„Pimoroni Enviro+ FeatherWing“naudojimas su „Adafruit Feather NRF52840 Express“: 8 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

„Pimoroni Enviro+ FeatherWing“yra lenta, supakuota su jutikliais, skirtais dirbti su „Adafruit Feather“lentų serija. Tai naudinga vieta pradėti visiems, besidomintiems aplinkos stebėjimu, atmosferos tarša ir duomenų perdavimu. Jame yra:

• „Bosch BME280“- temperatūros, slėgio, drėgmės jutiklis;
• „Lite-On LTR-559“-šviesos ir artumo jutiklis;
• SensorTech MiCS -6814 - oksiduojančios dujos, redukuojančios dujos ir amoniako jutiklis;
• Analoginis mikrofonas - triukšmo taršos matavimas;
• „Plantower PMS5003“kietųjų dalelių jutiklio jungtis (nepridedama).

„MiCS-6814“metalo oksido jutiklių trio apima mažiau įprastą oksiduojančių dujų jutiklį. Tai naudinga dėl jautrumo azoto dioksidui (NO2), kuris yra dažnas teršalas miestuose ir šalia pagrindinių kelių.

Pimoroni rekomenduoja arba „Adafruit“

• „Feather M4 Express“(120MHz, 192kB RAM) arba
• Plunksna nRF52840 Express (64MHz, 256kB RAM).

Šiam vadovui buvo pasirinktas „nRF52840“, nes jis palaiko „Bluetooth Low Energy“(BLE) funkciją, kuri suteikia lentai galimybę siųsti duomenis į kitą įrenginį.

„Feather“ir „FeatherWing“tiekiami su neprisegtomis vyrų antraštėmis. Moteriškos antraštės reikalingos lentoms sukrauti. Šiame vadove parodyta „krovimo antraščių“naudojimas, kuris leidžia plunksnų plokštę taip pat įkišti į duonos lentą, kad būtų lengviau eksperimentuoti su papildomais jutikliais. Antraštes reikia lituoti prie plokščių, tačiau tai yra gana paprasta.

„Enviro+ FeatherWing“turi vieną subtilų skirtumą, palyginti su jo pusbroliu, „Enviro+ Air Quality for Raspberry Pi“. Atrodo, kad „FeatherWing“versija veikia esant žemesnei nei 5 V įtampai, todėl galima naudoti vieną ličio polimero (LiPo) bateriją, gaminančią 3,7–4,3 V. Jame yra DC-DC keitiklis, kuris tiekia 5 V papildomai pasirenkamam PMS5003, ir jis gali maitinti MiCS-6814 vidinius šildytuvus atskirai, kad susidorotų su šiomis žemesnėmis įtampomis.

Pagrindiniame paveikslėlyje parodyta „Enviro+ FeatherWing“, kurioje rodomi PM2.5 ir PM10 duomenys iš PMS5003. Pusiaukelėje įžiebta žvakė „Swan Vestas“rungtynės.

Antrasis straipsnis apima anglies dioksido lygių nubrėžimą naudojant „Pimoroni Enviro+ FeatherWing“ir „Adafruit SCD-30“.

Priedai:

• Pimoroni Enviro+ FeatherWing - Pimoroni | „Adafruit“- (yra dar viena panaši lenta „Raspberry Pi“)
• „Adafruit nRF52840 Feather Express“- Pimoroni | Adafruit
• Plunksnų krautuvai - Pimoroni | Taip pat galima naudoti „Adafruit“- įprastas moteriškas antraštes arba „FeatherWing“padvigubinimą/trigubinimą
• Lituoklis
• Neprivaloma: Plantower PMS5003 kietųjų dalelių jutiklis - Pimoroni | Adafruit

1 veiksmas: atnaujinkite įkrovos tvarkyklę

Plunksnų plokštę galima patikrinti prieš ją lituojant, prijungus ją prie kompiuterio naudojant USB. Tai tinkamas laikas patikrinti įkrovos tvarkyklę - senos versijos sistemoje „Windows“gali sukelti painių, bet nekenksmingų klaidų.

