Pemantauan Kualitas Udara Menggunakan Foton Partikel: 11 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Dalam proyek ini sensor partikel PPD42NJ digunakan untuk mengukur kualitas udara (PM 2.5) yang ada di udara dengan Particle Photon. Tidak hanya menampilkan data di Particle console dan dweet.io tetapi juga menunjukkan kualitas udara menggunakan LED RGB dengan mengubah warnanya.

Langkah 1: Komponen

Perangkat keras

• Foton Partikel ==> $19
• Seeed PPD42NJ sensor debu ==> $7,20
• RGB anoda / katoda LED ==> $1
• Resistor 10k ==> $0,04
• 3 x 220 Resistor ==> 0,06

Perangkat lunak

• IDE Web Partikel
• dweet.io

Total harga sekitar $28

Langkah 2: Tentang PM

Apa itu level PM

Materi partikulat (PM) di udara atmosfer atau gas lainnya tidak dapat dinyatakan dalam ppmv, persen volume atau persen mol. PM dinyatakan sebagai mg/m^3 atau g/m^3 udara atau gas lain pada suhu dan tekanan tertentu.

Catatan:- Satu persen volume = 10.000 ppmv (bagian per juta volume) dengan satu juta didefinisikan sebagai 10^6.

Perhatian harus diberikan dengan konsentrasi yang dinyatakan sebagai bagian per miliar volume (ppbv) untuk membedakan antara miliar Inggris yaitu 10^12 dan miliar AS yaitu 10^9.

Materi partikulat adalah jumlah semua partikel padat dan cair yang tersuspensi di udara, banyak di antaranya berbahaya. Campuran kompleks ini mencakup partikel organik dan anorganik.

Berdasarkan ukurannya, partikulat sering dibagi menjadi dua kelompok.

1. Partikel kasar (PM 10-2.5) seperti yang ditemukan di dekat jalan raya dan industri berdebu berdiameter antara 2,5 hingga 10 mikrometer (atau mikron). Standar partikel kasar yang ada (dikenal sebagai PM 10) mencakup semua partikel berukuran kurang dari 10 mikron.

2. "Partikel halus" (atau PM 2.5) adalah partikel yang ditemukan dalam asap dan kabut yang memiliki diameter kurang dari 2,5 mikron. PM 2.5 disebut sebagai "primer" jika langsung dipancarkan ke udara sebagai partikel padat atau cair, dan disebut "sekunder" jika terbentuk dari reaksi kimia gas di atmosfer.

Manakah dari PM2.5 dan PM10 yang lebih berbahaya?

Partikel yang lebih kecil atau PM2.5 lebih ringan dan masuk lebih dalam ke paru-paru dan menyebabkan kerusakan yang lebih besar dalam jangka panjang. Mereka juga tinggal di udara lebih lama dan melakukan perjalanan lebih jauh. Partikel PM10 (besar) dapat bertahan di udara selama beberapa menit atau jam sementara partikel PM2.5 (kecil) dapat bertahan di udara selama berhari-hari atau berminggu-minggu.

Catatan:- Data PM2.5 atau PM10 di situs online direpresentasikan sebagai AQI atau ug/m3. Jika nilai PM2.5 adalah 100, maka jika direpresentasikan sebagai AQI maka akan masuk dalam kategori 'Memuaskan' tetapi jika direpresentasikan sebagai ug/m3 maka akan termasuk dalam kategori 'Buruk'.

Langkah 3: Sensor Debu PPD42NJ

Berdasarkan metode hamburan cahaya, mendeteksi partikel udara terus menerus. Output pulsa yang sesuai dengan konsentrasi per satuan volume partikel dapat diperoleh dengan menggunakan metode deteksi asli berdasarkan prinsip hamburan cahaya yang mirip dengan penghitung partikel.

Sisi depan

Di bagian depan, ada 2 pot berlabel VR1 dan VR3 yang sudah dikalibrasi pabrik. Detektor IR ditutupi di bawah kaleng logam. Menariknya ada slot di samping berlabel SL2 yang tidak terpakai.

Sisi belakang

Rangkaian ini sebagian besar terdiri dari pasif dan op-amp. RH1 adalah resistor pemanas yang, secara teori, dapat dilepas untuk menghemat daya jika ada beberapa metode sirkulasi udara lainnya.

