PurpleAir – I. Technologie

V prvním díle pětidílné série textů o snímačích PurplaAir se seznámíme s technologiemi, na kterých jsou tyto čidla postaveny. Oby typy snímačů PA-II mají WiFi funkce a jsou vybaveny 2 laserovými čítači. Rozdíl mezi nimi je pouze v tom, že PA-II-SD je dodáván s interní čtečkou karet microSD pro ukládání dat a nezávislými hodinami reálného času, pro sledování času v místech bez přístupu k internetu.

Monitor PA-II a jeho verze PA-II-SD

(PurpleAir LLC, Draper, UT, USA) obsahují dvojici senzorů laserového optického čítače částic (OPC) PMS5003 (Plantower Ltd., Peking, Čína) s čidlem teploty, relativní vlhkosti a barometrického tlaku (BME 280, Bosch Sensortec GmbH, Reutlingen, Německo), oba připojené k mikrokontroléru vybavenému bezdrátovým modulem síťové komunikace. Zařízení zaznamenává a přenáší data přes wifi do cloudu, odkud je lze prohlížet odkudkoli a z stáhnout v dvouminutovém rozlišení.

Verze PA-II-SD ukládá data na vloženou kartu microSD a data z karty nelže přes snímač přehrát do cloudu. Pro přístup k datům uloženým na kartě je nutné kartu ze snímače vyjmout a připojit ji k PC a data uložit.

Laserový čítač částic

PurpleAir používá laserové čítače částic PMS5003 a PMS1003. Tyto senzory počítají suspendované částice o velikosti 0,3, 0,5, 1,0, 2,5, 5,0 a 10 μm. Tyto počty částic jsou zpracovávány senzorem pomocí komplexního algoritmu pro výpočet hmotnostní koncentrace PM1.0, PM2,5 a PM10 v ug / m3. Senzory PMS5003 a PMS1003 jsou z výroby kalibrovány.

Senzory PurpleAir používají k měření částic v reálném čase laserové čítače. Vzduch vstupuje ze čtyř malých otvorů ve spodní části senzoru a vystupuje z ventilátor na stejné straně. Tok vzorku je veden k laserovému detektoru po dvou 90 ° otočkách. Ventilátor slouží k čerpání vzorku vzduchu k laserovému paprsku. Jakékoli částice prachu ve vzduchu budou odrážet nějaké světlo z laserového paprsku na detekční desku, podobně jako je možné vidět třpytící se prach ve slunečním světle. Odraz světla je měřen detekční deskou jako pulz a délka pulzu určuje velikost částice, zatímco počet pulzů určuje počet částic. Z těchto počtů částic se počítají hmotnostní koncentrace PM1.0, PM2,5 a PM10.

Senzor PMS5003 poskytuje digitální výstupy pro 12 datových polí. První tři odpovídají hmotnostní koncentrace frakcí PM1, PM2,5 a PM10 bez použití jakékoli korekce a jsou označené CF = 1. Další tři, označené CF = atm, odpovídají odvozeným upraveným hmotnostním koncentracím po aplikaci proprietárního algoritmu vyvinutého společností Plantower Ltd. Dalších šest datových polí obsahuje kumulativní distribuce velikosti částic v šesti velikostních rozsazích (> 0,3 μm,> 0,5 μm,> 1 μm,> 2,5 μm,> 5 μm, and >10 µm). Kromě těchto parametrů snímače poskytují údaje o teplotě, relativní vlhkosti a barometrickém tlaku.

Před nasazením jakýchkoli zařízení ověřujeme, že během testů v kouřové komoře vydávají hodnoty, které jsou konzistentní od senzoru k senzoru. Zatím všechny senzory, které jsme testovali, produkují konzistentní výstup.

Princip laserové detekce prachových částic

Snímač tlaku, teploty a vlhkosti BME280

Každý senzor PurpleAir obsahuje snímač tlaku, teploty a vlhkosti BME280. Tam, kde jsou k dispozici, budou grafy pro tyto hodnoty. Hodnoty teploty mohou být zvýšeny v důsledku v závislosti na dalších faktorech, které ovlivňují měření teploty. Údaje o teplotě jsou poskytovány tak, jak jsou, a slouží pouze pro orientaci.

WiFi

Senzory PurpleAir používají čip ESP8266 k e komunikaci s počitadlem částic a zároveň poskytuje všechny funkce, včetně připojení k WiFi síti, pro nahrávání dat do cloudu. Čip ESP8266 spouští kód vyvinutý pomocí Arduina a firmware PurpleAir má funkce vzdálené aktualizace, což znamená, že dodavatel může software upravovat a zařízení si stáhne novou verzi a provede vlastní aktualizaci. Každé zařízení si pravidelně, čas od času, kontroluje aktualizace.

Ukládání dat

ThingSpeak poskytuje cloudové úložiště pro data senzorů PurpleAir. PurpleAir používá  HighCharts  a data uložená v ThingSpeak k vytváření grafů na mapě PurpleAir. Mapy Google poskytují mapové rozhraní pro registraci senzorů. Google App Engine poskytuje výpočetní výkon pro umístění ikon senzorů na mapu PurpleAir a vytváření grafů a dalších prvků pro zobrazení dat senzorů na mapě PurpleAir, Mapbox poskytuje mapové rozhraní PurpleAir.

PurpleAir Map , zobrazení senzorů po celém světě

Napájení

Senzory PurpleAir jsou napájeny 5V USB zdrojem napájení, který je součástí balení. Výrobce nedodává zdroje s evropskou zásuvkou.
Příkon: Snímač má potřebu proudu asi 180 mA, tj. při 5V přibližně 1 W. Výrobce udává, že s 20Ah baterií zůstal snímač v chodu asi čtyři dny.