Dukart spustelėjus plunksnos atstatymo mygtuką, pagrindiniame kompiuteryje bus pateiktas diskas, vadinamas FTHR840BOOT. Failą, pavadintą INFO_UF2. TXT, galima atidaryti, kad būtų galima patikrinti versiją, toliau pateiktame pavyzdyje parodytas turinys, nurodantis 0.2.6 versiją:

F2 įkrovos įkroviklis 0.2.6 lib/nrfx (v1.1.0-1-g096e770) lib/tinyusb (legacy-525-ga1c59649) s140 6.1.1

Modelis: „Adafruit Feather nRF52840 Express Board“ID: NRF52-Bluefruit-v0 Bootloader: s140 6.1.1 Data: 2018 m. Gruodžio 21 d

Versijos iki 0.2.9 kenčia nuo minėtos klaidos. Šiek tiek keblus atnaujinimo procesas aprašytas „Adafruit Learn“: „Adafruit nRF52840 Feather: Update Bootloader“pristatymas ir aptariamas „Adafruit“forumuose: „Windows“klaidos kopijuoja „CircuitPython UF2“į „FTHR840BOOT“.

2 žingsnis: antraščių litavimas

Prie „Enviro+ FeatherWing“reikia pritvirtinti vyriškas antraštes, o prie „Plunksnos“- pritvirtintas kraunamas moteriškas antraštes.

Įprasta technika, kaip surasti smeigtukus tinkamoje padėtyje litavimo metu, yra įdėti juos į duonos lentą. Naudojant šį „FeatherWing“reikia būti šiek tiek atsargiems, nes apačioje esanti pikobladinė jungtis yra aukštesnė nei plastikiniai tarpikliai antraštėje. Dėl to lenta gali būti netyčia lituojama kampu. Aukščiau esančiame paveikslėlyje parodytas kampas. Tai lengva išspręsti pakėlus antraštes tolygiai 2-3 mm (0,1 colio) atstumu nuo duonos lentos.

Dedamosios antgaliai turi būti statmeni plokštei. Tai galima pasiekti padėjus juos ant lygaus paviršiaus ir užtikrinant, kad plunksnų lenta būtų tvirtai prispausta prie jų. Aukščiau esančiame paveikslėlyje parodyta, kad spaudžiamas pieštukas su nesudėtingomis pagalbos rankomis, padedančiomis svorį ant pieštuko. Kai kurios atsarginės antraštės suteikia papildomos pagalbos išlaikant tarpus.

„MiCS-6814“duomenų lape nurodyta:

Jutiklis turi būti pakartotinai lituojamas neutralioje atmosferoje, be litavimo srauto garų. Jutiklis neturi būti veikiamas didelės organinių tirpiklių, silikono garų ar cigarečių dūmų koncentracijos, kad būtų išvengta jautrių sluoksnių apsinuodijimo.

Mažas maskavimo juostos gabalas, uždengiantis dujų jutiklį, yra protinga atsargumo priemonė lituojant ir valant srautą. Šiame etape ekrano apsaugą taip pat galima palikti įjungtą, kad būtų išvengta neišvengiamų mažų srauto purslų iš litavimo lygintuvu. Mikrofonas taip pat būtų apsaugotas maskavimo juosta bet kokio srauto valymo metu.

Ištraukus juos iš duonos lentos ar kito lizdo, ilgas kaiščių eiles galima lengvai sulenkti. Būkite atsargūs, kad viename gale lenta nebūtų pakelta.

„Adafruit“turi litavimo krūvos antraščių vadovą, „Pimoroni“turi bendrą litavimo vadovą, kuriame yra antraštės, ir „YouTube“yra gražus vaizdo įrašas, kuriame parodyta, kaip lituoti antraštes ant panašaus stiliaus lentos, „GurgleApps“: „Raspberry Pi Pico Upgrade Number1“- „Snazzy Header Pins“!

3 žingsnis: „CircuitPython“ir kombinuoto braižytuvo diegimo pavyzdys

Jei nesate susipažinę su „CircuitPython“, pirmiausia verta perskaityti „Welcome to CircuitPython“vadovą.

