Zaloguj
PM2,5 – pył o wielkości cząstek 2,5 mikrometra lub mniejszej, są to głównie stosunkowo reaktywne związki organiczne i nieorganiczne.
PM10 – wszystkie cząstki o wielkości 10 mm lub mniejszej (czyli także PM2,5), są to głównie stosunkowo obojętne chemicznie związki, takie jak na przykład krzemionka.
TSP (total suspended particulates) – całkowity pył zawieszony, czyli wszystkie aerozole, o średnicy cząstek zarówno poniżej, jak i powyżej 10 mm.
Metody pomiarów
Najbardziej precyzyjną metodą pomiaru ilości pyłu zawieszonego jest metoda grawimetryczna, zwana również metodą manualną (referencyjną). W dużym uproszczeniu, metoda ta polega na obliczeniu różnicy ciężaru filtra po ekspozycji i przed ekspozycją. Ekspozycja polega na tym, że przez filtr przepływa określona ilość powietrza, a zawarty w nim pył zatrzymuje się na filtrze. W ten sposób jest możliwe obliczenie stężenia pyłów, które jest wyrażane w mikrogramach na metr sześcienny [mg/m3].
Metoda grawimetryczna jest bardzo dokładna, ale za to bardzo czasochłonna, natomiast aparatura pomiarowa kosztowna. Dla uzyskania pomiarów o mniejszej dokładności stosuje się inne rozwiązania. Jednym z nich są laserowe czujniki pyłu.
Głównym elementem laserowego czujnika pyłu jest kanał, którym przepływa powietrze. Strumień powietrza jest oświetlony laserem o określonych parametrach. Cząsteczki stałe znajdujące się w powietrzu powodują pochłonięcie lub odbicie części światła, więc jego natężenie maleje. Element światłoczuły wykrywa różnicę natężenia światła i na tej podstawie jest obliczana zawartość cząsteczek zanieczyszczających powietrze. Opisaną zasadę działania zilustrowano na rysunku 3.
W opisywanym urządzeniu, którego schemat zamieszczono na rysunku 4, zastosowano laserowy czujnik pyłu zawieszonego o symbolu PMSA003. Czujnik wymaga zasilania napięciem 5 V, ma niewielkie wymiary, zapewnia bardzo szybką reakcję i potrafi zmierzyć stężenie w trzech zakresach: PM1,0/PM2,5/PM10. Informacje przesyłane są interfejsem UART o poziomie 3,3 V, dlatego chcąc połączyć sensor z płytką Arduino UNO należy zastosować odpowiedni konwerter napięcia. Lepszym rozwiązaniem będzie zastosowanie płytki bazowej pracującej w standardzie 3,3 V. Tu doskonałym wyborem jest płytka AVT1620 z mikrokontrolerem LPC1114.
Aby wyniki pomiarów zaprezentować w estetyczny i czytelny sposób, zastosowano kolorowy wyświetlacz TFT o przekątnej 1,8 cala. Nieco trudności może sprawić przyłączenie czujnika, ponieważ ma on złącze goldpin o gęstym rastrze – 1,27 mm. W zestawie z czujnikiem otrzymujemy odpowiednie gniazdo .Przy odrobinie cierpliwości można do niego przylutować poczwórne gniazdo goldpin o standardowym rastrze 2,54 mm i wtedy można dołączyć standardowe przewody. Opis złącza pokazano na rysunku 5.
Program sterujący
Czujnik PMSA003 został wyposażony w interfejs UART. Komunikacja może odbywać się w dwóch trybach:
- Pasywnym (passive) – wtedy dane przesyłane będą tylko w odpowiedzi na komendę z układu nadrzędnego – hosta.
- Aktywnym (active) – dane przesyłane będą automatycznie co ok. 2 sekundy.
Parametry komunikacji UART to: 9600, 8, none, 1. Dane przesyłane są w postaci ramek o długości 32 bajtów. Ich znaczenie opisuje tabela 1. Z ramki można odczytać gotowe wyniki pomiaru wartości PM1,0, PM2,5 oraz PM10 policzone dla różnych warunków.
Urządzenie wykonano do pomiaru zanieczyszczeń powietrza w pomieszczeniach, dlatego wykorzystuje informacje z bajtów od 5 do 10 i obrazuje w postaci 3 słupków. Na słupkach zaznaczone są poziomy dopuszczalne stę?e?. Gdy wskazanie przekroczy dopuszczaln? warto??, wype?nienie s?upka zmienia kolor na?czerwony, jak pokazano na?żeń. Gdy wskazanie przekroczy dopuszczalną wartość, wypełnienie słupka zmienia kolor na czerwony, jak pokazano na fotografii 6.
Podsumowanie
Dzięki zastosowaniu wyspecjalizowanego czujnika możliwe stało się zmierzenie parametru, który należy do grupy parametrów trudnych do zmierzenia. Dlatego nasuwa się pytanie czy taka uproszczona metoda jest równie dokładna jak metoda referencyjna? Zasadniczą wadą laserowych czujników zanieczyszczeń powietrza jest to, że nie odróżniają cząsteczek zanieczyszczeń od cząsteczek wody zawartych w powietrzu, która nie jest zanieczyszczeniem powietrza. Dlatego wilgotność powietrza będzie wpływała na wyniki pomiarów, czasami w bardzo dużym stopniu. Jednak nie jest to wada która, dyskwalifikuje taką metodę pomiarową. W Internecie można znaleźć wiele gotowych urządzeń działających na podobnej zasadzie, więc i nasz „gadżet” nie jest bezużyteczny.
