasem.

Wielu z nas po prostu nie zdaje sobie sprawy hałasu, który nas otacza niemal niezauważalnie. Dopiero gdy przeprowadzisz się, wyjedziesz na dłużej po powrocie w stare miejsce możesz zacząć dostrzegać problem. Trochę jak w sucharze: Czy przeszkadza panie że całe życie mieszka przy autostradzie? Nnnniiiiieeeeeee!

Co to DNMS?

Część “akustyczna” zbudowana jest w oparciu o projekt DNMS (rozwijany przez ludzi wokół projektu Sensor Community). Ten projekt jest i działa, jednak wymaga pokonania kilku przeszkód do uruchomienia (specjalne PCB, brak gotowej obudowy) , więc zdecydowałem stworzyć zestaw który część tych przeszkód usuwa.

Do działania, oprócz tego zestawu będziesz potrzebował NAM – zestaw był testowany z kitem NAM 0.3.3, powinien działać też z wersjami 0.3.0-2 oraz NAM 0.4 jednak nie sprawdzaliśmy tego. Będziesz musiał zlutować NAM DNMS kit, jest jeden element SMD ale nie stwarza dużych problemów.

Cały projekt jest w fazie beta, więc wymaga nieco więcej uwagi i pracy – przed zakupem zapoznaj się z całością instrukcji.

Lutowanie

Zaczynamy od przylutowania elementu SMD – to gniazdo do podłączenia mikrofonu. UWAGA: na PCB jest miejsce na dwa gniazda, jedno od spodu płytki, drugie od strony gdzie jest Teensy. Lutujemy to drugie, od strony Teensy. Sprawdź dwa razy, a może nawet trzy – footprint jest niemalże identyczny, więc można zrobić błąd i przylutować w złym miejscu. 

Gniazdo od spodniej strony jest przeznaczone dla innego mikrofonu, wygląda na to że nie będzie w przyszłości używane i w kolejnych wersjach płytki z niego zrezygnujemy, ale na tym etapie chcieliśmy zachować elastyczność podczas testów.

Jeśli masz na wyposażeniu ostry stożkowy grot oraz cynę o grubości 0.5 mm przylutowanie nie powinno stanowić problemu.

Zacznij od przylutowania jednego punktu z boku gniazda. Jeśli wyjdzie “krzywo” – rozgrzej lutownicą cynę i trzymając przytknięty grot lutownicy do pada, palcem skoryguj położenie gniazda. Uważaj by grotem nie dotknąć obudowy gniazda (tego byś nie dotknął grotem palca chyba nie muszę pisać?).

Nie musisz starać się by gniazdo było jak najbliżej krawędzi PCB. Wtyczka od mikrofonu jest płaska i powinna bez problemu wejść w gniazdo, nawet jeśli nie jest przy samej krawędzi. Upewnij się tylko że wszystkie piny będą miały dobry kontakt. Jeśli tak jest – przylutuj wszystkie pozostałe pady.

Gdy korzystasz ze wspomnianego wcześniej grota i cienkiej cyny możesz spokojnie przylutować piny bez konieczności zbierania nadmiaru cyny. Gdy korzystasz z grubszej cyny i grubszego grota – taka taśma rozlutownicza przyda się by usunąć nadmiar, który doprowadza do zwarć.

Tak jak zwykle lutujemy kolejne wyższe elementy. Pierwszy to gniazdo XH – tutaj nie ma już trudności bo to gniazdo jest THT – zwróć uwagę na silkscreen na PCB pokazujący na orientację gniazda. Jeśli wcześniej sam lutowałeś NAM to dobrze znasz to gniazdo.

Kolej na gniazda pod Teensy – w tej chwili w skład zestawu NAM DNMS jest jedno gniazdo 1×40 – trzeba je rozciąć na 2×14 używając obcinaczek bocznych. Pamiętaj, ze nie tak jak w przypadku goldpinów, które można dzielić “bezstratnie” trzeba zniszczyć jedno gniazdo przy cięciu. Czyli by obciąć 1×14 obcinasz 15-ste gniazdo. Potem można wyrównać gniazdo pilnikiem jeśli wygląd cię razi lub trzeba na styk wsadzić kolejny element tuż obok. Tutaj nie ma takiej konieczności, na PCB jest miejsce nawet na “obłamane” gniazdo, więc pilnik w akcji tylko jeśli zależy ci na finalnym wyglądzie płytki.

W przyszłości postaramy się wprowadzić gotowe gniazda 1×14, wtedy będzie można lutować bezpośrednio, bez przycinania.