Toliau pateikti diegimo veiksmai yra pagrįsti „pimoroni“/ „EnviroPlus-FeatherWing README“ir darbo pradžios vadovu su vėlesne biblioteka, skirta „CircuitPython 6.x“.

1. Įdiekite naujausią „CircuitPython“versiją (6.0.0 2020 m. Gruodžio mėn.) Iš https://circuitpython.org/ - šis procesas aprašytas „CircuitPython for Feather nRF52840“.
2. Patikrinkite diegimą prijungdami prie nuosekliosios konsolės per USB. REPL raginimas rodo versiją. Versiją taip pat galima patikrinti apžiūrėjus „boot_out.txt“CIRCUITPY diske.

3. Įdiekite šias bibliotekas iš paketo iš https://circuitpython.org/libraries į lib katalogą CIRCUITPY:

   1. adafruit_bus_device
   2. adafruit_bme280 (ne adafruit_bmp280)
   3. adafruit_st7735r (ne adafruit_st7735)
   4. adafruit_display_text

4. Įdiekite šias bibliotekas iš „EnviroPlus-FeatherWing-1.0.zip“failo iš „GiHub“: pimoroni/EnviroPlus-FeatherWing: 1.0 versijos į lib katalogą CIRCUITPY:

   1. „i2cdevice“(nepainiokite su „Adafruit“„i2c_device“biblioteka)
   2. pimoroni_envirowing
   3. 559
   4. pimoroni_physical_feather_pins
   5. 5003
   6. Iš čia neįdiekite „pimoroni_circuitpython_adapter“
5. Įdiekite naujausią „Pimoroni CircuitPython“adapterių biblioteką, atsisiųsdami failą _init_.py į naujai sukurtą katalogą „lib/pimoroni_circuitpython_adapter“CIRCUITPY.
6. Atsisiųskite kombinuotojo braižytuvo pavyzdinę programą į CIRCUITPY, plotters_combined.py spustelėdami Išsaugoti nuorodą kaip …
7. Pervardykite arba ištrinkite esamą code.py failą CIRCUITPY, tada pervardykite plotters_combined.py į code.py. Šis failas paleidžiamas paleidus arba iš naujo įkeliant „CircuitPython“vertėją.

Šiame vadove buvo naudojamos šios versijos:

• „CircuitPython“6.0.0
• „CircuitPython“bibliotekos paketas adafruit-circuitpython-bundle-6.x-mpy-20201208.zip
• „EnviroPlus-FeatherWing“bibliotekos 1.0 versija
• pimoroni_circuitpython_adapter biblioteka 2020 m. gruodžio 9 d. f062036

4 žingsnis: kombinuotas braižytuvas

Kombinuotasis braižytuvas turi keturis ekranus:

1. Garsas ir šviesa.
2. PM2.5 ir PM10.
3. Temperatūra, slėgis ir drėgmė.
4. OX, RED ir NH3.

Kietųjų dalelių (PM) ekranas rodomas tik tada, kai prijungtas Plantower PMS5003. Programa tikrina, ar joje nėra, ir spausdina šį informacinį pranešimą, jei nėra prijungtas:

PMS5003 skaitymo skirtasis laikas: nepavyko perskaityti kadro baito pradžios

Tikriausiai neturite prijungto „pms5003“, tęsdami be kietųjų dalelių registravimo

Siužeto intervalas programos viršuje nustatytas į 540 sekundžių. Tai galima reguliuoti, kad būtų galima kontroliuoti sklypo greitį.

5 žingsnis: „Enviro+ FeatherWing“kaiščiai

„Enviro+ FeatherWing“naudoja daug plunksnų kaiščių. Naudojami šie pavadinimai, skliausteliuose esantys pavadinimai yra iš Pimoroni pavadinimo schemos:

