大気汚染検知器
このデバイスは、空気の質を判断するための費用効果の高い手段をユーザーに提供することを目的としています。私たちのセンサーは、環境保護庁の空気質指数の5つの要素であるオゾン、粒子状物質、一酸化炭素、二酸化硫黄、亜酸化窒素に焦点を当てています。この装置は、二酸化硫黄を除くこれらすべての汚染物質を検出します。この装置には、ガス漏れや可燃性ガスの存在をユーザーに警告するための都市ガスセンサーも含まれています。さらに、温度と湿度のセンサーが含まれています。これらの条件はガスセンサーのパフォーマンスに影響を与える可能性があるためです。
デバイスの完全なキャリブレーションはまだ行っていませんが、センサーデータシートからデータを抽出して、いくつかの予備的な見積もりを行っています。使用されるセンサーは比較的安価で、コンポーネントごとに大きく異なるため、既知の濃度のターゲットガスで校正する必要があります。まだそうする機会はありません。
制御と電源
- Arduino Uno
- 5V電源
- RGB16×2LCDシールド
センサー
- ShinyeiPPD42粒子状物質検出器
- MQ-2ガスセンサー
- MQ-9ガスセンサー
- MiCS-2714ガスセンサー（NO2）
- MiSC-2614ガスセンサー（オゾン）
- KeyesDHT11温度および湿度センサー
ボックスとアセンブリ
- 3Dプリンターへのアクセス
- はんだボード
- 5Vファン
- ゲージ24の10〜15本のワイヤー
上の回路図は、この汚染検出器の動作全体です。はんだボードの詳細な回路図は後で続きます。センサーが入るほとんどのデジタルポートとアナログポートは、必要に応じて変更できることに注意してください（何らかの理由で）。これには、これらの変更を考慮して提供されたコードを編集するだけで済みます。
粒子状物質に関するデータを収集するために、2つのShinyeiPPD42ダストセンサーを使用しています。
各Shinyei検出器には、2つの信号出力があります。1つは小さな粒子状物質（上の写真の左側の黄色いワイヤー）用で、もう1つは大きな粒子状物質用です。これらの出力信号は、Ardiunoのデジタル入力に接続されています。検出器は、+ 5Vを供給して電力を供給し、検出器のポートに接地する必要があります。詳細については、全体の回路図を参照してください。
各検出器は、赤外線LEDと光検出器を使用して、浮遊粒子状物質の散乱を測定します。内部回路は、光検出器の出力をデジタル出力信号に変換します。通常、センサーは+ 5V信号を出力し、粒子が検出されると低電圧パルスを送信します。出力信号が低い時間の割合、または「低パルス占有率」は、空気中の粒子状物質の濃度に比例します。
TracyAllenによるShinyeiPPD42の詳細なリバースエンジニアリング分析は、http：//takingspace.org/wp-content/uploads/ShinyeiP…
にあります。
上の図は、ガスセンサーと温度/湿度センサーをホストする回路基板の回路図です。個別の各デバイスの取り付けの詳細は、次の手順にあります。あなたの回路基板は私たちのものと物理的に異なって見えるかもしれないことに注意してください。実際、はんだボードを使用する代わりに、表面実装デバイス用の回路基板を印刷することをお勧めします。回路図に従っている限り、同じように機能するはずです。
表面実装センサーMiCS-2614とMiCS-2714を使用して、それぞれオゾンと二酸化窒素を検出します。
これらのデバイスは両方とも、検出要素として内部抵抗を使用します。検出抵抗はピン間に接続されています（G） および（K ） 上の図で。抵抗計を使用して、正しいピンが見つかったことを確認します。抵抗は10〜20kΩのオーダーである必要があります。
どちらのデバイスにも、ピン間に発熱体があります（A） および（H）。 この発熱体は、検知素子を適切な温度に保ちます。発熱体の抵抗は50〜60Ωです。
理想的には、これらのデバイスは回路基板に表面実装する必要があります。ただし、回路基板プリンタがない場合でも、非常に低温のはんだと細心の注意を払って、これらのデバイスの背面に注意深くはんだ付けすることができます。
はんだボードの回路図に示すように、82Ω抵抗と131Ω抵抗をそれぞれMiCS-2614ユニットとMiCS-2714ユニットの発熱体と直列に配置します。これにより、発熱体が適切なレベルの電力を確実に受け取るようになります。 131Ωの抵抗（標準値ではありません）を利用できない場合は、120Ωの抵抗と12Ωの抵抗を直列に使用してください。
分圧器を作成するために、22kΩ抵抗と直列に両方のデバイスに検出抵抗を配置します。分圧器の出力の電圧から、検出抵抗を計算できます。
Rsenor =22kΩ*（5V / Vout – 1）
大気汚染デ
