Pimoroni Enviro+ FeatherWingin käyttö Adafruit Feather NRF52840 Expressin kanssa: 8 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Pimoroni Enviro+ FeatherWing on levy, joka on täynnä antureita, jotka on suunniteltu toimimaan Adafruit Feather -sarjan levyjen kanssa. Se on hyödyllinen paikka aloittaa kaikille, jotka ovat kiinnostuneita ympäristön seurannasta, ilmansaasteista ja tiedonsiirrosta. Siinä on:

• Bosch BME280 - lämpötila-, paine-, kosteusanturi;
• Lite-On LTR-559-valo- ja läheisyysanturi;
• SensorTech MiCS -6814 - hapettavat kaasut, pelkistävät kaasut ja ammoniakkianturi;
• Analoginen mikrofoni - melusaasteen mittaus;
• Plantower PMS5003 -hiukkasanturin liitin (ei sisälly toimitukseen).

MiCS-6814: n metallioksidianturien trio sisältää harvinaisemman anturin hapettaville kaasuille. Tästä on hyötyä sen herkkyydelle typpidioksidille (NO2), joka on yleinen saastuttaja kaupungeissa ja suurten teiden lähellä.

Pimoroni suosittelee joko Adafruitia

• Feather M4 Express (120 MHz, 192 kt) tai
• Feather nRF52840 Express (64 MHz, 256 kt).

NRF52840 valittiin tähän oppaaseen, koska se tukee Bluetooth Low Energy (BLE) -tekniikkaa, joka antaa levylle mahdollisuuden lähettää dataa toiseen laitteeseen.

Sekä Feather- että FeatherWing -malleissa on irralliset urosotsikot. Naaraspuoliset otsikot vaaditaan levyjen pinoamiseen. Tämä opas näyttää "pinottavien otsikoiden" käytön, jonka avulla sulkalevy voidaan myös lisätä leipälautaan, mikä helpottaa kokeilua lisäanturien kanssa. Otsikot on juotettava levyihin, mutta tämä on kohtuullisen yksinkertaista.

Enviro+ FeatherWingillä on yksi hieno ero verrattuna serkkuunsa, Enviro+ Air Quality for Raspberry Pi. FeatherWing-versio näyttää olevan suunniteltu toimimaan alle 5 V: n jännitteillä, jolloin voidaan käyttää yhtä litiumpolymeeriakkua (LiPo), joka tuottaa 3,7 V-4,3 V: n jännitteen. Siinä on DC-DC-muunnin, joka tarjoaa 5 V: n valinnaiselle PMS5003: lle, ja se voi käyttää MiCS-6814-sisäisiä lämmittimiä yksitellen näiden alempien jännitteiden käsittelemiseksi.

Pääkuvassa näkyy Enviro+ FeatherWing, joka näyttää PMS5003: n PM2.5- ja PM10 -tiedot. Swan Vestas -ottelu on lyöty juonen puolivälissä kynttilän sytyttämiseksi.

Toinen artikkeli käsittelee hiilidioksiditasojen piirtämistä Pimoroni Enviro+ FeatherWing ja Adafruit SCD-30 -laitteilla.

Tarvikkeet:

• Pimoroni Enviro+ FeatherWing - Pimoroni | Adafruit - (toinen samanlainen levy on olemassa Raspberry Pi: lle)
• Adafruit nRF52840 Feather Express - Pimoroni | Adafruit
• Höyhenpinoamispäät - Pimoroni | Adafruit - normaaleja naarasotsikoita tai FeatherWing -tuplaajaa/tripleriä voidaan myös käyttää
• Juottaa
• Valinnainen: Plantower PMS5003 hiukkasanturi - Pimoroni | Adafruit

Vaihe 1: Käynnistyslataimen päivittäminen

Sulkalevy voidaan tarkistaa ennen juottamista liittämällä se tietokoneeseen USB -liitännän kautta. Tämä on hyödyllinen aika tarkistaa käynnistyslatain - vanhat versiot voivat tuottaa hämmentäviä mutta vaarattomia virheitä Windowsissa.