Deskripsi Pin

Penempatan Sensor Ada beberapa hal yang harus diperhatikan ketika memutuskan bagaimana sensor ditempatkan.

• Sensor harus ditempatkan dalam orientasi vertikal. Orientasi lain tidak akan mencapai aliran udara yang diinginkan.
• Sensor harus disimpan dalam kondisi gelap.
• Bahan bantalan lembut untuk menutup celah antara sensor dan housing diperlukan.

Tutup celah menggunakan kertas foil seperti yang ditunjukkan di bawah ini

Berbicara tentang keluaran sensor Keluaran sensor biasanya tinggi, tetapi turun sebanding dengan konsentrasi PM, maka dengan mengukur apa yang mereka sebut Low Pulse Occupancy (LPO), konsentrasi PM dapat ditentukan. LPO ini direkomendasikan untuk diukur selama satuan waktu 30 detik.

Langkah 4: LED RGB

Ada dua jenis LED RGB:

LED anoda umum

Dalam LED RGB anoda umum, ketiga LED berbagi koneksi positif (anoda).

LED katoda umum

Dalam LED RGB katoda umum, ketiga LED berbagi koneksi negatif (katoda).

Pin LED RGB

Langkah 5: Partikel Foton

Foton adalah papan IOT yang populer. Papan ini menampung mikrokontroler ARM Cortex M3 STM32F205 120Mhz dan memiliki memori flash 1 MB, RAM 128 Kb, dan 18 pin output sinyal tujuan umum (GPIO) sinyal campuran dengan periferal canggih. Modul ini memiliki chip Wi-Fi Cypress BCM43362 on-board untuk konektivitas Wi-Fi dan Single band 2.4GHz IEEE 802.11b/g/n untuk Bluetooth. Papan dilengkapi dengan 2 SPI, satu I2S, satu I2C, satu BISA dan satu antarmuka USB. Perlu dicatat bahwa 3V3 adalah keluaran terfilter yang digunakan untuk sensor analog. Pin ini adalah output dari regulator on-board dan terhubung secara internal ke VDD modul Wi-Fi. Saat menyalakan Foton melalui VIN atau port USB, pin ini akan mengeluarkan tegangan 3.3VDC. Pin ini juga dapat digunakan untuk memberi daya pada Foton secara langsung (input maks 3.3VDC). Saat digunakan sebagai output, beban maksimal pada 3V3 adalah 100mA. Sinyal PWM memiliki resolusi 8-bit dan berjalan pada frekuensi 500 Hz.

Pin Diagram

Deskripsi Pin

Langkah 6: Dweet.io

dweet.io memungkinkan mesin dan data sensor Anda menjadi mudah diakses melalui RESTful API berbasis web, memungkinkan Anda membuat aplikasi dengan cepat atau sekadar berbagi data.

1. Buka dweet.io

n

2. Buka bagian dweets dan buat dweet untuk sesuatu

3. Anda akan melihat halaman seperti ini. Masukkan nama unik suatu benda. Nama ini akan digunakan dalam foton Partikel.

Sekarang, kita selesai dengan pengaturan dweet.io

Langkah 7: IDE Web Partikel

Untuk menulis kode program untuk Foton apa pun, pengembang perlu membuat akun di situs web Partikel dan mendaftarkan papan Foton dengan akun penggunanya. Kode program kemudian dapat ditulis di Web IDE di situs web Partikel dan ditransfer ke foton terdaftar melalui internet. Jika papan Partikel yang dipilih, Foton di sini, diaktifkan dan terhubung ke layanan cloud dari Partikel, kode akan dibakar ke papan yang dipilih melalui udara melalui koneksi internet dan papan mulai beroperasi sesuai dengan kode yang ditransfer. Untuk mengontrol board melalui internet, dirancang sebuah halaman web yang menggunakan Ajax dan JQuery untuk mengirim data ke board menggunakan metode HTTP POST. Halaman web mengidentifikasi papan dengan ID perangkat dan terhubung ke Layanan Cloud Partikel melalui token akses.