• A0 (pin5) - MiCS6814 amoniako dujų jutiklis
• A1 (pin6) - MiCS8614 redukuojantis dujų jutiklis
• A2 (pin7) - MiCS6814 oksiduojančių dujų jutiklis
• A3 (pin8) - analoginis mikrofonas
• A4 (pin9) - „MiCS6814“įgalinimas
• D5 (pin19) - SPI magistralės ekrano komanda
• D6 (pin20) - SPI magistralės ekrano lusto pasirinkimas
• D9 (kaištis 21) - foninis apšvietimas (PWM)
• D10 (kaištis 22) - įgalintas PMS5003
• D11 (kaištis23) - PMS5003 atstatymas
• D12 (pin24) - pertraukimas LTR -559 (nepalaikomas „CircuitPython“bibliotekoje)
• SCK (pin11) - SPI magistralės laikrodis
• MO (kaištis 12) - SPI magistralės valdymas išjungiamas
• MI (kaištis 13) - SPI magistralės valdiklis išjungtas
• RX (kaištis 14) - PMS5003 siuntimas (gauna plunksna)
• TX (pin15) - PMS5003 priėmimas (perduoti iš plunksnos)
• SCL (pin18) - I2C laikrodis
• SDA (17 kontaktas) - I2C duomenys

Tokiu būdu A5, D2/DFU ir D13 bus laisvi naudoti.

6 žingsnis: energijos suvartojimas

Energijos sąnaudos atitinka USB specifikaciją, net jei prijungta ir įkraunama „LiPo“baterija. Naudojimas yra svarbesnis planuojant perėjimą prie akumuliatoriaus energijos. Kai kurie labai apytiksliai srovės matavimai yra šie:

• 100 mA tuščiąja eiga, foninis apšvietimas išjungtas;
• Veikia 100 mA braižytuvas, silpnas apšvietimas;
• 120mA braižytuvas veikia, apšvietimas aukštas.

Plantower PMS5003 duomenų lape nurodyta, kad srovė yra mažesnė nei 100 mA, tai papildo aukščiau pateiktus skaičius. DC-DC keitiklio naudojimas „Enviro+ FeatherWing“gali šiek tiek padidinti šį skaičių.

„Feather nRF52840 Express“plokštėje yra „NeoPixel“(RGB šviesos diodas), tačiau ryškumo lygiai, naudojami numatytuoju režimu kaip programos būsenos rodiklis, sunaudoja tik nedaug. Pati plunksnų plokštė yra mažesnė nei 10 mA, o „FeatherWing“yra alkanas.

7 žingsnis: pridėkite „Plantower PMS5003“ypatingų medžiagų jutiklį

„Met One Instruments BAM 1020“yra įprastas vaizdas visame pasaulyje, matuojantis kietąsias daleles miestuose. Yra daug pigesnių prietaisų, o „Enviro+ FeatherWing“yra su „Plantower PMS5003“kietųjų dalelių jutiklio jungtimi.

Šio jutiklio Pimoroni bibliotekos kodas šiuo metu atrodo trapus. Paprastas ir greitas patobulinimas yra sugauti išimtis programoje. Programą plotters_combined.py galima patobulinti pridedant tai viršuje:

importuoti pimoroni_pms5003

Ir pakeiskite šią eilutę pagrindinėje ciklo dalyje

# skaityti

pms_reading = pms5003.read ()

su:

# skaityti

pabandykite: pms_reading = pms5003.read (), išskyrus pimoroni_pms5003. ChecksumMismatchError: print ("kontrolinės sumos klaida")

8 žingsnis: Eikite toliau

Paleidus „Enviro+ FeatherWing“, reikia ištirti daugybę sričių.