Kaksoisnapsauttamalla Featherin nollauspainiketta, isäntätietokoneelle esitetään asema nimeltä FTHR840BOOT. Tiedoston nimeltä INFO_UF2. TXT voidaan avata tarkistamaan versio, alla oleva esimerkki näyttää version 0.2.6 sisällön:

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

Malli: Adafruit Feather nRF52840 Express Board-ID: NRF52-Bluefruit-v0 Bootloader: s140 6.1.1 Päivämäärä: 21. joulukuuta 2018

Versiot ennen versiota 0.2.9 kärsivät edellä mainitusta virheestä. Hieman hämmentävä päivitysprosessi on kuvattu Adafruit Learnissa: Esittelyssä Adafruit nRF52840 Feather: Update Bootloader, ja siitä on keskusteltu Adafruit -foorumeilla: Windows -virheet kopioivat CircuitPython UF2: n FTHR840BOOTiin.

Vaihe 2: Otsikoiden juottaminen

Enviro+ FeatherWing tarvitsee urosliittimet kiinnitettynä ja Feather tarvitsee pinottavat naaraspuoliset otsat kiinnitettynä.

Yleinen tapa löytää tapit oikeaan asentoon juottamisen aikana on asettaa ne leipälautaan. Tämän FeatherWingin kanssa on oltava varovainen, koska alapuolella oleva pikaliitin on korkeampi kuin otsikon muoviset välikappaleet. Tämä voi aiheuttaa levyn tahattoman juottamisen kulmassa. Yllä oleva kuva näyttää kulman. Tämä on helppo ratkaista nostamalla otsikot tasaisesti 2-3 mm (0,1 tuumaa) leipälevystä.

Pinoavien naaraspuolisten päätyjen on oltava kohtisuorassa levyyn nähden. Tämä voidaan saavuttaa asettamalla ne tasaiselle pinnalle ja varmistamalla, että höyhenlevy painetaan tiukasti niitä vasten. Yllä olevassa kuvassa näkyy, että kynään kohdistetaan painetta, jossa on lyönnin ulkopuoliset auttavat kädet -laite, joka painaa kynää. Jotkut ylätunnisteet tarjoavat lisäapua etäisyyden ylläpitämisessä.

MiCS-6814-tietolomakkeessa todetaan:

Anturi on juotettava uudelleen neutraaliin ilmakehään ilman juotosvirtaushöyryjä. Anturia ei saa altistaa korkeille orgaanisten liuottimien, silikonihöyryjen tai tupakansavun pitoisuuksille herkän kerroksen myrkytyksen välttämiseksi.

Pieni maalarinteippi, joka peittää kaasuanturin, on viisas varotoimi juottamisen ja juoksevan puhdistuksen aikana. Näytönsuoja voidaan myös jättää päälle tässä vaiheessa, jotta voidaan käsitellä väistämättömät pienet roiskeet, jotka johtuvat raudan juottamisesta. Mikrofoni hyötyisi myös suojauksesta peiteteipillä vuonpuhdistuksen aikana.

Pitkät tapit voidaan helposti taivuttaa, kun ne irrotetaan leipälevyltä tai muusta pistorasiasta. Varo viemästä lautaa ylös toisesta päästä.

Adafruitilla on opas juottamispinoamisotsikoista, Pimoronilla on yleinen juotosopas, joka sisältää otsikot, ja YouTubessa on mukava video, joka osoittaa, kuinka juottaa otsikot samanlaiseen tyyliin, GurgleApps: Raspberry Pi Pico Upgrade Number1 - Snazzy Header Pins!

Vaihe 3: CircuitPythonin ja yhdistetyn piirturin esimerkki

Jos et tunne CircuitPythonia, kannattaa lukea ensin Tervetuloa CircuitPython -opas.

Alla olevat asennusvaiheet perustuvat pimoroni / EnviroPlus-FeatherWing README -ohjelmaan ja aloitusoppaaseen, jossa on myöhempi kirjasto CircuitPython 6.x -palvelua varten.