Bagaimana menghubungkan foton dengan Internet1. Nyalakan perangkat Anda

• Colokkan kabel USB ke sumber listrik Anda.
• Segera setelah dicolokkan, LED RGB pada perangkat Anda akan mulai berkedip biru. Jika perangkat Anda tidak berkedip biru, tahan tombol SETUP. Jika perangkat Anda tidak berkedip sama sekali, atau jika LED menyala redup warna oranye, mungkin tidak mendapatkan daya yang cukup. Coba ganti sumber daya atau kabel USB Anda.

2. Hubungkan Foton Anda ke Internet

Ada dua cara baik Anda menggunakan aplikasi web atau aplikasi seluler. Menggunakan aplikasi web

• Langkah 1 Pergi ke particle.io
• Langkah 2 Klik pada setup a Photon
• Langkah 3 Setelah mengklik NEXT, Anda akan disajikan dengan file (photonsetup.html)
• Langkah 4 Buka file.
• Langkah 5 Setelah membuka file hubungkan PC Anda ke Photon, dengan menghubungkan ke jaringan bernama PHOTON.
• Langkah 6 Konfigurasikan kredensial Wi-Fi Anda.

Catatan: Jika Anda salah mengetik kredensial, Foton akan berkedip biru tua atau hijau. Anda harus melalui proses lagi (dengan menyegarkan halaman atau mengklik bagian proses coba lagi)

Langkah 7 Ganti nama perangkat Anda. Anda juga akan melihat konfirmasi apakah perangkat tersebut diklaim atau tidak

B. Menggunakan smartphone

Buka aplikasi di ponsel Anda. Masuk atau daftar akun dengan Particle jika Anda belum memilikinya

Setelah login, tekan ikon plus dan pilih perangkat yang ingin Anda tambahkan. Kemudian ikuti petunjuk di layar untuk menghubungkan perangkat Anda ke Wi-Fi. Jika ini pertama kalinya Foton Anda terhubung, foton akan berkedip ungu selama beberapa menit saat mengunduh pembaruan. Mungkin diperlukan waktu 6-12 menit untuk menyelesaikan pembaruan, tergantung pada koneksi internet Anda, dengan Photon memulai ulang beberapa kali dalam prosesnya. Jangan memulai ulang atau mencabut Photon Anda selama waktu ini

Setelah Anda menghubungkan perangkat Anda, ia telah mempelajari jaringan itu. Perangkat Anda dapat menyimpan hingga lima jaringan. Untuk menambahkan jaringan baru setelah penyiapan awal, masukkan perangkat ke Mode Mendengarkan lagi dan lanjutkan seperti di atas. Jika Anda merasa perangkat Anda memiliki terlalu banyak jaringan, Anda dapat menghapus memori perangkat dari jaringan Wi-Fi apa pun yang telah dipelajarinya. Anda dapat melakukannya dengan terus menahan tombol pengaturan selama 10 detik hingga LED RGB berkedip biru dengan cepat, menandakan bahwa semua profil telah dihapus.

Mode

• Cyan, Foton Anda terhubung ke Internet.
• Magenta, saat ini sedang memuat aplikasi atau memperbarui firmware-nya. Status ini dipicu oleh pembaruan firmware atau dengan mem-flash kode dari Web IDE atau Desktop IDE. Anda mungkin melihat mode ini saat menghubungkan Foton ke awan untuk pertama kalinya.
• Hijau, sedang mencoba menyambung ke internet.
• Putih, modul Wi-Fi mati.

Web IDEParticle Build adalah Integrated Development Environment, atau IDE yang berarti Anda dapat melakukan pengembangan perangkat lunak dalam aplikasi yang mudah digunakan, yang kebetulan dijalankan di browser web Anda.

• Untuk membuka build, login ke akun partikel Anda dan kemudian klik Web IDE seperti yang ditunjukkan pada gambar.

  

• Setelah Anda mengklik Anda akan melihat konsol seperti ini.

  

• Untuk membuat aplikasi baru, klik buat aplikasi baru.

  

• Untuk memverifikasi program. Klik verifikasi.

