Портативная станция мониторинга качества воздуха

22 Apr 2021, 14:30
15m
1221 (Lomonosov st. 9)

1221

Lomonosov st. 9

oral Environmental Protection Systems Environmental Protection Systems

Speaker

Ms Maria Petrova

Description

Научный руководитель:
П. С. Королев
НИУ ВШЭ

АННОТАЦИЯ
В работе представлена функциональная схема портативной станции мониторинга качества воздуха на основе сенсора частиц PM2,5 и PM10 (используется датчик SDS011) и датчика измерения давления, температуры и влажности (используется BME280).
ВВЕДЕНИЕ
Тема здоровья человека очень актуальна в последнее время. Экология в целом, и чистота воздуха в частности, обозначается многими исследователями, как фактор риска для многих заболеваний дыхательных путей 1.
Вопрос о чистоте воздуха не появился в один момент, Всемирная организация здравоохранения давно активно следит за этим показателем в разных регионах планеты и по их данным до 91% людей живут в зоне, в которой показатели качества и чистоты воздуха значительно ниже рекомендованных [2]. Джон Е. Вена в своей статье так же приходит к заключению, что экология, а в частности показатель частоты воздуха, напрямую связаны с онкологическими заболеваниями [3]. Из этого можно сделать вывод, что чистота и качество воздуха жизненно необходимо поддерживать на высоком уровне.
В обычной жизни человек редко когда может объективно оценить, насколько воздух в его районе города или месте жительства загрязнен. Обычно для этих целей используют специальные датчики в достаточных объемах представлены на рынке. Но зачастую цена таких устройств высока и немногие могут позволить себе купить его. Функциональная схема устройства, представленного в этой работе, использует недорогие компоненты, которые легко можно найти и купить практически в любом городе.
ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ
Функциональная схема устройства предполагает, что будут использоваться недорогие распространенные компоненты. Это делается для того, чтобы при желании любой желающий мог беспрепятственно собрать его.
Рис 1. Функциональная схема устройства мониторинга качества воздуха
Ключевыми в схеме являются три компонента: датчик мониторинга давления, температуры и влажности BME280, сенсор частиц PM2,5 и PM10 SDS011 и процессор с возможностью подключения к Wi-Fi ESP8266.
Задача процессора в этой схеме - обрабатывать информацию, полученную от датчика и сенсора, и передавать её по Wi-Fi. Так же стоит отметить, что в этом случае лучше брать процессор с защитой от высокочастотного шума, чтобы устройство не зависало и не давало сбоев.
Датчик BME280 не отслеживает показатели чистоты воздуха, поэтому не является принципиально важным в данной схеме.
Наибольший интерес представляет сенсор SDS011, именно он является ключевым элементом всей функциональной схемы. Принцип работы этого датчика основан на оптическом обнаружении частиц пыли, которые летают в воздухе. Эти частицы проходят между источником света и фотодиодом. В основном частицы пыли изменяют сигнал, полученный детектором от источника света, собирая излучаемый свет, рассеянный пылью частицы (так называемый принцип "рассеяния"). Силовой резистор нагревает воздух в оптической камере и создает поток между двумя отверстиями, вставленными в пластиковую крышку [4].
Как видно из функциональной схемы, представленной на рис.1, используются 4 общих входа (D1, D2, D3, D4), 2 выхода земли (GND) и 2 входа напряжения (3V3, VU). Сенсор SDS011 работает на вход на 5V, а BME280 работает на напряжении в 3,3V.
Так же из схемы видно, что передача данных (TXD) от сенсора идет на вход D1, а прием данных (RXD) идет на D2. У датчика BME280 выход SCL прикреплен к выходу D4, а SDA к выходу D3.
Это не имеет принципиального значения, но на это стоит обратить пристальное внимание при прошивке процессора. Иначе могут возникнуть проблемы даже при правильно написанном коде программы.
Нужно отметить, что ESP8266 нуждается в прямом подключении к сети. Для этого у процессора предусмотрен micro USB выход (Power Supply), который с помощью стандартного кабеля подключается к общей сети.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Портативная станция мониторинга качества воздуха поможет приблизиться к решению проблемы загрязнения воздуха. Однако данное устройство, конечно, не решает проблему загрязненности воздуха, но оно может помочь в повышении уровня осведомленности людей и, при масштабном использовании датчиков в одном городе, обратить на проблему внимание властей. Которые в свою очередь уже могут предпринять определенные действия для решения данной проблемы.
ЛИТЕРАТУРА

  1. Kovesi T. et al. Indoor air quality and the risk of lower
    respiratory tract infections in young Canadian Inuit children
    //Cmaj. – 2007. – Т. 177. – №. 2. – С. 155-160.
  2. Всемирная организация здравоохранения, Россия [сайт]. URL:
    https://www.who.int/airpollution/ru/
  3. JOHN E. VENA, AIR POLLUTION AS A RISK FACTOR IN LUNG CANCER,
    American Journal of Epidemiology (Volume 116, Issue 1, July 1982,
    Pages 42–56) https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.aje.a113401
  4. M. Canu, B. Galvis, R. Morales, O. Ramírez, and M. Madelin,
    Understanding the Shinyei PPD24NS low-cost dust sensor, in 2018
    IEEE International Conference on Environmental Engineering (EE),
    (2018)
Position of speaker student
Affiliation of speaker No
Publication Сетевой научный журнал «Экономика и экологический менеджмент»

Primary author

Presentation Materials