1. Asenna CircuitPythonin uusin versio (6.0.0 joulukuussa 2020) osoitteesta https://circuitpython.org/ - tämä prosessi on kuvattu CircuitPython for Feather nRF52840 -versiossa.
2. Tarkista asennus kytkemällä sarjakonsoli USB: n kautta. REPL -kehote näyttää version. Version voi tarkistaa myös tarkistamalla CIRCUITPY -aseman boot_out.txt -tiedoston.

3. Asenna nämä kirjastot paketista osoitteesta https://circuitpython.org/libraries CIRCUITPY: n lib -hakemistoon:

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

4. Asenna nämä kirjastot GiHub: pimoroni/EnviroPlus-FeatherWing: Version 1.0 EnviroPlus-FeatherWing-1.0.zip-tiedostosta CIRCUITPY: n lib-hakemistoon:

   1. i2cdevice (ei pidä sekoittaa Adafruitin i2c_device -kirjastoon)
   2. pimoroni_envirowing
   3. 559
   4. pimoroni_physical_feather_pins
   5. Roosinpohjantie 5003
   6. Älä asenna pimoroni_circuitpython_adapteria täältä
5. Asenna uusin Pimoroni CircuitPython -sovitinkirjasto lataamalla _init_.py -tiedosto äskettäin CIRCUITPY -hakemistoon lib/pimoroni_circuitpython_adapter.
6. Lataa yhdistetty piirturin esimerkkiohjelma CIRCUITPY -palveluun napsauttamalla plotters_combined.py -painiketta Tallenna linkki nimellä…
7. Nimeä tai poista CIRCUITPY -tiedostossa oleva olemassa oleva code.py -tiedosto ja nimeä plotters_combined.py uudelleen koodiksi.py. Tämä tiedosto suoritetaan, kun CircuitPython -tulkki käynnistyy tai latautuu uudelleen.

Tässä oppaassa käytetyt versiot olivat:

• CircuitPython 6.0.0
• CircuitPython-kirjaston nippu adafruit-circuitpython-bundle-6.x-mpy-20201208.zip
• EnviroPlus-FeatherWing-kirjasto Versio 1.0
• pimoroni_circuitpython_adapter-kirjasto 9.12.2020 f062036

Vaihe 4: Yhdistetty piirturi

Yhdistetyssä plotterissa on neljä näyttöä:

1. Ääni ja valo.
2. PM2.5 ja PM10.
3. Lämpötila, paine ja kosteus.
4. OX, PUNAINEN ja NH3.

Hiukkasnäyttö (PM) tulee näkyviin vain, jos Plantower PMS5003 on kiinnitetty. Ohjelma tarkistaa läsnäolonsa alussa ja tulostaa tämän tiedotteen, jos se ei ole yhteydessä:

PMS5003 Lukun aikakatkaisu: Kehystavun alun lukeminen epäonnistui

Luultavasti sinulla ei ole pms5003 -yhteyttä, jatkat ilman hiukkasten kirjaamista

Kaavion aikaväli on asetettu 540 sekuntiin ohjelman yläosassa. Tätä voidaan säätää kuvaajan nopeuden säätämiseksi.

Vaihe 5: Enviro+ FeatherWing -nastat

Enviro+ FeatherWing käyttää suurta määrää Featherin tappeja. Seuraavia käytetään, suluissa olevat nimet ovat Pimoronin nimeämisjärjestelmästä:

• A0 (pin5) - MiCS6814 ammoniakkikaasuanturi
• A1 (nasta 6) - MiCS8614 pelkistävä kaasuanturi
• A2 (pin7) - MiCS6814 hapettava kaasuanturi
• A3 (pin8) - analoginen mikrofoni
• A4 (nasta 9) - MiCS6814 käytössä
• D5 (nasta19) - SPI -väylän näytön komento
• D6 (pin20) - SPI -väylän näytön sirun valinta
• D9 (pin21) - taustavalo (PWM)
• D10 (nasta 22) - PMS5003 käytössä
• D11 (nasta 23) - PMS5003 nollaus
• D12 (pin24) - LTR -559 -keskeytys (ei tueta CircuitPython -kirjastossa)
• SCK (pin11) - SPI -väyläkello
• MO (pin12) - SPI -väylän isäntälaite sisään
• MI (pin13) - SPI -väylän isäntä orjassa
• RX (pin14) - PMS5003 -lähetys (Feather vastaanottaa)
• TX (pin15) - PMS5003 -vastaanotto (lähetys Featherilta)
• SCL (pin18) - I2C -kello
• SDA (nasta 17) - I2C -tiedot

Tällöin A5, D2/DFU ja D13 ovat vapaasti käytettävissä.

Vaihe 6: Virrankulutus

Virrankulutus on hyvin USB -määritysten mukainen, vaikka LiPo -akku olisi liitetty ja latautuu. Käyttö on tärkeämpää suunniteltaessa siirtymistä akkuvirtaan. Joitakin hyvin likimääräisiä virran mittauksia ovat:

• 100 mA tyhjäkäynti, taustavalo pois päältä;
• 100mA plotteri käynnissä, taustavalo heikko;
• 120mA plotteri käynnissä, taustavalo korkea.

Plantower PMS5003: n tietolomake ilmoittaa, että virta on alle 100 mA, tämä olisi edellä mainittujen numeroiden lisäksi. DC-DC-muuntimen käyttö Enviro+ FeatherWingissä voi lisätä tätä määrää hieman.

Feather nRF52840 Express -kortissa on NeoPixel (RGB -LED), mutta sen oletuskäytön kirkkaustasot ohjelman tilan indikaattorina lisäävät vain pienen määrän kulutusta. Feather -levy itsessään on alle 10 mA, FeatherWing on voiman nälkäinen levy.

Vaihe 7: Plantower PMS5003 -hiukkasanturin lisääminen

Met One Instruments BAM 1020 on yleinen näky ympäri maailmaa hiukkasten mittaamisessa kaupungeissa. Enviro+ FeatherWingin mukana tulee liitin Plantower PMS5003 -hiukkasanturille.

Tämän anturin Pimoroni -kirjastokoodi näyttää tällä hetkellä hauraalta. Yksinkertainen ja nopea parannus on saada poikkeukset ohjelmaan. Plotters_combined.py -ohjelmaa voidaan parantaa lisäämällä tämä yläreunaan:

Tuo pimoroni_pms5003

Ja tämän rivin korvaaminen tärkeimmässä while -silmukassa

# ottaa lukemat

pms_reading = pms5003.read ()

kanssa:

# ottaa lukemat

try: pms_reading = pms5003.read () paitsi pimoroni_pms5003. ChecksumMismatchError: print ("tarkistussumma virhe")

Vaihe 8: Siirry pidemmälle

Enviro+ FeatherWing on käynnissä useilla alueilla.