  

• Untuk mengunggah kode, klik pada flash tetapi sebelum melakukannya pilih perangkat. Jika Anda memiliki lebih dari satu perangkat, Anda harus memastikan bahwa Anda telah memilih perangkat mana yang akan digunakan untuk mem-flash kode. Klik ikon "Perangkat" di sisi kiri bawah panel navigasi, lalu saat Anda mengarahkan kursor ke nama perangkat, bintang akan muncul di sebelah kiri. Klik untuk mengatur perangkat yang ingin Anda perbarui (tidak akan terlihat jika Anda hanya memiliki satu perangkat). Setelah Anda memilih perangkat, bintang yang terkait dengannya akan berubah menjadi kuning. (Jika Anda hanya memiliki satu perangkat, tidak perlu memilihnya, Anda dapat melanjutkan.

Langkah 8: Koneksi

Partikel Foton ==> Sensor PPD42NJ (ditempatkan dalam arah vertikal)

GND ==> Pin1(GND)

D6 ==> Pin2 (Keluaran)

Vin ==>Pin3(5V)

GND ==> Resistor 10k ==> Pin5 (Input)

Foton Partikel ==> LED RGB

D1 ==> R

D2 ==> G

D3 ==> B

GND ==> Katoda Umum (-)

Langkah 9: Program

Langkah 10: Hasil

Langkah 11: Cara Membuat PCB di Eagle

Apa itu PCB?

PCB adalah papan sirkuit tercetak yang secara elektrik menghubungkan satu set komponen elektronik dengan menggunakan trek tembaga pada papan non-konduktif. Pada PCB, semua komponen terhubung tanpa kabel, semua komponen terhubung secara internal, sehingga akan mengurangi kerumitan desain rangkaian secara keseluruhan.

Jenis PCB

1. PCB satu sisi

2. PCB dua sisi

3. PCB berlapis-lapis

Dalam hal ini, saya hanya berbicara tentang PCB satu sisi

PCB satu sisi

PCB lapisan tunggal juga dikenal sebagai PCB satu sisi. Jenis PCB ini adalah PCB yang sederhana dan paling banyak digunakan karena PCB ini mudah untuk dirancang dan dibuat. Satu sisi PCB ini dilapisi dengan lapisan bahan konduktor apa pun. Tembaga digunakan sebagai bahan penghantar karena memiliki sifat penghantar yang sangat baik. Lapisan topeng solder digunakan untuk melindungi PCB terhadap oksidasi diikuti oleh silkscreen untuk menandai semua komponen pada PCB. Pada PCB jenis ini, hanya satu sisi PCB yang digunakan untuk menghubungkan berbagai jenis komponen.

Bagian yang berbeda dari PCB1. Lapisan

Lapisan atas dan bawah: Di lapisan atas PCB, semua komponen SMD digunakan. Umumnya lapisan ini berwarna merah. Di lapisan bawah PCB, semua komponen disolder melalui lubang dan timah komponen dikenal sebagai lapisan bawah PCB. Dalam komponen DIP ini digunakan dan lapisan berwarna biru.

Trek tembagaBiasanya jalur penghantar antar komponen dalam rangkaian untuk kontak listrik atau jalur adalah jalur konduktif yang digunakan untuk menghubungkan 2 titik di PCB. Misalnya, menghubungkan 2 bantalan atau menghubungkan bantalan dan melalui atau di antara vias. Trek dapat memiliki lebar yang berbeda tergantung pada arus yang mengalir melaluinya.

Kami Menggunakan Tembaga karena sangat konduktif. Ini berarti dapat dengan mudah mengirimkan sinyal tanpa kehilangan listrik di sepanjang jalan. Dalam konfigurasi yang paling umum, satu ons tembaga dapat diubah menjadi 35 mikrometer dengan ketebalan sekitar 1,4 ribu inci, yang dapat menutupi seluruh kaki persegi substrat PCB.

PadsA pad adalah permukaan kecil tembaga di papan sirkuit tercetak yang memungkinkan penyolderan komponen ke papan atau kita dapat mengatakan titik pada papan sirkuit tempat terminal komponen disolder.

Ada 2 jenis pembalut; melalui lubang dan SMD (surface mount).

• Bantalan lubang dimaksudkan untuk memasukkan pin komponen, sehingga dapat disolder dari sisi berlawanan dari tempat komponen dimasukkan.
• Bantalan SMD dimaksudkan untuk perangkat pemasangan permukaan, atau dengan kata lain, untuk menyolder komponen pada permukaan yang sama di mana ia ditempatkan.