• Pridedamas išorinis temperatūros jutiklis. Temperatūros jutiklis BME280 yra veikiamas tiek vidinio šildymo, tiek šildymo iš netoliese esančių komponentų ir yra skirtas kalibruoti kitus BME280 jutiklius. Šią vertę galima apdoroti, kad būtų galima apytiksliai išmatuoti aplinkos oro temperatūrą, tačiau yra daug nebrangių, puikių išorinių variantų.
• Jutiklių kalibravimas. Slėgis yra lengvas naudojant orų stebėjimus ar trumpalaikes prognozes (jos bus 0 pėdų amsl), likusieji yra sunkūs.
• PMS5003 išvesties koregavimas atsižvelgiant į santykinę drėgmę. Formulė pateikta PDF puslapyje apie EPA: PurpleAir PM2.5 JAV korekcija ir našumas dūmų renginių metu 2020-04-04
• Pridedamas kodas, skirtas perduoti jutiklio duomenis per „Bluetooth Low Energy“į kitus įrenginius.
• Tyrimas, kaip sumažinti energijos suvartojimą. Kai kuriuose jutikliuose yra įjungimo linijos, kurios gali pašalinti jutiklių energiją arba įjungti mažos galios režimą. Jutikliams, kurių įšilimo laikas yra periodiškai, mėginių ėmimas gali būti nepraktiškas.
• Dėklo pirkimas, pritaikymas ar pritaikymas montuoti lauke su kruopščiai suplanuotu vidiniu oro srautu ir tinkamomis atsargumo priemonėmis dėl tiesioginių saulės spindulių. „SensorTech MiCS-6814“dujų jutiklis geriausiai veikia esant pastoviam, nedideliam oro srautui.
• Ištirti, kaip oro sąlygos daro įtaką taršai žemės lygyje. Patarimas: inversijos yra reikšmingos.
• Konvertavimas į bateriją arba saulės energiją naudojant bateriją. Saulės energija yra sudėtingesnė nei tiesiog fotovoltinės saulės baterijos pridėjimas, žr. „Adafruit Learn: USB, DC & Solar Lipoly Charger“skyrių „Dizaino pastabos“.
• Pridedami kiti jutikliai, skirti išmatuoti įprastus teršalus, tokius kaip ozonas (O3) ir sieros dioksidas (SO2) arba šiltnamio efektą sukeliančios dujos, pvz., Anglies dioksidas (CO2). Kai kurie jutikliai matuoja „eCO2“ir netinka atmosferos CO2 matavimui. Dabar „Adafruit“parduoda vertingą „Sensirion SCD-30 NDIR CO2“jutiklį ant plokštės su STEMMA QT i2c jungtimis.
• Jei norite ištirti duomenų siuntimą internetu naudojant „Wi-Fi“, atrodo, kad „FeatherS2“plokštė su ESP32-S2 mikrovaldikliu yra suderinama su „Enviro+ FeatherWing“. ESP32-S2 analoginis skaitmeninis keitiklis (ADC) turi probleminį apribojimą, kuris neleidžia tinkamai išmatuoti dujų jutiklių. Daugiau informacijos rasite „Adafruit“forumuose: plunksnų ADC palyginimas, įskaitant 2,6 V ribotą ESP32-S2.

Susiję projektai:

• „Adafruit“mokosi: palyginimas ir eksperimentas su degiųjų dujų jutikliais
• Adafruit Learn: TMP36 temperatūros jutiklis

Papildoma literatūra:

• Pasaulio sveikatos organizacijos (PSO) oro taršos gairės
• Britų plaučių fondas - oro kokybė (PM2.5 ir NO2)
• „Breathe London“-tinklas, papildantis Londono oro kokybės tinklą „prieinamomis, lengvai montuojamomis ir prižiūrimomis oro kokybės jutikliais visiems“, šiuo metu naudojantį „Clarity Node-S“.
• Pasaulio oro kokybės indeksas - renka duomenis iš daugybės skirtingų šaltinių su žemėlapio rodiniais ir istoriniais duomenimis.
• „Atmosphere Journal“: patalpų oro tarša iš gyvenamųjų namų krosnelių: tiriamas kietųjų dalelių patekimas į namus, kai naudojamas realiame pasaulyje - naudojama „Enviro+“plokštės „Raspberry Pi“versija.
• Teisės aktai: 2010 m. Oro kokybės standartų taisyklės (JK)
• „Pimoroni“tinklaraštis: labiausiai užteršta metų naktis (JK)
• The Economist: vidurnakčio dangus - Lenkijos anglimis kūrenamas namų šildymas sukuria plačią taršą (2021 m. Sausis)
• „BBC News“: eismo triukšmas kenkia giesmininkų gebėjimams (tarša triukšmui)
• Programinės įrangos klaidos kietųjų dalelių jutiklių bibliotekoje - žvilgsnis į rūpestį, reikalingą patikimai išanalizuoti PMS5003 nuoseklųjį protokolą.