• Ulkoisen lämpötila -anturin lisääminen. BME280: n lämpötila -anturi altistuu sekä sisäiselle lämmitykselle että läheisten komponenttien lämmitykselle, ja se on tarkoitettu kalibroimaan muut BME280 -anturit. Arvoa voidaan käsitellä niin, että se antaa likimääräisen mittauksen ympäröivän ilman lämpötilasta, mutta on olemassa monia edullisia, ylivoimaisia ulkoisia vaihtoehtoja.
• Anturien kalibrointi. Paine on helppo käyttää säähavaintojen tai lyhyen aikavälin ennusteiden avulla (nämä ovat 0 jalkaa amsl), loput ovat vaikeita.
• PMS5003 -lähdön korjaaminen suhteellisen kosteuden suhteen. Kaava on esitetty sivulla 8 PDF EPA: PurpleAir PM2.5 U. S. Correction and Performance Through Smoke Events 4.4.2020
• Koodin lisääminen anturitietojen lähettämiseen Bluetooth Low Energyn kautta muihin laitteisiin.
• Tutkitaan, kuinka minimoida virrankulutus. Joissakin antureissa on käyttöönottolinjat, jotka voivat poistaa virran antureista tai asettaa ne virransäästötilaan. Antureille, joilla on lämpenemisaika, näytteenotto ei välttämättä ole käytännöllistä.
• Ostaminen, mukauttaminen tai kotelon tekeminen sopivaksi asennettavaksi ulkona huolellisesti suunnitellulla sisäisellä ilmavirralla ja asianmukaisilla varotoimilla suoralle auringonvalolle. SensorTech MiCS-6814 -kaasuanturi toimii parhaiten, kun sen läpi virtaa jatkuvasti ja hitaasti.
• Tarkastellaan, miten sääolosuhteet vaikuttavat maaperän pilaantumiseen. Vinkki: käänteiset ovat merkittäviä.
• Muuntaminen akkuvirtaksi tai aurinkoenergiaksi akkuvirralla. Aurinkoenergia on haastavampaa kuin aurinkosähköpaneelin lisääminen, katso Adafruit Learn: USB, DC & Solar Lipoly Charger -suunnittelun osiot.
• Muiden antureiden lisääminen tavallisten epäpuhtauksien, kuten otsonin (O3) ja rikkidioksidin (SO2) tai kasvihuonekaasujen, kuten hiilidioksidin (CO2), mittaamiseen. Muutamat anturit mittaavat "eCO2", eivätkä sovellu ilmakehän CO2: n mittaamiseen. Adafruit myy nyt arvokasta Sensirion SCD-30 NDIR CO2 -anturia levyllä, jossa on STEMMA QT i2c -liittimet.
• Jos haluat tutkia tietojen lähettämistä Internetin kautta Wi-Fi-yhteyden kautta, FeatherS2-kortti, jossa on ESP32-S2-mikrokontrolleri, näyttää olevan yhteensopiva Enviro+ FeatherWingin kanssa. ESP32-S2 analogisella digitaalimuuntimella (ADC) on ongelmallinen rajoitus, joka estää kaasuanturien oikean mittaamisen. Katso lisätietoja Adafruit-foorumeilta: Feather ADC -vertailu, mukaan lukien 2,6 V rajoitettu ESP32-S2.

Aiheeseen liittyviä projekteja:

• Adafruit Learn: Vertailu ja kokeilu syttyvien kaasuanturien kanssa
• Adafruit Learn: TMP36 -lämpötila -anturi

Lisätietoja:

• Maailman terveysjärjestön (WHO) ilmansuojeluohjeet
• British Lung Foundation - ilmanlaatu (PM2.5 ja NO2)
• Breathe London-verkko täydentää Lontoon ilmanlaatuverkostoa "edullisilla, helposti asennettavilla ja ylläpidettävillä ilmanlaatutunnistimilla kenelle tahansa", joka käyttää tällä hetkellä Clarity Node-S: ää.
• Maailman ilmanlaatuindeksi - kerää tietoja monista eri lähteistä karttanäkymillä ja historiallisilla tiedoilla.
• Atmosphere Journal: Sisäilman pilaantuminen asuinalueista: hiukkasaineiden tulvan tutkiminen koteihin tosielämän käytön aikana - tämä käyttää Enviro+ -levyn Raspberry Pi -versiota.
• Lainsäädäntö: Air Quality Standards Regulations 2010 (UK)
• Pimoroni -blogi: Vuoden saastunein yö (Iso -Britannia)
• The Economist: Keskiyön taivas - Puolan kivihiililämmitys tuottaa laajaa saastumista (tammikuu 2021)
• BBC News: Liikenteen melu heikentää laululintujen kykyjä (melusaaste)
• Ohjelmistovirheet hiukkasaineanturikirjastossa - katso huolellisuutta, jota tarvitaan PMS5003 -sarjaprotokollan vankkaan jäsentämiseen.