Bentuk Bantalan

1. Bundar
2. bulat telur
3. Persegi

Soldermask Untuk memasang komponen listrik pada papan sirkuit tercetak, diperlukan proses perakitan. Proses ini dapat dilakukan dengan tangan atau melalui mesin khusus. Proses perakitan membutuhkan penggunaan solder untuk menempatkan komponen di papan. Untuk menghindari atau mencegah solder secara tidak sengaja menghubungkan dua jalur dari jaring yang berbeda, produsen PCB menerapkan pernis yang disebut soldermask pada kedua permukaan papan. Warna paling umum dari soldermask yang digunakan di papan sirkuit tercetak adalah hijau. Lapisan isolasi ini digunakan untuk mencegah kontak bantalan yang tidak disengaja dengan bahan konduktif lainnya pada PCB.

Silkscreen Silk-screening (Overlay) adalah proses dimana produsen mencetak informasi pada soldermask yang kondusif untuk memudahkan proses perakitan, verifikasi, dan debugging. Umumnya, sablon dicetak untuk menunjukkan titik uji serta posisi, orientasi, dan referensi komponen elektronik yang merupakan bagian dari rangkaian. Silkscreen dapat dicetak pada kedua permukaan papan.

ViaA via adalah lubang berlapis yang memungkinkan arus melewati papan. Ini digunakan dalam PCB multilayer untuk terhubung ke lebih banyak lapisan.

Jenis Via

Vias lubang-lubang atau Vias Tumpukan Penuh

Ketika interkoneksi harus dibuat dari komponen yang terletak di lapisan atas papan sirkuit tercetak dengan yang lain yang terletak di lapisan bawah. Untuk mengalirkan arus dari lapisan atas ke lapisan bawah, sebuah via digunakan untuk setiap lintasan.

Hijau ==> Masker solder atas dan bawah

Merah ==> Lapisan atas (konduktif)

Violet ==> Lapisan kedua. Dalam hal ini, lapisan ini digunakan sebagai power plane (yaitu Vcc atau Gnd)

Kuning ==> Lapisan ketiga. Dalam hal ini, lapisan ini digunakan sebagai power plane (yaitu Vcc atau Gnd)

Biru ==> Lapisan Bawah (konduktif)

2. Blind viasblind vias digunakan, yang memungkinkan koneksi dibuat dari lapisan eksternal ke lapisan internal dengan ketinggian via minimum. Sebuah via buta dimulai pada lapisan eksternal dan berakhir pada lapisan internal, itu sebabnya ia memiliki awalan "buta". Dalam desain sistem multilayer di mana terdapat banyak sirkuit terpadu, bidang daya (Vcc atau GND) digunakan untuk menghindari perutean yang berlebihan untuk rel daya.

Untuk mengetahui apakah via tertentu buta, Anda dapat meletakkan PCB pada sumber cahaya dan melihat apakah Anda dapat melihat cahaya yang datang dari sumber melalui via tersebut. Jika Anda dapat melihat cahaya, maka via itu melalui lubang, jika tidak, via itu buta.

Sangat berguna untuk menggunakan jenis vias ini dalam desain papan sirkuit tercetak ketika Anda tidak memiliki terlalu banyak ruang untuk menempatkan komponen dan perutean. Anda dapat meletakkan komponen di kedua sisi dan memaksimalkan ruang. Jika vias itu melalui lubang bukannya buta, akan ada beberapa ruang ekstra yang digunakan oleh vias di kedua sisi.

3. Vias Terkubur Vias ini mirip dengan yang buta, dengan perbedaan bahwa mereka mulai dan berakhir pada lapisan dalam.

ERCSetelah membuat rangkaian skema dan anotasi, perlu untuk memeriksa apakah rangkaian memiliki kesalahan listrik seperti, jika Jaring tidak terhubung dengan benar, input tidak terhubung ke pin input, Vcc dan GND korslet di mana saja di sirkuit, atau jenis listrik pin apa pun tidak dipilih dengan benar, dll. Semua ini adalah jenis kesalahan listrik. Jika kami telah membuat kesalahan seperti itu dalam skema, dan jika kami tidak melakukan ERC apa pun, maka setelah menyelesaikan PCB, kami tidak dapat memperoleh hasil yang diinginkan dari rangkaian.