MQ-2およびMQ-9ガスセンサーを使用して、プロパン、ブタン、LPG、一酸化炭素などの有毒ガスを測定しました。
MQ-2とMQ-9は、MiCS検出器と非常によく似ています。ガスに敏感な抵抗器（SnO2）を使用して有毒ガスの濃度を検出し、センサーを適切な温度に保つための内部発熱体を備えています。これらのデバイスに使用する回路は、MQ-9のヒーター電力を調整するために抵抗ではなくトランジスタを使用することを除いて、MiCSセンサーの回路と実質的に同じです。
取り付けの詳細については、はんだボードの回路図を参照してください。 MQ-2センサーの場合、Aとマークされたピンを5V電源に接続し、Gとマークされたピンをアースに接続し、Sとマークされたピンを47kΩ抵抗と直列にアースに接続します。 MQ-9ガスセンサーの場合、Aとマークされたピンをトランジスタに接続し、Bとマークされたピンを5 V電源に接続し、Gとマークされたピンをグランドに接続し、Sとマークされたピンをグランドに10kΩ抵抗と直列に接続します。
このセンサーは、センサーが検出するガス濃度に温度と湿度が影響するために提供されています。湿度と温度が高く、どちらかが劇的に変化すると、読み取りの精度に悪影響を及ぼします。したがって、これらの変数を監視できると便利です。この単一のセンサーから温度と湿度の両方を読み取ることができます。上の写真のように向きを変えて、左側のピンを電源に接続し、中央のピンを出力信号にし、右側のピンを接地します。このコンポーネントの出力信号は、Arduinoのデジタルポートに送られます。私たちのコードは、デジタルポート2の温度信号を想定して設定されています。これは、必要に応じて別のデジタルポートに変更できます。選択したポートに応じてコードを変更するだけです。このコンポーネントを使用するには、はんだボードの図を参照してください。
プロジェクト全体の回路図を見ると、5 Vの入力電圧が1つだけ必要であることがわかります。上記のような一般的なアダプターを使用して、プロジェクトに電力を供給することができます。さらに、ボックス内の空気の流れを確保し、過熱を防ぐためにファンが必要になります。上記のファンを使用しましたが、5 Vを使用し、適切なサイズのファンであればどれでも使用できます。
効果的なボックスを作成する方法はたくさんありますが、ボックスにはUP3Dプリンターを使用することにしました。最終印刷に使用したSTLを添付しました。
デバイスから生データを抽出するためのコードは上に添付されています。このコードは、センサーの抵抗値、Shinyei PPD42の低パルス占有率、および温度と湿度の読み取り値をシリアルモニターを介してコンピューターに出力します。 LCD画面の生データも循環します。
コードを機能させるには、最初にLCDシールドと温度および湿度センサーのライブラリをダウンロードする必要があります。ライブラリは次のWebサイトにあります
LCDシールドコード：https：//learn.adafruit.com/rgb-lcd-shield/using-th…
温度および湿度センサーコード：https：//github.com/adafruit/DHT-sensor-library
現在、生のセンサー値を意味のある出力に変換する方法を決定中です。精度を確保するには、最終的には既知の汚染源に対するキャリブレーションが必要になります。その間、センサーのデータシートと事前の調査を使用して概算を行いました。
粒子状物質の濃度を推定するには、DavidHolstiusによる研究論文の情報を使用します。この論文は、ShinyeiPPD42ダストセンサー出力をEPA測定値と相関させています。付録のグラフは、データに最適な線を示しています。グラフを使用して、PM2.5濃度をマイクログラム/立方メートルで概算しました。
PM2.5 =5 + 5 *（小さなPM低パルス占有率）
MiCSガスセンサーからガス濃度を推定するには、データシート（NO2およびO3）のグラフを使用して、センサーの抵抗をガス濃度に関連付ける関数を抽出します。
MQセンサーの場合、デバイスのデータシートのグラフを使用して、データを定性的に評価します。抵抗値が空気中の抵抗の半分未満に低下した場合、装置がターゲットガスを検出している可能性があります。抵抗が10分の1に低下すると、ターゲットガスのレベルは約1000 ppmになる可能性が高く、法的な安全限界に近づきます。
ターゲットガスのおおよその濃度を取得したら、データを解釈するために米国政府の基準に従います。私たちは主に、毎日の空気の質を報告するためのEPA技術支援文書と、プロパンの危険性に関するCDC情報シートを使用しています。
残念ながら、生データを解釈するコードはまだ完全には機能していません。後日アップロードできるようにしたいと思っています。
出典：大気汚染検出器
製造プロセス