Mając wlutowane gniazda możesz wykorzysać je do wlutowania goldpinów do Teensy – przytnij goldpin na odpowiednią długość, wsadź do gniazd i połóż na nich Teensy. Teraz możesz zlutować całość.

Montaż

Lutowanie w zasadzie jest skończone. Płytka ma miejsce na rezystory podciągające do 3.3V dla I2C, ale w standardowej konfiguracji nie ma potrzeby ich lutowania, tak samo jak dodatkowych kondensatorów na szynie zasilającej. W naszych testach wszystko działa poprawnie bez tych elementów.

W zestawie jest kabel podłączeniowy XH – w NAM podłączamy go do gniazda I2C LCD. Wersje NAM 0.3.3 mają tam też gniazdo XH, więc nie ma problemu z polaryzacją. Jeśli masz starszą wersję, która ma goldpin jako podłączenie LCD – sprawdź dokładnie polaryzację, zanim podłączysz kabel i zasilanie.

UWAGA! Korzystając z NAM DNMS nie można mieć podłączonych urządzeń na szynie I2C 5V z podciąganiem szyny I2C do 5V. Jeśli urządzenie/sensor na I2C 5V nie ma wbudowanego podciągnięcia dla szyny I2C, wówczas można podłączyć również NAM DNMS. Teensy nie ma pinów IO odpornych na 5V, mogłoby się to skończyć uszkodzeniem Teensy. Dotyczy to NAM 0.3 – NAM 0.4 beta ma separację szyn 3.3V i 5 I2C wiec tam można bezpiecznie mieszać NAM DNMS i urządzenia/sensory 5V. 

Dlatego korzystamy z gniazda do LCD, by nie próbować podłączać jednocześnie NAM DNMS i LCD.

Teensy 4.0, które dostajesz w zestawie jest już zaprogramowane, nie musisz nic z nim więcej robić. Podłączyć mikrofon do gniazda na PCB, przykręcić NAM DNMS do dystansów i niemal gotowe.

Jak zamontować mikrofon? W zestawie znajduje się dławnica kablowa PG-16. Średnica rurki mikrofonu to niemal 13 mm więc doskonale pasuje do niej.

Mikrofon nie jest prawdziwie dookolny (szczegółowe badanie jak wygląda jego charakterystyka mamy w planach), więc wybór kierunku jest istotny. Ze względu na konstrukcję obudowy NAM nie ma dużego wyboru. Pozostaje w zasadzie tylko pokrywa obudowy. 

Do montażu potrzebujesz wiertła stożkowego, którym wywiercisz otwór o średnicy 22 mm. Uważaj by nie przekroczyć mocno tej wartości, kołnierz dławnicy nie jest zbyt szeroki, podejrzewam, że dość łatwo będzie zrobić zbyt duży otwór a co za tym idzie – rozszczelnić.

W momencie pisania tego tekstu, NAM DNMS jest obsługiwany w wersji oprogramowania beta (NAMF-47rc7). Jeśli w momencie instalacji nie będzie dostępna wersja stabilna co najmniej NAMF-47 – zmień źródło uaktualnień na beta.

Co dalej?

Cały projekt jeszcze sam jest w fazie beta, więc pozostaje kilka spraw do rozwiązania.

Potrzebujesz jakiejś ochrony na mikrofon. Po pierwsze – przed wiatrem, by jego podmuchy nie przekłamywały pomiaru. Po drugie przed wodą. Sam mikrofon jest wodoodporny (IP68) jednak gdy jest wystawiony na intensywny deszcz woda potrafi zatkać otwór w PCB i całość odczytów jest przez dłuższy czas (do wyschnięcia) mocno odbiega od rzeczywistości.

W testowych urządzeniu korzystam z gąbki z małego wałka do malowania. Na krótki czas jest to dobre rozwiązanie. Testowy mikrofon pracuje ponad pół roku, wystawiony na słońce i jak dotąd gąbka jeszcze nie uległa całkowitej degradacji. Jednak proces ten po takim czasie już jest mocno zaawansowany i trzeba będzie znaleźć jakieś bardziej “profesjonalne” rozwiązanie.

Średnica otworu w gąbce jest większa niż 13 mm więc z kleju na gorąco zrobiłem opaskę by gąbka dobrze się trzymała.

W obecnej wersji nie ma możliwości wprowadzenia korekty odczytów (w końcu taka gąbka na pewno wytłumia hałas) ale pojawi się taka możliwość w przyszłych wersjach. W planach mam też pomiar na ile tego typu gąbka wytłumia hałas (o ile trzeba skorygować odczyt).