Detail ERC

Aturan desain, periksa Detail DRC

Cara membuat PCB di Eagle

Buatlah diagram skematiknya

1. Untuk membuat skema buka File ==> new ==> Schematic Anda akan melihat halaman seperti ini

Karena tidak ada bagian Partikel jadi kami harus menambahkan pustaka perangkat Partikel.

partikel lib

Selanjutnya setelah di download pindahkan ke folder C:\Users\…..\Documents\EAGLE\libraries

Di Eagle, buka Skema, buka Perpustakaan ==> buka pengelola perpustakaan

Anda akan melihat halaman seperti ini, buka opsi Tersedia dan telusuri ke perpustakaan particledevices.lbr

Setelah membukanya klik gunakan

Sekarang, kita dapat melihat perangkat partikel.

Langkah selanjutnya adalah membuat skema untuk itu kita menggunakan add part seperti yang ditunjukkan pada gambar

Ketika Anda mengklik tambahkan bagian, Anda akan melihat halaman seperti ini

Komponen yang kita butuhkan adalah Partikel photon, header, resistor, GND, Vcc. Cari komponen di tambahkan bagian

• Untuk resistor, ada dua jenis US dan EU. Di sini saya menggunakan yang Eropa
• Untuk tajuk pencarian tajuk dan Anda akan melihat banyak tajuk pilih sesuai dengan Anda.
• Untuk pencarian darat gnd
• Untuk pencarian VCC vcc
• Untuk Foton Partikel cari saja

Setelah komponen dipilih, langkah selanjutnya adalah menggabungkannya untuk itu Anda dapat menggunakan garis atau jaring atau keduanya.

Bergabunglah seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini

Langkah selanjutnya adalah memberi nama dan nilai.

Untuk memberi nama pilih nama dan kemudian klik pada komponen yang ingin Anda beri nama.

Untuk memberikan nilai pilih nilai dan kemudian klik pada komponen yang ingin kita beri nama.

Setelah itu cek ERC

Setelah diperiksa, kami selesai dengan Skema. Langkah selanjutnya adalah beralih ke papan dari skema

Saat Anda beralih ke papan Anda akan melihat semua komponen di sisi kiri papan sehingga Anda harus memindahkannya ke papan PCB. Untuk itu klik pada grup dan pilih semua komponen dan gunakan alat pindah untuk memindahkannya.

Setelah itu merakit semua komponen sesuai kenyamanan Anda. Untuk penyambungan komponen gunakan route airwire pastikan menggunakan layer paling bawah, grid dalam mm dan lebar route airwire 0.4064

Setelah menggabungkan semua komponen Gunakan alat cermin untuk menghasilkan gambar nilai dan nama.

Untuk menggunakan cermin pertama pilih alat cermin dan kemudian nilai, nama. Selanjutnya, simpan papan dengan nama apa pun, periksa DRC untuk memeriksa kesalahan. Jika tidak ada kesalahan kami baik untuk melanjutkan.

Untuk melihat pratinjau papan, buka manufaktur.

Sekarang kita selesai dengan bagian papan.

Langkah selanjutnya adalah mencetak ckt pada kertas glossy. Untuk itu klik print, maka akan muncul halaman seperti gambar dibawah ini.

Pilih opsi hitam, jika Anda menggunakan banyak lapisan maka Anda juga harus memilih cermin

Pilih faktor skala 1,042 Setelah itu simpan ke pdf atau cetak

Setelah mencetak ckt, 1. Lepaskan lapisan oksidasi menggunakan amplas (400) menggunakan tangan yang ringan.

2. Bersihkan menggunakan isopropanol atau propan-2-ol atau jika mau bisa juga menggunakan thinner.

3. Letakkan ckt yang sudah dicetak pada lembar FR4 menggunakan pita kertas.

4. Panaskan menggunakan setrika pemanas (5 -10 menit) agar ckt tercetak pada lembar FR4. Rendam papan dalam air selama 2-3 menit. Setelah itu lepaskan selotip dan kertas.

5. Tempatkan dalam larutan besi klorida selama 10 menit untuk menghilangkan akses tembaga kemudian cuci dengan air.

6. Hapus lapisan menggunakan amplas (400) atau Aseton.